СПОСОБ РАФИНИРОВАНИЯ РАСПЛАВЛЕННОГО ЖЕЛЕЗНОГО СПЛАВА Российский патент 2022 года по МПК C21C5/36 F27D19/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001]

Настоящее изобретение относится к способу рафинирования расплавленного железного сплава с помощью конвертерной печи. Настоящее изобретение, в частности, относится к способу рафинирования, способному уменьшать содержание металлического железа в шлаке, а также уменьшать вариацию содержания металлического железа в шлаке для каждой плавки, чтобы улучшить эффективность обработки шлака.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002]

Свободный CaO содержится в шлаке (далее также именуемом «шлак конвертерной печи»), образующемся при рафинировании расплавленного железного сплава, такого как расплавленный чугун (далее также именуемый «чугун») в конвертерной печи, свободный CaO подвергается реакции гидратации и расширяется, и объемная стабильность уменьшается.

[0003]

Кроме того, хотя способ обработки связан со шлаком, обычно в шлаке содержится примерно от 1 до 40 мас. % оксида железа, и внешний вид шлака становится черным. Когда этот шлак используется в качестве наполнителя для бетона и подобного, такой его внешний вид является неудобным.

[0004]

Следовательно, использование шлака ограничивается низкосортным применением, таким как материал для улучшения дорожного покрытия и материал нижнего слоя дорожного полотна, и его трудно использовать для материала верхнего слоя дорожного полотна, наполнителя бетона, каменного сырья и подобного.

[0005]

Соответственно, в предшествующем уровне техники шлак выгружается из конвертерной печи в реакционный контейнер, и в этом контейнере к расплавленному шлаку конвертерной печи добавляется материал для риформинга, такой как угольная зола, для проведения риформинга с целью восстановления свободного CaO, и таким образом шлак используется для материала верхнего слоя дорожного полотна, наполнителя бетона и подобного, которые являются применениями более высокого уровня.

[0006]

Кроме того, что касается металлического железа, в шлаке конвертерной печи во взвешенном состоянии содержится около нескольких десятков мас. % зерновидного железа. Углерод присутствует во взвешенном зерновидном железе, и когда расплавленный шлак подвергается риформингу, углерод зерновидного железа вступает в реакцию с оксидом железа в расплавленном шлаке или с газообразным кислородом для перемешивания, и таким образом в расплавленном шлаке образуются пузырьки газообразного CO, что вызывает различные побочные эффекты.

Кроме того, когда шлак повторно используется, поскольку присутствует зерновидное железо, прочность шлака изменяется из-за неравномерного распределения зерновидного железа, окислительного расширения зерновидного железа и подобного.

Кроме того, зерновидное железо в шлаке является фактором потери выхода при продувке конвертерной печи, и таким образом чем ниже содержание зерновидного железа, тем предпочтительнее.

[0007]

Когда количество зерновидного железа в шлаке меняется, трудно сразу и напрямую измерить количество зерновидного железа в шлаке. Следовательно, при обработке расплавленного шлака или извлечении зерновидного железа из шлака после охлаждения нет другого выбора, кроме как выбрать обработку в виде тяжелой обработки, и таким образом эффективность снижается. В дополнение к этому, формирование во время обработки плавлением/риформингом также варьируется по времени обработки, и таким образом трудно выполнять стабильную обработку.

[0008]

Кроме того, например, Патентный документ 1 раскрывает способ, в котором зерновидное железо в расплавленном шлаке, извлеченном из конвертерной печи, осаждается в реакционном контейнере, а затем подвергается обработке риформинга шлака. Однако даже в этом случае, когда количество зерновидного железа в шлаке изменяется, время осаждения также изменяется, и таким образом трудно выполнять устойчивую обработку.

[0009]

Соответственно, в предшествующем уровне техники после выгрузки шлака конвертерной печи в реакционный контейнер выполняется обработка для восстановления металлического железа в шлаке в реакционном контейнере. Следовательно, когда количество зерновидного железа в шлаке изменяется, возникает проблема, заключающаяся в том, что время обработки шлака также изменяется.

[0010]

В то же время в последние годы, как сообщается в Непатентном документе 1, предпринимаются следующие попытки. То есть, когда очистка выполняется в конвертерной печи, фурма для подачи кислорода используется в качестве одного электрода, напряжение прикладывается между одним электродом и другим электродом, предусмотренным на дне печи, и информация о расстоянии между передним концом фурмы и поверхностью ванны с расплавленным металлом, толщине слоя шлака и т.п. получается путем измерения изменений тока, напряжения и сопротивления во время продувки.

[0011]

Однако влияние пропускания электричества на свойства расплавленного шлака особо не исследовались.

ДОКУМЕНТЫ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

[0012]

[Патентный документ 1] Японская нерассмотренная патентная заявка, Первая публикация № 2006-199984

НЕПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

[0013]

[Непатентный документ 1] Current distribution characteristics in converter furnace bath when electric potential is applied to molten steel, C.I. Semuikin, V.F. Polyakov, E.V. Semkina, 2003

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ПРОБЛЕМЫ, РЕШАЕМЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЕМ

[0014]

Задачей настоящего изобретения является предложить способ рафинирования расплавленного железного сплава, имеющий высокую производительность, позволяющий получать шлак, имеющий малое содержание металлического железа и его малую вариацию по сравнению с предшествующим уровнем техники при очистке расплавленного железного сплава в конвертерной печи, и таким образом упрощающий обработку для восстановления железа в шлаке при риформинге шлака.

