СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF CONTINUOUS STEELMAKING AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано в сталеплавильном производстве.
Известны способы производства стали непрерывным процессом типа CSM (Япония), Consteel (Италия), EOF (Германия), в которых шихтовым материалом является металлический лом.
В других способах производства стали в агрегатах непрерывного действия типа BISRA (Англия), МИСиС (СССР), IRSID (Франция) шихтовым материалом является жидкий чугун (Кудрин В.А. Теория и технология производства стали: Учебник для вузов - М.: Мир, ООО «Издательство ACT», 2003. - с.278).
Недостатками указанных способов являются большие капитальные затраты на производство кокса, а также агломерата и выплавку из него чугуна в доменных печах.
Наиболее близким по технической сути к предлагаемому способу является способ, предложенный Магнитогорским государственным техническим университетом, в котором в качестве шихтового материала используют бедные железные руды и стальной лом, причем руду расплавляют и восстанавливают в отдельном агрегате за счет вдувания кислорода с углем (Бигеев A.M. Новое ресурсосберегающее направление развития производства черных металлов. // Труды 7-го конгресса сталеплавильщиков. - М.: Черметинформация, 2003. - с.61-69).
К недостаткам указанного способа следует отнести низкую производительность агрегата восстановления и печи для плавления металлолома из-за использования низкокалорийных энергетических углей в качестве восстановителя и источника тепла, а также большое количество шлака, так как используют бедные руды с низким содержанием железа и большим количеством пустой породы.
Задачей изобретения является увеличение производительности сталеплавильного агрегата и снижение себестоимости выплавляемой стали.
Поставленный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе непрерывной выплавки стали, включающем загрузку и плавление шихтовых материалов, восстановление железа, проведение дефосфорации, раскисления, десульфурации и легирования металла, который проводят в четырех последовательно расположенных реакторах с порционной выдачей металла из первого реактора во второй реактор и с полной выдачей металла из второго реактора в третий и из третьего в четвертый через шиберные затворы, причем загружаемые материалы, металл и шлак во всех реакторах нагревают излучением оптических квантовых генераторов большой плотности энергии в виде лазеров с возможностью перемещения направления излучения по поверхности ванны, при этом в первом реакторе для проведения восстановления непрерывно загружают концентрат железной руды, плавят его и продувают восстановительным газом с добавкой измельченного угля с обеспечением содержания оксидов железа в расплаве не менее 30-40%, во втором реакторе для проведения дефосфорации и обезуглероживания металл продувают кислородом и загружают на его поверхность известь для формирования шлака, в третьем реакторе для проведения десульфурации в металл вдувают восстановительный газ, загружают известь с плавиковым шпатом, раскислители и перемешивают металл газом, а в четвертом реакторе для проведения доводки, доводят химический состав и температуру металла до заданных, проводят перемешивание металла газом и вакуумирование. Устройство для непрерывной выплавки стали, содержащее четыре реактора, расположенные в последовательности реактор восстановления, реактор дефосфорации и обезуглероживания, реактор десульфурации и реактор доводки, при этом стены и свод первого реактора выполнены водоохлаждаемыми, а стены и свод остальных реакторов выполнены из огнеупоров или водоохлаждаемыми, вместимость первого реактора больше, чем у трех последующих, вместимости которых одинаковы, в сводах и/или стенах всех реакторов установлены оптические квантовые генераторы большой плотности энергии в виде лазеров, излучение которых с возможностью перемещения по поверхности ванны направлено на металл, шлак и загружаемые материалы, в сводах расположены отверстия для заливки металла из предыдущего реактора и ввода добавочных материалов, в стенах всех реакторов предусмотрены летки для слива шлака и водоохлаждаемые эжекторные форсунки или фурмы для подачи газов, а в реакторе доводки расположен газоотвод к вакуумной системе.
Изобретение обладает новизной, что следует из сравнения с прототипом, и изобретательским уровнем, так как явно не следует из существующего уровня техники, практически осуществимо в действующих сталеплавильных цехах.
На чертеже показано устройство для осуществления предлагаемого способа,
где А - реактор восстановления;
Б - реактор дефосфорации и обезуглероживания;
В - реактор десульфурации;
Г - реактор доводки;
1 - лазеры;
2 - шлаковые летки;
3 - шлак;
4 - металл;
5 - шиберные затворы;
6 - сливные желобы;
7 - крышка люка для ввода легирующих добавок;
8 - крышка люка для заливки металла.
