СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В КОНВЕРТЕРЕ
MELTING METHOD OF STEEL 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, C21C 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, 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 в конвертере, включающий завалку металлолома, его предварительный подогрев, заливку жидкого чугуна, продувку металла кислородом, подачу твердого топлива с различным выходом летучих для предварительного подогрева лома и после заливки чугуна / SU №1749237, C21C 5/28, опубл. 1992/.
Известный способ позволяет повысить эффективность использования твердого топлива при выплавке стали в конвертере. Подача твердого топлива с определенным выходом летучих веществ и реакционной способностью углерода на первой стадии процесса для предварительного подогрева лома и последующий ввод твердого топлива с другим выходом летучих веществ и реакционной способностью углерода после заливки чугуна на второй стадии процесса позволяет снизить общий расход топлива, сократить продолжительность плавки и уменьшить количество вредных выбросов в атмосферу.
Недостатком известного способа является повышенный угар железа при рекомендуемых параметрах предварительного подогрева лома и в начале продувки из-за сгорания металлолома, выступающего над жидкой ванной после заливки чугуна, от прямого контакта с ним струй кислорода. Повышенный угар железа при продувке конвертерной плавки приводит к снижению выхода жидкой стали и, соответственно, увеличению расходных коэффициентов на сырье и материалы.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ выплавки стали в конвертере, включающий послойную загрузку лома, периодическую подачу углеродсодержащего топлива и кислорода, нагрев каждого слоя лома, последующую заливку чугуна и окислительное рафинирование расплава / SU №1464478, C21C 5/28, опубл. 1999 г./.
Известный способ позволяет повысить эффективность нагрева лома и снизить расход чугуна на плавку при более благоприятных для футеровки конвертера условиях.
Недостатком известного способа является неполное сгорание выделяемых из углеродсодержащего топлива летучих продуктов и коксового остатка, образующегося при воспламенении и горении угольных частиц, а также высокий вынос углеродсодержащего топлива из конвертера.
Задачей изобретения является повышение эффективности использования углеродсодержащего топлива для предварительного подогрева лома в конвертере.
3
3
Поставленная задача решается следующим образом. В способе выплавки стали в конвертере, включающем послойную загрузку лома, нагрев каждого слоя путем двухстадийного сжигания углеродсодержащего топлива с различным выходом летучих и реакционной способностью углерода и кислорода, последующую заливку чугуна и окислительное рафинирование, согласно изобретению каждый слой нагревают сжиганием углеродсодержащего топлива с выходом летучих веществ 0,5-1,5% и реакционной способностью углерода 0,5-1,0 см/г·c в количестве 15-30 кг/т нагреваемого слоя лома и одновременно в потоке кислорода равномерно подают углеродсодержащее топливо с выходом летучих веществ 10-17% и реакционной способностью углерода 0,1-0,5 см/г·с в количестве 30-40 кг/т нагреваемого слоя лома.
Технический результат, достигаемый предлагаемым способом выплавки стали в конвертере, заключается в том, что в условиях дефицита жидкого чугуна при выплавке стали с повышенным расходом лома, его послойной загрузкой и нагревом каждого слоя путем двухстадийного ввода углеродсодержащего топлива и сжигания его в потоке кислорода за счет изменения режима подачи, технологических параметров присаживаемого углеродсодержащего топлива и его количества обеспечиваются оптимальные условия для подогрева металлического лома. Это способствует повышению эффективности использования углеродсодержащего топлива и снижению его расхода, позволяет значительно увеличить расход перерабатываемого лома.
Регламентация видов углеродсодержащего топлива по технологическим параметрам, количества и режима подачи обусловлена необходимостью выделения максимально возможного количества тепла с определенной скоростью, обеспечивающей равномерный прогрев загруженного в конвертер слоя лома с минимальным агрессивным воздействием на футеровку агрегата и поверхность лома, а также оптимальную продолжительность операции.
В качестве углеродсодержащего топлива используют угли с различным выходом летучих веществ, а также реакционной способностью углерода. При вводе в конвертер угольные частицы контактируют с нагретыми газами и раскаленной футеровкой, при этом происходит термическое разложение органической массы - пиролиз с выделением летучих веществ, которые в зависимости от генетических и технологических параметров угля состоят из газообразных и жидких (смолистых) веществ, а также твердых продуктов - коксовых остатков. Эффективность процесса горения топлива определяется свойствами летучих веществ и твердых продуктов пиролиза.
3
После загрузки в конвертер каждого слоя лома на первой стадии присаживают углеродсодержащее топливо с выходом летучих веществ 0,5-1,5% и реакционной способностью углерода 0,5-1,0 см/г·с в количестве 15-30 кг/т нагреваемого слоя лома, что позволяет обеспечить беспламенное горение с местным тепловыделением и дополнительно с углеродсодержащим топливом, сжигаемым в струях кислорода, равномерно прогреть лом, снизить высокие локальные температуры на поверхности нагреваемого слоя лома и предотвратить его оплавление, повышая тем самым эффективность использования углеродсодержащего топлива для предварительного подогрева лома в конвертере.
3
Выход летучих веществ и реакционная способность углерода, углеродсодержащего топлива не должны быть менее 0,5% и 0,5 см/г·с соответственно, в противном случае снижается скорость горения топлива и количество выделяющегося тепла, что приводит к снижению эффективности нагрева лома и, соответственно, снижению эффективности использования углеродсодержащего топлива для предварительного подогрева лома в конвертере.
