ФЛЮС ДЛЯ ОСНОВНОГО СТАЛЕПЛАВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА Российский патент 1997 года по МПК C21C5/28 C21C5/06 C21C5/54 

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к конвертерному производству.

Известно использование различных флюсов для разжижения шлака, например, плавикового шпата или боксита [1] Эти флюсы снижают вязкость шлаков, но не решают вопросов повышения их сульфидной емкости, кроме того плавиковый шпат вреден.

Известен флюс состава, мас. [2]
Плавиковый шпат 50 60
Доломит 15 20
Связующие 3 6
а также флюс [3] состоящий, мас.

Доломит 15 20
Ковшевой основной мартеновский шлак 20 25
Масло креозотовое или антраценовое или сланцевое 10 15
Плавиковый шпат Остальное
Наличие в их составе плавикового шпата делает их экологически вредными, а сами флюсы не обладают всем комплексом рафинирующих свойств. Помимо этого применение плавикового шпата приводит к повышению активности закиси железа в шлаках, что оказывает отрицательное влияние на десульфирующую способность последнего.

Известна шлакообразующая смесь преимущественно для конвертерного производства, включающая мас. [4]
Известь 35 45
Окислы марганца 10 20
Окислы железа 20 30
Окись алюминия 8 15
Эта смесь не может подвергаться длительному хранению, при использовании вносит влагу в конвертер и оказывает вредное влияние на футеровку.

Известен также флюс для основного сталеплавильного процесса состава, мас. [5]
Окись кальция 65 70
Окислы железа 18 27
Окислы магния 8 12
Вязкость этих флюсов при температурах сталеплавильных процессов превышает 0,8 П, что снижает их рафинирующие свойства.

Известно использование скарповых пород в качестве флюса для выплавки стали [6] Они имеют в своем составе 15-40% кремнезема и всего 10-30% окислов кальция, что значительно снижает эффективность их использования.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является шлакообразующая смесь, состоящая, мас. [7]
Известь 15 30
Конечный конвертерный шлак предыдущей плавки Остальное
Эта смесь взята в качестве прототипа.

Целью изобретения является повышение рафинирующей способности образующихся при использовании флюсов шлаков, уменьшение расхода извести, износа футеровки конвертеров и повышение качества металла.

Поставленная цель достигается за счет того, что в состав предлагаемого флюса введен жидкий конечный конвертерный шлак предыдущей плавки, известняк и необожженный доломит при следующем соотношении компонентов, мас.

Известняк 10 25
Необожженный доломит 10 25
Жидкий конечный конвертерный шлак предыдущей плавки Остальное
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый флюс отличается от прототипа одновременным введением в его состав известняка и необожженного доломита. Это позволяет сделать вывод, что заявляемый флюс отвечает критерию "новизна".

Введение в состав заявляемого флюса известняка и необожженного доломита приводит к следующим положительным результатам в процессе выплавки конвертерной стали и дальнейших переделах ее на готовый прокат:
Жидкий конечный конвертерный шлак предыдущей плавки (ЖКШ) имеет следующие характеристики:
Химсостав (средний анализ),
Fe общ. 30,22; FeO 25,90; S 0,115; SiO₂ 8,46; CaO 40,05; P₂O₅ 3,80; MnO 3,95; MgO 1,65; Ae₂O₃ 0,78.

Температура начала плавления шлаков составляет .

Коэффициент распределения серы между шлаком и металлом (L_s) колеблется в пределах 5,0-7,1 (в среднем 5,7), а сульфидная емкость шлаков (C_s) в интервале 1,0-1,4.

Фактическая температура (ЖКШ) перед образованием флюса находится в интервале 1550-1600^oC. Вязкость составляет 0,6-0,8 П.

При контакте (ЖКШ), обладающего высоким теплосодержанием с известняком и необожженным доломитом они подогреваются за счет физического тепла шлака до температуры диссоциации (для доломита 680-750^oC, известняка 890-950^oC). В процессе их диссоциации происходит значительное выделение двуокиси углерода, которая перемешивает шлаковый расплав с образующимися в процессе диссоциации доломита и известняка окислами магния и кальция. Происходит также дальнейший нагрев и усреднение по составу и температуре компонентов образовавшегося флюса. В процессе диссоциации часть жидких гетерогенных и твердых частиц разбрызгивается двуокись углерода, достигает стенок конвертера, образуя защитный гарниссаж, приводящий к повышению стойкости агрегата.

