СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В КОНВЕРТЕРЕ Российский патент 2005 года по МПК C21C5/28 C21C5/36 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к выплавке стали в кислородном конвертере.

Известен способ конвертерного процесса с использованием в плавке в качестве флюса обожженного доломита [1], содержащего 60-65% СаО и 29-33% MgO. Способ характеризуется насыщением конвертерного шлака оксидами MgO и СаО в течение всей продувки плавки, в результате чего снижается окислительное воздействие шлака на футеровку конвертера.

Недостатком вышеназванного способа является то, что при использовании обожженного доломита, несмотря на наличие в шлаковом расплаве оксидов железа, которые способствуют снижению растворения в шлаке обожженного доломита, он плохо растворяется в шлаке. В результате происходит гетерогенизация шлакового расплава с повышением вязкости и наличием твердых кусков доломита и извести. Продувка металла при таких шлаках сопровождается ухудшением процессов дефосфорации и десульфурации металла, а также усиленными выносами металла из конвертера, что приводит к снижению выхода жидкой стали и образованию настылей на продувочной фурме и металлических конструкциях газоотводящего тракта.

Наиболее близким по технической сущности и получаемым результатам предлагаемому способу является способ выплавки стали с присадкой в конвертер в качестве шлакообразующего материала ожелезненного известково-магнезиального флюса, содержащего оксид кальция 45-60%; оксид магния 26-35% и оксид железа 5-15% [2]. Этот флюс вводят в конвертер в начале конвертерной плавки, т.е. 10-80% флюса присаживается в завалку, а остальное количество до 8-й мин продувки.

Недостатком известного способа выплавки стали является низкое содержание во флюсе оксидов магния и высокое содержание оксидов кальция. Низкое содержание оксидов магния во флюсе не позволяет в начальный период плавки иметь в шлаковом расплаве содержание MgO равным 8-10%, которое является предельным насыщением шлака оксидами магния. В результате этого снижается растворение MgO футеровки в шлаковом расплаве. Несмотря на присадку известково-магнезиального флюса в начальный период плавки высокое содержание в шлаке оксидов магния достигается при присадке флюса только на конечной стадии продувки вследствие малой скорости поступления оксидов магния из флюса в шлаковый расплав, которая составляет 1,8-2,1% в мин. Раннее формирование начальных шлаков, насыщенных оксидами магния, является одним из решающих факторов, снижающих интенсивность разрушения футеровки конвертеров на ранних стадиях продувки. Высокое содержание оксидов кальция в известково-магнезиальном флюсе не позволяет хранить и транспортировать флюс продолжительное время, т.к. при влажной атмосфере (дождь, снег) во флюсе образуется значительное количество соединений Са(ОН)₂, что снижает прочность флюса. Использование флюса с соединением Са(ОН)₂ в конвертерной плавке приводит к увеличению содержания водорода в отходящих газах при продувке, образуя взрывоопасную смесь.

В предлагаемом способе поставлена задача увеличить стойкость футеровки конвертеров за счет формирования на ранних стадиях продувки первичных шлаков, насыщенных MgO, и поддержания высокого содержания MgO в шлаке на протяжении основного времени рафинирования при меньшем расходе магнийсодержащих материалов на плавку, а также исключить увеличение содержания водорода в отходящих конвертерных газах.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе выплавки стали в конвертере, включающем завалку лома, заливку чугуна, присадку извести, подачу ожелезненного магнезиального флюса, содержащего оксид магния и оксид железа, и кислородную продувку, ожелезненный магнезиальный флюс, содержащий 65-97% оксида магния и 2-15% оксида железа, подают в конвертер в количестве 0,2-40,0 кг/т стали. В технологическом процессе присадку флюса ожелезненного магнезиального (ФОМ) осуществляют в завалку и (или) в течение 5-95% основного времени продувки. Возможна также подача такого флюса на шлак после выпуска расплава металла из конвертера для подготовки шлака перед нанесением гарнисажа на футеровку конвертера.

Используют ожелезненный магнезиальный флюс, полученный путем спекания во вращающейся печи тонкоизмельченных сырого магнезита и сидерита.

