СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В КОНВЕРТЕРЕ Российский патент 2006 года по МПК C21C5/28 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к кислородно-конвертерному производству.

Известен способ выплавки стали в конвертере, включающий продувку металла кислородом, присадку в ванну марганцевой руды или марганцевого агломерата одновременно с доломитом при определенном их соотношении /SU №699020, С 21 С 5/28, 1979 г./.

Известный способ позволяет улучшить процесс шлакообразования, а следовательно, ускорить массообменные процессы как в самом шлаке, так и между шлаком и металлом, что приводит к повышению степени десульфурации металла, позволяет снизить окисленность конечного шлака и себестоимость стали.

Недостатками известного способа являются неблагоприятные термодинамические условия для наведения активного реакционноспособного шлака в первые минуты продувки при низкой концентрации окислов железа в шлаке. «Холодное» начало процесса снижает эффективность использования шлакообразующих материалов и приводит к повышенному их расходу.

Известен способ выплавки стали в конвертере, включающий завалку металлолома, заливку жидкого чугуна, продувку металла кислородом, присадку шлакообразующих материалов и алюминийсодержащих отходов, в частности выбойки футеровки электролизных ванн производства алюминия /RU №2140993, С 21 С 5/28, 1999 г./.

Известный способ позволяет ускорить процесс шлакообразования, обеспечить глубокое рафинирование металла от вредных примесей, снизить потери металла с переокисленным шлаком.

Недостатком известного способа является низкая экологичность процесса, обусловленная количеством (10-40 кг/т) и порядком присадки выбойки футеровки электролизных ванн производства алюминия, что приводит к увеличению количества выбросов от испарения соединений натрия и фтора непосредственно в атмосферу цеха.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ выплавки стали в конвертере, включающий завалку металлолома, присадку марганецсодержащих, шлакообразующих и углеродсодержащих материалов, прогрев кислородом в течение 15-45% от общей продолжительности продувки, заливку жидкого чугуна и продувку расплава кислородом /RU №2177508, С 21 С 5/28, 2001 г./.

Известный способ позволяет улучшить температурные условия процесса для наведения первичного шлака и быстрого растворения извести. Использование в качестве марганецсодержащих материалов марганцевого агломерата и/или марганцевой руды, их регламентированная подача одновременно со шлакообразующими и углеродсодержащими материалами и прогрев кислородом обеспечивают условия для восстановления марганца и повышения остаточного содержания марганца в металле на повалке.

Недостатками известного способа являются низкая технологичность процесса, связанная с использованием марганецсодержащих материалов и, соответственно, ограниченные возможности снижения расхода сырья и материалов на плавку, а также потери металла со шлаком. Прямое легирование металла марганцем требует дополнительных затрат, связанных с приобретением и подготовкой марганецсодержащих материалов, и неблагоприятно сказывается на физико-химических параметрах конечных шлаков, которые в дальнейшем используются для ошлакования футеровки конвертеров, что не позволяет увеличить ее стойкость.

Задачей изобретения является снижение расхода шлакообразующих материалов на плавку, увеличение выхода жидкой стали и стойкости футеровки кислородных конвертеров.

Задача решается следующим образом.

В способе выплавки стали в конвертере, включающем завалку металлолома, присадку шлакообразующих и углеродосодержащих материалов, прогрев кислородом в течение 15-45% от общей продолжительности продувки, заливку жидкого чугуна, продувку расплава кислородом, согласно изобретению дополнительно осуществляют порционную присадку алюминийсодержащих отходов, при этом первую порцию алюминийсодержащих отходов присаживают на металлолом в количестве 40-60% от общего их расхода, одновременно со шлакообразующими и углеродсодержащими материалами в соотношении 1:(6-9):(2-6) соответственно, а остальное количество алюминийсодержащих отходов присаживают после заливки чугуна по ходу продувки одновременно со шлакообразующими материалами в соотношении 1:(4-12) соответственно. При этом в качестве алюминийсодержащих отходов используют выбойку углеродистой катодной футеровки электролизных ванн производства алюминия; отработанные аноды и катоды электролизных ванн производства алюминия; шлак производства вторичного алюминия; брикеты отсева алюминиевой стружки или магнитную фракцию процесса сепарации лома алюминия.

Приведенная последовательность способа выплавки стали позволяет упростить технологию продувки металла в конвертере за счет исключения из шихтовых материалов марганецсодержащих составляющих и введения дополнительной присадки алюминийсодержащих отходов.

Известно, что получение алюминия современным способом осуществляется электролизом глинозема во фторидных и щелочных расплавах /Производство алюминия; авторы: В.Г.Терентьев, P.M.Школьников, И.С.Гринберг, Черных В.И., Зельберг Б.И., Чалых В.И. - Новокузнецк, 2000. - 339 с./. Катод или подина электролизной ванны сооружаются из угольных плит или блоков и набиваются массой, состоящей из термоантрацита, прокаленного кокса и малопека. Анод печи изготавливают из 70% нефтяного или пекового кокса и пека. При длительной работе в результате диффузии анод и катод насыщаются соединениями электролита (Na⁺, F^-, AlF^3-, AlO₂ ^-, AlO⁺, AlO⁺, AlOF^4-, Са²⁺, Mg²⁺), а катод - и жидким алюминием. Отслужившие свой срок аноды и катоды выбрасываются в отвал и загрязняют окружающую среду.

