СПОСОБ СОВМЕЩЕННОГО ПРОЦЕССА НАНЕСЕНИЯ ШЛАКОВОГО ГАРНИСАЖА И ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В КОНВЕРТЕРЕ С ПОНИЖЕННЫМ РАСХОДОМ ЧУГУНА
PROCEDURE FOR COMBINED PROCESS OF CHARGE OF SLAG SCULL WITH MELTING STEEL IN CONVERTER AT REDUCED CONSUMPTION OF IRON

Предлагаемое изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к способам горячего ремонта футеровки сталеплавильных агрегатов, например кислородного конвертера, совмещенного с выплавкой стали.
6
Известен способ нанесения шлакового гарнисажа на футеровку конвертера, включающий повалку конвертера и выпуск из него металла, подвергнутого окислительной продувке до определенного содержания в нем углерода, оставление в конвертере шлака предыдущей плавки, ввод на шлак карбонатных и/или углеродсодержащих материалов, нанесение шлакового гарнисажа на футеровку конвертера путем подачи на шлак сверху струй нейтрального газа через фурму при ее переменной высоте, в котором в зависимости от содержания углерода в металле перед его выпуском на повалке конвертера в шлак вводят карбонатные и/или углеродсодерожащие материалы в количестве 15-25% и 5-10% от массы шлака соответственно, при этом при содержании в металле более 0,12% углерода вводят карбонатные материалы, при содержании углерода 0,06-0,12% - карбонатные и углеродсодержащие материалы, а при содержании углерода менее 0,06% - углеродсодержащие материалы, после чего перемешивают полученный шлаковый расплав смесью кислорода с нейтральным газом в соотношении 1:(0,35-0,85) в течение 1-7 продолжительности основной окислительной продувки с последующим его нанесением на футеровку конвертера струями нейтрального газа с расходом 100-200% номинальной интенсивности основной окислительной продувки [Патент РФ N 2128714, МПК С21С 5/44, F27D 1/16, С21С 5/28, опубл. 01.04.99].
Недостатком известного способа является невозможность равномерного нанесения шлакового гарнисажа по высоте конвертера при продувке шлаковой ванны струями нейтрального газа из-за неравномерного и неполного распределения шлака по поверхности футеровки, что снижает эффективность нанесения шлакового расплава на поверхность рабочей футеровки конвертера и образования на нем защитного слоя, а при переделе чугуна с содержанием марганца не более 0,25% низкое содержание МnО в конечном шлаке усугубляет этот процесс.
3
3
6
Известен способ нанесения шлакового гарнисажа на футеровку конвертера, предусматривающий оставление в конвертере конечного шлака, раздувание шлака газом, подаваемым с определенной интенсивностью через фурму, установленную на определенном расстоянии относительно уровня днища конвертера и нанесение шлакового гарнисажа на футеровку с определенной интенсивностью, в котором шлак раздувают кислородом или воздухом, нейтральным или восстановительным газом при положении фурмы относительно уровня днища конвертера, равном 0,01-150 приведенных калибров при интенсивности продувки 0,25-70 м/мин·т стали до израсходования 0,25-15 м/т. До раздува шлак и/или в процессе раздува на шлак присаживают газовыделяющие материалы и/или углеродсодержащие в количестве 1-35 кг/т [Патент РФ N 2131571, МПК F27D 1/16, С21С 5/44, опубл. 10.06.99.].
Недостатком известного способа является низкая технологичность процесса, которая обусловлена отсутствием параметра, регламентирующего физическое состояние оставленного конечного шлака. Многоступенчатый режим операции восстановления футеровки и большая продолжительность цикла нанесения шлакового гарнисажа увеличивает потери времени и снижает производительность работы конвертера. При переделе чугуна с содержанием марганца менее 0,25% низкое содержание МnО в конечном шлаке усугубляют эти недостатки.
