СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ Российский патент 1999 года по МПК C21C5/28 

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к способам выплавки стали в кислородных конвертерах.

Известен способ выплавки стали в кислородном конвертере с использованием совместно с металлическим ломом отходов анодов или катодов электропечей производства алюминия [1].

Получение алюминия осуществляется электролизом глинозема во фторидных и щелочных расплавах. Подина для получения алюминия, которая служит катодом печи, выкладывается из углеродистых плит. Свод печи является анодом. Угольные плиты изготавливают из спрессованного мелкого кокса или термоантрацита и каменноугольной смолы. В процессе эксплуатации алюминиевых ванн углеродистая футеровка пропитывается фтористыми и щелочными соединениями и выходит из строя. Отслужившую свой срок футеровку (катод-печи), выламывают и вывозят в отвал. Выбойка футеровки содержит: 50-70% углерода, 10-12% фтористых соединений, 4-6% окислов алюминия, 10-11% окислов натрия. Содержание в них серы и фосфора 0,1-0,2%.

Введение в конвертер совместно с ломом катодов и анодов по способу [1] негативно отражается на экологии атмосферы цеха. В момент повалки конвертера для заливки чугуна, под действием высокой температуры выделяется значительное количество газовыделений белого цвета от испарения окислов натрия и частично фтористых соединений.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ выплавки стали в конвертере с использованием выбойки футеровки электролизных ванн производства алюминия в количестве 1-5 кг/т готовой стали [2].

Использование в конвертерной плавке выбойки футеровки в пределах 1-5 кг/т стали позволяет снизить окисленность шлака с одновременным увеличением его реакционной способности.

Однако, несмотря на наличие в выбойке углерода, количество вводимой в конвертер выбойки до 5 кг/т не позволяет изменить соотношение чегун плюс лом в сторону снижения доли чугуна и повышению доли лома, так как выделяемое количество тепла от взаимодействия малого количества углерода с кислородом дутья незначительно.

Так, например, в конвертер садкой 100 т вводится 500 кг выбойки или в пересчете на углеродистую составляющую 350 кг углерода. В этом случае количество углерода в металлошихте увеличивается всего на 0,35%. Этого количества углерода, учитывая затраты на нагрев выбойки, экзотермическую реакцию между углеродом и окислами железа шлака и теплопотери в конвертере, недостаточно для получения количества тепловой энергии, затрачиваемой повышенной присадкой металлического лома.

Также не хватает тепловой энергии от присадки выбойки в количестве до 5 кг/т стали и при выплавке высоко- и средне углеродистых марок сталей. В этом случае приходится увеличивать долю чугуна в металлошихте или продувать металл до весьма низких содержаний углерода, что отрицательно влияет на стойкость футеровки конвертера в связи с увеличением в шламе окислов железа.

Задача изобретения - снижение вредных выбросов в атмосферу цена, повышение доли лома в металлозавалке и повышение стойкости футеровки конвертера.

Поставленная задача решается тем, что согласно способу выплавки стали в конвертере монопроцессом, включающему завалку металлолома, заливку жидкого чугуна, продувку металла кислородом, присадку порциями по ходу продувки выбойки футеровки электролизных ванн производства алюминия, выпуск металла, по изобретению, выбойку футеровки электролизных ванн производства алюминия вводят в конвертер в количестве 10-40 кг/т годной стали следующим образом: первая порция вводится на дно конвертера на оставшийся шлак от предыдущей плавки в количестве 60-90% от ее навески, а остальное количество по истечении 10-95% времени продувки.

При получении температуры металла перед выпуском стали ниже необходимой дополнительно вводят выбойку футеровки электролизных ванн производства алюминия и производят добавку металла кислородом перед выпуском.

Ввод выбойки на дно конвертера на оставшийся шлак от предыдущей плавки позволяет снизить в нем содержание окислов железа с одновременным повышением его жидкоподвижности. Агрессивность шлака по отношению к огнеупорам резко понижается, и за счет жидкоподвижности легко заходит в поры и углубления футеровки, тем самым происходит лучшее "ошлакование" донной части конвертера, что влечет за собой повышение стойкости футеровки.

Кроме этого ввод выбойки на дно конвертера позволяет уменьшить количество выбросов от испарения соединений натрия и фтора непосредственно в атмосферу цеха в результате того, что, во-первых, эти соединения будут растворяться в шлаке, а во-вторых, при загрузке металлического лома последний будет являться своеобразным экраном и задерживать вредные испарения.

Количество присаживаемой выбойки в пределах 10-40 кг/т годной стали определяется тем количеством выделяемого тепла от окисления углерода выбойки, которое достаточно для компенсации тепла от окисления примесей жидкого чугуна, доля которого пропорционально снижается в целом по металлозавалке.

Если количество выбойки, присаживаемой на оставшийся шлак, составит величину менее чем 60% от 10 кг/т годной стали, т.е. 6,0 кг/т годной стали, то количество выделяемого тепла, учитывая потери его на нагрев выбойки, унос с отходящими газами, потери на нагрев футеровки конвертера и т.п. будет недостаточно для компенсации тепла от окисления пониженной доли чугуна в металлозавалке.

