Способ выплавки стали в конвертере на жидком чугуне Российский патент 2022 года по МПК C21C5/28 

Изобретение относится к металлургии, в частности к технологии выплавки стали в конвертере на высокой доле жидкого чугуна.

При изменении цен на металлолом и сырье для производства чугуна необходимо варьировать шихтовку плавки при выплавке стали в конвертере с целью снижения себестоимости производства стали. При цене чугуна ниже цены на металлолом требуется максимальное использование чугуна. В связи с этим возникает потребность разработки технологии выплавки стали в конвертере на 100 % доле жидкого чугуна.

Известен способ выплавки стали в кислородном конвертере, в котором осуществляют выплавку стали в конвертере без завалки лома, при этом производят заливку жидкого чугуна в количестве 135-160 т и осуществляют завалку шлакообразующих материалов. Продолжительность продувки металла составляет от 10 до 25 мин, расход кислорода на продувку составляет 4000-10000м³ [Патент RU № 2732840, МПК С21С5/28, 2020].

Недостатком данного способа является низкая производительность, в связи с необходимостью продувки конвертерной ванны нейтральным газом через погружную фурму после окончания кислородной продувки.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ выплавки стали в конвертере, включающий заливку жидкого чугуна, продувку расплава кислородом до достижения температуры расплава, превышающей температуру выпуска углеродистого полупродукта на величину, которую определяют из выражения: t=33[Mn], где t - величина превышения температуры выпуска углеродистого полупродукта, °С; [Mn] - количество восстановленного марганца из марганецсодержащего оксидного материала, %. Далее удаляют из конвертера максимальное количество окислительного шлака, порционно присаживают смесь марганецсодержащих шлакообразующих и углеродсодержащих материалов, взятых в соотношении 1:(0,18-0,20):(0,10-0,12) соответственно. Масса каждой порции составляет 0,1-0,2 массы расплава. В процессе присадки каждой порции расплав перемешивают путем покачивания конвертера относительно его вертикальной оси, заканчивая покачивание через 0,5-1,0 мин после подачи последней порции смеси [Патент RU № 2228366, МПК С21С5/28, 2004].

Недостатком данного способа является то, что он реализуем на конверторах только малого объема, характеризуется низкой производительность в связи с необходимость осуществлять покачивание конвертера, а также относительно высокой себестоимостью производства стали в пересчете на 1 т.

Техническим результатом изобретения является разработка технологии выплавки стали в конвертере большой емкости (350 – 450 т), позволяющей снизить расходный коэффициент металлозавалки и себестоимость производства стали, а также осуществлять производство качественной конвертерной стали в условиях дефицита, либо отсутствия твердой металлической шихты.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе выплавки стали в конвертере на жидком чугуне, включающем подачу в конвертер жидкого чугуна, шлакообразующих материалов, продувку металла кислородом сверху через водоохлаждаемую фурму, согласно изобретению перед началом продувки конвертера производят заливку жидкого чугуна в количестве 70 – 90% от массы металлошихты, осуществляют присадку твердых железосодержащих охладителей и шлакообразующих материалов, каждого в количестве до 70% от массы используемых на плавку, производят заливку оставшегося на плавку чугуна, присаживают твердые железосодержащие охладители и шлакообразующие материалы, каждого в количестве до 40% от массы используемых на плавку, после чего начинают продувку конвертерной ванны кислородом, по ходу которой выполняют, при необходимости, присадку оставшегося количества твердых железосодержащих охладителей и шлакообразующих материалов, при этом в течение всего времени продувки конвертерной ванны кислородом поддерживают ее интенсивность в диапазоне 800 – 1300 м³/мин, а также осуществляют донную продувку конвертерной ванны нейтральным газом с интенсивностью 700 – 3500 нл/мин.

Присадку последней порции железосодержащих охладителей и шлакообразующих материалов осуществляют не позднее 2,0 мин до окончания продувки.

