СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ШИХТОВОЙ ЗАГОТОВКИ Российский патент 1998 года по МПК C21C5/52 B22D3/00 C22B1/00 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству стали.

Известен способ производства стали в дуговой печи, в котором используется шихтовая заготовка, получаемая на разливочной машине чугуна путем засыпки в мульды-изложницы рудно-угольных окатышей с последующей заливкой их передельным чугуном, охлаждением полученной заготовки на машине с последующей загрузкой холодной заготовки в дуговую сталеплавильную печь, где шихтовая заготовка нагревается за счет сжигания природного газа до 900-1150^oC и окислы железа окатышей восстанавливаются на 20-25% углеродом, закатанным в окатыши. Количество шихтовой заготовки в металлошихте 1-5 т/т скрапа. Содержание углерода в шихтовой заготовке 3,0-3,5% при использовании рудных окатышей, а при использовании рудно-угольных окатышей будет значительно больше. Здесь необходимо отметить, что упрочение рудно-угольных окатышей связано со значительными трудностями, так как окислительный обжиг сырых окатышей для этого непригоден. При большем расходе шихтовой заготовки (3-5 т/т скрапа) содержание углерода в ванне ДСП по расплавлению даже при использовании рудных окатышей превосходит 1,2-1,3%, что приводит к увеличению длительности плавки, особенно при выплавке мало- и среднеуглеродистых марок стали, сокращению производительности сталеплавильного агрегата, увеличению расхода электроэнергии и, в конечном итоге, к удорожанию стали. Увеличение содержания окатышей (оксидов железа) в шихтовой заготовке сверх 25-30% приводит к их выпаданию (осыпанию) из состава заготовки из-за недостаточности в этом случае количества чугуна, который уже не способен сформировать прочную заготовку и связать в единую массу увеличенное количество окатышей, окатыши выпадают из состава заготовки, то есть увеличить количество оксидов железа в шихтовой заготовке сверх 20-25% оказывается невозможным.

Технической задачей настоящего изобретения является такая организация технологии производства шихтовой заготовки, при которой углерод, содержащийся в ней, расходуется на восстановление оксидов железа окатышей заготовки в процессе остывания заготовки на разливочной машине до 700-750^oC, дальнейшего нагрева до 950-1100^oC и выдержки при этих температурах. Такая организация производства шихтовой заготовки позволит иметь в заготовке высокую ступень металлизации железа окатышей и требуемое содержание углерода в сталеплавильной ванне по расплавлению металлошихты. Это, в свою очередь, позволит увеличить расход шихтовой заготовки в стальшихте вплоть до 100% ( в зависимости от выплавляемой марки стали) и иметь по расплавлению металлошихты заданное содержание углерода в металлической ванне за счет расходования его на восстановление оксидов железа.

Технический результат достигается способом получения шихтовой заготовки для сталеплавильного производства на разливочной машине чугуна, включающим ввод твердого окислителя (окисленных железорудных окатышей) и жидкого железоуглеродистого сплава (чугуна) в мульды разливочной машины, их смешивание, выдержку, естественное охлаждение, извлечение чушек шихтовой заготовки из мульд с температурой 700-750^oC, отличающимся тем, что чушки шихтовой заготовки затем дополнительно нагревают до 950-1100^oC вне сталеплавильной печи и выдерживают при этих температурах в течение 0,3-6,0 ч.

До настоящего времени охлаждение чушек на последних 2/3 длины разливочной машины осуществлялось водой из брызгал до температуры порядка 180-200^oC. Если не делать этого, то есть не поливать чушки заготовки водой, а охлаждать их на воздухе, то в силу того, что теплоемкость воздуха более, чем в четыре раза меньше теплоемкости воды, температура чушек при сходе с разливочной машины, что установлено опытным путем, составит порядка 700-750^oC. С этой температурой чушки шихтовой заготовки подаются в печь-термос, где они перед загрузкой в сталеплавильную печь нагреваются до 950^oC и выдерживаются при этой температуре от 0,3 до 4,5 ч. Продолжительность выдержки заготовки при указанной температуре зависит от требуемой степени металлизации оксидов железа окатышей заготовки и остаточного углерода в ней после выдержки. При выдержке менее 0,3 ч, как показали исследования, процесс восстановления оксидов железа за счет твердого углерода заготовки не успевает развиться в заметной степени и не имеет практического значения.

Выдержка при температуре 950^oC более 4,5 ч также не приводит к заметному увеличению степени восстановления оксидов железа заготовки, так как процесс после выдержки в течение 3,0-3,5 ч лимитируется уже количеством тепловой энергии, подводимой в зону реакции, а не временем выдержки. Для увеличения скорости восстановления оксидов железа требуется дополнительный подвод тепловой энергии в зону реакции в большей мере, чем увеличение времени выдержки.

После выдержки в течение указанного времени при 950^oC чушки шихтовой заготовки (при необходимости иметь в металле после расплавления очень низкое содержание углерода) нагревают до 1100^oC и выдерживают при этой температуре в течение от 0,2 до 1,5 ч. Выдержка шихтовой заготовки при 1100^oC менее 0,2 ч также ничего не дает с точки зрения заметного увеличения степени восстановления оксидов железа.

