СПОСОБ РАФИНИРОВАНИЯ ЖИДКОГО ЧУГУНА Российский патент 2024 года по МПК C21C1/00 C21C5/28 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу, в котором добавляют вспомогательный материал, а окисляющий газ подают через фурму верхней продувки к чушковому чугуну и жидкому чугуну, которые находятся или подаются в аппарат типа конвертера, и жидкий чугун подвергают процессу рафинирования, и относится, в частности, к способу осуществления процесса с использованием большого количества чушкового чугуна.

Известный уровень техники

До настоящего времени разработан способ выплавки стали, при котором осуществляют процесс дефосфорации на стадии жидкого чугуна (далее называемый как предварительный процесс дефосфорации) для снижения концентрации фосфора в жидком чугуне до некоторой степени, а затем выполняют обезуглероживающую продувку в конвертере. В этом предварительном процессе дефосфорации источник кислорода, такой как газообразный кислород, добавляют в жидкий чугун вместе с флюсом на основе извести, так что источник кислорода реагирует с углеродом и кремнием в дополнение к реакции с фосфором в жидком чугуне и тем самым повышает температуру жидкого чугуна. Поскольку более низкие температуры термодинамически выгодны для реакции дефосфорации, температуру жидкого чугуна после процесса регулируют на уровне около 1300 - 1400°С за счёт добавления охлаждающего материала. Когда технологический аппарат представляет собой ковш или ковш сигарообразной формы, перемешивание слабое, и фурма погружается в жидкий чугун, что накладывает ограничения на форму и количество используемого скрапа. Печь типа конвертера, с другой стороны, имеет высокую интенсивность перемешивания нижним дутьём и не имеет погруженной фурмы, и поэтому является предпочтительной для плавления скрапа.

В последние годы, для предотвращения глобального потепления, сталелитейная промышленность также предпринимала усилия по сокращению выбросов CO₂ путём сокращения потребления ископаемого топлива. На интегрированных металлургических заводах жидкий чугун производят путём восстановления железной руды углеродом. Производство этого жидкого чугуна требует около 500 кг источника углерода на тонну жидкого чугуна для восстановления железной руды и других процессов. С другой стороны, производство жидкой стали с использованием чушкового чугуна, такого как железный лом, в качестве сырья для конвертерного рафинирования не требует источника углерода, необходимого для восстановления железной руды. В этом случае, с учётом энергии, необходимой для плавления чушкового чугуна, замена одной тонны жидкого чугуна на одну тонну чушкового чугуна приводит к сокращению выбросов CO₂ примерно на 1,5 тонны. Таким образом, в конвертерном способе производства стали с использованием жидкого чугуна увеличение в смеси доли чушкового чугуна приводит к снижению выбросов CO₂. Здесь жидкий чугун относится к расплавленному чугуну и источнику расплавленного чушкового чугуна.

Увеличение количества используемого чушкового чугуна требует подачи количества тепла, необходимого для расплавления чушкового чугуна. Как упоминалось выше, теплота плавления чушкового чугуна обычно компенсируется теплотой реакции углерода и кремния, содержащихся в жидком чугуне в качестве примесных элементов. Однако, когда доля в смеси чушкового чугуна увеличивается, количества тепла, полученного только от углерода и кремния, содержащихся в жидком чугуне, недостаточно.

Например, патентный документ 1 предлагает технологию компенсации тепла, необходимого для плавления чушкового чугуна, путём подачи нагревающего агента, такого как ферросилиций, графит или кокс, в печь и подачи газообразного кислорода вместе с нагревающим агентом.

Температура после процесса вышеупомянутого предварительного процесса дефосфорации составляет около 1300 - 1400°C, что ниже температуры плавления железного скрапа, используемого в качестве чушкового чугуна. Таким образом, при предварительной продувке для дефосфорации углерод, содержащийся в жидком чугуне, диффундирует в поверхностную часть скрапа, так что температура плавления науглероженной части снижается, и плавление скрапа продолжается. Таким образом, содействие массопереносу углерода, содержащегося в жидком чугуне, важно для ускорения плавления железного скрапа.

Например, в патентном документе 2 предлагается технология, которая способствует перемешиванию жидкого чугуна внутри конвертера за счёт подачи газа с нижней продувкой и тем самым способствует плавлению чушкового чугуна.

Кроме того, в патентном документе 3 предлагается способ, в котором для проведения процесса дефосфорации жидкого чугуна с использованием печи типа конвертера, имеющей функцию верхней и нижней продувки, весь скрап или его часть добавляют из колошника. к жидкому чугуну во время стадии продувки, и время добавления скрапа, добавляемого во время стадии продувки, определено так, чтобы оно находилось в пределах первой половины периода стадии продувки.

Список цитированных источников

Патентная литература

Патентный документ 1: JP-2011-38142A.

Патентный документ 2: JP-S63-169318A.

Патентный документ 3: JP-2005-133117A.

Краткое изложение существа изобретения

Техническая проблема

Однако эти традиционные технологии имеют следующие проблемы.

