Способ комбинированной продувки расплава в конвертере Российский патент 2021 года по МПК C21C5/28 C21C5/30 

Изобретение направлено на технологию продувки углеродистого расплава, в частности чугуна, стали в кислородном конвертере.

Техническое решение направлено на увеличение длительности кампании комбинированной продувки расплава в конвертере, осуществляемых с помощью верхних и нижних продувочных устройств - фурм, блоков, позволяющей получить более качественную сталь по сравнению с классической кислородно-конвертерной технологией выплавки. При комбинированной продувке осуществляют подачу кислорода посредством верхней водоохлаждаемой фурмы с одновременным перемешиванием расплава инертным газом, подаваемым через донные фурмы или огнеупорные блоки, установленные в огнеупорную кладку днища конвертера [1]. Такая технология позволила получить качественную сталь, соизмеримую по качеству с таковой, прошедшей вакуумную обработку, но несоизмеримо с меньшими затратами и на оборудовании, практически более осуществимом [2].

Осуществление технологии продувки расплава инертными газами посредством бокового размещения продувочных устройств в ковше [3] является элементом внепечной металлургии и не может служить аналогом настоящего предложения «Способа комбинированной продувки расплава в конвертере».

Проблема заключается в ограниченной продолжительности кампании использования продувочных устройств, расположенных в донной части кислородного конвертера по причине заметалливания и ошлакования фурм, блоков на ранних периодах кампании футеровки конвертера и составляющих не более 30% для таковой при комбинированной продувке и требующей дорогостоящей замены устройств для донного перемешивания расплава или осуществлению в дальнейшем обычного кислородно-конвертерного процесса.

Технический результат заключается в использовании для перемешивания расплава инертными газами продувочных устройств -огнеупорных блоков или/и фурм - в боковой части нижнего конуса огнеупорной кладки конвертера, но ниже уровня расплава.

Некоторым приближением к заявляемому «Способу комбинированной продувки расплава в конвертере» может служить известный способ аргоно-кислородного рафинирования расплава [4], применяемого для продувки чугуна, стали, но не получивший значительного распространения из-за низкой эффективности и высоких затрат по сравнению с упомянутой комбинированной продувкой.

Размещение донных продувочных устройств в виде выступающих над поверхностью огнеупорной кладки [5] огнеупорных блоков или/и фурм также не устраняет проблему заметалливания и ошлакования торцов огнеупорных блоков или/и фурм, так как опережающий износ огнеупорного материала продувочных огнеупорных блоков или/и фурм относительно основной футеровки на днище приведет к закупорке капилляров на фурме, и ожидаемому прекращению подачи инертных газов через днище конвертера.

Аналогом предлагаемого технического решения может служить патент [6], описывающий технологию продувки жидкого металла по меньшей мере через одну фурму, установленную в боковой стенке электродуговой сталеплавильной печи. Но речь идет о газе в самом общем понимании, в том числе и кислородсодержащем, и технологии, преследующую цель сокращения времени плавки.

Прототипом «Способа комбинированной продувки расплава в конвертере» является технология с использованием в том числе боковых дутьевых устройств, описанных в [7], приведена методика проектирования новых конструкций боковых фурм для подачи в реакционную зону окислительных, восстановительных и нейтральных газов. Цель автора публикации [7] - теоретические и технологические положения по организации реакционных зон для более эффективного дожигания отходящих газов при комбинированной продувке со встречным взаимодействием кислородных и топливно-кислородных струй, следовательно, техническая задача отличается от заявляемого «Способа комбинированной продувки расплава в конвертере». В источнике [8] не приведено схемы совместного применения боковых и донных фурм для продувки инертным газом.

Автором заявляемого «Способа комбинированной продувки расплава в конвертере» предложено размещение боковых продувочных устройств для подачи инертного газа в горизонтальной плоскости нижнего конуса огнеупорной кладки конвертера с раскрытием потока газа ниже уровня расплава в цапфенных зонах футеровки. Таким образом, будет исключено задерживание металлического расплава и шлака над торцами продувочных устройств, а срок службы огнеупорных блоков или/и фурм будет соизмерим с длительностью кампании по футеровке с сохранением режима подачи инертного газа для перемешивания расплава, т.е. технического результата, позволяющего осуществлять процесс получения качественной стали и сплавов на основе железа. Размещение боковых огнеупорных блоков или/и фурм в цапфенной зоне обусловлено предотвращением заметалливания, разрушения или преждевременного их износа из-за механического воздействия на них при завалке стального лома, заливке и сливе расплава [9].

Пример осуществления предлагаемого «Способа комбинированной продувки расплава в конвертере» поясняют Фиг. 1 - Фиг. 9, на которых обозначено: поз. 1 - донные огнеупорные блоки или/и фурмы; поз. 2 - боковые огнеупорные блоки или/и фурмы. Верхняя водоохлаждаемая фурма для подачи кислорода - поз.3-обозначена только на Фиг. 1 для пояснения осуществления комбинированного способа продувки расплава (далее поз. 3 опущена, поскольку не является заявляемым элементом); поз.4 -дополнительные обкладочные кирпичи.

Фиг. 1 поясняет компоновку огнеупорных блоков или/и фурм для осуществления заявляемого «Способа комбинированной продувки расплава в конвертере».

Фиг. 2 - Фиг. 5 поясняют размещение боковых огнеупорных блоков или/и фурм и донных огнеупорных блоков или/и фурм в различной количественной компоновке.

Фиг. 1, Фиг. 6, Фиг. 7 поясняют варианты размещения боковых огнеупорных блоков или/и фурм, осуществляющих подачу инертного газа под различными углами по отношению к зеркалу расплава, а именно - в обозначенной на Фиг. 1 горизонтальной плоскости, под углом вниз по направлению к днищу до границы с ним, под углом вверх по направлению от 1/3 до 1/2 объема расплава.