СРЕДСТВА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ

[0015]

Суть настоящего изобретения заключается в следующем.

[0016]

(1) В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предлагается способ рафинирования расплавленного железного сплава при подаче кислорода в ванну расплавленного железного сплава в конвертерной печи, включающий в себя: подачу постоянного тока между первым электродом, расположенным над ванной расплавленного железного сплава, и вторым электродом, расположенным в контакте с расплавленной ванной железного сплава, в котором, когда I_P [A] представляет собой величину среднего значения постоянного тока в течение времени подачи постоянного тока, I_P' [A] представляет собой величину среднего значения постоянного тока при его подаче в течение 1 мин непосредственно перед прекращением подачи кислорода, W_s [т] представляет собой количество расплавленной стали в конвертерной печи, и A_s [м²] представляет собой внутреннюю площадь сечения печи в донной части печи, удовлетворяется по меньшей мере одно из уравнений (1)-(4).

(1): I_P ≥ 0,125 × W_s

(2): I_P ≥ 1,5 × A_s

(3): I_P' ≥ 0,125 × W_s

(4): I_P' ≥ 1,5 × A_s

(2) В способе рафинирования расплавленного железного сплава по п. (1) состав шлака, используемого для рафинирования расплавленного железного сплава, может иметь основность 0,5 или больше и концентрацию оксида железа 5% или больше.

(3) В способе рафинирования расплавленного железного сплава по п. (1) или (2) концентрация кремния в расплавленном чугуне в чушках перед его обработкой путем рафинирования расплавленного железного сплава может составлять 0,25 мас. % или меньше.

(4) В способе рафинирования расплавленного железного сплава в соответствии с любым из пп. (1)-(3) плотность шлака, используемого для рафинирования расплавленного железного сплава, может составлять 1,0 кг/м³ или меньше.

(5) В способе рафинирования расплавленного железного сплава в соответствии с любым из пп. (1)-(4) ток может пропускаться через шлак в течение 10 с или дольше в пределах 1 мин перед концом предварительно заданного времени продувки.

(6) В способе рафинирования расплавленного железного сплава в соответствии с любым из пп. (1)-(5) полая верхняя фурма для дутья может использоваться в качестве первого электрода, и высотой верхней фурмы можно управлять на основе веса остаточного шлака в печи, веса входного вспомогательного сырья, веса продукта реакции, плотности шлака и площади поперечного сечения части донной части печи.

(7) В способе рафинирования расплавленного железного сплава в соответствии с любым из пп. (1)-(6) конвертерная печь может иметь донную фурму для дутья.

ПОЛЕЗНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0017]

В соответствии с настоящим изобретением при очистке расплавленного железного сплава в конвертерной печи можно уменьшить содержание зерновидного железа в шлаке и его вариацию, и в результате можно улучшить эффективность риформинга шлака или обработки для извлечения корольков.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0018]

Фиг. 1 представляет собой диаграмму, показывающую схему примера системы конвертерной печи в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 2A представляет собой диаграмму, показывающую соотношение между средним значением тока и содержанием зерновидного железа в шлаке во время дефосфорации чугуна.

Фиг. 2B представляет собой диаграмму, показывающую соотношение между средним значением тока и содержанием зерновидного железа в шлаке во время обезуглероживания.

Фиг. 3 представляет собой диаграмму, показывающую схему другого примера системы конвертерной печи в соответствии с настоящим изобретением.

ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0019]

Авторы настоящего изобретения исследовали способ уменьшения содержания зерновидного железа в шлаке и его вариации при очистке расплавленного железного сплава в конвертерной печи, и сосредоточились на подаче электричества к шлаковой ванне и металлической ванне.

Затем авторы настоящего изобретения обнаружили, что количество зерновидного железа, содержащегося в шлаке, и его вариация уменьшаются, когда во время подачи энергии применяется определенное количество электрического заряда.

[0020]

Далее настоящее изобретение, сделанное на основе вышеуказанных открытий, будет описано со ссылкой на чертежи.

[0021]

Сначала система конвертерной печи, используемая в способе рафинирования по настоящему изобретению, будет описана со ссылкой на Фиг. 1. В данном описании, если явно не указано иное, «%» означает «мас. %», а «ток» означает «постоянный ток». Кроме того, «среднее значение постоянного тока» означает величину среднего значения постоянных токов в течение времени, когда применяется постоянный ток. Строго говоря, «среднее значение постоянного тока» является значением, получаемым путем усреднения величины тока в 10 или больше моментах времени с регулярными интервалами в течение того времени, когда применяется постоянный ток.

[0022]

При рафинировании в конвертерной печи чугун из доменной печи заливается в конвертерную печь, добавляется шлаковое сырье, содержащее CaO в качестве основного компонента, и выполняются продувка с целью удаления кремния и/или дефосфорации и продувка с целью окончательной дефосфорации, обезуглероживания и регулирования температуры.