Одна проблема способа, описанного в патентном документе 1, заключается в том, что, поскольку термическая компенсация осуществляется путём подачи газообразного кислорода, необходимого для окисления и сжигания углерода и кремния подаваемого нагревающего агента, время процесса в конвертере увеличивается, а производительность становится ниже. Другая проблема заключается в том, что при сжигании кремния образуется SiO₂, что увеличивает количество выгружаемого шлака.

Как описано выше, плавление скрапа в качестве чушкового чугуна происходит по мере увеличения концентрации углерода в его поверхностной части и снижения температуры плавления вследствие науглероживания. В этом случае, чем ниже температура жидкого чугуна, тем выше должна быть концентрация углерода в науглероженной части поверхности скрапа. Таким образом, науглероживание требует времени, так что плавление скрапа требует времени. В частности, когда температура жидкого чугуна рядом со скрапом снижается примерно до температуры затвердевания жидкого чугуна, науглероживание происходит до тех пор, пока концентрация углерода в поверхностном слое скрапа не станет сравнимой с требуемой концентрацией углерода в жидком чугуне, что вызывает значительные перебои в плавке. Поэтому увеличение интенсивности перемешивания, как описано в патентном документе 2, оказывает незначительное стимулирующее действие на плавление чушкового чугуна.

Когда чушковый чугун и жидкий чугун загружают в конвертер, температура жидкого чугуна снижается из-за теплоты нагрева чушкового чугуна, а температура жидкого чугуна внутри печи остаётся близкой к температуре затвердевания жидкого чугуна в течение периода, пока чушковый чугун внутри печи полностью не расплавится в первой половине процесса дефосфорации. Поэтому, когда доля в смеси чушкового чугуна увеличивается, температура жидкого чугуна внутри печи остаётся близкой к температуре затвердевания жидкого чугуна в течение более длительного времени.

Способ, описанный в патентном документе 3, позволяет избежать перебоев при плавлении чушкового чугуна из-за снижения температуры жидкого чугуна в течение первой половины процесса дефосфорации. Однако существует опасение, что, если чушковый чугун не будет подан в течение первой половины стадии продувки, он может не полностью расплавиться во время продувки и остаться нерасплавленным. Таким образом, количество чушкового чугуна, которое может быть подано в течение практического времени продувки, ограничено, а доля в смеси чушкового чугуна ограничено приблизительно 10%. Фактически, в патентном документе 2 говорится, что, когда процесс обескремнивания выполнялся с использованием 300-тонного аппарата типа конвертера со временем продувки, принимаемым равным 10 - 12 минут, самая низкая доля в смеси жидкого чугуна составляла 90,9% (т.е. доля чушкового чугуна составила 9,1%). В условиях, когда доля в смеси чушкового чугуна дополнительно увеличивается, количество чушкового чугуна, подаваемого из колошника в течение первой половины процесса дефосфорации, становится слишком большим, и температура жидкого чугуна в течение первой половина процесса дефосфорации становится ниже. В результате чушковый чугун остаётся нерасплавленным.

Разработанное с учётом этих обстоятельств, настоящее изобретение направлено на предложение способа рафинирования жидкого чугуна, который предотвращает сохранение чушкового чугуна нерасплавленным даже в условиях высокой доли в смеси чушкового чугуна, избегая при этом увеличения количества источника тепла, подаваемого для компенсации тепла, необходимого для плавления чушкового чугуна, и количества образующегося шлака, а также увеличения времени процесса.

Решение проблемы

Первый способ рафинирования жидкого чугуна в соответствии с настоящим изобретением, который преимущественно решает вышеописанные проблемы, представляет собой способ, в котором добавляют вспомогательный материал и окислительный газ подают через фурму верхней продувки к чушковому чугуну и жидкому чугуну, которые находятся или подаются в аппарат типа конвертера, и жидкий чугун подвергается процессу рафинирования. Перед процессом рафинирования предварительно загружаемый чушковый чугун, который является частью чушкового чугуна, загружается сразу весь в аппарат типа конвертера перед загрузкой жидкого чугуна в аппарат типа конвертера, в количестве не более 0,15 от суммы предварительно загружаемого чушкового чугуна и количества загрузки жидкого чугуна, или не загружается. Чушковый чугун, добавленный в колошник, который является частью или всем чушковым чугуном, и добавляется из колошника аппарата типа конвертера, подаётся в аппарат типа конвертера во время процесса рафинирования. Кроме того, используется горелка, расположенная на переднем конце фурмы верхней продувки или на переднем конце второй фурмы, установленной отдельно от фурмы верхней продувки, и имеющая инжекционные отверстия, через которые подаётся топливо и поддерживающий горение газ. В течение по меньшей мере части периода времени процесса рафинирования порошкообразный вспомогательный материал или вспомогательный материал, переработанный в порошок, который является по меньшей мере частью вспомогательного материала, вдувают внутрь так, чтобы он проходил через пламя, формируемое горелкой. Первый способ рафинирования жидкого чугуна в соответствии с настоящим изобретением может быть предпочтительным решением, когда самый большой линейный размер чушкового чугуна, добавляемого в колошник, не превышает 100 мм.