4
2
6
2
2
3
4
2
2
-9
Предлагаемый способ непрерывной выплавки стали осуществляется в агрегате, состоящем из четырех последовательно расположенных реакторов А, Б, В, Г с порционной выдачей металла из реактора А в реактор Б и с полной выдачей металла из реактора Б в реактор В и из реактора В в реактор Г. Для обеспечения запаса жидкого металла вместимость реактора А в 2-2,5 раза больше, чем у трех последующих, вместимости которых одинаковы и составляют 50-80 тонн. В первый - восстановительный реактор А непрерывно загружают концентрат железной руды и расплавляют его излучением нескольких оптических квантовых генераторов большой плотности энергии - лазеров 1 (Физическая энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия, 1990, том 2. - с.549). Образующийся расплав продувают восстановительным газом (CH, CH и др.) с добавкой измельченного угля в таком количестве, чтобы обеспечить содержание оксидов железа в расплаве не менее 30-40%, что предотвратит науглероживание металла. Высота слоя вспененного газами концентрата должна составлять 1,2-1,6 м. Получаемый в реакторе А металл 4 выпускают одной порцией периодически через шиберный затвор 5 по сливному желобу 6 в следующий реактор Б для проведения дефосфорации и обезуглероживания. Масса сливаемой порции соответствует вместимости реакторов Б, В, Г. Шлак 3 из реактора А выпускают через шлаковую летку 2 по мере накопления в нем примесей руды (SiO, AlO и др.). В реактор Б вводят известь, расплавляя ее и нагревая металл излучением лазеров и продувают металл кислородом. Масса наводимого шлака - 3-4% от массы металла. При достижении содержания фосфора и углерода в металле заданных значений шлак 3 сливают через шлаковую летку 2, а металл 4 выпускают через шиберный затвор 5 по сливному желобу 6 в следующий реактор В для проведения десульфурации. В реактор В вводят известь, плавиковый шпат и при необходимости раскислители, а для уменьшения расхода раскислителей в металл вдувают восстановительный газ (CH и др.). Шлаковую смесь расплавляют и нагревают металл излучением лазеров. Количество шлака составляет 2-3% от массы металла. Для ускорения десульфурации металл перемешивают инертным газом (Ar и др.) или воздухом. При содержании серы, равном заданному, сливают шлак 3 через шлаковую летку 2, а металл 4 выпускают через шиберный затвор 5 по сливному желобу 6 в следующий реактор Г, при этом крышка 8 люка для заливки металла должна быть открыта. В реакторе Г химический состав металла доводят до заданного, вводя легирующие и шлакообразующие (CaO, CaF) добавки через загрузочный люк. Расплавление добавок и нагрев металла производят излучением лазеров. При необходимости вакуумирование металла для проведения дегазации и глубокого обезуглероживания в реакторе Г осуществляют с помощью вакуумной системы. Перемешивание металла для усреднения химического состава и ускорения процессов при вакуумировании производят газом (Ar или др.). Шлак 3 из реактора Г сливают через шлаковую летку 2 или выпускают вместе с металлом 4 через шиберный затвор 5 по сливному желобу 6 в ковш. При необходимости вместе с концентратом в реактор А можно загружать и металлолом, уменьшая при этом расход восстановительного газа и угля. Для ускорения расплавления вводимых в реакторы материалов и нагрева металла лазеры можно устанавливать не только в своде (сводовые лазеры), но и в стенах печи (стеновые лазеры). Излучение лазеров направлено вертикально (перпендикулярно) или под углом к поверхности ванны с возможностью перемещения. Эти перемещения необходимы для того, чтобы не перегревать металл в одной точке. Для нагрева и расплавления материалов в реакторах предпочтительнее использовать твердотельные лазеры с активной средой на стеклах, активированных Nd, так как при мощности накачки в несколько десятков киловатт мощность излучения составляет сотни мегаватт при плотности потока энергии до 10 МВт/см. Например, можно использовать лазер «Дельфин-1» с энергией излучения 2 кДж, длительностью импульса (1,5-4)·10 с, числом пучков равным 6. Для подачи газов в реакторы используют стеновые водоохлаждаемые эжекторные форсунки или фурмы. Таким образом, предлагаемый способ и устройство для его осуществления позволяет непрерывно выплавлять сталь, увеличить производительность агрегата и снизить себестоимость готовой стали.