СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ФОРМОВАННОГО ШИХТОВОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1997 года по МПК C22B1/24 C21C5/52 

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к получению предварительно подготовленных шихтовых материалов для сталеплавильного производства.

Известны способы получения формованных шихтовых материалов путем грануляции, окомкования, агломерации и брикетирования дисперсных компонентов, к которым добавляются связующие вещества (М.А. Нечепоренко. Окомкование тонких концентратов. Л. 1958, Л.А. Лурьев. Брикетирование в металлургии. ГНТИ литература по черной и цветной металлургии. М. 1968. Равич Б.М. Брикетирование руд и рудно-топливных шихт. М. Недра. 1968).

Однако этими способами невозможно получить формованные шихтовые материалы, основу которых составляют различные металлические и неметаллические кусковые добавки (стружка, окатыши, чугунная дробь, агломерат, кусковая руда, уголь и др.).

Известен также способ получения формованного шихтового материала в виде чешуек путем разливки расплавленного чугуна на конвейерных разливочных машинах. Роль формующей поверхности в этом способе выполняют мульды, представляющие собой корытообразную стальную изложницу (форму) с пологой внутренней поверхностью, которая обеспечивает легкое извлечение формовки (чушки) при опрокидывании мульды, Воливахин В.И. Доменное производство. М. Металлургия, 1976). Однако этим способом получают формованный материал - чушки, состоящие из единственного компонента чугуна.

Наиболее близким к предлагаемому является способ выплавки стали с использованием в шихте заготовки, состоящей из чугуна, рудно-угольных окатышей и получаемой на разливочной машине [1]
Однако в указанном способе не содержится никаких параметров получения заготовки, ни скорости подачи чугуна, ни размера окатышей, ни скорости движения мульд, а использование его при существующих режимах работы разливочных машин, как показала практика, невозможно, так как не позволяет получить формовки одинакового размера, состава и свойства, потому что к разливочной машине от доменных печей поступает чугун, отличающийся от ковша к ковшу и по температуре, и по химсоставу. Следовательно, не обеспечивается стабильность условий восстановления окислов железа, т.е. стабильности состава заготовки. Кроме этого, в процессе восстановления оксидов железа окатышей из объема заготовки выделяются продукты восстановления газы, которые делают заготовку пористой. Нестабильность условий восстановления приводит к нестабильности свойств и состава заготовки.

Использование таких нестабильных по составу, и, следовательно, и по теплофизическим свойствам заготовок не может обеспечить стабильности технологии выплавки стали, ее параметров и качества получаемого металла.

Целью изобретения является производство формованного шихтового материала на разливочной машине для сталеплавильных печей из чугуна и железорудных добавок с равномерным распределением компонентов в объеме формовки, имеющей постоянный состав, форму и свойства.

Цель достигается тем, что для обеспечения стабильности состава и постоянства свойств формовок шихтового материала, равномерного распределения исходных компонентов в объеме формовок заливку железорудных материалов (окатышей, агломерата, кусковой руды, стружки и др.) чугуном осуществляют при отношении средней линейной скорости чугуна и линейной скорости движения мульд, равном (3 6):10, а размер кусков железорудных материалов выбирают из отношения 0,025 0,30 высоты мульды.

Заливка жидкого чугуна в мульды с указанным соотношением линейных скоростей подвода чугуна и движения мульд, равным (3 6):10, обеспечивает равномерную фильтрацию чугуна внутри объема мульды, заполненной твердыми частицами железорудного материала. При этом исключается явление перелива чугуна в соседние мульды, обусловленного превышением скорости заливки чугуна над скоростью движения мульд, т.е. заполнения промежутком между твердыми частицами железорудного материала. Исключается также локальное, неравномерное и неполное заполнение мульд чугуном и застывание порций чугуна в промежутках между твердыми частицами железорудного материала, возникающее в результате недостаточной скорости подачи чугуна в мульды, быстрого его остывания и затвердевания, не заполнив мульды. Соотношение линейных скоростей движения (заливки) чугуна и мульд разливочной машины, равное (3 6):10, отвечает условию получения формовок шихтового материала с постоянным соотношением чугуна и железорудного материала.

Если это соотношение будет больше 6:10, то чугун не успевает заполнить все промежутки между твердыми частицами железорудного материала и возникает явление недолива мульды чугуном. Часть железорудных материалов не будет залита чугуном и при опрокидывании мульды высыпятся из формовок, соотношение масс чугуна и железорудного материала в формовке нарушится, нарушится условие постоянства состава формовки.