Второй способ рафинирования жидкого чугуна в соответствии с настоящим изобретением, который преимущественно решает вышеописанные проблемы, представляет собой первый способ рафинирования жидкого чугуна, в котором процесс рафинирования представляет собой процесс обезуглероживания жидкого чугуна. Второй способ рафинирования жидкого чугуна в соответствии с настоящим изобретением может быть предпочтительным решением, когда процесс рафинирования представляет собой процесс обезуглероживания, который осуществляется с помощью аппарата типа конвертера, в который загружают предварительно дефосфорированный жидкий чугун.

Третий способ рафинирования жидкого чугуна в соответствии с настоящим изобретением, который преимущественно решает вышеописанные проблемы, представляет собой первый способ рафинирования жидкого чугуна, в котором процесс рафинирования представляет собой процесс дефосфорации жидкого чугуна. Третий способ рафинирования жидкого чугуна в соответствии с настоящим изобретением может быть предпочтительным решением, когда соблюдаются одно или оба из следующих условий: концентрация углерода, содержащегося в чушковом чугуне, загружаемом в колошник, не ниже 0,3% масс., а температура жидкого чугуна по окончании процесса дефосфорации не ниже 1380°С.

Четвёртый способ рафинирования жидкого чугуна в соответствии с настоящим изобретением, который преимущественно решает вышеописанные проблемы, представляет собой первый способ рафинирования жидкого чугуна, в котором процесс рафинирования представляет собой процесс дефосфорации-обезуглероживания, в котором стадию дефосфорации жидкого чугуна, промежуточную стадию удаления шлака и стадию обезуглероживания жидкого чугуна выполняют как ряд процессов в одном и том же аппарате типа конвертера; перед стадией дефосфорации жидкого чугуна предварительно загружаемый чушковый чугун загружают в количестве, не превышающем 0,15 от количества предварительно загруженного чушкового чугуна и количества загружаемого жидкого чугуна, или не загружают; добавленный в колошник чушковый чугун добавляют к расплавленному чугуну во время одной или обеих стадий дефосфорации жидкого чугуна и обезуглероживания жидкого чугуна; и, кроме того, в течение по меньшей мере части периода одной или обеих стадий дефосфорации жидкого чугуна и обезуглероживания жидкого чугуна порошкообразный вспомогательный материал или вспомогательный материал, переработанный в порошок, вдувают так, чтобы он проходил через пламя, формируемое горелкой. Четвёртый способ рафинирования жидкого чугуна в соответствии с настоящим изобретением может быть более предпочтительным решением, когда соблюдаются одно или оба из следующих условий: концентрация углерода, содержащегося в чушковом чугуне загруженном в колошник, который добавляется во время стадии дефосфорации жидкого чугуна не ниже 0,3% масс., и температура жидкого чугуна по завершении стадии дефосфорации жидкого чугуна не ниже 1380°С.

Положительные эффекты изобретения

В соответствии с настоящим изобретением установлен верхний предел количества чушкового чугуна, загружаемого перед началом процесса рафинирования жидкого чугуна в аппарат типа конвертера, который является частью общего количества чушкового чугуна (количество всего чушкового чугуна), используемого для процесса рафинирования, и чушковый чугун добавляется из колошника на стадии, когда температура жидкого чугуна достаточно повысилась. Таким образом, время, в течение которого температура жидкого чугуна остаётся низкой на начальной стадии процесса рафинирования, может быть сокращено, и даже при условии, что отношение количества всего чушкового чугуна к количеству загрузки жидкого чугуна увеличивается, можно предотвратить перебои в плавлении чушкового чугуна. Даже в том случае, когда чушковый чугун подаётся из колошника на стадии, когда температура жидкого чугуна достаточно возросла, т.е. во второй половине процесса рафинирования, и период до конца процесса является коротким, чушковый чугун, такой как восстановленное железо, содержащее углерод в количестве 0,3% масс. или выше, имеет низкую температуру плавления и плавится быстрее по сравнению со скрапом, и, таким образом, можно предотвратить состояние, когда он остаётся нерасплавленным. Регулирование температуры после дефосфорации до 1380°C или выше также может предотвратить то, что чушковый чугун останется нерасплавленным.

Кроме того, горелка с инжекционными отверстиями для впрыска топлива и газа, поддерживающего горение, предусмотрена на переднем конце фурмы, с помощью которой сверху подают окислительный газ, или на переднем конце фурмы, установленной отдельно от этой фурмы верхней продувки, и порошкообразный вспомогательный материал или вспомогательный материал, переработанный в порошок, вдувают внутрь так, чтобы он проходил через пламя, формируемое горелкой. Таким образом, порошкообразный вспомогательный материал или переработанный в порошок вспомогательный материал нагревается пламенем горелки и служит теплоносителем, который может передавать тепло жидкому чугуну внутри аппарата типа конвертера. В результате повышается эффективность теплопроводности, и требуется подавать меньше углерода и кремния в качестве теплоносителя, так что можно избежать значительного увеличения времени процесса и увеличения количества образующегося шлака.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет схематический вид в вертикальном разрезе, показывающий общий вид аппарата типа конвертера, используемого в осуществлении настоящего изобретения.