В период расхода кислорода в количестве 25 - 75% от заданного на продувку, его подачу осуществляют с интенсивностью 800 – 1100 м³/мин, а в остальные периоды продувки подачу кислорода осуществляют с интенсивностью 1200 – 1300 м³/мин.

В качестве железосодержащих охладителей используют окалину и/или агломерат и/или железорудные окатыши и/или железную руду.

Применяют железосодержащие охладители фракционным составом 2 – 60 мм.

Применяют шлакообразующие материалы фракционным составом 10 – 80 мм.

Сущность изобретения.

Применение жидкого чугуна в количестве 100 % от массы металлошихты обусловлено необходимостью снижения себестоимости выплавляемой стали.

Продувку стали кислородом осуществляют с расходом 800 - 1300 м³/мин. При расходе кислорода менее 800 м³/мин будет значительно увеличиваться цикл плавки. При увеличении интенсивности продувки свыше 1300 м³/мин происходит переокисление конвертерного шлака в условиях низких концентраций углерода в расплаве и как следствие, увеличение затрат на раскислители.

Подачу чугуна в конвертер осуществляют в две стадии. Сначала заливают чугун в количестве 70 – 90% от массы металлошихты. Данное требование обусловлено емкостью чугунозаливочного ковша и требуемым весом общей металлошихты (380 – 415 т).

После заливки первой порции чугуна осуществляют присадку твердых железосодержащих охладителей и шлакообразующих материалов в количестве до 70 % на плавку. Данное ограничение связано с тем, что большое количество материалов, отданных на чугун без продувки кислородом, приведет к образованию «конгломератов» и затруднит дальнейший процесс шлаконаведения.

Ограничение в присадке твердых железосодержащих охладителей и шлакообразующих материалов в количестве до 40 %, после заливки второй порции чугуна, также обусловлено риском образования «конгломератов» из шихтовых материалов.

Применение нейтральных газов с общим расходом в диапазоне от 700 до 3500 нл/мин на каждый донный продувочный блок позволяет регулировать ход продувки расплава кислородом и не допускать переокисления шлака, что наряду с уменьшением потерь металла с выбросами и выносами дополнительно увеличивает выход годного металла.

В период расхода кислорода в количестве 25-75 % от заданного на продувку, его подачу осуществляют с расходом в диапазоне от 800 до 1100 м³/мин. При расходе менее 800 м³/мин будет значительно увеличиваться цикл плавки, кинетической энергии струи будет недостаточно для эффективного перемешивания ванны с расплавом, что приведет к переокислению шлака и созданию предпосылок к его выбросам из конвертера.

При расходе более 1100 м³/мин, в период интенсивного обезуглероживания (расход кислорода 25-75 % от заданного на продувку), создается угроза выброса шлакометаллической эмульсии из конвертера с потерями стали, вследствие внесения большого количества кислорода. В остальные периоды продувки подачу кислорода осуществляют с расходом 1200 –1300 м³/мин, с целью сокращения цикла плавки.

Присадку последней порции твердых железосодержащих охладителей и шлакообразующих материалов осуществляют не позднее 2,0 мин. до окончания продувки. Это связано с тем, что более поздняя отдача материалов приведет к увеличению объема шлака, без восстановления из него железа, вследствие низкой концентрации углерода в расплаве.

Твердые железосодержащие охладители применяют фракционным составом 2 – 60 мм. Данные требования применимы по причине того, что фракция менее 2 мм улетает в газоотводящие тракты, а фракция более 60 мм увеличивает время реакции восстановления и приводит к нестабильности процесса.

Пример осуществления способа.

Осуществляют выплавку стали в конвертере. Вес металлошихты должен составлять 415 т. В качестве металлошихты используют 100 % чугуна. Температура заливаемого чугуна 1377ºC. Химический состав: мас.% 4,9 углерода; 0,65 кремния; 0,32 марганца; 0,023 серы; 0,098 фосфора.