[0023]

В системе 1 конвертерной печи, используемой в настоящем изобретении, первый электрод 21 устанавливается над ванной 12 расплавленного железного сплава (в дальнейшем также называемой «железной ванной») в таком положении, где частота контакта со шлаком 11 увеличивается. Кроме того, второй электрод 22 располагается в контакте с железной ванной 12.

[0024]

Путем размещения электродов таким образом и соединения электродов с устройством 40 электропитания, расположенным вне конвертерной печи, электрическая цепь формируется шлаком 11, железной ванной 12, первым электродом 21 и вторым электродом 22. Следовательно, во время рафинирования между электродами может подаваться напряжение для подачи электрического тока на шлак 11 и железную ванну 12. Первый электрод 21 может также служить в качестве верхней фурмы 31 для кислородного дутья.

[0025]

В целом для продувки в конвертерной печи имеются следующие способы, а именно: 1) способ продувки предшествующего уровня техники для выполнения удаления кремния, дефосфорации и обезуглероживания, 2) способ продувки, в котором продувка с целью удаления кремния и/или дефосфорации и продувка с целью окончательной дефосфорации, обезуглероживания и регулирования температуры отделены друг от друга, и 3) способ продувки, в котором удаление кремния выполняется в отдельном процессе, а затем продувка с целью дефосфорации и продувка с целью окончательной дефосфорации, обезуглероживания и регулирования температуры отделены друг от друга.

[0026]

В случаях 2) и 3), предпочтительно, подача питания выполняется во время одной или обеих из продувки с целью удаления кремния и/или дефосфорации и продувки с целью окончательной дефосфорации, обезуглероживания и регулирования температуры. При продувке в каждом из случаев 1)-3), в частности при применении электричества в конце продувки, может быть получен больший эффект.

[0027]

Фиг. 2A и 2B показывают результаты в 3) способе продувки, в котором удаление кремния выполняется в отдельном процессе, а затем продувка с целью дефосфорации и продувка с целью окончательной дефосфорации, обезуглероживания и регулирования температуры отделены друг от друга.

[0028]

На Фиг. 2A и 2B в 400-тонной конвертерной печи первый электрод 21 на стороне, контактирующей со шлаком 11, располагается на донной части печи, а второй электрод 22 на стороне, контактирующей с железной ванной 12, располагается на днище печи, а затем в случае дефосфорации между электродами подается ток 350 А или менее в течение 24 с непосредственно перед остановкой продувки, в случае обезуглероживания между электродами в течение 24 с непосредственно перед остановкой продувки подается ток не более 350 А (ВКЛ), и в случае, когда подача питания на электроды не выполняется (ВЫКЛ), показаны соотношения средних значений тока между ними, количества зерновидного железа и их вариации в обоих случаях.

[0029]

В каждом случае извлекались 5 порций шлака после продувки, и пробы отбирались способом восстановления для определения общего количества зерновидного железа и величины вариации.

[0030]

Фиг. 2A показывает влияние среднего значения тока на концентрацию металлического железа в шлаке после дефосфорации чугуна в конвертерной печи, а Фиг. 2B показывает влияние на концентрацию металлического железа в шлаке после обезуглероживающей обработки в конвертерной печи. В обоих случаях, когда величина тока увеличивается, содержание железа уменьшается, а вариация содержания железа уменьшается.

[0031]

Таблицы 1 и 2 показывают среднее значение (мас. %) содержания зерновидного железа в шлаке, показанном на Фиг. 2A и 2B, среднеквадратичное отклонение образца и относительную погрешность. Здесь среднеквадратичное отклонение образца представляет собой квадратный корень из значения дисперсии, полученного как сумма квадратов расстояний между значениями каждого образца и средним значением. Кроме того, относительная погрешность представляет собой значение, получаемое путем деления среднеквадратичного отклонения на среднее значение.

[0032]

[Таблица 1] Величина тока Выкл. <50A 100 ± 50A 200 ± 50A 300 ± 50A Среднее значение содержания железа (%) 19,0 18,5 11,0 7,5 2,9 Среднеквадратичное отклонение образца 11,3 10,8 5,4 3,7 1,4 Относительная погрешность 59 58 49 50 48

[0033]

[Таблица 2] Величина тока Выкл. <50A 100 ± 50A 200 ± 50A 300 ± 50A Среднее значение содержания железа (%) 3,3 3,1 1,9 1,3 0,7 Среднеквадратичное отклонение образца 2,4 2,2 0,9 0,6 0,3 Относительная погрешность 73 72 48 48 46

[0034]

Как показано в Таблицах 1 и 2, можно заметить, что по мере увеличения величины тока среднее значение содержания железа, среднеквадратичное отклонение образца и относительная погрешность уменьшаются по сравнению со случаем, когда величина тока равна нулю (ВЫКЛ). Однако видно, что эффект уменьшения особенно заметен, когда величина тока составляет 50 А или больше.