За время выдержки заготовки в течение 1,0-1,5 ч при температуре 1100^oC процесс восстановления успевает завершиться настолько, насколько это позволяет содержание углерода в заготовке. Как показали опыты, за 1,0-1,5 ч при указанной температуре остаточный после выдержки при 950^oC углерод заготовки успевает почти полностью израсходоваться и восстановление оксидов железа заготовки практически прекращается. Причем выдержка чушек при указанных температурах производится в слабоокислительной или, в крайнем случае, в нейтральной атмосфере. Создание восстановительной атмосферы в печи, где осуществляется выдержка заготовки при заданной температуре, значительно повысит стоимость заготовки, а также снизит скорость выгорания углерода в ней. Поэтому выдержку заготовки производят в слабоокислительной или (при выплавке высокоуглеродистых марок стали) в нейтральной атмосфере. В этом случае выгорание углерода заготовки происходит почти исключительно за счет кислорода оксидов железа заготовки и определяется температурными условиями и временем выдержки и лишь незначительная часть углерода прореагирует с окислителями печной атмосферы. Печная атмосфера создается сжиганием горючего газа (природного, коксового, доменного или их смеси), твердого иди жидкого топлива с коэффициентом избытка воздуха, равным 1,10-1,25.

Пример конкретного выполнения. Обожженные окисленные железорудные окатыши с температурой окружающей среды загружают в мульды-изложницы разливочной машины с коэффициентом заполнения объема мульд, равным 97=99%, и заливают расплавленным чугуном из чугуновозного ковша с температурой 1300-1350^oC. При этом чугун заполняет пустоты между окатышами и скрепляет их при застывании в единую массу, имеющую форму мульд-изложниц. Во время непрерывного движения конвейера мульд-изложниц к разгрузочному концу со скоростью 9-14 м/мин чушки шихтовой заготовки охлаждаются в атмосфере помещения через стенки мульды-изложныцы и за счет соприкосновения открытой поверхности чушек с окружающей средой.

Получение чушки шихтовой заготовки с температурой 700-750^oC сбрасывают с машины в печь-термос, где их нагревают до 950^oC и выдерживают при этой температуре в течение от 0,3 до 4,5 ч, далее, при необходимости иметь в ванне низкое содержание углерода чушки нагревают до 950-1100^oC и выдерживают от 0,2 до 1,5 ч и затем при этой температуре загружают в сталеплавильную печь.

Изменение содержания углерода по расплавлению металлошихты, содержащей 40% шихтовой заготовки, в зависимости от времени выдержки заготовки при 950 и 1100^oC показано в таблице.

Известно, что 3/4 энергии [РЖ, 1993, 1B286], расходуемой на выплавку стали, затрачивается на нагрев расплава до температуры разливки металла в слитки и на проведение технологических операций (окисление примесей, удаление фосфора и серы, легирование и др.). Причем расходуемая энергия на выплавку стали имеет высокое качество (электроэнергия). Например, на нагрев 1 т шихтовой заготовки до 1000^oC необходимо затратить (при 100-процентном усвоении тепловой энергии) 175000 ккал или 203 кВт•ч.

По предлагаемому изобретению нагрев заготовки до 700-750^oC осуществляется за счет тепла расплавленного чугуна, обычно безвозвратно теряемого при разливке его в чушки. Более того, чтобы охладить чушки чугуна до температуры окружающей среды, затрачивается вода и электроэнергия на ее подачу и разбрызгивание.

Нагрев заготовки от 700-750^oC до 950-1100^oC осуществляется за счет сжигания низкокачественного топлива, например подмосковного каменного угля, доменного газа или смеси коксового и доменного газов, являющихся отходами металлургического производства. При загрузке в сталеплавильный агрегат горячей заготовки с температурой 950-1100^oC экономия электроэнергии при работе на 100% заготовки в шихте составит не менее 200 кВт•ч. на тонну стали.

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при производстве шихтовой заготовки и стали из нее. По способу получения шихтовой заготовки для сталеплавильного производства вводят твердый окислитель (окисленные железорудные окатыши) и жидкий железоуглеродистый сплав (чугун) в мульды разливочной машины, смешивают их, выдерживают и извлекают чушки шихтовой заготовки из мульды при температуре 700 - 750^oC. Затем чушки нагревают до 950 - 1100^oC и выдерживают при этой температуре в течение 0,3-6,0 ч. Чушки охлаждают до 700 - 750^oC на разливочной машине за счет контактного их соприкосновения с поверхностью мульды. При температуре 700 - 750^oC чушки подают в печь-термос и нагревают до 950^oC с выдержкой при этой температуре от 0,3 до 4,5 ч, после чего чушки нагревают до 1100^oC и выдерживают от 0,2 до 1,5 ч. Выдержку чушек при указанных температурах производят в слабоокислительной или нейтральной атмосфере. 4 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения шихтовой заготовки, включающий ввод твердого железосодержащего окислителя и жидкого железоуглеродистого сплава в мульды разливочной машины, их смешивание, выдержку, охлаждение, извлечение чушек из мульд, нагрев чушек до определенной температуры и их выдержку при этой температуре в течение не менее 0,3 ч, отличающийся тем, что чушки извлекают из мульд при температуре 700 - 750^oC, нагревают до 950 - 1100^oC и выдерживают при этой температуре в течение 0,3 - 6,0 ч. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после достижения температуры 700 - 750^oC нагрев и выдержку чушки осуществляют ступенчато до получения содержания в ней углерода, обеспечивающего его требуемое содержание в сталеплавильной ванне по расплавлению металлошихты, при этом на первой ступени ее нагревают от 700 - 750^oC до 950^oC и выдерживают в течение 0,3 - 4,5 ч, а на второй ступени их нагревают от 950 до 1100^oC и выдерживают при этой температуре в течение 0,2 - 1,5 ч. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при нагреве до 950 - 1100^oC чушки выдерживают в атмосфере слабоокислительного или нейтрального газа. 4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что нагрев и выдержку чушек осуществляют в печи-термосе. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение чушки осуществляют методом ее контактного соприкосновения с поверхностью мульды.