Способ выплавки стали в металлургических агрегатах
METHOD FOR STEEL SMELTING IN METALLURGICAL UNITS

Изобретение относится к области металлургии, в частности к модификации шлаков кислородного конвертера и сталеразливочного ковша для защиты от разрушения периклазоуглеродистой футеровки шлакового пояса металлургических агрегатов, а также увеличения срока ее службы.
Известен способ управления металлургической плавкой (Патент № 2180951 RU). Изобретение основано на том, что перед началом плавки формируют предварительное задание, которое получают путем статистической обработки массива плавок, уточненное и оптимизированное на основе физико-химических закономерностей процесса металлургической плавки оно включает временные графики работы всех исполнительных механизмов - подачи извести, кокса, ввод кислорода, энергоносителей в течение всей плавки. Недостатком данного решения является рассмотрение перехода на полноценную автоматизацию процесса плавки без учета в качестве критерия оптимизации шлакового режима плавки численной характеристики агрессивности шлакового расплава по отношению к огнеупорному материалу футеровки металлургического агрегата.
Известен модификатор металлургического шлака магнезиального состава и способ его получения (Патент №2244017 RU). Техническим результатом изобретения является создание модификатора магнезиального состава, обладающего высокой основностью, прочностью, скоростью диспергации и растворения в сталеплавильных шлаковых расплавах. Недостатком данного решения является то, что отсутствует оптимизация расхода модификатора на основе численной характеристики агрессивности шлакового расплава по отношению к огнеупорной футеровке, допускается избыточный расход MgO-содержащего модификатора, что приводит к увеличению себестоимости выплавляемого металла, или недостаточный их расход, что приводит к снижению ресурса огнеупорной футеровки металлургического агрегата.
Известен способ выплавки стали в конвертере (Патент № 2254378 RU). В предлагаемом способе поставлена задача увеличить стойкость футеровки конвертеров, улучшить шлаковый режим конвертерной плавки и увеличить выход годного металла за счет формирования на ранних стадиях продувки первичных шлаков, насыщенных MgO и поддержания высокого содержания MgO в шлаке на протяжении основного времени рафинирования при меньшем расходе магнийсодержащих материалов на плавку. Недостатком данного решения является то, что не предлагается метод определения концентрации насыщения MgO в конвертерном шлаке для оценки его агрессивности по отношению к огнеупорной футеровке. Допускается избыточный расход MgO-содержащего модификатора, что приводит к увеличению себестоимости выплавляемого металла, или недостаточный их расход, что приводит к снижению ресурса огнеупорной футеровки металлургического агрегата.
Известен способ повышения металлоносности шлака за счет модификации шлакообразующих смесей (Патент № 2641442 RU). Предлагаемый способ модифицирует шлакообразующую смесь, повышая качество поверхности литой заготовки, при этом увеличивая количество металла в одной тонне шлака на 15-16 килограмм. Недостатком данного решения является рассмотрение модификации шлака только со стороны повышения объема выпускаемого металла, не затрагивая проблемы агрессивности шлакового расплава по отношению к огнеупорному материалу, шлаковой коррозии и снижения ресурса огнеупорной футеровки металлургического агрегата.
Известна шлаковая смесь для внепечной обработки стали (Патент №24101 KZ). Заявляемая шлаковая смесь улучшает структурный состав стали, снижает загрязнения неметаллическими включениями и затраты на выплавку стали. Недостатком данного решения является отсутствие рассмотрения модификации шлаковой смеси с учетом оптимизации шлакового режима плавки в качестве критерия численной характеристики агрессивности шлакового расплава по отношению к огнеупорному материалу футеровки металлургического агрегата.
Известна шлаковая смесь для обработки стали в ковше (Патент №30964 KZ). Технический эффект при использовании изобретения заключается в улучшении качества металла за счет достижения низких, не более 0,005 - 0,008%, содержаний серы в металле и микролегирования стали бором, в повышении стойкости переклазоуглеродистой футеровки ковшей, а также в улучшении экологической обстановки за счет исключения присадок плавикового шпата и отсутствия развития процесса формирования самораспадающихся шлаков. Недостатком данного решения является отсутствие рассмотрения модификации шлаковой смеси с учетом оптимизации шлакового режима плавки в качестве критерия численной характеристики агрессивности шлакового расплава по отношению к огнеупорному материалу футеровки металлургического агрегата.
