СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В КОНВЕРТЕРЕ
METHOD OF STEEL SMELTING IN CONVERTER

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к кислородно-конвертерному производству. Известен способ выплавки стали, включающий загрузку в конвертер металлического лома и его нагрев путем сжигания подаваемых на лом углеродсодержащих материалов и кислорода при ступенчатом изменении высоты фурмы /SU №1292327, С21С 5/28, опубл. 1984 г./.
Известный способ позволяет снизить расход чугуна и увеличить расход лома за счет предварительного его нагрева.
Недостатком известного способа является низкая технологичность процесса, связанная с необходимостью приближения кислородной фурмы к поверхности лома, для ускорения его нагрева. В процессе нагрева металлического лома занимаемый им объем в конвертере уменьшается, и он оседает на дно агрегата, что требует соответствующего понижения уровня фурмы для дожигания несгоревших частиц углеродсодержащего материала. При этом наблюдается повышенный угар железа от прямого контакта с металлическим ломом струй кислорода, возможно повреждение фурмы о куски лома, а также увеличение износа огнеупорной футеровки агрегата.
Известен также способ выплавки стали, включающий загрузку в конвертер лома, подачу шлакообразующих и углеродсодержащих материалов и его нагрев за счет сжигания углеродсодержащих материалов в потоке кислорода, заливку чугуна и окислительную продувку металла /RU №2177508, С21С 5/28, опубл. 2002 г./.
Известный способ позволяет повысить эффективность процесса, ускорить массообменные процессы в период окислительного рафинирования при выплавке стали в конвертере с повышенной долей лома в металлошихте. Недостатком известного способа является неравномерный нагрев лома: в нижней части агрегата лом остается недостаточно прогретым, верхняя часть лома оплавляется, особенно при загрузке легковеса. Это приводит к повышенному угару железа, снижению расхода выхода годной стали, увеличению расхода шлакообразующих материалов на плавку.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ выплавки стали в конвертере, включающий послойную загрузку лома, периодическую подачу углеродсодержащих материалов и кислорода, нагрев каждого слоя лома, последующую заливку чугуна и окислительное рафинирование расплава /SU №1464478, С21С 5/28, опубл. 1999 г./.
Известный способ позволяет повысить интенсивность нагрева лома и снизить расход чугуна на плавку при более благоприятных для футеровки конвертера условиях.
Недостатком известного способа является низкая эффективность окислительного рафинирования металла при выплавке стали в конвертере с повышенной долей лома в металлошихте. При этом замедляется растворение извести, затрудняется формирование шлака, ухудшаются условия дефосфорации и десульфурации металла.
Задачей изобретения является повышение эффективности окислительного рафинирования при предварительном подогреве лома и продувке металла с повышенной долей лома в металлошихте.
Поставленная задача решается следующим образом. В известном способе выплавки стали, включающем послойную загрузку лома, предварительный нагрев каждого слоя путем сжигания углеродсодержащего топлива и кислорода, заливку чугуна и окислительное рафинирование расплава, после нагрева каждого слоя лома присаживают добавочные материалы: на первый слой шлакообразующие, марганецсодержащие и магнезиальные материалы в соотношении 1:(0,2-0,4):(0,1-0,3), соответственно, при общем расходе 140-180 кг/т лома первого слоя, на второй и последующие слои - шлакообразующие и марганецсодержащие материалы в соотношении 1:(0,5-0,8), соответственно, при общем расходе 180-220 кг/т лома второго и каждого последующего слоев, на последний слой - марганецсодержащие и магнезиальные материалы в соотношении 1:(1,2-1,5), соответственно, при общем расходе 80-120 кг/т лома последнего слоя.
Признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не выявлены в других технических решениях и, следовательно, заявляемое изобретение имеет изобретательский уровень.