Фиг. 2 представляет схематический вид горелки, используемой в осуществлении настоящего изобретения, где (а) представляет вид в вертикальном разрезе переднего конца фурмы и (б) представляет вид снизу выпускных отверстий.

Фиг. 3 представляет схематический вид, показывающий последовательность операций способа рафинирования жидкого чугуна в соответствии с одним осуществлением настоящего изобретения.

Описание осуществлений

Осуществление настоящего изобретения будет конкретно описано ниже. Фигуры являются схематичными и могут отличаться от реальности. Следующее осуществление иллюстрирует устройство и способ реализации технической идеи настоящего изобретения и не предназначено для ограничения конфигурации, описанной ниже. Таким образом, в техническую идею настоящего изобретения могут быть внесены различные изменения в рамках технического замысла, описанного в формуле изобретения.

Фиг. 1 представляет схематический вид в вертикальном разрезе аппарата 1 типа конвертера, имеющего функции верхней и донной продувки, который используется для способа рафинирования жидкого чугуна в соответствии с одним из осуществлений настоящего изобретения. Фиг. 2 представляет схематический вид переднего конца фурмы, показывающий конструкцию горелки, имеющей функцию подачи порошка, фиг. 2(а) представляет вид в вертикальном разрезе, и фиг. 2(b) представляет вид сечения А-А. Фиг. 3 представляет схематический вид, показывающий один пример способа рафинирования жидкого чугуна в соответствии с осуществлением.

Например, на фиг. 3(а), сначала железный лом в качестве чушкового чугуна 20 для предварительного размещения в печи загружают в аппарат 1 типа конвертера по жёлобу 6 для скрапа. Затем, на фиг. 3(b), жидкий чугун 21 загружают в аппарат 1 типа конвертора с помощью загрузочного ковша 7. Количество чушкового чугуна, загружаемого по жёлобу 6, принимают равным 0,15 от суммы количества чушкового чугуна и количества загружаемого жидкого чугуна, или чушковый чугун предварительно не загружают. Чушковый чугун 22, подаваемый из колошника, накапливают в бункере 8 колошника. В качестве чушкового чугуна 22, подаваемого из колошника, можно использовать железный лом малого диаметра (сыпучий лом), резаный железный лом (измельчённый лом, дроблёный лом), мелкие куски восстановленного железа и т.п. Предпочтительно, чтобы железный лом, куски восстановленного железа и т.п. большого размера перерабатывались до размера не более 100 мм (размер, который помещается в ящик с внутренними размерами 100 мм × 100 мм × 100 мм) путём резки, дробления и т.д., чтобы их можно было использовать в бункере колошника и транспортировочном оборудовании, например, конвейере.

На фиг. 3(с), после загрузки жидкого чугуна газообразный кислород вдувается сверху в направлении жидкого чугуна 3 через одну фурму 2, выполненную с возможностью продувки окисляющего газа сверху. Инертный газ, такой как аргон или N₂, подают в качестве перемешивающего газа через фурму 4, установленную в нижней части печи, для перемешивания жидкого чугуна 3. Добавляют вспомогательные материалы, такие как теплоноситель и шлакообразующий агент, и жидкий чугун 3 внутри аппарата 1 типа конвертера подвергают процессу дефосфорации. В этом случае порошкообразный вспомогательный материал или вспомогательный материал, переработанный в порошок (далее оба вместе будут называться порошкообразным вспомогательным материалом), такой как порошкообразный известняк, подают с использованием газа-носителя через предусмотренную трубу для подачи порошка в одной фурме 2, по которой продувается сверху окисляющий газ, или через трубу подачи порошка, предусмотренную в другой фурме 5, установленной отдельно от одной фурмы. Здесь на переднем конце одной фурмы 2 или на переднем конце другой фурмы 5, установленной отдельно от одной фурмы 2, дополнительно предусмотрена горелка, имеющая инжекционные отверстия для впрыска топлива и поддерживающего горение газа. В течение по меньшей мере части периода процесса дефосфорации порошкообразный вспомогательный материал, подаваемый через трубу для подачи порошка, вдувается, чтобы пройти через пламя, формируемое этой горелкой. Фиг. 2 представляет схематический вид переднего конца фурмы 5 в случае, когда фурма 5 расположена отдельно от одной фурмы 2, а горелка расположена на переднем конце фурмы 5. Труба 11 для подачи порошка расположена в центре, а труба 12 подачи топлива и труба 13 подачи поддерживающего горение газа, имеющая инжекционные отверстия, расположены в этом порядке вокруг трубы 11 подачи порошка. На внешней стороне этих труб находится внешняя оболочка, имеющая каналы 14 для охлаждающей воды. Топливный газ 16 и газ 17, поддерживающий горение, подают через инжекционные отверстия, предусмотренные на внешней периферийной части трубы 11 подачи порошка, для формирования пламени горелки. Порошкообразный вспомогательный материал (порошок 15) нагревается в пламени этой горелки. Таким образом, порошкообразный вспомогательный материал служит теплоносителем, что позволяет повысить эффективность теплопередачи к жидкому чугуну. В результате можно уменьшить количество используемого нагревающего агента, такого как углерод и кремний, и можно предотвратить увеличение времени процесса дефосфорации. Для эффективной передачи тепла порошку важно обеспечить время, в течение которого порошок 15 удерживается внутри пламени горелки. В качестве окисляющего газа, отличного от чистого кислорода, можно использовать смесь кислорода и СО₂ или инертного газа. В качестве поддерживающего горение газа можно использовать воздух, воздух, обогащённый кислородом, и окисляющий газ. В качестве подаваемого топлива могут использоваться топливный газ, такой как сжиженный природный газ (СПГ) или сжиженный нефтяной газ (СНГ), жидкое топливо, такое как мазут, и твёрдое топливо, такое как коксовый порошок, но топливо, содержащее небольшое количество углерода, предпочтительнее с точки зрения снижения выбросов СО₂.