3
7
Известен способ передела чугуна в конвертере, включающий завалку лома, подачу твердого углеродсодержащего топлива, предварительный нагрев лома, заливку чугуна, продувку с изменением положения фурмы и расхода кислорода, рассредоточенный ввод извести и марганецсодержащих материалов, по ходу продувки, в котором в качестве чугуна используют чугун с содержанием одновременно кремния и марганца не более 0,35%, нагрев лома производят с подачей антрацита и газового угля при соотношении 1:(0,2-0,5) при расходе кислорода 0,3-0,5 м/кг топлива, при этом 70-80% общего расхода антрацита подают на первой минуте нагрева, а остальное количество - в процессе основной кислородной продувки, а марганецсодержащие материалы вводят в количестве 0,6-1,5% от расхода чугуна, причем 45-65% общего расхода марганецсодержащих материалов вводят на первой минуте продувки, а остальное - в течение 50-80% продолжительности продувки [Патент РФ N 2205231, МПК С21С 5/28, опубл. 27.05.2003, Бюл. №15].
Недостатком этого способа является большая длительность плавки. Предварительный нагрев лома увеличивает продолжительность плавки, что при напряженном производстве конвертерной стали недопустимо.
2
7
Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является известный способ совмещенного процесса нанесения шлакового гарнисажа и выплавки стали в конвертере, включающий оставление в конвертере шлака предыдущей плавки, загрузку на шлак извести, нанесение шлакового гарнисажа, завалку лома, заливку чугуна, продувку газообразным окислителем с изменением его расхода и положения фурмы над уровнем спокойной ванны, регулирование основности конечного шлака вводом в конвертер извести и марганецсодержащих материалов по ходу плавки, выпуск расплава и раскисление в ковше, в котором в качестве чугуна используется чугун с содержанием кремния не более 0,35% при отношении Mn/Si≥1,0 количество загружаемой на шлак и по ходу плавки извести поддерживают в соотношении 1:(1-4), а количество вводимых в конвертер извести и марганецсодержащих материалов по ходу плавки регулируют из условия получения основности конечного шлака CaO/SiO=2,0-2,7, при этом общий расход извести и марганецсодержащиго материала поддерживают в соотношении 1:(0,1-0,4) [Патент РФ N 2179586, МПК С21С 5/28, опубл. 20.02.2002, Бюл. №5].
Недостатком этого способа является невозможность увеличения доли лома при дефиците тепла, а использование низкомарганцовистого чугуна (не более 0,25%) еще более снижает теплосодержание (энтальпию) чугуна. Низкое содержание окислов марганца в конечном шлаке не позволяет получить шлаковый расплав необходимой консистенции для нанесения шлакового гарнисажа.
Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности нанесения шлакового гарнисажа за счет равномерного нанесения слоя шлакового расплава на рабочую футеровку конвертера и выплавки стали с пониженным расходом чугуна с низким содержанием марганца.
Задача решается следующим образом. В известном способе совмещенного процесса нанесения шлакового гарнисажа и выплавки стали в конвертере, включающий оставление в конвертере шлака предыдущей плавки, загрузку на шлак извести, нанесение шлакового гарнисажа, завалку лома, заливку чугуна, продувку газообразным окислителем, например кислородом, с изменение его расхода и положения фурмы над уровнем спокойной ванны, ввод в конвертер извести и марганецсодержащих материалов по ходу плавки с общим их расходом в соотношении 1:(0,04-0,4), выпуск и раскисление в ковше, согласно изобретению в качестве чугуна используется чугун с содержанием марганца не более 0,25% при соотношении Si/Mn≥1,0, в конвертер дополнительно присаживают магнийсодержащий материал и углеродсодержащее топливо, причем магнийсодержащий материал, углеродсодержащего топлива и известь для наведения шлакового гарнисажа присаживают в соотношении 1:(0,2-0,6):(0,4-0,6) соответственно, а 55-70% общего расхода углеродсодержащего топливо присаживают в завалку, 15-25% - в процессе кислородной продувки, 5-20% на гарнисаж.
Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях и, следовательно, заявляемое решение имеет изобретательский уровень.
При создании настоящего изобретения исходили из положения, что шлаковый гарнисаж должен активно участвовать в процессе шлакообразования. Поэтому при нанесении шлакового гарнисажа необходимо создать не только условия для образования шлакового расплава необходимого состава, консистенции и равномерного нанесения его направленной газовой струей для фиксации шлака на поверхности футеровки по высоте конвертера, но и повысить тепловой баланс плавки за счет тепла конечного шлака предыдущей плавки и эффективного использования тепла от сгорания топлива, содержащего в наведенном гарнисаже. Это топливо сгорает в период продувки кислородом по мере растворения (усвоения) гарнисажа конвертерной ванной.