[0035]

Обычно шлак после риформинга дробится, и металлическое железо извлекается с помощью магнитной сортировки. Результаты в Таблицах 1 и 2 показывают, что само содержание металлического железа снижается за счет подачи электрического тока в шлак 11, вариация содержания металлического железа уменьшается, и в результате магнитная сортировка является стабильной, и имеется большой эффект, заключающийся в том, что содержание металлического железа в шлаке может быть дополнительно уменьшено.

[0036]

Непонятно, почему вышеупомянутый эффект может быть получен путем подачи электрического тока на шлак 11 во время продувки, но предполагается, что это происходит потому, что коагуляция и укрупнение зерновидного железа вызываются подачей энергии на зерновидное железо, остающееся в шлаке, и таким образом зерновидное железо оседает под действием собственного веса.

[0037]

Основываясь на результатах испытаний, авторы настоящего изобретения тщательно изучили необходимые условия. В результате авторы настоящего изобретения выявили, что для того, чтобы в достаточной степени получить эффект уменьшения количества зерновидного железа, важно управлять значением I_P [A], представляющим среднюю величину тока, подаваемого в шлак 11, то есть величиной постоянного тока в течение времени его подачи так, чтобы удовлетворялось по меньшей мере одно из следующих уравнений (1) и (2), где W_s [т] представляет собой количество расплавленной стали в конвертерной печи, а A_s [м²] представляет собой внутреннюю площадь поперечного сечения в части донной части печи.

(1): I_p ≥ 0,125 × W_s [A]

(2): I_p ≥ 1,5 × A_s [A]

[0038]

Когда амплитуда средней величины тока удовлетворяет вышеупомянутым условиям, возникают эффекты, заключающиеся в том, что количество зерновидного железа в шлаке уменьшается, а его вариация стабилизируется. Например, в случае 400-тонной конвертерной печи значение W_s равно 400. Соответственно, когда значение I_p становится равным 0,125 × 400 = 50A или больше, основываясь на среднеквадратичном отклонении образца, вариация количества зерновидного железа в шлаке составляет приблизительно 9 пунктов или меньше во время периода дефосфорации, показанного на Фиг. 2A (здесь пункт представляет собой среднеквадратичное отклонение количества зерновидного железа и является синонимом «%» в качестве единицы измерения содержания), и приблизительно 1,6 пункта или меньше во время периода обезуглероживания.

[0039]

Когда вариация количества зерновидного железа уменьшается приблизительно до 9 пунктов во время периода дефосфорации, становится возможным стабильно извлекать железо в последующем процессе. Кроме того, во время периода обезуглероживания распределение зерновидного железа отличается от распределения во время периода дефосфорации, но, когда вариация составляет приблизительно 1,6 пункта или меньше, железо может устойчиво извлекаться в последующем процессе.

[0040]

Когда значение I_P составляет меньше чем 0,125 × W_s, вариация количества зерновидного железа становится больше чем 1,1%, и вариация количества зерновидного железа в шлаке становится нестабильной. Кроме того, когда значение I_P составляет меньше чем 1,5 × A_s, вариация количества зерновидного железа также увеличивается.

[0041]

Как было упомянуто выше, считается, что требуемый ток, протекающий в шлак, зависит от веса расплавленной стали. Это связано с тем, что вес шлака неизбежно увеличивается по мере увеличения веса расплавленной стали, и таким образом количество зерновидного железа в шлаке не может быть уменьшено за время продувки, если величина тока не увеличивается, и в результате требуемое количество подачи энергии пропорционально весу расплавленной стали.

[0042]

Кроме того, считается, что требуемый ток, протекающий в шлак, связан с площадью внутреннего поперечного сечения части донной части конвертерной печи. Главным фактором, который фактически уменьшает плотность тока в шлаке, является плотность тока, текущего в шлак. Поскольку шлак является проводящим, ток проходит через весь шлак. Следовательно, плотность тока, протекающего в шлак, является величиной, получаемой путем деления величины тока на внутреннюю площадь поперечного сечения печи As в части донной части конвертерной печи, и это значение становится требуемой плотностью тока. Таким образом, требуемая плотность тока равна I_p/A_s. Предполагая, что требуемая плотность тока является постоянной величиной, требуемое значение тока пропорционально внутренней площади поперечного сечения части донной части печи.

[0043]

Как было упомянуто выше, считается, что требуемый ток, протекающий в шлак, пропорционален весу расплавленной стали и площади поперечного сечения печи. Следовательно, чтобы уменьшить количество зерновидного железа в шлаке и дополнительно стабилизировать вариацию, предпочтительно выбирать меньшее из требуемого тока (уравнение (1)), полученного из веса расплавленной стали, и требуемого тока (уравнение (2)), полученного из внутренней площади поперечного сечения печи.

[0044]

Кроме того, предпочтительно, чтобы состав шлака перед началом подачи энергии имел основность 0,5 или больше и концентрацию оксида железа 5% или больше. Поскольку SiO₂ в шлаке имеет большую силу связывания друг с другом, он ухудшает проводимость. В то же время CaO разрушает связь SiO₂, и таким образом улучшает проводимость. Кроме того, оксид железа также улучшает проводимость.