Сущность способа выплавки стали с присадкой ФОМ в конвертер заключается в формировании с первых минут продувки шлаков, насыщенных MgO, благодаря высокой скорости растворения флюса в шлаке, которая достигает 4,5-4,8% в мин. Высокая скорость растворения флюса обусловлена его минералогическим составом. Петрографические исследования ФОМ показали, что он в основном состоит из зерен периклаза (55-60%) с прослойками из легкоплавких ферритов в виде Fe₂О₃ и ферритов кальция за счет использования в качестве сырья сидерита. Содержание Fe₂О₃ в кристаллической решетке периклаза значительно и доходит до 7-12%.

Значительное содержание во флюсе оксидов магния 65-97%, а также высокая скорость поступления MgO из флюса в шлаковый расплав позволяет уже на первых минутах продувки иметь в шлаке, за счет малого его количества в этот период предельное насыщение шлака оксидами магния, которые снижают активность оксидов железа в шлаке отрицательно влияющих на футеровку. Насыщенность шлака оксидами магния и снижение активности оксидов железа приводит к снижению растворения футеровки конвертера в шлаковом расплаве.

При содержании во флюсе оксидов магния менее 65% поставленная задача не достигается, так же как низкая концентрация MgO во флюсе не позволяет иметь в шлаках начального периода плавки содержание MgO в количестве 8-10%. В этом случае величина по содержанию MgO в шлаке достигается в более поздние периоды продувки. Если содержание MgO во флюсе будет более 97%, то в этом случае, содержание оксидов железа во флюсе составит величину менее 2,0%, в результате чего резко снижается скорость растворения флюса в шлаковом расплаве. При содержании во флюсе оксидов железа более 15% ухудшаются условия его изготовления в период спекания исходных материалов во вращающихся печах.

Расход ФОМ в конвертер в количестве 0,2-40,0 кг/т обеспечивает формирование первичных шлаков, насыщенных MgO. Поставленная задача не решается при расходе материала менее 0,2 кг/т, а при расходе материала более 40 кг/т формируются гетерогенные шлаки, затрудняющие ведение процесса и ухудшающие технологические и технико-экономические показатели конвертерной плавки.

Присадка флюса ожелезненного магнезиального в завалку обеспечивает формирование первичных шлаков, насыщенных MgO, а для поддержания высоких концентраций MgO в шлаке на протяжении основного времени рафинирования осуществляют дополнительную присадку ФОМ в течение 5-95% основного времени продувки. Поставленная задача не решается при присадке материала позже чем за 95% основного времени продувки из-за неполного усвоения компонентов используемого флюса, а присадки флюса ранее чем за 5% основного времени продувки нарушают температурный режим конвертерной плавки на ранних стадиях рафинирования расплава. Флюс ожелезненный магнезиальный практически не содержит оксидов кальция, которые могут образовывать под действием влаги гидрооксидные фазы ОН. В результате спекания исходных материалов во вращающейся печи этот флюс не содержит кристаллической и молекулярной влаги (Н₂О). Поэтому при использовании ФОМ в конвертерную плавку содержание водорода в отходящих газах уменьшается в сравнении с использованием обожженного доломита или ожелезненного известково-магнезиального флюса. Снижение водорода в отходящих газах при продувке металла с использованием ФОМ снижает риск получения взрывоопасной смеси в газоотводящем тракте конвертера, что определяет неочевидность заявляемого способа выплавки стали.

Сопоставление заявляемого способа выплавки стали в конвертере со способом, взятым за прототип, показывает, что ввод в конвертер высокомагнезиального и быстрорастворимого ФОМ позволяет иметь на первых минутах продувки достаточное содержание оксидов магния в шлаке, которое повышает стойкость футеровки, а отсутствие в ФОМе оксидов кальция и влаги снижает в отходящих газах содержание водорода. Таким образом, предложенное техническое решение соответствует критерию «новизна».

Анализ патентов и научно-технической информации не выявил использования новых существенных признаков, используемых в предполагаемом решении, по их функциональному назначению. Следовательно, предлагаемое изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень».

Способ осуществляется следующим образом.

В конвертер после завалки лома загружают известь и флюс ожелезненный магнезиальный, заливают чугун. Конвертер после 2-3 покачиваний ставят вертикально, опускают фурму и начинают продувку ванны кислородом. При достижении устойчивого "зажигания плавки" осуществляют присадки в конвертер извести и флюса ожелезненного магнезиального. После окончания продувки, замера температуры, отбора проб металла и шлака сливают металл в ковш и конвертер ставят вертикально. При необходимости на оставшийся шлак присаживают флюс ожелезненный магнезиальный и после 2-3 покачиваний конвертера опускают фурму и начинают раздувать шлак азотом с целью нанесения гарнисажа на поверхность футеровки.