Используя аппарат 1 типа конвертера, авторы настоящего изобретения провели испытание нагрева порошка извести горелкой с изменением расхода газа-носителя и высоты фурмы в различных диапазонах. В результате авторы установили, что высокая эффективность теплопроводности была достигнута, когда время удержания внутри пламени горелки задавалось равным около 0,05 - 0,1 секунды. Чтобы обеспечить время удержания внутри пламени, следует эффективно увеличить время, необходимое порошку для достижения поверхности жидкого чугуна после распыления. В частности, эффективно снизить скорость потока порошка. Однако транспортировка порошка внутри трубы требует подачи газа-носителя с постоянной скоростью потока. В условиях практической эксплуатации скорость потока порошка находится в диапазоне 40 - 60 м/с. Поэтому для обеспечения времени удержания внутри пламени, отверстие для выпуска порошка желательно располагать на уровне около 2 - 4 м над поверхностью жидкого чугуна. Предпочтительно, чтобы количество подаваемого материала для нагрева, такого как углерод и кремний, было уменьшено в расчёте на увеличение количества тепла, подводимого в результате добавления порошкообразного вспомогательного материала при нагревании горелкой.

На фиг. 3(с), чушковый чугун 22 подается из колошника в то время, когда скрап 20, загруженный по жёлобу 6, плавится, и температура жидкого чугуна начинает повышаться по мере прохождения процесса дефосфорации. Если чушковый чугун 22 подаётся из колошника после момента времени, когда температура жидкого чугуна начинает повышаться, т.е. подаётся во время второй половины процесса дефосфорации, период от начала подачи чушкового чугуна 22 к концу процесса становится короче, а чушковый чугун может остаться нерасплавленным. Однако, когда чушковый чугун, такой как восстановленное железо, содержащее углерод в количестве 0,3% масс. или выше, используется в качестве чушкового чугуна с подачей из колошника, можно предотвратить ситуацию, когда чушковый чугун оставался нерасплавленным, даже если он подаётся во второй половине процесс дефосфорации. Также, когда скрап, содержащий меньшее количество углерода, подаётся из колошника, использование горелки фурмы или подобного устройства и регулирование температуры после дефосфорации на уровне 1380°C или выше может предотвратить ситуацию, когда чушковый чугун останется нерасплавленным. После завершения процесса дефосфорации осуществляют слив расплавленного металла или промежуточного шлака (фиг. 3(d)) и проводят процесс обезуглероживания (фиг. 3(e)). В этом процессе обезуглероживания добавление чушкового чугуна 22 из колошника и его нагрев горелкой могут выполняться совместно, как и во второй половине процесса дефосфорации.

В вышеописанном примере показан способ рафинирования жидкого чугуна, который загружают, и в котором подают чушковый чугун во время процесса дефосфорации, а затем выполняют процесс обезуглероживания. Однако настоящее изобретение также применимо как к процессу рафинирования жидкого чугуна, в котором независимо осуществляется только процесс обезуглероживания, так и к способу рафинирования жидкого чугуна, в котором осуществляют процесс обезуглероживания жидкого чугуна, предварительно дефосфорированного. Настоящее изобретение, конечно, может быть применено к способу рафинирования жидкого чугуна, в котором независимо осуществляется только процесс дефосфорации. Кроме того, его также можно применять только к одной из стадии дефосфорации и стадии обезуглероживания, которые выполняются последовательно.

В случае, когда процесс рафинирования в настоящем изобретении представляет собой процесс дефосфорации-обезуглероживания, в котором стадия дефосфорации жидкого чугуна, стадия промежуточного шлакоудаления и стадия обезуглероживания жидкого чугуна выполняются как ряд процессов в одном и том же сосуде типа конвертера, время добавления чушкового чугуна добавляемого из колошника аппарата типа конвертера приходится на период так называемой продувки, при которой окислительный газ подаётся в печь на стадии дефосфорации или стадии обезуглероживания, период после завершения стадии дефосфорации до временного прекращения подачи окисляющего газа и начала стадии обезуглероживания, а также период промежуточного шлакоудаления.