Имеющиеся на данное время технологические решения для управления конверторной плавкой, внепечной обработкой стали, модификации шлакового режима, не учитывают в качестве критерия оптимизации шлакового режима плавки численная характеристика агрессивности шлакового расплава по отношению к огнеупорному материалу, допускается избыточный расход MgO-содержащих шлакообразующих материалов, что приводит к увеличению себестоимости выплавляемого металла, или недостаточный их расход, что приводит к снижению ресурса огнеупорной футеровки металлургического агрегата.
Задачей предлагаемого технического решения является минимизация шлаковой коррозии и повышение ресурса огнеупорной футеровки металлургического агрегата с помощью технологии оптимизации шлакового режима металлургической плавки, основанной на технологическом расчете концентрации насыщения шлака огнеупором и емкости шлакового расплава по огнеупорному оксиду (оксидам) в качестве численной характеристики агрессивности шлака по отношению к огнеупору.
Ресурс огнеупорной футеровки металлургических агрегатов в значительной степени определяется агрессивностью шлаковых расплавов. Агрессивность шлака по отношению к огнеупорной футеровке определяется его химическим составом и температурой. Агрессивность максимальна если химический состав шлакового расплава находится в области первичной кристаллизации какого-либо легкоплавкого соединения. Численной характеристикой агрессивности шлака по отношению к периклазоуглеродистому огнеупорному материалу является концентрация насыщения шлака по MgO. Для снижения агрессивности шлака по отношению к периклазоуглеродистому огнеупору, его химический состав модифицируют в область первичной кристаллизации MgO, насыщая расплав оксидом магния, используя различные магнезиальные шлакообразующие добавки [1].
2
2
3
2
3
Поставленная задача достигается тем, что расход шлакообразующих материалов, содержащих MgO, предназначенных для повышения концентрации MgO в шлаке до степени насыщения рассчитывается предложенным способом (в качестве входных данных для расчета используются: расчетный химический состав сталеплавильного шлака, полученный на основе материального баланса плавки, и температура ведения металлургического процесса). На первом этапе рассчитывается равновесный фазовый состав сталеплавильного шлака, по методике, описанной в работе [2], на основе информации о субсолидусном строении шестикомпонентной системы CaO-SiO-AlO-MgO-FeO-FeO, описанной в монографии Бережного [3], в качестве входных данных применяется расчетный химический состав сталеплавильного шлака, полученный на основе материального баланса плавки. На следующем этапе производится расчет температур ликвидуса для каждой фазы, плавящейся без разложения, входящей в расчетный фазовый состав сталеплавильного шлака, с применением методов Шредера - Ле-Шателье и Эпстейна. Принимается, что химический состав сталеплавильного шлака находится в области первичной кристаллизации MgO, если расчетная температура ликвидуса для фазы MgO является максимальной, по сравнению с остальными фазами, входящими в расчетный фазовый состав сталеплавильного шлака. Расчетное количество магнезиальной шлакообразующей добавки (добавок) пошагово увеличивается (от нуля) до тех пор, пока химический состав сталеплавильного шлака не перейдет в область первичной кристаллизации MgO. В области первичной кристаллизации MgO дальнейшее повышение концентрации оксида магния приводит к возрастанию температуры ликвидуса шлакового расплава. Расчетное количество магнезиальной шлакообразующей добавки (добавок) пошагово увеличивается до тех пор, пока расчетная температура ликвидуса не увеличится до температуры ведения металлургического процесса. Это будет означать насыщение шлакового расплава оксидом магния и переход химического состава шлака в область первичной кристаллизации MgO. Применение расчетного количества магнезиальной шлакообразующей добавки (добавок) приведет к снижению агрессивности шлака по отношению к периклазоуглеродистой огнеупорной футеровке металлургического агрегата, повышению ее ресурса, снижению доли периклазоуглеродистого огнеупорного материала в структуре себестоимости выплавляемого металла.
Краткое описание чертежей
Изображена температура ликвидуса MgO. ΔC - количество шлакообразующей добавки MgO, которое необходимо добавить для насыщения шлака при заданной температуре металлургического процесса.
1. Брюгманн С. Вклад MgO в корректировку состава шлаков внепечной обработки / С. Брюгманн; «Новые огнеупоры» №8.- 2011. - С. 7-11.
2. Козлов, В.В. Расчетное и экспериментальное определение фазового состава шлаков внепечной обработки стали /В.В. Козлов, А.П. Шевчик, С.А. Суворов, А.В. Иванов, Н.В. Арбузова, К.С. Погодина; / «Новые огнеупоры» №9.- 2019. - С. 46-49.
3. Бережной, А.С. Многокомпонентные системы окислов/ А. С. Бережной; издательское объединение «Наукова Думка». - Киев, 1970 г. - 544 с.