Если же соотношение линейных скоростей будет меньше 3:10, то формовки шихтового материала будут переплавляться чугуном, чугун будет переливаться в соседние мульды, что также приведет к нарушению постоянства состава и увеличению массы формовок.

При размере твердых частиц, составляющих слой железорудного материала, равном 0,025 0,300 высоты мульды, гидростатическое давление столба твердых частиц и сил сопротивления, стремящихся вытолкнуть из мульды эти частицы (или верхнюю его часть), уравнивают, что позволяет сохранить слой твердых частиц железорудного материала в мульде при заливке ее чугуном в неподвижном состоянии. А это, в свою очередь, позволяет получать формовки шихтового материала с постоянным, заданным отношением чугуна и железорудного материала как в отдельной чушке, так и во всей партии формовок. Если размер частиц железорудного материала взять меньше 0,025 высоты мульды, то сопротивление слоя этих частиц возрастет вследствие уменьшения порозности (свободного пространства между твердыми частицами) слоя. При этом затрудняется заполнение формовки чугуном и нарушается равномерность смешивания чугуна и железорудного материала, нарушается стабильность соотношения составляющих формовку компонентов, наблюдается повышенный вынос мелких частиц железорудного материала, что усиливает различие в составе и качестве отдельных формовок.

В случае, если размер частиц железорудного материала превышает величину 0,300 высоты мульды, слой твердых частиц, особенно расположенный наверху мульды, вследствие действия подъемных сил и сил сопротивления отрывается от основной массы и смывается жидким чугуном. Поэтому верхняя часть формовки будет состоять в основном из чугуна, что нарушает однородность ее состава. Чем крупнее частицы железорудного материала, загружаемого в мульды, тем больше абсолютная и относительная величина слоя чугуна в формовке и выше степень ее неоднородности.

Наглядно его хорошо иллюстрирует определенный случай, когда размер железорудного материала равен высоте мульды. В этом случае жидкий чугун легко поднимает эту частицу (из-за разности плотности) на поверхность формовки и смывает ее из мульды. В результате получается формовка, состоящая только из чугуна.

Таким образом, предлагаемые параметры способа производства формованного шихтового материала для сталеплавильных печей обеспечивают равномерное смешение железорудных добавок и чугуна и тем самым позволяет обеспечить требуемое качество формовок, а также стабильную технологию их производства и работу разливочной машины.

Пример конкретного выполнения способа осуществлялся на разливочной машине чугуна в НПО "Тулачермет", имеющей два конвейера мульд длиной 35 м и шириной 5,8 м. Каждая лента оборудована 292 мульдами. Разливочная машина оборудована устройством для дозированной загрузки кускового железорудного материала в мульды обоих конвейеров. Формовки получали в мульдах высотой 125 мм с площадью поперечного сечения 318 см², при скорости их движения 10 см/с. В качестве железорудного материала использовались обожженные окисленные железорудные окатыши Михайловского ГОКа и агломерат собственного производства с размером кусков 0,025 0,300 высоты мульды, т.е. 3,125 37,5 мм. Если размер частиц железорудных материалов оказывался меньше 0,025 высоты мульды, затруднялось заполнение мульды чугуном и нарушалась равномерность смешивания чугуна и железорудного материала, нарушалась стабильность соотношения между чугуном и железорудным материалом, наблюдался повышенный пылевынос мелких частиц железорудного материала и формовки заметно отличались по составу.

Если же размер частиц железорудного материала превышал 0,30 высоты мульды, то слой твердых частиц, особенно расположенный сверху мульды, смывался чугуном. Это приводило к неравномерности распределения железорудного материала в объеме формовки и нарушению однородности ее состава.

Скорость заливки чугуна, отнесенная к площади поперечного сечения мульды и к скорости движения конвейера мульд, регулировали в пределах (3:6):10. Замечено, что при соотношении линейных скоростей заливки чугуна и движения мульд больше 6-10 чугун не успевает заполнить все пустоты между твердыми частицами железорудного материала и формовки, получались пористые и с неравномерным распределением чугуна по объему формовки. Часть твердых частиц не была схвачена чугуном и при опрокидывании мульд высыпалась, что приводило к получению недоброкачественных формовок.

Если же соотношение линейных скоростей было меньше 3:10, то формовки переполнялись чугуном, чугун переливался в соседние мульды, что приводило к нарушению постоянства состава и увеличению массы формовки.