Технический результат, достигаемый предлагаемым способом выплавки стали, заключается в том, что в условиях дефицита жидкого чугуна при продувке металла с повышенной долей лома, его послойной загрузкой и предварительным нагревом каждого слоя, путем сжигания углеродсодержащего топлива и кислорода за счет изменения температурных условий и регламентированной присадки шлакообразующих, марганецсодержащих и магнезиальных материалов, обеспечиваются условия для более эффективной передачи тепла в ванне, ускорения растворения добавочных материалов с наведением с самого начала продувки жидкоподвижного основного шлака и увеличения скорости окислительных процессов. Это способствует снижению угара железа, позволяет увеличить выход жидкой стали и снизить производственные затраты.
Предусматриваемая способом послойная загрузка лома и предварительный нагрев каждого слоя предполагает соответствующее соотношение легковесного и тяжеловесного лома в металлозавалке, что является определяющим при выборе части загружаемого лома и количества последующих его слоев.
Регламентация видов добавочных материалов для присадки после нагрева каждого слоя лома обусловлена необходимостью их быстрого растворения и формирования шлака для повышения эффективности окислительного рафинирования металла при переработке повышенной доли лома в металлошихте.
В качестве добавочных материалов используют шлакообразующие, в частности известь с высоким содержанием СаО, марганецсодержащие (например, марганцевый агломерат с содержанием MnO в пределах 25%) и магнезиальные материалы (например, известково-магнезиальный флюс CaO=50%, MgO=30%).
После нагрева первого слоя лома присаживают шлакообразующие марганецсодержащие и магнезиальные материалы в соотношении 1:(0,2-0,4):(0,1-0,3), соответственно, и их общем количестве 140-180 кг/т, что позволяет поддерживать необходимые температурные условия, предупредить появление зон оплавления и накопление оксидов железа в металлическом ломе, а также ускорить формирование шлака при последующей заливке чугуна и окислительном рафинировании расплава.
Величина первой порции добавочных материалов не должна быть менее 140 кг/т лома первого слоя, в противном случае уменьшается прогреваемая часть шихтовых материалов, изменяются температурные параметры процесса, что приводит к «холодному» началу плавки, медленному формированию шлака и снижению эффективности окислительного рафинирования, при выплавке металла с повышенной долей лома в металлошихте.
Величина первой порции добавочных материалов не должна быть более 180 кг/т лома первого слоя, так как это приводит к снижению прогрева металлического лома и в дальнейшем при продувке металла к «холодному» ходу процесса, плохому растворению извести и медленному росту основности шлака, что снижает эффективность окислительного рафинирования.
При соотношении расходов шлакообразующих, марганецсодержащих и магнезиальных материалов 1:(0,2-0,4):(0,1-0,3) обеспечиваются условия формирования шлака с требуемыми физико-химическими свойствами (вязкость, основность, окислительная, фосфор - и серопоглотительная способность) при окислительном рафинировании металла.
При повышении этого соотношения в сторону увеличения расхода марганецсодержащих и магнезиальных материалов уменьшается поступление в конвертерную ванну оксидов СаО, что приводит к замедленному росту основности шлака, повышению содержания оксида магния в нем и снижению его фосфор - и серопоглотительной способности и эффективности окислительного рафинирования.
При соотношении расходов шлакообразующих, марганецсодержащих и магнезиальных материалов менее 1:(0,2-0,4):(0,1-0,3) уменьшается поступление в конвертерную ванну оксидов марганца и магния, и при «горячем» начале процесса увеличивается количество неассимилированной извести, что требует наводки первичного шлака за счет FeO и приводит к снижению выхода жидкой стали, в противном случае наблюдается замедленный рост основности шлака и снижение эффективности окислительного рафинирования.