Ожидаемый технический результат - увеличение стойкости футеровки конвертера, улучшение теплового баланса плавки и снижение удельного расхода чугуна при выплавке стали.
Технический результат, достигаемый предложенным способом совмещенного процесса нанесения шлакового гарнисажа и выплавки стали и в конвертере с пониженным расходом чугуна, заключается в том, что ввод на конечный шлак до и/или в процессе нанесения шлакового гарнисажа магнийсодержащего материала, углеродсодержащего топлива и извести при определенном соотношении позволяет аккумулировать тепло предыдущей плавки и снизить температуру и окисленность шлака, при одновременном его вспенивании, и в совокупности достичь необходимой консистенции для эффективного нанесения шлакового гарнисажа. Регламентированный расход углеродсодержащего топлива в завалку по ходу кислородной продувки и на гарнисаж предопределяет его эффективное использование, обеспечивает нормальный ход кислородной продувки без выбросов и выносов металла и шлака при использовании чугуна с содержанием марганца менее 0,25%.
Для подготовки шлака к раздуву на рабочую поверхность футеровки конвертера на конечный шлак до и/или в период раздува шлакового расплава необходимо вводить магнийсодержащий материал, углеродсодержащее топливо и известь в соотношении 1:(0,2-0,6):(0,4-0,6) соответственно в зависимости от характеристик конечного шлака. В качестве основного признака, характеризующего состояние конечного шлака, применяется содержание углерода в металле на повалке предыдущей плавки. При содержании углерода в металле менее 0,10% необходимо доломит, углеродсодержащее топливо и известь вводить в количестве, близком к верхнему пределу расходов материалов, а при содержании углерода 0,10% и выше к нижнему пределу расходов. Доломит и известь не только обогащают шлак высокоогнеупорными оксидами, но и способствуют получению шлака необходимой консистенции, а ввод углеродсодержащих материалов снижает активность окислов железа, вспенивая шлак, что способствует нанесению качественного слоя шлакового гарнисажа.
При вводе магнийсодержащий материала в соотношении с углеродсодержащим топливом и известью меньшим, чем 1:(0,2-0,6):(0,4-0,6) соответственно не достигается получение шлакового расплава необходимого состава и консистенции для получения слоя гарнисажа достаточной толщины вследствие ее повышенной жидкотекучести, а при вводе его в большем количестве шлак «сворачивается» и становится невозможным его нанесение на футеровку конвертера.
При вводе углеродсодержащего топлива с меньшим расходом предложенного соотношения шлак не вспенивается, и не достигаются условия получения шлакового расплава необходимой консистенции, а при вводе его в большем количестве обуславливает неравномерное его распределение по поверхности футеровки конвертера.
При вводе извести с меньшим, чем в предложенном соотношении, не достигается налипание шлакового расплава на поверхность футеровки конвертера, а при вводе его в большем количестве предопределяет к неравномерному ее распределению в шлаковом расплаве и соответственно неравномерному распределения в шлаковом гарнисаже и невозможности наведения гарнисажа необходимого качества.
В завалку необходимо присаживать 55-70% общего расхода углеродсодержащего топлива. Присадка в завалку менее 55% общего расхода углеродсодержащего топлива снижает эффективность его использования в связи с недостатком тепла в начальный период кислородной продувки. Расход в завалку более 70% общего расхода углеродсодержащего топлива приводит к нестабильности плавки и выбросам металла и шлака из конвертера.
В процессе кислородной продувки необходимо присаживать 15-25% общего расхода углеродсодержащего топлива. Присадка менее 15% общего расхода углеродсодержащего топлива не компенсирует недостаток тепла для получения заданной температуры на повалке. Присадка более 25% общего расхода углеродсодержащего топлива приводит к неполному сгоранию топлива, повышенному выносу топлива с отходящими газами, ужесточению работы газоотводящего тракта.
В процессе подготовки и нанесения шлакового гарнисажа необходимо присаживать 5-20% общего расхода углеродсодержащего топлива. Присадка менее 5% общего расхода углеродсодержащего топлива не обеспечивает достаточного раскисления шлака, а присадка более 20% приводит к неполному усвоению топлива и затрудняет налипание шлакового расплава при наведении гарнисажа.