Жидкий чугун не ограничивается расплавленным чугуном, выпускаемым из доменной печи. Настоящее изобретение также применимо, когда жидкий чугун представляет собой жидкий чугун, полученный в отражательной печи, индукционной плавильной печи, дуговой печи и т.д., или жидкий чугун, полученный путём смешивания такого жидкого чугуна с расплавленным чугуном, выгруженным из доменной печи.

Примеры

Пример 1

С использованием жидкого чугуна, выгруженного из доменной печи, и чушкового чугуна (скрапа) проводят процесс дефосфорации в конвертере с верхней и донной продувкой вместимостью 330 тонн (верхней продувки кислородом и донной продувкой аргоном). Количество жидкого чугуна, количество чушкового чугуна, подаваемого по жёлобу для скрапа, и количество чушкового чугуна, подаваемого из колошника, изменялись различных интервалах. Железный лом используют в качестве чушкового чугуна, подаваемого по жёлобу для скрапа, а резаный лом используют в качестве чушкового чугуна, подаваемого из колошника, при этом чушковый чугун имел концентрацию углерода 0,1% масс. Результат показан в таблице 1.

В процессах №№ 1-5 весь скрап в качестве чушкового чугуна загружают в конвертер по жёлобу для скрапа перед загрузкой жидкого чугуна и выполняют процесс дефосфорации. Температуру после дефосфорации доводят до 1350°С. Только в процессе № 5 во время процесса дефосфорации на переднем конце второй фурмы, установленной отдельно от фурмы верхней продувки, была предусмотрена горелка, имеющая инжекционные отверстия для впрыска топлива и поддерживающего горение газа, и в печь добавляют пять тонн порошка извести так, чтобы он проходил через пламя, формируемое этой горелкой. Вторая фурма установлена на уровне 3,5 м, а скорость потока газа для подачи порошка, который представлял собой газообразный азот, задают равной 25 Нм³/мин. В качестве топливного газа используют пропан с расходом 15 Нм³/мин. Газообразный кислород в качестве газа, поддерживающего горение, подают со скоростью 75 Нм³/мин.

В процессах № 6 и 7 количество чушкового чугуна, загружаемого по жёлобу для скрапа перед загрузкой жидкого чугуна, задают равным не более 0,15 суммы количества загрузки жидкого чугуна и количества загружаемого скрапа, т.е. доля чушкового чугуна, загружаемого по жёлобу для скрапа перед загрузкой жидкого чугуна («доля предварительно загруженного чушкового чугуна» в таблице 1; далее упоминается как «доля чушкового чугуна») задают равной не выше 15% от суммы количества чушкового чугуна и количества жидкого чугуна, а затем резаный лом или восстановленное железо подают из колошника во время процесса дефосфорации, начатого после загрузки жидкого чугуна. Температуру после дефосфорации доводят до 1350°С. Концентрация углерода, содержащегося в чушковом чугуне, подаваемом из колошника, составляет 0,1% масс. Далее в тех же условиях, что и в процессе № 5, в процессе дефосфорации используют горелку.

В процессе № 8 доля чушкового чугуна, загружаемого по жёлобу для скрапа перед загрузкой жидкого чугуна, задают равной не выше 15% от суммы количества чушкового чугуна и количества загружаемого жидкого чугуна, а резаный лом подавался из колошника во время процесса дефосфорации, который начинался после загрузки жидкого чугуна. Температуру после дефосфорации доводили до 1350°С. Концентрация углерода в резанном ломе составила 0,1% масс. Горелка не использовалась.

В условиях, когда порошкообразная известь добавлялась через пламя горелки (процессы № 5-7), порошкообразная известь служила теплоносителем и передавала тепло пламени горелки расплавленному чугуну и шлаку, так что количество подведённого тепла было больше, чем в сравнительных примерах, в которых горелка не использовалась (процессы №№ 1 - 4 и 8). Таким образом, условия, в которых использовалась горелка, позволили уменьшить количество используемого источника нагрева, такого как углерод и кремний. В результате были достигнуты преимущества, заключающиеся в уменьшении количества кислорода, необходимого для сжигания источника тепла, и сокращении времени процесса дефосфорации. Кроме того, были получены результаты, согласно которым количество SiO₂, образующегося при сжигании кремния, было уменьшено и количество образовавшегося шлака было снижено. В сравнительных примерах, в которых горелка не использовалась (процессы №№ 1 - 4 и 8), количество поданного источника тепла для компенсации тепла, необходимого для плавления чушкового чугуна, время процесса дефосфорации и количество выгружаемого шлака увеличивалось по мере увеличения доли чушкового чугуна. Здесь показатель количества подаваемого источника тепла, показатель времени процесса дефосфорации и показатель количества выгружаемого шлака являются, соответственно, значениями, полученными путём деления количества тепла, генерируемого подаваемым материалом источника тепла, таким как угольный материал или ферросилиций, времени процесса рафинирования (время процесса дефосфорации), и количество выгружаемого шлака на фактические значения процесса №1.