В конвертер залили первую порцию чугуна в количестве 360 т (87 % от массы металлозавалки). Затем произвели присадку 20 т извести (53% от общего количества шлакообразующих материалов) и 10 т железосодержащих охладителей (железорудные окатыши: 66% от общего количества твердых железосодержащих охладителей). Произвели заливку второй порции чугуна в количестве 55 т (13% от массы металлозавалки). Произвели присадку железорудных окатышей и известняка в количестве 3 т и 13 т соответственно. Продувку, до израсходования кислорода в количестве 25 % от заданного, вели с интенсивностью 1240 м³/мин. В период расхода кислорода 25 – 75 % с интенсивностью – 950 м³/мин. В период расхода кислорода 75 – 100 % с интенсивностью 1270 м³/мин. По ходу продувки присадили 2,2 т железорудных окатышей и 4,7 т извести. Основность шлака составляла 3,4; содержание FeO в шлаке 22,5%. Выход жидкого металла - 91,5%.

Согласно заявляемому способу производства стали было произведено более 1500 плавок. Анализ результатов показал, что при использовании чугуна в количестве 100 % от массы металлошихты произошло снижение расходного коэффициента металлозавалки на 5 – 6 кг/т, а также снизилась себестоимость производства стали более чем на 2 %.

Изобретение относится к металлургии, в частности к технологии выплавки стали в конвертере на высокой доле жидкого чугуна. Перед началом продувки конвертера производят заливку жидкого чугуна в количестве 70-90% от массы металлошихты, осуществляют присадку твердых железосодержащих охладителей и шлакообразующих материалов, каждого в количестве до 70% от массы используемых на плавку, производят заливку оставшегося на плавку чугуна, присаживают твердые железосодержащие охладители и шлакообразующие материалы, каждого в количестве до 40% от массы используемых на плавку, после чего начинают продувку конвертерной ванны кислородом, по ходу которой выполняют, при необходимости, присадку оставшегося количества твердых железосодержащих охладителей и шлакообразующих материалов, при этом в течение всего времени продувки конвертерной ванны кислородом поддерживают ее интенсивность в диапазоне 800-1300 м³/мин, а также осуществляют донную продувку конвертерной ванны нейтральным газом с интенсивностью 700-3500 нл/мин. Изобретение позволяет выплавлять сталь в конвертере большой емкости 350-400 т, снизить расходный коэффициент металлозавалки и себестоимость производства стали. 5 з.п. ф-лы, 1 пр.

1. Способ выплавки стали в конвертере на жидком чугуне, включающий подачу в конвертер жидкого чугуна, шлакообразующих материалов, продувку металла кислородом сверху через водоохлаждаемую фурму, отличающийся тем, что перед началом продувки конвертера производят заливку жидкого чугуна в количестве 70-90% от массы металлошихты, осуществляют присадку твердых железосодержащих охладителей и шлакообразующих материалов, каждого в количестве до 70% от массы используемых на плавку, производят заливку оставшегося на плавку чугуна, присаживают твердые железосодержащие охладители и шлакообразующие материалы, каждого в количестве до 40% от массы используемых на плавку, после чего начинают продувку конвертерной ванны кислородом, по ходу которой выполняют, при необходимости, присадку оставшегося количества твердых железосодержащих охладителей и шлакообразующих материалов, при этом в течение всего времени продувки конвертерной ванны кислородом поддерживают ее интенсивность в диапазоне 800-1300 м³/мин, а также осуществляют донную продувку конвертерной ванны нейтральным газом с интенсивностью 700-3500 нл/мин на каждый донный продувочный блок.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что присадку последней порции железосодержащих охладителей и шлакообразующих материалов осуществляют не позднее 2,0 мин до окончания продувки.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в период расхода кислорода в количестве 25-75% от заданного на продувку, его подачу осуществляют с интенсивностью 800-1100 м³/мин, а в остальные периоды продувки подачу кислорода осуществляют с интенсивностью 1200-1300 м³/мин.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве железосодержащих охладителей используют окалину, и/или агломерат, и/или железорудные окатыши, и/или железную руду.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что применяют железосодержащие охладители фракционным составом 2-60 мм.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что применяют шлакообразующие материалы фракционным составом 10-80 мм.