СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В КОНВЕРТЕРЕ Российский патент 2000 года по МПК C21C5/28 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее, к процессам выплавки стали в конвертере.

Наиболее близким по технической сущности является способ выплавки стали в конвертере, включающий подачу в конвертер металлошихты в виде жидкого чугуна и металлолома, шлакообразующих материалов, высокоосновного агломерата, содержащего окислы кремния, кальция, магния и железа продувку расплава кислородом сверху через погружную форму, изменение по ходу продувки положения фурмы над уровнем расплава в спокойном состоянии и расхода кислорода. Продувку расплава в конвертере производят в два этапа с изменением положения фурмы над уровнем ванны в спокойном состоянии от начального положения до рабочего положения с одновременным изменением расхода кислорода от начального значения до рабочего в начальный период продувки. При этом количество металлолома и извести в завалке конвертера устанавливают соответственно равным 0,316 и 0,77 от количества жидкого чугуна в завалке.

/См. Технология производства стали в современных конвертерных цехах. С. В. Колпаков и др. М., Машиностроение, 1991, с. 24, 61-62, 83-91/.

Недостатком известного способа является недостаточная производительность выплавки стали в конвертере, повышенный угар железа, находящегося в шихте, а также повышенный расход дорогостоящего металлолома и расход кислорода на выплавку стали в конвертере. Это объясняется тем, что время первого периода продувки, состоящего из процесса наведения первичного шлака в ванне конвертера и сопровождающегося процессом опускания кислородной фурмы из начального верхнего положения в нижнее рабочее положение относительно уровня ванны расплава в спокойном состоянии превышает допустимые и необходимые по технологии выплавки значения.

Технический эффект при использовании изобретения заключается в увеличении производительности процесса выплавки стали в конвертере, снижении угара железа, находящегося в шихте, в сокращении расхода металлолома и в увеличении выхода годного металла.

Указанный технический эффект достигают тем, что способ выплавки стали в конвертере включает подачу в конвертер металлошихты в виде жидкого чугуна и металлолома, шлакообразующих материалов, высокоосновного агломерата, содержащего окислы кремния, кальция, магния и железа, продувку расплава кислородом сверху через погружную фурму, изменение по ходу продувки положения фурмы над уровнем расплава в спокойном состоянии и расхода кислорода.

Используют высокоосновной агломерат, дополнительно содержащий окислы алюминия и марганца при следующем содержании в нем окислов, мас.%:
SiO₂ - 3-6
CaO - 10-30
MgO - 2,0-6,5
Al₂O₃ - 0,5-1,5
MnO - 1-4
FeO - 12-18
Fe₂O₃ - 45-55.

Количество металлолома устанавливают в пределах 0,14 - 0,30 и высокоосновного агломерата - в пределах 0,007 - 0,07 от количества жидкого чугуна. Время опускания фурмы из начального положения в начале продувки до рабочего положения при начале периода обезуглероживания расплава устанавливают по зависимости
τ = K₁•A•Q/(B+K₂•C),
где τ - время опускания фурмы из начального положения в начале продувки до рабочего положения при начале периода обезуглероживания расплава, мин;
A - количество жидкого чугуна в металлошихте, т;
B - количество металлолома в металлошихте, и;
C - количество высокоосновного агломерата, т;
Q - расход кислорода, м³/мин•т расплава;
K₁ - эмпирический коэффициент, учитывающий физико-химические закономерности наведения первичного шлака в конвертере в начале продувки расплава, равный 0,1-1,0 мин²•т/м³;
K₂ - эмпирический коэффициент, учитывающий физико-химические закономерности влияния высокоосновного агломерата на образование первичного шлака и ведения процесса выплавки стали в конвертере, равный 6,0-9,5, безразмерный.

Количество высокоосновного агломерата, подаваемого в конвертер, устанавливают по зависимости
C = К₃•(P₁-P₂),
где P₁ - содержание фосфора в чугуне, мас.%;
P₂ - необходимое содержание фосфора в металле на повалке конвертера, мас.%;
K₃ - эмпирический коэффициент, учитывающий физико-химические закономерности влияния высокоосновного агломерата на процесс дефосфорации расплава в конвертере, равный 20-160, т/%.

Основность высокоосновного агломерата составляет 2-5.

Увеличение производительности процесса выплавки стали в конвертере будет происходить вследствие сокращения времени наведения первичного шлака в конвертере в условиях замены в металлошихте части металлолома и шлакообразующих материалов высокоосновным агломератом определенного состава. Кроме того, использования в шихте высокоосновного агломерата приводит к снижению угара железа. При этом сокращается общий расход кислорода за счет уменьшения времени на период наведения первичного шлака в начале продувки стали в конвертере.