Однако в условиях, когда отношение предварительно загруженного чушкового чугуна к общему количеству загрузки (жидкий чугун + предварительно загруженный чушковый чугун) превышало 15% (процессы № 3, 4 и 5), скрап оставался нерасплавленным независимо от того, использовалась горелка или нет.

Пример 2

В процессах № 9 и 10 при проведении процесса дефосфорации, как в примере 1, доля чушкового чугуна, загружаемого по жёлобу для скрапа перед загрузкой жидкого чугуна, задавал равной не выше 15% суммы количества чушкового чугуна и количества загрузки жидкого чугуна. Кроме того, чушковый чугун подавался из колошника во время процесса дефосфорации, который начинался после загрузки жидкого чугуна. Концентрация углерода в чушковом чугуне была изменена с 0,1% масс. на 0,31% масс. Температуру жидкого чугуна после дефосфорации регулировали на уровне 1350 - 1380°C. Кроме того, горелку использовали во время процесса дефосфорации при тех же условиях, что и в процессе № 5. Условия и результат показаны вместе в таблице 2.

Как видно из таблицы 2, когда концентрация углерода, содержащегося в чушковом чугуне, подаваемом из колошника, составляла 0,3% масс. или выше (процесс №9), или температура по завершении процесса дефосфорации 1380°С или выше (процесс № 10), чушковой чугун не оставался нерасплавленным даже при условии ещё более высокой доле всего чушкового чугуна, чем в процессе № 6 или 7 примера 1. Здесь доля всего чушкового чугуна представляет массовый процент чушкового чугуна от всего чугуна, включая загруженный или подаваемый жидкий чугун.

Пример 3

Процесс дефосфорации проводят в тех же условиях, что и в примере 1. В процессах № 11 - 13 доля чушкового чугуна, загружаемого по жёлобу для скрапа перед загрузкой жидкого чугуна, задают равной не выше 15% от суммы количества чушкового чугуна и количества загрузки жидкого чугуна, а также восстановленного железа, подаваемого из колошника в процессе дефосфорации, начатой после загрузки жидкого чугуна. Концентрация углерода в восстановленном железе составляет 0,5% масс. Температуру после дефосфорации поддерживают на уровне 1350°С. Кроме того, в процессе дефосфорации используют горелку в тех же условиях, что и в процессе № 5. В результате изменения размеров кусков восстановленного железа в различных интервалах получен результат, показанный в таблице 3. Установка самого большого линейного размера 100 мм или менее позволила стабильно подавать восстановленное железо из колошника, не вызывая проблем в системе транспортировки, такой как конвейер.

Пример 4

С использованием жидкого чугуна, выгружаемого из доменной печи, и чушкового чугуна (скрап) выполняют процесс обезуглероживания в конвертере с верхней и донной продувкой вместимостью 330 тонн (верхней продувкой кислородом и донной продувкой аргоном). Количество жидкого чугуна, количество чушкового чугуна, подаваемого по жёлобу для скрапа, и количество чушкового чугуна, подаваемого из колошника, изменялись в различных интервалах. В качестве чушкового чугуна, подаваемого по жёлобу для скрапа, используют скрап, а в качестве чушкового чугуна, подаваемого из колошника, используют скрап или восстановленное железо, при этом чушковый чугун имеет концентрацию углерода 0,10% масс. Температура после обезуглероживания составляла 1650°С. Кроме того, для процесса № 15 горелку использовали во время процесса обезуглероживания при тех же условиях, что и в процессе № 5. Результат показан в таблицах 4 - 1 и 4 - 2.

Таблица 4-1 No Предзагрузка Добавление из колошника Постдефосфорация Количество жидкого чугуна Количество чушкового чугуна Доля чушкового чугуна Количество чушкового чугуна Концентрация углерода Температура жидкого чугуна Доля всего чушкового чугуна т т % т % масс. °C % 14 264 46 14.8 20 0,10 1650 20,0 15 264 46 14.8 20 0,10 1650 20,0

Таблица 4-2 No Чушковый чугун Горелка Показатель количества теплоносителя Показатель времени процесса обезуглероживания Показатель количества выгрузки шлака Примечания Нерасплавленный/
Жидкий Используют/
Не ис-пользуют - - - 14 Жидкий Не используют 1,4 1,4 1,4 Сравнительный пример 15 Жидкий Используют 1,0 1,0 1,0 Пример изобретения

Когда применялись условия настоящего изобретения (№15), чушковый чугун не оставался нерасплавленным, и не было увеличения количества теплоносителя, времени процесса обезуглероживания и количества выгружаемого шлака. Здесь показатель количества подаваемого теплоносителя, показатель времени процесса обезуглероживания и показатель количества выпускаемого шлака являются, соответственно, значениями, полученными путём деления количества тепла, генерируемого подаваемым теплоносителем, таким как уголь или ферросилиций, времени процесса рафинирования (время процесса обезуглероживания) и количество выходящего шлака на фактические значения процесса № 15.