Предлагаемые пределы расходуемых материалов для присадки на второй и последующие слои лома выбраны исходя из задачи эффективного окислительного рафинирования при последующей заливке жидкого чугуна и продувке металла с учетом того, что температура лома после нагрева составляет 800-900°С. Нижний предел (180 кг/т лома второго и последующих слоев) предполагает соотношение шлакообразующих и марганецсодержащих материалов в пределах 1:0,5 соответственно. Снижение расхода добавочных материалов и уменьшение соотношения расхода шлакообразующих и марганецсодержащих материалов не позволяет быстро навести жидкоподвижный основный шлак и обеспечить требуемое низкое содержание серы и фосфора при окислительном рафинировании металла, и в полной мере достигнуть поставленной задачи. Верхний предел расхода добавочных материалов (220 кг/т лома второго и последующих слоев) предполагает соотношение шлакообразующих и марганецсодержащих материалов в пределах 1:0,8, соответственно. Увеличение количества присаживаемых добавочных материалов и соотношения расходов шлакообразующих и марганецсодержащих материалов приводит к неравномерному их прогреву под слоем лома, медленному формированию жидкоподвижного основного шлака и снижению эффективности окислительного рафинирования.
Присадка добавочных материалов в количестве 80-120 кг/т лома последнего слоя позволяет равномерно распределить их по поверхности лома и дополнительно прогреть, что способствует повышению эффективности окислительного рафинирования за счет ускорения растворения материалов и наведения с самого начала продувки жидкоподвижного основного шлака с поддержанием в нем оптимальной концентрации MgO в течение преобладающего времени операции для снижения износа футеровки конвертера.
Предусматриваемое способом количество добавочных материалов и соотношение марганецсодержащих и магнезиальных составляющих не должно быть меньше 80 кг/т лома последнего слоя и 1:1,2, соответственно, так как это приводит к замедленному шлакообразованию и снижению эффективности окислительного рафинирования при предварительном подогреве лома и конвертировании металла с повышенной долей лома в металлошихте.
Увеличение количества присаживаемых добавочных материалов свыше 120 кг/т лома последнего слоя и соотношения марганецсодержащих и магнезиальных материалов более 1:1,5, соответственно, приводит к повышению вязкости шлака, дополнительному расходу разжижителей, снижению выхода жидкой стали и эффективности окислительного рафинирования.
Пример. В 160-тонный конвертер после выпуска предыдущей плавки загружают из одного совка 23 т легковесного лома с добавлением тяжеловесной обрези (весь лом 65 т заваливают из 3 совков). Конвертер наклоняют на 30-50° в сторону сталевыпусконого отверстия для равномерного распределения лома. Затем его устанавливают вертикально, опускают фурму, присаживают углеродсодержащее топливо и подают кислород. Продолжительность нагрева первого слоя лома 8 минут.
После нагрева первого слоя лома присаживают 2,5 т извести, 750 кг марганцевого агломерата и 500 кг известково-магнезиального флюса (соотношение шлакообразующих, марганецсодержащих и магнезиальных материалов равно 1:0,3:0,2, общее количество добавочных материалов составляет 163 кг/т лома) и загружают второй совок лома (21 т). Нагрев второго слоя лома ведут аналогично в течение 8 минут.
После нагрева второго слоя лома присаживают 2,3 т извести и 1,5 т марганцевого агломерата (соотношение шлакообразующих и марганецсодержащих материалов равно 1:0,7, общее количество добавочных материалов составляет 181 кг/т лома) и загружают третий совок лома (21 т). Нагрев третьего слоя лома ведут аналогично в течение 10 минут.
После нагрева третьего слоя лома присаживают 750 кг марганцевого агломерата и 1 т известково-магнезиального флюса (соотношение марганецсодержащих и магнезиальных материалов равно 1:1,3, общее количество добавочных материалов составляет 83 кг/т лома) и заливают чугун (92 т). Продувают чугун, продолжительность продувки составляет 19 минут, расход чугуна - 650 кг/т стали.
Предлагаемый способ выплавки стали в конвертере по сравнению с прототипом позволяет снизить расход чугуна на 50-100 кг/т, увеличить выход жидкой стали в металле на 0,05-0,10% и снизить себестоимость стали за счет уменьшения расхода сырья и материалов.
Заявляемый способ выплавки стали промышленно применим в кислородно-конвертерном производстве.