В качестве марганецсодержащих материалов можно использовать доломит и другие специально приготовленные флюсы, содержащие MgO. В качестве углеродсодержащего материала - кокс, антрацит, уголь и др.
Пример 1.
Опробование предложенного способа проводили в 160-т конвертере. После окончания кислородной продувки и выпуска металла оставили шлак предыдущей плавки (15,0 т). Химический состав металла перед выпуском из конвертера предыдущей плавки:
3
3
2
углерода 0,05%, кремния 0,01%, марганца 0,05%, серы 0,019%, фосфора 0,012%. Конвертер устанавливали в вертикальное положение и на оставленный шлак присадили 900 кг доломита, 450 кг (17,3% общего расхода) кокса и 540 кг извести (соотношение 1:0,5:0,6). Нанесение шлакового гарнисажа на футеровку конвертера производили путем раздува шлака азотом через 5-сопловую фурму с расходом 350-450 м/мин с переменным положением фурмы от 250 см с постепенным снижением до 90 см. Длительность подачи азота на наведение шлакового гарнисажа составила 4 мин. Получили толщину гарнисажного слоя по высоте футеровки конвертера 30-50 мм. После нанесения шлакового гарнисажа на футеровку конвертера в конвертер присадили 3000 кг извести, 500 кг марганцевого концентрата, 1750 кг (67,3% общего расхода) кокса, завалили лом в количестве 39,5 т и слили 118,5 т чугуна с содержанием углерода 4,30%, кремния 0,85%, марганца 0,040%, серы 0,023%, фосфора 0,12% при температуре 1350°С. Соотношение Si/Мn=21,25. Продувку кислородом осуществляли 5-сопловой фурмой с расходом 350-450 м/мин. Для улучшения шлакообразования первые 4 мин положение фурмы изменяли в пределах от 330 см с постепенным снижением до рабочего положения 120 см. В процессе кислородной продувки присадили 400 кг (15,4% общего расхода) кокса, 1000 кг извести на 1 минуте, затем 2800 кг извести 5 порциями с 3 по 8 мин продувки, на 4 минуте присадили 601 кг марганцевого концентрата, 1000 кг доломита мелкими порциями по 100-200 кг с 9 по 14 продувки. Общий расход материалов на плавку составил: извести 7340 кг, марганцевого концентрата 1101 кг (соотношение извести и марганцевого концентрата 1:0,15), доломита 1900 кг, кокса 2600 кг. Продувку кислородом закончили при содержании 0,05% углерода, 0,12% марганца, 0,017% серы и 0,012% фосфора и температуре металла 1650°С. Состав шлака: 44,12% СаО, 21,21% FeO, 9,08% MgO, 15,82% SiO, 4,65% MnO. Раскисление и науглероживание металла проводили на выпуске металла. В ковш присадили ферромарганец 250 кг, силикомарганец 1100 кг и 309 кг коксика. Получили сталь марки 3пс с содержанием 0,18% углерода, 0,55% марганца, 0,09% кремния, 0,017% серы и 0,012% фосфора. Выход стали составил 146,6 т при удельном расходе чугуна 808,3 кг/т.
Пример 2.