Таким образом, выбойка углеродистой катодной футеровки электролизных ванн производства алюминия представляет собой углеродистый материал, пропитанный соединениями алюминия, фтора, натрия и щелочноземельными металлами. Химический анализ на содержание элементов показывает, что они содержат: 55-60% С; 5-10% Al; 10-15% F; 10-15% Na; до 0,10% S.

Отработанные аноды и катоды электролизных ванн производства алюминия содержат 60-80% С, 15-30% (Na+F), остальное - Al, Ca, Mg. Содержание в них серы и фосфора 0,01%.

Шлак производства вторичного алюминия содержит 20-30% алюминия; брикеты отсева алюминиевой стружки - 40-60% алюминия; магнитная фракция процесса сепарации алюминиевого лома - 25-40% алюминия.

Ввод такого материала в конвертерную ванну ускоряет шлакообразование вследствие более низкой температуры плавления оксидов алюминия, фтористых и щелочных соединений.

Прогрев кислородом шихтовых материалов, присаживаемых на лом, усиливает экзотермический эффект окисления алюминия, содержащегося в отходах, и обеспечивает быстрое формирование активного высокоглиноземистого шлака. Соединения фтора, натрия, характерные для алюминийсодержащих отходов, дополнительно снижают вязкость шлака, способствуют быстрому растворению извести, улучшению процессов шлакообразования в конвертерной ванне и рациональному использованию марганца металлошихты, что позволяет продувать металл с высоким остаточным содержанием марганца на повалке.

Дополнительная присадка алюминийсодержащих отходов улучшает шлакообразование в конвертерной ванне, ускоряет массообменные процессы как в самом шлаке, так и между шлаком и металлом, позволяет снизить окисленность шлака.

Первую порцию алюминийсодержащих отходов присаживают на металлолом в количестве 40-60% от общего их расхода со шлакообразующими и углеродсодержащими материалами и прогревают кислородом в течение 15-45% от общей продолжительности продувки, что обеспечивает необходимые температурные условия для наведения активного реакционноспособного шлака в начале продувки.

При величине первой порции алюминийсодержащих менее 40% от общего их расхода происходит уменьшение прогреваемой части шихтовых материалов, что приводит к изменению температурных параметров процесса, «холодному» началу плавки, плохому растворению извести и медленному росту основности шлака, снижению реакционной способности шлака в начале продувки, увеличению расхода шлакообразующих материалов.

При величине первой порции алюминийсодержащих отходов более 60% от общего их расхода не достигается необходимое поступление легкоплавких, разжижающих шлак добавок после заливки чугуна по ходу продувки, что приводит к переходу шлака в полутвердое состояние и его «сворачиванию» и требует корректировки шлакового режима плавки за счет окисления железа и увеличения FeO в шлаке, что снижает выход жидкой стали.

Соблюдение соотношения 1:(6-9):(2-6) алюминийсодержащих отходов, шлакообразующих и углеродсодержащих материалов обеспечивает оптимальные условия для наведения активного, жидкоподвижного, реакционноспособного шлака в начале продувки.

При повышении этого соотношения в сторону увеличения расхода шлакообразующих и углеродсодержащих материалов уменьшается поступление оксидов алюминия, фтористых и щелочных соединений в конвертерную ванну, увеличивается количество неассимилированной извести, что требует наводки шлака за счет окисления железа и увеличения содержания FeO в первичном шлаке, что приводит к снижению выхода жидкой стали и стойкости футеровки кислородного конвертера.

При соотношении расходов алюминийсодержащих отходов, шлакообразующих и углеродсодержащих материалов менее 1:(6-9):(2-6) снижается поступление в конвертерную ванну оксидов СаО, не обеспечивается необходимый нагрев шихтовых материалов, что приводит к холодному началу процесса, снижению экзотермического эффекта окисления алюминия, содержащегося в отходах, замедленному формированию высокоглиноземистого шлака и требует наводки шлака за счет FeO, что приводит к снижению выхода жидкой стали и стойкости футеровки кислородного конвертера.

Остальное количество алюминийсодержащих отходов, присаживаемое после заливки чугуна по ходу продувки одновременно со шлакообразующими материалами в соотношении 1:(4-12), обеспечивает регламентируемые параметры шлакового режима процесса выплавки стали при соответствующей скорости окислительного рафинирования и тепловой работе агрегата.

При соотношении расходов алюминийсодержащих отходов и шлакообразующих материалов менее 1:4 ухудшаются физико-химические характеристики шлака, в частности снижается его основность, а значит, рафинирующая способность, что приводит к повышенному расходу шлакообразующих материалов на плавку.