[0045]

В результате экспериментального исследования предпочтительного состава шлака перед началом подачи энергии было обнаружено, что вариация количества зерновидного железа была дополнительно уменьшена при установке основности шлака, равной 0,5 или больше, и концентрации оксида железа, равной 5% или больше.

[0046]

Основность может быть вычислена и предположена исходя из доли плавки. Кроме того, концентрация оксида железа может быть вычислена из количества подаваемого кислорода, количества кислорода, содержащегося в выхлопном газе, и количества кислорода, содержащегося в расплавленной стали. Поскольку эти значения сохраняются как фактические значения, их можно предположить перед продувкой.

[0047]

Состав обрабатываемого расплавленного железного сплава не ограничивается каким-либо конкретным составом, но предпочтительно обрабатывать расплавленный чугун, имеющий концентрацию кремния (количество Si) 0,25% или меньше. По мере увеличения количества Si концентрация SiO₂ в шлаке увеличивается. Поскольку SiO₂ является фактором, ухудшающим проводимость, он затрудняет прохождение тока в шлак и препятствует уменьшению количества зерновидного железа.

[0048]

Кроме того, когда количество Si составляет 0,25% или меньше, количество шлака, необходимого для продувки, уменьшается. Поскольку количество образующегося зерновидного железа определяется подводимой в печь энергией (интенсивное верхнее дутье) и величиной обезуглероживания, когда количество шлака является малым, концентрация зерновидного железа в шлаке становится относительно высокой. Когда концентрация зерновидного железа в шлаке увеличивается до подачи энергии, восстановительные эффекты при электрическом возбуждении увеличиваются, и таким образом количество осаждаемого зерновидного железа увеличивается. Следовательно, когда концентрация кремния в расплавленном чугуне составляет 0,25% или меньше, может быть получен замечательный эффект.

[0049]

Плотность шлака при подаче энергии предпочтительно составляет 1,0 кг/м³ или меньше, и более предпочтительно 0,8 кг/м³ или меньше. Причина этого заключается в том, что когда плотность шлака уменьшается, скорость осаждения зерновидного железа увеличивается, и могут быть дополнительно получены эффекты настоящего изобретения. Кроме того, в данном описании плотность шлака означает вес шлака на единицу объема при подаче энергии в конвертерной печи.

[0050]

В способе рафинирования расплавленного железного сплава по настоящему изобретению предпочтительно, чтобы шлак электрически возбуждался в течение 10 с или дольше в пределах одной минуты до окончания заданного времени продувки. Таким образом, желательно, чтобы время, в течение которого никакой ток не течет в конце продувки (после одной минуты до прекращения подачи кислорода), было установлено равным 50 с или меньше. Кроме того, чем короче интервал между концом подачи энергии и остановкой продувки, тем лучше.

[0051]

Причина этого заключается в следующем. 1) Когда питание отключается до окончания продувки, есть опасения, что зерновидное железо может снова перемешаться, и его содержание в шлаке может увеличиться. 2) Перед концом продувки, в большинстве случаев, плотность шлака составляет 1,0 кг/м³ или меньше, и шлак имеет тенденцию к осаждению. 3) Количество зерновидного железа в шлаке имеет тенденцию к увеличению в конце продувки, когда входящее вспомогательное сырье достаточно растворено и продукты реакции образуются в достаточном количестве, и когда подача энергии начинается в этом состоянии, количество зерновидного железа имеет тенденцию к уменьшению.

[0052]

Следовательно, важно, чтобы значение I_P' [A], представляющее среднее значение постоянного тока в течение времени подачи питания в пределах 1 мин непосредственно перед прекращением подачи кислорода, контролировалось так, чтобы удовлетворять по меньшей мере одному из уравнений (3) и (4), где W_s [т] представляет собой количество расплавленной стали в конвертерной печи, а A_s [м²] представляет собой внутреннюю площадь поперечного сечения в части донной части печи.

(3): I_P' ≥ 0,125 × W_s

(4): I_P' ≥ 1,5 × A_s

[0053]

Таким образом, эффекты настоящего изобретения могут быть получены путем управления током так, чтобы удовлетворять по меньшей мере одному из уравнений (1)-(4).

[0054]

Кроме того, предпочтительно, чтобы электрод, расположенный над ванной расплавленного железного сплава в конвертерной печи, представлял собой полую верхнюю фурму для дутья.

В этом случае, чтобы получить устойчивую подачу энергии, высотой верхней фурмы управляют на основе веса остаточного шлака в печи, веса входного вспомогательного сырья, веса продукта реакции, плотности шлака и площади поперечного сечения части донной части печи.

В частности, предпочтительно управлять высотой Н верхней фурмы так, чтобы она составляла 0,1-10 высот шлака. Высота Н шлака может быть вычислена с помощью следующего уравнения.

Н (м) = (общий вес остаточного шлака в печи, входящего вспомогательного сырья и продуктов реакции (кг)) / (плотность шлака (кг/м³) × площадь сечения донной части печи (м²))

[0055]

Здесь количество остаточного шлака в печи может быть получено из прошлых рабочих данных, а количество входящего вспомогательного сырья и продуктов реакции могут быть подходящим образом получены путем использования взвешенного значения и содержания компонентов. Плотность шлака не ограничивается величиной 1,0 кг/м³ или меньше, и может использоваться значение 2,0-3,0 кг/м³ в зависимости от состава.