3
Выход летучих веществ и реакционная способность углерода, углеродсодержащего топлива не должны быть более 1,5% и 1,0 см/г·с соответственно, так как это приводит к уменьшению времени газовыделения при выгорании летучих продуктов угля, неполному сгоранию его частиц и снижению эффективности нагрева лома и, соответственно, снижению эффективности использования углеродсодержащего топлива для предварительного подогрева лома в конвертере.
Количество углеродсодержащего топлива, присаживаемого на лом после загрузки в конвертер каждого его слоя, не должно быть менее 15 кг/т нагреваемого слоя лома, иначе выделяющегося при сгорании угля тепла будет недостаточно для подогрева лома, что приведет к снижению эффективности нагрева лома и, соответственно, снижению эффективности использования углеродсодержащего топлива для предварительного подогрева лома в конвертере.
Количество углеродсодержащего топлива, присаживаемого на лом после загрузки в конвертер каждого его слоя, не должно быть более 30 кг/т нагреваемого слоя лома, так как это приведет к перегреву и оплавлению верхних слоев нагреваемого слоя лома, снижению эффективности использования углеродсодержащего топлива для предварительного подогрева лома в конвертере.
Предлагаемые характеристики и количество углеродсодержащего топлива, равномерно вводимого для сжигания в струях кислорода на второй стадии после загрузки в конвертер каждого слоя лома и первой стадии ввода углеродсодержащего топлива: выход летучих веществ 10-17% и реакционная способность углерода
3
0,1-0,5 см/г·с, а также количество 30-40 кг/т нагреваемого слоя лома выбраны исходя из задачи повышения эффективности использования углеродсодержащего топлива для предварительного подогрева лома в конвертере за счет сжигания летучих.
3
Выход летучих веществ и реакционная способность углерода углеродсодержащего топлива для сжигания в струях кислорода не должны быть менее 10% и 0,1 см/г·с соответственно, так как при этом замедляется начало газовыделения и снижается эффективность использования углеродсодержащего топлива для предварительного подогрева лома в конвертере.
3
Выход летучих веществ и реакционная способность углерода углеродсодержащего топлива для сжигания в струях кислорода не должны быть более 17% и 0,5 см/г·с соответственно, иначе летучие продукты разложения углей покидают рабочее пространство агрегата, не успев сгореть, что приводит к снижению эффективности использования углеродсодержащего топлива для предварительного подогрева лома в конвертере.
Количество углеродсодержащего топлива, равномерно вводимого на второй стадии для сжигания в струях кислорода, не должно быть менее 30 кг/т нагреваемого слоя лома, иначе при сгорании твердых продуктов пиролиза угля выделяется недостаточно тепла для предварительного подогрева лома в конвертере, что приведет к снижению эффективности использования углеродсодержащего топлива.
Количество углеродсодержащего топлива, равномерно вводимого на второй стадии для сжигания в струях кислорода, не должно быть более 40 кг/т нагреваемого слоя лома, так как при этом увеличивается объем образующихся газов, в их составе возрастает содержание метана и других углеводородных компонентов, что свидетельствует о снижении эффективности использования углеродсодержащего топлива для предварительного подогрева лома в конвертере.
Равномерность ввода углеродсодержащего топлива способствует эффективному и полному сгоранию его в струях кислорода и улучшению процесса нагрева
3
3
Пример. В 160-тонный конвертер после выпуска предыдущей плавки загружают из одного совка 27 тонн легковесного лома (весь лом 80 т заваливают из трех совков). Конвертер наклоняют на 30-50° в сторону сталевыпускного отверстия для равномерного распределения лома. Затем его устанавливают вертикально, опускают фурму, присаживают 500 кг углеродсодержащего топлива (например, кокса) с выходом летучих веществ 1% и реакционной способностью 0,55 см/г·с (18,5 кг/т нагреваемого слоя лома) и подают кислород. Одновременно по ходу нагрева в потоке кислорода подают равномерно углеродсодержащее топливо (например, уголь ТОМ) с выходом летучих веществ 11% и реакционной способностью углерода 0,4 см/г·с порциями по 100-200 кг с общим расходом 1 т (37 кг/т нагреваемого слоя лома). Продолжительность нагрева первого слоя лома 10 минут.
По окончании нагрева загружают второй совок лома (27 т) и нагревают аналогично в течение 8 минут. Расход углеродсодержащего топлива на первой стадии составляет 750 кг (27,7 кг/т нагреваемого слоя лома), а расход углеродсодержащего топлива на второй стадии - 1 т (37 кг/т нагреваемого слоя лома).
Затем загружают третий совок лома 26 т. Нагрев ведут по аналогичному режиму. Расход углеродсодержащего топлива на первой стадии составляет 750 кг (28,8 кг/т нагреваемого слоя лома), а расход углеродсодержащего топлива на второй стадии - 1 т (38,5 кг/т нагреваемого слоя лома), продолжительность нагрева 9 минут.
Общий расход углеродсодержащего топлива на первой стадии составил 2 т, а расход углеродсодержащего топлива на второй стадии - 3 т.
Заявляемый способ выплавки стали в конвертере промышленно применим в кислородно-конвертерном производстве и позволяет эффективно использовать углеродсодержащее топлива для предварительного подогрева лома.