Во время проведения опытов было получено более 1500 т формованного шихтового материала для сталеплавильных печей. Формовки имели массу 31 33 кг каждая и содержала 20 25 мас. железорудного материала, чугун остальное.

Технический результат на стадии производства формованного материала заключается в повышении стабильности состава и свойств полученного материала. Это проявляется в снижении колеблемости массы чушек и их размеров и содержания в них оксидной фазы.

В таблице приведены данные о пределах колебаний этих показателей и их средние величины, полученные при разливке чугуна из 80-тонного ковша.

В сравнении с известным способом (прототип) предлагаемый способ обеспечивает сокращение интервала колеблемости массы чушки с 5 до 1-1,5 кг и уменьшение пределов отклонения содержания оксидной фазы от среднего до ± 1,3 1,8 вместо ± 4,5% а также повышение доли чушек стандартного размера в общей массы с 68,7 до 93-96%
Помимо этого предлагаемый способ позволяет использовать чугун с температурой на 30 50^oC ниже по сравнению с прототипом, поскольку в нем отсутствует необходимость в восстановлении оксидов железа углеродом. Благодаря этому снижается на 5-9% расход воды, идущей на охлаждение чушек. Кроме того, предлагаемый способ обеспечивает увеличение на 0,1 0,15% содержания углерода в формованном материале по сравнению с прототипом. Это связано со снижением количества углерода, выделяющегося из расплава с железорудным материалом и ускоренному затвердеванию чугуна. Данные таблицы подтверждают также, что выбранное соотношение скоростей способствует не только повышению стабильности получаемого материала, но обеспечивает также достижение максимальной степени заполнения литейной формы (мульды) и получение чушек с максимальной массой. Пример определения линейной скорости заполнения мульд разливочной машины чугуном при получении формованного шихтового материала для сталеплавильных печей: чугуновозный ковш 80 т чугуна разливается на два конвейера разливочной машины за 60 мин, или 40 т на каждый конвейер, а в секунду: 40000: 3600 11,1 кг/с. Плотность чугуна 7 кг/дц³ (7 г/см³), тогда объемный расход чугуна равен 11,1:7=1,59 дц³/с.

Площадь поперечного сечения мульды в нашем случае равна 1,5 дц². В этом случае объемный расход чугуна, отнесенный к площади поперечного сечения мульды (или средняя линейная скорость движения чугуна), составит:
1,59 1,5 1,0 дц в сек или 0,10 м/с.

Скорость движения мульд равнялась 0,30 м/с. Отсюда отношение скоростей будет равно 3:10.

Полученный формованный шихтовый материал был переплавлен на сталь в 3^х, 6^ти и 100=тонных электропечах и в 65=тонной мартеновской печи. Во всех случаях получен положительный эффект: сократились время плавки на 30 50% расход тепла на 14 25% огнеупоров на 1 2 кг/т.ст. снизилась себестоимость стали по сравнению с выплавляемой из традиционной шихты: металлолома и металлизованных окатышей. технический результат предлагаемого решения на стадии выплавки стали в сравнении с прототипом заключается в его повышенной эффективности. По данным опытных плавок в высокомощной 100-тонной электропечи БМЗ использование материала с более стабильным содержанием, массой и размерами позволило достичь производительности электропечи, равной 80 т/ч против 55 т/ч, достигнутой в известном способе. Удельные энергозатраты при этом снизились на 100 120 кВт•ч/т стали против 50 кВт•ч/т у прототипа.

Полученный на разливочной машине формованный шихтовый материал из чугуна и железорудного материала эффективным заменителем металлизованного сырья.

Сущность изобретения: в молекулы разливочных машин загружают подсушенные железорудные материалы и заливают их расплавленным чугуном, при этом поддерживают скорость подачи чугуна, отнесенную к площади поперечного сечения мульды, к скорости движения конвейера мульд равной (3 - 6):10, а размеры кусков железорудных материалов выбирают из отношения 0,025: 300 высоты мульды. Способ позволяет получать формовки шихтового материала с равномерным распределением компонентов, обеспечивающим их постоянный состав и свойства. 1 табл.

Способ производства формованного шихтового материала, включающий дозированную загрузку в мульды разливочной машины железорудных материалов, последующую заливку их чугуном, отличающийся тем, что заливку железорудных материалов чугуном осуществляют при отношении средней линейной скорости чугуна и линейной скорости движения мульд 3 6 10, а размер кусков железорудных материалов составляет 0,025 0,300 высоты мульды.