[0056]

Поскольку считается, что шлак расширяется примерно в 10 раз, включая образующийся газ, возможно, что электрическое возбуждение может быть получено даже тогда, когда положение фурмы примерно в 10 раз превышает высоту шлака, полученную с помощью приведенного выше уравнения. В то же время, когда нет проблем с прилипанием настыля к фурме или охлаждением, лучше уменьшить высоту фурмы примерно до 0,1 высоты шлака, чтобы стабилизировать подачу энергии.

[0057]

Степень расширения выбора от 0,1 до 10 раз изменяется в зависимости от условий и хода продувки, и таким образом степень расширения может быть определена теоретически или эмпирически в зависимости от времени, когда желательно получить эффект. Устанавливая высоту фурмы таким образом, можно добиться того, чтобы ток протекал в шлак только тогда, когда плотность шлака составляет около 1,0 кг/м³ или меньше, что может способствовать уменьшению количества зерновидного железа. В дополнение к этому, возможна стабильная работа, поскольку фурма не контактирует с расплавленной сталью во время работы.

[0058]

Предпочтительно конвертерная печь представляет собой конвертерную печь, имеющую донную фурму для дутья. Поскольку донное дутье усиливает перемешивание шлака, это способствует уменьшению количества зерновидного железа в шлаке. В дополнение к этому, увеличивается вероятность контакта между шлаком и расплавленной сталью, и таким образом ускоряется перенос зерновидного железа из шлака в расплавленную сталь. Предпочтительно расход газа донного дутья составляет 0,01-0,2 нм³/мин/т в случае инертного газа и 0,1-0,4 нм³/мин/т в случае кислорода.

[0059]

В способе рафинирования в той же конвертерной печи первый процесс выполнения продувки с целью удаления кремния и/или дефосфорации, второй процесс выгрузки части шлака, третий процесс выполнения продувки с целью окончательной дефосфорации, обезуглероживания и регулирования температуры, четвертый процесс выгрузки стали, доведенной до целевых содержаний компонентов и температуры, и пятый процесс выгрузки части шлака, оставшегося в печи, выполняются в указанном порядке.

При этом подача энергии выполняется по меньшей мере 10 с или дольше во время одного или обоих периодов подачи кислорода первого и третьего процессов, и когда величина среднего значения постоянного тока в течение времени подачи энергии определяется как I_P [A], величина среднего значения постоянного тока в течение времени подачи энергии в пределах 1 мин непосредственно перед прекращением подачи кислорода определяется как I_P' [A], количество расплавленной стали в конвертерной печи определяется как W_s [т], и внутренняя площадь поперечного сечения в части донной части печи определяется как A_s [м²], эффективно управлять таким образом, чтобы удовлетворялось по меньшей мере одно из следующих уравнений (1)-(4).

(1): I_P ≥ 0,125 × W_s

(2): I_P ≥ 1,5 × A_s

(3): I_P' ≥ 0,125 × W_s

(4): I_P' ≥ 1,5 × A_s

[0060]

Причина этого заключается в том, что время подачи кислорода на первой и третьей стадиях представляет собой состояние, в котором плотность зерновидного железа в шлаке увеличивается, а количество зерновидного железа снижается. Соответственно, зерновидное железо имеет тенденцию оседать в слой расплавленного железного сплава, и таким образом содержание металлического железа в шлаке может быть легко уменьшено. В частности, поскольку количество зерновидного железа является большим на первой стадии, вариация содержания зерновидного железа может быть эффективно уменьшена.

[0061]

В качестве первого электрода 21 системы 1 конвертерной печи, например, электрод, выполненный из углеродсодержащих кирпичей, таких как кирпичи MgO-C, может быть расположен на донной части конвертерной печи. В качестве первого электрода 21 может использоваться верхняя фурма 31 для кислородного дутья, как показано на Фиг. 3. В качестве второго электрода 22 можно использовать углеродсодержащий кирпич и т.п. Предпочтительно второй электрод 22 располагается в днище или донной части системы 1 конвертерной печи.

[0062]

Когда первый электрод 21 располагается в донной части печи, первый электрод 21 предпочтительно обеспечивается на 200-4000 мм выше, и более предпочтительно на 200-400 мм выше, основываясь на статической поверхности расплавленного металла железной ванны 12, оцениваемой по объему конвертерной печи.

[0063]

Когда верхняя фурма 31 для кислородного дутья используется в качестве первого электрода 21, ее передний конец может перемещаться вверх и вниз, и таким образом ее положение может перемещаться вверх и вниз в зависимости от тока, протекающего между электродами так, чтобы можно было управлять величиной тока.

[0064]

Предпочтительно устройство 40 электропитания может включать в себя механизм, который отключает подачу тока, когда значение сопротивления между первым электродом 21 и вторым электродом 22 равно или больше, чем предварительно установленное значение тока, или когда оно больше в течение предварительно установленного времени после начала продувки. Величина тока получается путем ввода сигнала от блока 41 обнаружения тока в устройство 42 управления. Затем, когда полученное значение тока равно или больше предварительно установленного значения тока в течение предварительно установленного времени после начала продувки, работа устройства 40 электропитания останавливается, и подача тока прекращается.