Диапазон количества металлолома в пределах 0,14 - 0,30 от количества жидкого чугуна объясняется теплофизическими закономерностями ведения плавки в конвертере. При меньших значениях в процессе плавки будет выделяться излишнее количество тепла, что приводит к интенсивному разрушению футеровки в конвертере. При больших значениях плавка будет "холодной", что приводит к увеличению времени продувки расплава и расхода кислорода.

Указанный диапазон устанавливают в зависимости от емкости конвертера.

Диапазон количества высокоосновного агломерата в пределах 0,007 - 0,07 от количества жидкого чугуна объясняется физико-химическими закономерностями наведения первичного шлака в начале продувки расплава в конвертере. При меньших значениях будет увеличиваться время наведения первичного шлака сверх допустимых значений. При больших значениях будет образовываться излишнее количество шлака, что приведет к разрушению огнеупорной футеровки конвертера.

Указанный диапазон устанавливают в зависимости от емкости конвертера.

Диапазон значений эмпирического коэффициента K₁ в пределах 0,1 - 1,0 объясняется физико-химическими закономерностями наведения первичного шлака в начале продувки расплава в конвертере. При меньших значениях время наведения первичного шлака будет выше допустимых значений. При больших значениях будет образовываться излишнее количество шлака, что приведет к интенсивному разрушению огнеупорной футеровки конвертера.

Указанный диапазон устанавливают в зависимости от емкости конвертера.

Диапазон значений эмпирического коэффициента K₂ в пределах 6,0-9,5 объясняется физико-химическими закономерностями влияния агломерата заявляемого состава на образование первичного шлака и ведения процесса выплавки стали в конвертере. При меньших значениях увеличивается время наведения первичного шлака в конвертере сверх допустимых значений. При больших значениях не будет образовываться достаточное количество первичного шлака.

Указанный диапазон устанавливают в зависимости от емкости конвертера.

Диапазон значений эмпирического коэффициента K₃ в пределах 20-160 объясняется физико-химическими закономерностями дефосфорации расплава в конвертере в процессе выплавки стали в присутствии агломерата. При меньших значениях не будет обеспечиваться необходимый расход агломерата для достижения оптимального содержания фосфора в стали на повалке конвертера. При больших значениях будет увеличиваться расход агломерата сверх допустимых значений без дальнейшего снижения содержания в стали фосфора.

Указанный диапазон устанавливают в зависимости от содержания фосфора в чугуне.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявляемого способа с признаками известных технических решений. На основании этого делается вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Ниже дан вариант осуществления изобретения, не исключающий другие варианты в пределах формулы изобретения.

Способ выплавки стали в конвертере осуществляют следующим образом.

Пример. В конвертер соответствующей емкости в пределах 100 - 350 т подают металлическую составляющую шихты в виде жидкого чугуна, металлолома, а также шлакообразующие материалы в виде извести и доломита. Расплав продувают сверху кислородом через погружную фурму и изменяют в начале продувки положение фурмы над уровнем расплава в спокойном состоянии, а также изменяют расход кислорода от начального значения до рабочего значения.

В конвертере дополнительно подают агломерат с различным содержанием в нем окислов элементов. Количество металлолома устанавливают в пределах 0,14-0,30 и агломерата в пределах 0,007-0,07 от количества жидкого чугуна, а время опускания фурмы из начального положения в начале продувки до рабочего положения при начале периода обезуглероживания расплава устанавливают по зависимости
τ = K₁•A•Q/(B+K₂•C),
где τ - время опускания фурмы из начального положения в начале продувки до рабочего положения при начале периода обезуглероживания расплава, мин;
A - количество жидкого чугуна в металлической составляющей шихты, т;
B - количество металлолома в металлической составляющей шихты, т;
C - количество агломерата в металлической составляющей шихты, т;
Q - расход кислорода, м³/мин•т жидкого металла;
K₁ - эмпирический коэффициент, учитывающий физико-химические закономерности наведения первичного шлака в конвертере в начале продувки расплава, равный 0,1 - 1,0, мин²•т/м³;
K₂ - эмпирический коэффициент, учитывающий физико-химические закономерности влияния агломерата на образование первичного шлака и ведения процессе выплавки стали в конвертере, равный 6,0 - 9,5, безразмерный.

Количество агломерата, подаваемого в конвертер, устанавливают по зависимости
C = K₃•(P₁ - P₂),
где P₁ - содержание фосфора в чугуне, мас.%;
P₂ - необходимое содержание фосфора в металле на повалке конвертера, мас.%;
K₃ - эмпирический коэффициент, учитывающий физико-химические закономерности влияния агломерата на процесс дефосфорации расплава в конвертере, равный 20 - 160, т/%.

Cодержание окислов в агломерате устанавливают в пределах, мас.%:
SiO₂ - 3-6
CaO - 10-30
MgO - 2,0-6,5
Al₂O₃ - 0,5-1,5
MnO - 1-4
FeO - 12-18
Fe₂O₃ - 45-55
Основность агломерата составляет 2-5.