Образующийся в процессе взаимодействия компонентов в заявляемых пределах высокоосновной флюс, полученный за счет использования физического тепла (ЖКШ), при температурах конвертерного процесса 1550-1600^oC имеет невысокую вязкость в пределах 0,35-0,50. Сумма окислов (CaO + MgO + MnO) в таком флюсе находится в пределах 54-63%
Коэффициент распределения серы (L_s) при этих температурах достигает 9-12, а сульфидная емкость 1,8-2,3, т.е. рафинировочные свойства заявляемого флюса значительно выше чем (ЖКШ).

Добавка MgO в малоосновной шлак приводит к повышению вязкости за счет развития процессов полимеризации (а при дальнейшем повышении MgO к уменьшению вязкости за счет образования мелких катионов).

В случае основных шлаков, какими являются шлаки, образующиеся при расплавлении заявляемого флюса, этого не наблюдается по-видимому потому, что со снижением основности в большей степени сказывается полимеризация. В более основных шлаках, где размеры кремнекислородных анионов малы, а структуры комплексов представлены тетраэдрами или кольцами, значение полимеризации невелико и изменение степени полимеризации небольшое, а главную роль играют размеры катионов. Более основные шлаки имеют большую степень ассимиляции извести при введении конвертерной плавки, так как не образуется пограничная зона двухкальциевого силиката. Нужно отметить, что шлаки, образующиеся из заявляемого флюса, имеют минимальную энергию активации вязкого течения в пределах 20-45 ккал/моль.

При превышении количества известняка и необожженного доломита выше заявляемых пределов в составе флюса вязкость его при тех же температурах повышается до 0,8 и более пуазов, сумма (CaO + MgO + MnO) превышает 63% что приводит к снижению десульфурирующей способности шлаков (L_s) снижается до 6,5-7,5; а C_s до 1,4-1,5). Это объясняется тем, что CaO и MgO имеют ограниченную растворимость в шлаке и при избыточном их содержании находятся в виде твердых частиц.

Снижается содержание доломита и известняка в заявляемом флюсе ниже нижних пределов (L10% ) не обеспечивает шлаку достаточного рафинирующего свойства: коэффициент распределения серы не превышает 5,5-6,5, а сульфидная емкость не выше 0,9-1,4. Это связано с тем, что эти шлаки имеют достаточную степень полимеризации, а сумму (CaO + MgO + MnO) ниже оптимальной, т.е. меньше 54%
Анализ известных составов флюсов и шлаковых смесей показал, что некоторые введенные в состав флюсов составляющие ингредиенты известны, например:
использование твердого конечного шлака предыдущей конвертерной плавки взамен части извести;
экзотермическая смесь для рафинирования металла состоящая из конвертерного шлака 60-70% печного шлака алюминиевого производства 10-25% и плавикового шпата 15-20%
способ обработки кислородно-конвертерного шлака за счет введения в конечный конвертерный шлак известняка и углекислого железа, после чего вне конвертера полученный шлакообразующий материал выдерживают до остывания шлака и затем используют в сталеплавильном производстве.

Однако их применение для выплавки стали не обеспечивает тех рафинирующих свойств при одновременном повышении стойкости конвертеров и снижении расхода извести как при использовании заявляемого флюса.

Таким образом, совокупность признаков в заявляемом флюсе, придает ему новые положительные свойства, выражающиеся в повышении сульфидной емкости шлака при одновременности повышении стойкости футеровки конвертеров, снижении расхода извести и улучшении качества металла, в связи с чем считаем, что изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения заключается в том, что в состав флюса одновременно введены необожженный доломит и известняк в количестве 10-25% каждого, что позволяет значительно повысить рафинирующие свойства шлака, улучшить технико-экономические показатели конвертерной плавки и качество металла.

В табл. 1 приведены оптимальные значения флюса в заявляемых пределах (варианты I-III), варианты IV и V вне заявляемых пределов, а также прототип, и соответствующие им коэффициенты распределения серы между шлаком и металлом, сульфидная емкость образующегося при использовании флюса шлака, содержание серы в металле на выпуске, расход извести (при переделе фосфористого чугуна с содержанием фосфора 0,90%), а также брак 1 передела на слябинге и износ футеровки конвертера за плавку.