Конкретный пример осуществления способа.

В конвертер емкостью 350 т (по годному) на лом присаживают 5 т извести и 3 т флюса ожелезненного магнезиального, содержащего 89,7% MgO и 8,3% Fe₂О₃. По ходу рафинирования расплава начиная с 2 мин и до 8 мин продувки в конвертер присадили 8 т извести и 6 т флюса ожелезненного магнезиального. Результаты приведены в таблице.

Как видно из таблицы, применение предложенного способа обеспечило при более низком с известным способом расходе флюса ожелезненного магнезиального формирование высокомагнезиальных первичных шлаков, содержащих в среднем 12,3% MgO против 7,4% MgO при реализации известного способа. Также предложенный способ выплавки стали обеспечил более высокое содержание оксида магния в шлаке вплоть до окончания продувки, что составило 16,7% MgO в конечном шлаке против 9,8% при реализации известного способа. В результате количество растворенной футеровки конвертера за плавку, которое определялось методом сканирования футеровки, при предложенном способе уменьшилось и составило 92 кг против 143 кг при известном способе. При использовании ФОМ в плавку снизилось количество водорода в отходящих газах с 8,4% при известном способе до 2,3% при заявляемом.

Источники информации

1. Resch Werner. Rekordhaltbarkeit der fenerfesten Zustellung der LD-Konverter im Werk Kimitsu der Nippon Steel Corporation. «Stahl und Eisen», 1976, 96, №18, с.878-879.

2. Патент РФ № 2164952 от 10.04.2001 «Способ выплавки стали в конвертере».

Таблица.
Полученные результаты плавок, проведенных в конвертере по предлагаемому техническому решению и по способу, взятому за прототип.Вариант осуществления способаРасход материалов*, т/плавку (кг/т)Содержание MgO в шлаке, %Количество растворенной футеровки за плавку, кгСодержание водорода в отходящих газах, %В завалкуПо ходу продувкиИИМФФОМИИМФФОМна 6-й мин. продувкипо окончании продувкиИзвестный способ [2].5,0 (14,3)5,0 (14,3)08,0 (22.8)6,0 (17,1)07,49,8143,08,4Предложенный способ.5.0 (14,3)03,0 (8,6)8,0 (22,8)04,0 (11,4)12,316,792,02,3* И - известь;
ИМФ - известково-магнезиальный флюс;
ФОМ - флюс ожелезненный магнезиальный.

Изобретение относится к выплавке стали в кислородном конвертере. Способ выплавки стали включает подачу в конвертер в завалку и/или по ходу продувки ожелезненного магнезиального флюса в количестве 0,2-40,0 кг/т стали. Флюс содержит, мас.%: 65-97 оксида магния и 2-15 оксида железа - и может быть получен путем спекания тонкоизмельченных сырого магнезита и сидерита. Флюс желательно подавать на оставшийся шлак после выпуска металла из конвертера. Благодаря раннему формированию насыщенных MgO первичных шлаков и поддержанию высокого содержания MgO в шлаке на протяжении основного времени рафинирования при меньшем расходе магнийсодержащих материалов на плавку увеличивается стойкость футеровки конвертера, кроме того, исключается увеличение содержания водорода в отходящих конвертерных газах. 3 з. п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ выплавки стали в конвертере, включающий завалку лома, заливку чугуна, присадку извести, ожелезненного магнезиального флюса, содержащего оксид магния и оксид железа, и кислородную продувку расплава металла, отличающийся тем, что ожелезненный магнезиальный флюс подают в конвертер в количестве 0,2-40,0 кг/т стали при содержании в нем, мас.%: 65-97 оксида магния и 2-15 оксида железа.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют ожелезненный магнезиальный флюс, полученный путем спекания во вращающейся печи тонкоизмельченных сырого магнезита и сидерита.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что ожелезненный магнезиальный флюс подают в конвертер в завалку и/или в течение 5-95 % основного времени кислородной продувки.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что ожелезненный магнезиальный флюс подают на оставшийся шлак после выпуска расплава металла из конвертера.