Фурму опускают из начального положения, равного 3,0-4,5 м над уровнем расплава в спокойном состоянии до 1,5-2,2 м. Калибр сопел фурмы составляет 36 - 42 мм.

В таблице приведены примеры осуществления способа с различными технологическими параметрами.

В первом и пятом примерах вследствие нерегламентированного количества подаваемого в конвертер агломерата не происходит уменьшение времени наведения первичного шлака, что приводит к увеличению общего времени продувки расплава. Не происходит также дефосфорация расплава до необходимых значений.

В оптимальных примерах вследствие подачи в конвертер необходимых количеств компонентов металлической составляющей шихты, в том числе агломерата, обеспечивается снижение времени наведения первичного шлака, а также происходит дефосфорация расплава до необходимых значений.

Применение изобретения позволяет увеличить производительность процесса выплавки стали на 5 - 10% и выход годной стали на 8 - 15%.

Изобретение относится к металлургии, конкретнее, к процессам выплавки стали в конвертере. Технический эффект - увеличение производительности процесса выплавки стали в конвертере, снижение угара железа, находящегося в шихте, сокращение расхода металлолома и увеличение выхода годного металла. Способ включает подачу в конвертер металлошихты в виде жидкого чугуна и металлолома, шлакообразующих материалов, продувку расплава кислородом сверху через погружную фурму, изменение положения фурмы над уровнем расплава в спокойном состоянии и расхода кислорода. Время опускания фурмы из начального положения в начале продувки до рабочего положения при начале периода обезуглероживания расплава устанавливают по приведенной зависимости. В конвертеры подают высокоосновной агломерат с основностью преимущественно 2 - 5, который содержит, мас.%: SiO₂ 3 - 6, CaO 10 - 30, MgO 2,0 - 6,5, Al₂O 0,5 - 1,5, MnO 1 - 4, FeO 12 - 18, Fe₂O₃ 45 - 55. Количество металлолома устанавливают равным 0,14 - 0,30 и высокоосновного агломерата 0,007 - 0,07 от количества жидкого чугуна. Количество высокоосновного агломерата определяют в зависимости от P₁ - содержания фосфора в жидком чугуне и его содержания Р₂ в металла на повалке конвертера, по зависимости C = К₃ • (P₁ - Р₂). 1 табл.

1. Способ выплавки стали в конвертере, включающий подачу в конвертер металлошихты в виде жидкого чугуна и металлолома, шлакообразующих материалов, высокоосновного агломерата, содержащего окислы кремния, кальция, магния и железа, продувку расплава кислородом сверху через погружную фурму, изменение по ходу продувки положения фурмы над уровнем расплава в спокойном состоянии и расхода кислорода, отличающийся тем, что используют высокоосновной агломерат, дополнительно содержащий окислы алюминия и марганца при следующем содержании в нем окислов, мас.%:
SiO₂ - 3 - 6
СаО - 10 - 30
MgO - 2,0 - 6,5
Al₂O₃ - 0,5 - 1,5
MnO - 1 - 4
FeO - 12 - 18
Fe₂O₃ - 45 - 55,
при этом количество металлолома устанавливают в пределах 0,14 - 0,30 и высокоосновного агломерата - в пределах 0,007 - 0,07 от количества жидкого чугуна, а время опускания фурмы из начального положения в начале продувки до рабочего положения при начале периода обезуглероживания расплава устанавливают по зависимости
τ = K₁•A•Q/(B+K₂•C),
где τ - время опускания фурмы из начального положения в начале продувки до рабочего положения при начале периода обезуглероживания расплава, мин;
А - количество жидкого чугуна в металлошихте, т;
В - количество металлолома в металлошихте, т;
С - количество высокоосновного агломерата, т;
Q - расход кислорода, м³/мин • т расплава;
К₁ - эмпирический коэффициент, учитывающий физико-химические закономерности наведения первичного шлака в конвертере в начале продувки расплава, равный 0,1 - 1,0, мин² • т/м³;
К₂ - эмпирический коэффициент, учитывающий физико-химические закономерности влияния высокоосновного агломерата на образование первичного шлака и ведения процесса выплавки стали в конвертере, равный 6,0 - 9,5, безразмерный. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество высокоосновного агломерата, подаваемого в конвертер, устанавливают по зависимости
С = K₃ • (P₁ - P₂),
где P₁ - содержание фосфора в чугуне, мас.%;
P₂ - необходимое содержание фосфора в металле на повалке конвертера, мас.%;
К₃ - эмпирический коэффициент, учитывающий физико-химические закономерности влияния высокоосновного агломерата на процесс дефосфорации расплава в конвертере, равный 20 - 160, т/%. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что основность высокоосновного агломерата составляет 2 - 5.