Как следует из данных табл.1, использование флюса в заявляемых пределах в конвертерной плавке позволяет значительно улучшить свойства рафинировочного шлака, расход извести сокращается на 25-35 кг/т, содержание серы на выпуске уменьшается на 0,004-0,006% а брак 1 передела на 0,10-0,15% в сравнении с прототипом. Меньше также износ футеровки. При использовании флюса с содержанием известняка и необожженного доломита ниже заявляемых пределов рафинирующие свойства шлака значительно падают (вариант IV), а при их увеличении выше заявляемых пределов не обеспечивается дополнительное увеличение рафинирующих свойств шлаков (вариант V).

Флюс получают следующим образом.

Пример 1. Сталь выплавляют в 300 т конвертере из чугуна с содержанием фосфора 0,90% по схеме двухшлакового процесса. С продувкой сверху кислородом. После продувки кислородом в течение 12 мин скачивают промежуточный шлак, затем продолжают продувку в течение 9 мин по ходу продувки ввели 30 т извести, производят слив металла в ковш, а в конвертере оставляют 10 т конечного жидкого шлака, температура которого 1570^oC. На этот шлак при установке конвертера в вертикальное положение присаживают по 5 т известняка и необожженного доломита, делают выдержку 3 мин для образования флюса. В процессе диссоциации часть шлака разбрызгивается по стенкам конвертера. По истечении 3 мин покачиванием конвертера дополнительно наносится защитный шлаковый гарниссаж. После завалки лома и заливки чугуна с содержанием фосфоров 0,90% производят продувку кислородом в течение 10 мин, промежуточное скачивание шлака. После скачивания шлака в течение 9 мин ведут продувку кислородом с рассредоточенной присадкой извести в количестве 30 т. На промежуточной повалке и выпуске производят отбор проб металла и шлака, оценку износа футеровки за плавку, количество брака 1 передела на слябинге.

На этой плавке, выплавленной с использованием флюса в заявляемых пределах (25% известняка и 25% сырого доломита) получены следующие результаты (табл.2):
1. Сумма окислов (CaO + MgO + MnO) составила 59,5%
2. Коэффициент распределения серы в шлаке, образовавшемся после усвоения флюса 11,8.

3. Сульфидная емкость шлака 2,15.

4. Расход извести на плавку 99 кг/т.

5. Расход серы на выпуске в металле 0,013%
6. Износ футеровки за плавку 1,8 мм.

7. Брак 1 передела 0,19%
Для сравнения в примере 2 приведена технология ведения плавки по прототипу.

Пример 2 (по прототипу). В конвертере, как в примере 1, оставляют 10 т конечного шлака предыдущей плавки. Шлак загущают присадкой 6 т извести, производят завалку лома, заливку чугуна с содержанием фосфора 0,90% продувают ванну кислородом 12 мин. Затем после скачивания промежуточного шлака осуществляют в течение 10 мин продувку кислородом сверху с рассредоточенной присадкой извести по ходу продувки в количестве 35 т. Общий расход извести на плавку составил 41 т (пример 1 30 т извести). Отбирают пробы и производят оценку по п.п. 1-7, как в примере 1. Полученные результаты приведены в табл. 2. Из этих данных, подтверждающих данные табл. 1, следует, что использование предлагаемого флюса в заявляемых пределах значительно улучшает технико-экономические показатели конвертерной плавки и качество металла.

Таким образом, предлагаемый флюс имеет признаки существенной новизны, выражающиеся в значительном повышении рафинировочных свойств шлака, снижении расхода извести и износа футеровки конвертеров при одновременном повышении качества металла.

Использование: в области черной металлургии, в частности в конвертерном производстве для повышения рафинирующей способности, образующихся при использовании флюсов шлаков, уменьшение расхода извести, износа футеровки конвертеров и повышение качества металла. Сущность изобретения: флюс для основного сталеплавильного производства включает жидкий конечный конвертерный шлак предыдущей плавки, известняк и необожженный доломит при следующем соотношении компонентов, мас.%: известняк 10-25, необожженный доломит 10-25 и жидкий конечный конвертерный шлак предыдущей плавки - остальное. 2 табл.

Флюс для основного сталеплавильного производства, включающий жидкий конечный конвертерный шлак предыдущей плавки, отличающийся тем, что он дополнительно содержит известняк и необожженный доломит при следующем соотношении компонентов, мас.

Известняк 10 25
Необожженный доломит 10 25
Жидкий конечный конвертерный шлак предыдушей плавки Остальноеп