[0065]

Сразу после начала продувки продукт реакции отсутствует, и входящее вспомогательное сырье не растворяется. Соответственно, шлак не формируется, и таким образом ситуация, в которой ток стабильно течет в шлак 11, не создается. Однако, ток может течь, не проходя через шлак из-за отложений в печи, нарушения режима работы железной ванны, или утечки электричества в месте, которое следует изолировать из-за неисправности оборудования. В этом случае в зависимости от величины тока система может быть повреждена из-за тепловыделения. За счет обеспечения механизма отключения подачи тока можно отключить ток и избежать в таком случае неприятных последствий.

[0066]

Для того чтобы определить, течет ли ток в шлак или нет, необходимо учитывать время, когда ток течет, а также значение сопротивления в это время. Как было описано выше, когда это происходит в пределах от 10 до 30 с после начала продувки, а сопротивление между электродами находится в диапазоне 1-0,1 Ом, весьма вероятно, что ток течет без прохождения через шлак. Соответственно, желательно обеспечить механизм отключения цепи, когда ток соответствует этому условию.

[0067]

Кроме того, даже когда из конвертерной печи течет паразитный ток из-за некоторых неисправностей, подача тока может быть отключена, и, таким образом, система может работать безопасно.

[0068]

Еще более предпочтительно, когда устройство 40 электропитания имеет функцию ограничения величины протекающего тока.

[0069]

Кроме того, предпочтительно, чтобы концентрация углерода в конечной точке обработки дефосфорации составляла 2,5 мас. % или больше. Причина этого заключается в том, что в большинстве случаев, поскольку очистка в этой области выполняется с относительно низкой основностью, а обработка заканчивается при низкой температуре, вязкость шлака перед подачей энергии является высокой, а количество зерновидного железа, содержащегося в шлаке, является большим, и таким образом при подаче энергии количество зерновидного железа может быть легко уменьшено.

[0070]

Предпочтительно, чтобы на днище печи была предусмотрена донная фурма 50 для дутья, выполненная из пористых кирпичей, и железная ванна 12 перемешивалась путем продувки газа в железную ванну 12 от днища печи во время рафинирования. Количество донных фурм 50 может быть равно 1, но предпочтительно предусматривать множество донных фурм 50.

[0071]

Фиг. 1 показывает пример, в котором донные фурмы 50 предусматриваются в двух положениях. Газ, выходящий из фурмы, особо не ограничивается, и может быть выбран любой отдельный газ, такой как кислород, диоксид углерода, азот, Ar, LPG (сжиженный природный газ), или смесь двух или более из них, а сама труба может быть одной трубой, множеством труб, коллектором и т.п. Кроме того, электрод 22 также может использоваться в качестве фурмы. Однако в этом случае необходимо должным образом изолировать токопроводящие пути фурмы и трубы, чтобы исключить возможность протекания большого тока через железную оболочку тела печи или цапфу вала.

[Примеры]

[0072]

Далее способ рафинирования с использованием системы конвертерной печи по настоящему изобретению будет описан на более конкретном примере.

[0073]

В системе конвертерной печи с верхним дутьем, имеющем функцию донного дутья, помещалось в общей сложности 300 т чугуна и холодного источника железа. Внутренний диаметр части донной части конвертерной печи составлял 6 м. То есть значение 0,125 × W_s было равно 37,5, а значение 1,5 × A_s было равно 42,4.

Электроды из MgO-C были установлены на донной части и днище печи, механизм соединения проводов был предусмотрен на стороне корпуса печи и на стороне рабочей площадки так, чтобы электроды могли быть подключены в подвешенном положении печи, и был установлен источник питания, способный ограничивать ток, подаваемый к рабочей площадке, величиной 500 A.

Электрод донной части печи был установлен на 250 мм выше статической поверхности расплавленного металла, когда было загружено 300 т основного сырья. После начала продувки начиналась подача энергии, и ток начал увеличиваться в тот момент, когда по акустическому состоянию в печи можно было предположить, что образовался шлак в расплавленном состоянии. После этого подача энергии выполнялась до конца продувки.

В Экспериментальных примерах 1-15 время подачи энергии изменялось, и продувка выполнялась на основе вышеуказанных экспериментальных условий. Продувка ни разу не прерывалась во время процесса, и сталь выгружалась при контроле заданного состава и температуры. Кроме того, в каждом экспериментальном примере время подачи кислорода составляло в целом 20 мин.

Шлак принимался в шлаковую чашу, выгружался на площадку и охлаждался, а затем куски размером с кулак случайным образом собирались из 10 мест и анализировались для получения среднего значения содержания металлического железа. Продувка выполнялась для 5 плавок, затем вычислялось среднее значение количества зерновидного железа в шлаке, а также среднеквадратичное отклонение для 5 плавок.

Результаты Экспериментальных примеров 1-15 показаны в Таблице 3.