2
3
3
После окончания кислородной продувки и выпуска металла в 160-т конвертере оставили шлак предыдущей плавки. Содержание углерода в металле предыдущей плавки было 0,11%. Конечный шлак в количестве 15 т содержал: 45,12% СаО, 16,21% FeO, 9,08% MgO, 15,82% SiO, 4,85% MnO. Конвертер устанавливали в вертикальное положение и на оставленный шлак присадили 600 кг доломита, 230 кг (9,7% общего расхода) кокса и 300 кг извести (соотношение 1:0,3:0,5). Раздув шлака производили азотом через 5-сопловую фурму с расходом 350-450 м/мин с переменным положением фурмы от 240 см с постепенным снижением до 90 см. Длительность подачи азота на наведение шлакового гарнисажа составила 4 мин. Получили толщину гарнисажного слоя по высоте футеровки конвертера 40-55 мм. После нанесения шлакового гарнисажа на футеровку конвертера и скачивания оставшейся жидкой части шлака в конвертер завалили лом в количестве 42,0 т. Затем присадили 3000 кг извести, 500 кг марганцевого концентрата и 1600 кг (67,2% общего расхода) кокса, слили 116,0 т чугуна с содержанием углерода 4,30%, кремния 1,0%, марганца 0,20%, серы 0,021%, фосфора 0,11% при температуре 1350°С (соотношение в чугуне Si/Мn=5,0). Продувку кислородом осуществляли 5-сопловой фурмой с расходом 350-450 м /мин. Для улучшения шлакообразования первые 4 мин положение фурмы изменяли в пределах от 340 см с постепенным снижением до рабочего положения 120 см. В процессе кислородной продувки присадили 550 кг (23,1 общего расхода) кокса, 1000 кг извести на 1 минуте, затем 2800 кг извести 5 порциями с 3 по 8 мин продувки, на 4 минуте присадили 920 кг марганцевого концентрата, 900 кг доломита мелкими порциями по 100-200 кг с 9 по 14 продувки. Общий расход материалов на плавку составил: извести 7100 кг, марганцевого концентрата 1420 кг (соотношение извести и марганцевого концентрата 1:0,2), доломита 1900 кг, кокса 2380 кг. Продувку кислородом закончили при содержании 0,11% углерода, 0,11% марганца, 0,017% серы и 0,012% фосфора и температуре металла 1640°С. Раскисление и науглероживание металла проводили на выпуске металла в ковш ферромарганцем 250 кг, силикомарганцем 1100 кг и 270 кг коксика. Получили сталь марки 3пс с содержанием 0,18% углерода, 0,56% марганца, 0,09% кремния, 0,017% серы и 0,012% фосфора. Выход стали составил 148,7 т при удельном расходе чугуна 780,1 кг/т.
Пример 3.
3
2
Опробование предложенного способа проводили в 160-т конвертере аналогично примера. Конвертер устанавливали в вертикальное положение и на оставленный шлак присадили 800 кг доломита, 240 кг (15,0% общего расхода) кокса и 400 кг извести (соотношение 1:0,3:0,5). Нанесение шлакового гарнисажа на футеровку конвертера с переменным положением фурмы от 2450 см с постепенным снижением до 95 см. Длительность подачи азота на наведение шлакового гарнисажа составила 4 мин. После нанесения шлакового гарнисажа на футеровку конвертера в конвертер присадили 3000 кг извести, 500 кг марганцевого концентрата, 1040 кг (65,0% общего расхода) кокса, завалили лом в количестве 39,5 т и слили 118,5 т чугуна с содержанием углерода 4,30%, кремния 0,80%, марганца 0,08%, серы 0,020%, фосфора 0,15% при температуре 1370°С. Соотношение Si/Мn=10,0. Продувку кислородом осуществляли 5-сопловой фурмой с расходом 350-450 м/мин. Для улучшения шлакообразования первые 4 мин положение фурмы изменяли в пределах от 250 см с постепенным снижением до рабочего положения 110 см. В процессе кислородной продувки присадили 320 кг (20,0% общего расхода) кокса, 1000 кг извести на 1 минуте, затем 2800 кг извести 5 порциями с 3 по 8 мин продувки, на 4 минуте присадили 580 кг марганцевого концентрата, 1000 кг доломита мелкими порциями по 100-200 кг с 9 по 14 продувки. Общий расход материалов на плавку составил: извести 7200 кг, марганцевого концентрата 1080 кг (соотношение извести и марганцевого концентрата 1:0,15), доломита 1800 кг, кокса 1600 кг. Продувку кислородом закончили при содержании 0,05% углерода, 0,12% марганца, 0,016% серы и 0,007% фосфора и температуре металла 1640°С. Состав шлака: 44,12% СаО, 21,30% FeO, 8,88% MgO, 15,80% SiO, 4,50% MnO. Раскисление и науглероживание металла проводили на выпуске металла. В ковш присадили ферромарганец 250 кг, силикомарганец 1100 кг и 309 кг коксика. Получили сталь марки 3пс с содержанием 0,18% углерода, 0,56% марганца, 0,08% кремния, 0,016% серы и 0,008% фосфора. Выход стали составил 146,6 т при удельном расходе чугуна 808,3 кг/т.
Результаты опробования способа свидетельствуют об эффективном нанесении шлакового гарнисажа на футеровку конвертера при одновременном снижении удельного расхода чугуна Способ может быть реализован при нанесении шлакового гарнисажа на футеровку конвертера и выплавки стали с пониженным расходом чугуна.