В случае увеличения расхода выбойки, присаживаемой на оставшийся шлак, более чем 90% от 40 кг/т, т.е. 36 кг/т годной стали, углерод выбойки может быстро среагировать с окислами железа шлака и кислородом дутья с выделением значительного количества окиси углерода и, тем самым, учитывая низкую основность в начальный период продувки, привести к вспениванию шлака. В этом случае приходится останавливать продувку и скачивать шлак, что приведет к увеличению продолжительности плавки и потерь тепла из конвертера.

Оставшуюся выбойку в количестве 1,0-16,0 кг/т годной стали вводят в конвертер по ходу продувки для улучшения шлакообразования плавки. Учитывая, что выбойка содержит фторнатриевые соединения, она способствует, во-первых, более быстрому растворению извести, а, во-вторых, снижает вязкость шлакового расплава.

В конвертер в процессе продувки металла выбойка должна вводиться не ранее чем по истечении 10% времени продувки, т.к. в этот период происходит интенсивное окисление фосфора из металла в шлак. Присутствие в выбойке углерода снижает окисление фосфора вследствие снижения содержания окислов железа в шлаке, так как в последующие периоды продувки условий для удаления фосфора в шлак не создается, в готовой стали будет повышенное содержание фосфора.

По истечении более 95% времени продувки выбойка не должна вводиться, так как масса ее не успеет раствориться в металле и шлаке перед выпуском металла из конвертера.

Обычно додувку металла перед выпуском его из конвертера на увеличение температуры производят при содержании углерода в металле менее 0,1%. Повышение температуры металла в этом случае происходит за счет интенсивного окисления железа, в результате чего снижается выход годной стали и увеличивается в шлаке содержание окислов железа, которое негативно отражается на стойкости огнеупоров. Ввод выбойки в период додувки металла позволяет вводить дополнительное количество углерода в металл, тем самым препятствуя окислению железа. Поэтому угар металла и содержание окислов железа в шлаке значительно снижается.

Анализируя вышеизложенное, можно сделать вывод о том, что в предлагаемом изобретении имеются признаки, являющиеся новыми и существенными, позволяющие достичь поставленную задачу, по сравнению с известным способом, а заявленный способ соответствует критерию "новизна".

Из известных источников информации не выявлено использование новых признаков заявленного способа по их функционнальному назначению и достигаемому результату, что соответствует критерию "изобретательский уровень".

Пример осуществления способа. В 160-т конвертер после слива металла и оставления в нем шлака предыдущей плавки вводили навеску выбойки футеровки электролизных ванн алюминиевого производства. Затем в конвертер заваливали необходимое количество лома. На части плавок в лом вводили выбойку футеровки (прототип). После завалки лома заливали необходимое количество чугуна, опускали форму и начинали продувку металла. В процессе продувки по мере ухудшения шлакообразования плавки (явление "сворачиваемости" шлака) в конвертер вводили необходимое количество выбойки футеровки. В случае получения недостаточной температуры металла по окончании продувки, необходимой для разливки на УНРС, производили додувки металла "на температуру" с вводом выбойки перед началом додувки.

Расход выбойки футеровки, время ее присадок в конвертер и результаты плавок представлены в таблице.

Из представленной таблицы видно, что в сравнении с прототипом при использовании выбойки на оставшийся в конвертетере шлак в количестве 6-36 кг/т годной стали снижается расход чугуна и уменьшается количество газовыделений.

Таким образом, заявленный способ может реализоваться в промышленном производстве конвертерной стали на существующем металлургическом оборудовании с использованием доступных сырьевых материалов.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 988877, кл. C 21 C 5/28, 1981 г.

2. Авторское свидетельство СССР N 840130, кл. C 21 C, 5/28, 1979 г.

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к способам выплавки стали в кислородных конвертерах монопроцессом. Технический результат - снижение вредных выбросов в атмосферу цеха, повышение доли лома в металлозавалке и повышение стойкости футеровки конвертера. Согласно способу выплавки стали в конвертере монопроцессом с использованием выбойки футеровки электролизных ванн производства алюминия в конвертер при переделе ванадиевого чугуна выбойку вводят в количестве 10 - 40 кг/т годной стали порциями следующим образом: первая порция вводится на дно конвертера на оставшийся шлак от предыдущей плавки в количестве 60 - 90% от ее навески. Остальное количество по истечении 10 - 95% времени продувки. Возможен дополнительный ввод выбойки футеровки электролизных ванн производства алюминия при получении температуры металла перед выпуском стали ниже необходимой. После чего додувают металл кислородом. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ выплавки стали в конвертере монопроцессом, включающий завалку металлолома, заливку жидкого чугуна, продувку металла кислородом, присадку по ходу продувки порциями выбойки футеровки электролизных ванн производства алюминия, выпуск металла, отличающийся тем, что выбойку футеровки электролизных ванн производства алюминия вводят в конвертер в количестве 10 - 40 кг/т годной стали, при этом первую порцию выбойки в количестве 60 - 90% от ее навески вводят на оставленный в конвертере от предыдущей плавки шлак, а остальное количество выбойки вводят по истечении 10 - 95% времени продувки кислородом. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при получении температуры металла перед выпуском стали ниже необходимой дополнительно вводят выбойку футеровки электролизных ванн производства алюминия и производят додувку металла кислородом.