[0074]

[Таблица 3] I_P I_P' 0,125 × W_S 1,5 × A_S Уравнение (1) Уравнение (2) Уравнение (3) Уравнение (4) Стандартное отклонение количества зерновидного железа для 5 плавок Примечание Экспериментальный пример 1 50A 50A 37,5 42,4 OK OK OK OK 2,8 Пример по изобретению Экспериментальный пример 2 38A 38A OK нет OK нет 6,5 Пример по изобретению Экспериментальный пример 3 20A 50A нет нет OK OK 3,4 Пример по изобретению Экспериментальный пример 4 50A 20A OK OK нет нет 3,7 Пример по изобретению Экспериментальный пример 5 20A 20A нет нет нет нет 11,1 Сравнительный пример

[0075]

В Экспериментальных примерах 1-4 в соответствии с примером настоящего изобретения очистка выполнялась при подходящих условиях, и таким образом можно было уменьшить среднеквадратичное отклонение количества зерновидного железа.

В Экспериментальном примере 5 согласно сравнительному примеру, поскольку и ток I_p, и ток I_p' были низкими, ни одно из уравнений (1)-(4) не могло быть удовлетворено, и среднеквадратичное отклонение количества зерновидного железа не могло быть уменьшено.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

[0076]

В соответствии с настоящим изобретением, зерновидное железо, содержащееся в шлаке, может быть укрупнено и растворено в металлической ванне, может быть стабильно получен шлак, имеющий уменьшенное содержание металлического железа по сравнению с предшествующим уровнем техники, и таким образом эффективность риформинга шлака может быть улучшена. В результате можно получать шлак, используемый не только в качестве материала для улучшения дорожного покрытия и материала нижнего слоя дорожного полотна, но также и для материала верхнего слоя дорожного полотна, наполнителя бетона, каменного сырья и подобного, и таким образом настоящее изобретение имеет большую промышленную применимость.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

[0077]

1 - система конвертерной печи

11 - шлак

12 - железная ванна

21 - первый электрод

22 - второй электрод

31 - верхняя фурма для кислородного дутья

40 - устройство электропитания

41 - блок обнаружения тока

42 - устройство управления

50 - донная фурма для дутья.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для рафинирования ванны расплавленного железного сплава в конвертерной печи. В способе подачу постоянного тока между первым электродом, расположенным над ванной расплавленного железного сплава, и вторым электродом, расположенным в контакте с расплавленной ванной железного сплава, осуществляют путем управления значениями I_P [A] или I_P’ [A] в соответствии со значениями W_s [т] или A_s [м²], причем I_P [A] - величина среднего значения постоянного тока в течение времени подачи постоянного тока в шлак , I_P’ [A] - величина среднего значения постоянного тока при его подаче в шлак в течение 1 мин непосредственно перед прекращением подачи кислорода, W_s [т] - количество расплавленной стали в конвертерной печи, и A_s [м²] – внутренняя площадь сечения печи в донной части печи. Изобретение позволяет уменьшить содержание зернового железа в шлаке и улучшить эффективность риформинга шлака или обработки для извлечения корольков. 6 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 табл.

1. Способ рафинирования расплавленного железного сплава при подаче кислорода в ванну расплавленного железного сплава в конвертерной печи, содержащий:

подачу постоянного тока между первым электродом, расположенным над ванной расплавленного железного сплава, и вторым электродом, находящимся в контакте с ванной расплавленного железного сплава, осуществляют путем управления значениями I_P [A] или I_P' [A] в соответствии со значениям W_s [т] или A_s [м²],

причем I_P [A] представляет собой величину среднего значения постоянного тока в течение времени подачи постоянного тока в шлак, I_P' [A] представляет собой величину среднего значения постоянного тока при его подаче в шлак в течение 1 мин непосредственно перед прекращением подачи кислорода, W_s [т] представляет собой количество расплавленной стали в конвертерной печи, и A_s [м²] представляет собой внутреннюю площадь сечения печи в донной части печи.

2. Способ рафинирования расплавленного железного сплава по п. 1,

в котором состав шлака, используемого для рафинирования расплавленного железного сплава, имеет основность 0,5 или больше и концентрацию оксида железа 5 мас. % или больше.

3. Способ рафинирования расплавленного железного сплава по п. 1 или 2,

в котором расплавленный железный сплав представляет собой расплавленный чугун, концентрация кремния в котором перед его обработкой составляет 0,25 мас. % или меньше.

4. Способ рафинирования расплавленного железного сплава по любому из пп. 1-3,

в котором плотность шлака, используемого для рафинирования расплавленного железного сплава, составляет 1,0 кг/м³ или меньше.

5. Способ рафинирования расплавленного железного сплава по любому из пп. 1-4,

в котором шлак электрически возбуждается в течение 10 с или дольше в пределах одной минуты до окончания заданного времени продувки.

6. Способ рафинирования расплавленного железного сплава по любому из пп. 1-5,

в котором полая верхняя фурма для дутья используется в качестве первого электрода, и

высотой верхней фурмы управляют на основе веса остаточного шлака в печи, веса входного вспомогательного сырья, веса продукта реакции, плотности шлака и площади сечения донной части печи.

7. Способ рафинирования расплавленного железного сплава по любому из пп. 1-6,

в котором конвертерная печь имеет донную фурму для дутья.