Фиг. 8 поясняет компоновку боковых огнеупорных блоков или/и фурм, выполненных выступающими за счет обкладочных кирпичей, установленных с применением клеевой композиции или безводной огнеупорной массы или мертеля [10].

Фиг. 9 обозначает размещение в футеровке конвертера только боковых огнеупорных блоков или/и фурм при отсутствии донных продувочных устройств.

По мнению заявителя, «Способ комбинированной продувки расплава в конвертере» обладает новизной, достаточным изобретательским уровнем и безусловным практическим использованием.

Литература

1. Смирнов Л.А. и др. Конвертерный передел ванадиевого чугуна. Екатеринбург, Средне-Уральское книжное изд-во, 2000 г., с. 285.

2. Установка для обработки стати инертными газами.

URL: http://metalosplav.ru/pub/46.html/ (обращение 06.04.2021 г.).

3. Процессы внепечной обработки стали.

URL: https.//metallurgist.pro/protsessy-vnepechnoj-obrabotki-stali/

(обращение 06.04.2021 г.).

4. Аргоно-кислородная продувка.

URL: https://studfile.net/preview/7076130/page:33/(обращение 06.04.2021 г).

5. Зажигаев П.А. и др. Футеровка днища конвертера с донными фурмами. Патент РФ №2710826. МПК С21С 5/48, С21С 7/00. Приоритет от 31.08.2018 г. Опубл. 14.01.2020. бюлл. №2. Патентообладатель АО «ЕВРАЗ НТМК». Действует.

6. Шумахер Э. (DE) и др. Способ боковой подачи газа под уровень жидкого металла ванны электродуговой печи. Патент РФ №2233891. МПК С21С 5/52. Приоритет от 19.06.2003 г. Опубл. 10.08.2004., бюлл. №22. Патентообладатель Хлопонин В.Н. (RU), Шумахер Э.А. (DE). Патент не действует.

7. Лаврик Д.А. Разработка и совершенствование конструкций дутьевых устройств и технологии конвертерной плавки с жидкофазным восстановлением. Автореферат диссертации. Сибирский государственный индустриальный университет. Новокузнецк, 2003 г., с. 1-3. URL: https://search.rsl.ru/ru/record/01002648394/

8. Протопопов Е.В. и др. Разработка и направления совершенствования конструкций конвертерных агрегатов и дутьевых устройств для жидкофазного восстановления оксидов металла. В ж.: Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. №6, 2002 г. с. 5, 8, 10.

9. Футеровка кислородного конвертера. http://emchezgia.ru/konverter/12_Futerovka.php (обращение 06.04.2021 г.).

10. Хорошавин Л.Б. и др. Магнезиальные огнеупоры. Раздел ГРНТИ: Металлургическая теплотехника. Интермет Инжиниринг, 2001 г. URL:https://markmet.ru/kniga-po-metallurgii/magnezialnye-ogneupory/ (обращение 06.04.2021 г).

Изобретение относится к области металлургии, в частности к комбинированной продувке расплава в кислородном конвертере. При комбинированной продувке осуществляют подачу кислорода верхней водоохлаждаемой фурмой с одновременным перемешиванием расплава инертным газом, подаваемым через донные фурмы или огнеупорные блоки, установленные в огнеупорную кладку днища конвертера, и фурмы или огнеупорные блоки, установленные в боковой части огнеупорной кладки нижнего конуса конвертера ниже уровня расплава, а именно в цапфенной зоне. Изобретение направлено на увеличение длительности кампании комбинированной продувки расплава в конвертере, осуществляемой с помощью верхних, нижних и боковых продувочных устройств, позволяющей получить качественную сталь, а также предотвратить заметалливание, разрушение или преждевременный износ фурм из-за механического воздействия на них при завалке стального лома, заливке и сливе расплава. 5 з.п. ф-лы, 1 пр., 9 ил.

1. Способ комбинированной продувки расплава в конвертере, заключающийся в осуществлении подачи в конвертер кислорода сверху верхней водоохлаждаемой фурмой и инертного газа снизу дутьевыми устройствами в виде донных огнеупорных блоков и/или фурм, расположенных в огнеупорной кладке днища конвертера, отличающийся тем, что помимо упомянутых донных огнеупорных блоков и/или фурм в огнеупорной кладке днища подачу инертного газа осуществляют посредством боковых огнеупорных блоков и/или фурм, размещенных в нижней конусной части огнеупорной кладки конвертера ниже зеркала расплава спокойной ванны, при этом установку боковых огнеупорных блоков и/или фурм осуществляют в цапфенных зонах футеровки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что боковые огнеупорные блоки и/или фурмы устанавливают в соотношении с донными:

- две сбоку, восемь снизу;

- четыре сбоку, шесть снизу;

- шесть сбоку, четыре снизу;

- восемь сбоку, две снизу.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что боковые огнеупорные блоки и/или фурмы размещают в нижней конусной части огнеупорной кладки конвертера в вариантах:

- в горизонтальной плоскости;

- под углом вниз по направлению к днищу до границы с ним;

- под углом вверх по направлению от 1/3 до 1/2 объема расплава.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что боковые огнеупорные блоки и/или фурмы размещают в шахматном порядке под разными углами.

5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что боковые огнеупорные блоки и/или фурмы выполнены выступающими, имеющими дополнительные элементы конструкции, установленные с применением клеевой композиции или безводной огнеупорной массы/мертеля.

6. Способ по любому из пп. 1, 3-5, отличающийся тем, что боковые огнеупорные блоки и/или фурмы установлены независимо от существующего количества донных огнеупорных блоков и/или фурм.