При соотношении расходов алюминийсодержащих отходов и шлакообразующих материалов более 1:12 уменьшается поступление в конвертерную ванну легкоплавких составляющих. Снижение содержания в шлаке оксида алюминия, фтористых и щелочных соединений приводит к загущению шлака, снижению скорости окислительных процессов и требует корректировки шлакового режима за счет окисления железа, что снижает выход жидкой стали и стойкость футеровки.

Новый технический результат изобретения заключается в достижении оптимальных условий для быстрого наведения активного реакционно-способного шлака непосредственно после заливки чугуна в начале продувки и поддержания регламентированных параметров шлакового режима в течение всей продолжительности окислительного рафинирования металла за счет изменения температурных параметров процесса и состава применяемых шихтовых материалов, в частности использования алюминийсодержащих отходов, что позволяет снизить расход шлакообразующих материалов на плавку, увеличить выход жидкой стали и стойкость футеровки кислородных конвертеров.

Способ реализован на Западно-Сибирском металлургическом комбинате в кислородно-конвертерном цехе №2 следующим образом.

Пример. В 350-тонный конвертер заваливают металлолом, на него отдают выбойку углеродистой катодной футеровки электролизных ванн Братского алюминиевого завода (58,2% С; 12,61% F; 11,98% Na; 5,97% Al; 0,11% S) в количестве 1 т (50% от общего расхода) и 9 т шлакообразующих материалов (извести и известково-магнезиального флюса), присаживают 3 т углеродсодержащих материалов (газового угля), при этом соотношение расходов алюминийсодержащих отходов, шлакообразующих и углеродсодержащих материалов выдерживают равным 1:9:3. Далее опускают кислородную фурму и производят прогрев кислородом в течение 6 минут. После прогрева в конвертер заливают чугун. Температура заливаемого чугуна 1410°С, химический состав, %: Si 0,46; Mn 0,41; S 0,020; Р 0,12. Далее производят продувку по обычной технологии, присаживая выбойку углеродистой катодной футеровки и одновременно шлакообразующие материалы (известь и марганцовистый агломерат) с общим расходом 1 т и 7,5 т соответственно. При этом соотношение расходов алюминийсодержащих отходов и шлакообразующих материалов выдерживают равным 1:7,5. По ходу продувки перемещают фурму в вертикальном направлении с изменением расхода кислорода. Продолжительность продувки 17 минут. Температура металла на повалке 1650°С, металл содержит, %: С 0,13; Mn 0,24; Р 0,016; S 0,012. Основность шлака 2,9; содержание FeO 18,2%; выход годного 92,4%.

Применение предлагаемого способа выплавки стали в конвертере позволяет снизить расход шлакообразующих материалов на плавку, увеличить выход жидкой стали и стойкость футеровки конвертера.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к кислородно-конвертерному производству. Способ выплавки стали в конвертере включает завалку металлолома, присадку шлакообразующих и углеродсодержащих материалов, прогрев кислородом в течение 15-45% от общей продолжительности продувки, заливку жидкого чугуна и продувку расплава кислородом. Дополнительно осуществляют порционную присадку алюминийсодержащих отходов, при этом первую порцию алюминийсодержащих отходов присаживают на металлолом в количестве 40-60% от общего их расхода, одновременно со шлакообразующими и углеродсодержащими материалами в соотношении 1:(6-9):(2-6) соответственно, а остальное количество алюминийсодержащих отходов присаживают после заливки чугуна по ходу продувки одновременно со шлакообразующими материалами в соотношении 1:(4-12) соответственно. Использование изобретения обеспечивает увеличение выхода стали и стойкости футеровки конвертера. 5 з.п. ф-лы.

1. Способ выплавки стали в конвертере, включающий завалку металлолома, присадку шлакообразующих и углеродсодержащих материалов, прогрев кислородом в течение 15-45% от общей продолжительности продувки, заливку жидкого чугуна, продувку расплава кислородом, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют порционную присадку алюминийсодержащих отходов, при этом первую порцию алюминийсодержащих отходов присаживают на металлолом в количестве 40-60% от общего их расхода одновременно со шлакообразующими и углеродсодержащими материалами в соотношении 1:(6-9):(2-6) соответственно, а остальное количество алюминийсодержащих отходов присаживают после заливки чугуна по ходу продувки одновременно со шлакообразующими материалами в соотношении 1:(4-12) соответственно.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве алюминийсодержащих отходов используют выбойку углеродистой катодной футеровки электролизных ванн производства алюминия.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве алюминийсодержащих отходов используют отработанные аноды и катоды электролизных ванн производства алюминия.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве алюминийсодержащих отходов используют шлак производства вторичного алюминия.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве алюминийсодержащих отходов используют брикеты отсева алюминиевой стружки.6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве алюминийсодержащих отходов используют магнитную фракцию процесса сепарации лома алюминия.