Пример 5

С использованием жидкого чугуна, выгружаемого из доменной печи, и чушкового чугуна (скрап) проводят процесс дефосфорации, а после промежуточного шлакоудаления обезуглероживающую продувку в конвертере с верхней и донной продувкой вместимостью 330 тонн (верхней продувкой кислорода и донной продувкой аргона). Количество жидкого чугуна, количество чушкового чугуна, подаваемого по жёлобу для скрапа, и количество чушкового чугуна, подаваемого из колошника, изменяются в различных интервалах. В качестве чушкового чугуна, подаваемого по жёлобу для скрапа, используют скрап, а в качестве чушкового чугуна, подаваемого из колошника, используют скрап или восстановленное железо, при этом чушковый чугун имеет концентрацию углерода 0,10 - 0,80% масс. Температуру после дефосфорации меняли от 1350 до 1385°С. Кроме того, для процессов № 21 - 25 горелка использовалась во время процесса обезуглероживания в тех же условиях, что и в процессе № 5. Результат показан в таблицах 5-1 и 5-2.

Когда применяли настоящее изобретение (процессы №№ 21-25), чушковый чугун не оставался нерасплавленным, и не было увеличения количества теплоносителя, времени процесса рафинирования и количества выпускаемого шлака. В условиях, когда концентрация углерода, содержащегося в чушковом чугуне, подаваемом из колошника при дефосфорационной продувке, составляла 0,3% масс. и выше, или когда температура после дефосфорации была не ниже 1380°С (процессы № 23 и 25), была достигнута ещё более высокая доля всего чушкового чугуна. Здесь показатель количества подаваемого теплоносителя, показатель времени процесса обезуглероживания и показатель количества выпускаемого шлака являются, соответственно, значениями, полученными путём деления количества тепла, генерируемого подаваемым нагревательным материалом, таким как угольный материал или ферросилиций, время процесса рафинирования (время процесса обезуглероживания), и количество выпускаемого шлака на фактические значения процесса № 21.

Хотя в вышеописанных примерах были показаны примеры, в которых процесс рафинирования осуществляется в аппарате типа конвертера с использованием жидкого чугуна, выгружаемого из доменной печи, и чушкового чугуна (скрапа и т.д.), подтвердили, что настоящее изобретение также применимо, когда жидкий чугун представляет собой жидкий чугун, полученный в вагранке, индукционной плавильной печи, дуговой печи и т.д., или жидкий чугун, полученный путём смешивания такого жидкого чугуна с расплавленным чугуном, выгружаемым из доменной печи.

Промышленная применимость

Способ рафинирования жидкого чугуна в соответствии с настоящим изобретением может использовать значительно большее количество чушкового чугуна, требует меньшее количество подаваемого углерода и кремния в качестве теплоносителя и позволяет избежать значительного увеличения времени процесса и увеличение количества образующегося шлака, что делает этот метод пригодным для промышленных целей.

Список ссылочных позиций

1. Аппарат типа конвертера.

2. Фурма верхней продувки для окислительного газа.

3. Жидкий чугун.

4. Фурма донной продувки.

5. Горелка.

6. Лоток для скрапа.

7. Загрузочный ковш.

8. Воронка колошника.

10. Горелка на переднем конце фурмы.

11. Труба подачи порошка.

12. Труба подачи топлива.

13. Труба подачи поддерживающего горение газа.

14. Канал охлаждающей воды.

15. Порошок.

16. Топливо.

17. Вспомогательный газ.

18. Охлаждающая вода.

20. Предварительно загруженный скрап.

21. Жидкий чугун.

22. Чушковый чугун, добавляемый из колошника.

23. Шлак.

Изобретение относится к металлургии, в частности к рафинированию жидкого чугуна. Используют вспомогательный материал, а окисляющий газ подают через фурму верхней продувки к чушковому чугуну и расплавленному чугуну, которые содержатся или подаются в конвертер. Перед процессом рафинирования предварительно загружаемый чушковый чугун, который загружают полностью сразу перед загрузкой жидкого чугуна в конвертер, в количестве, не превышающем 0,15 от количества предварительно загруженного чушкового чугуна и загрузки жидкого чугуна, или не загружают. Чушковый чугун, добавленный в колошник, который является частью или всем чушковым чугуном, подают во время процесса рафинирования. В течение части периода процесса рафинирования порошкообразный вспомогательный материал или вспомогательный материал, переработанный в порошок, вдувают внутрь так, чтобы он проходил через пламя, формируемое горелкой. Изобретение предотвращает случай сохранения чушкового чугуна в нерасплавленном виде в условиях высокой доли чушкового чугуна в смеси без увеличения количества источников тепла на его расплавление. 7 з.п. ф-лы, 3 ил., 5 табл., 5 пр.

1. Способ рафинирования жидкого чугуна, в котором добавляют вспомогательный материал, а окисляющий газ подают через фурму верхней продувки к чушковому чугуну и расплавленному чугуну, которые находятся или которые подают в конвертер, и жидкий чугун подвергают процессу рафинирования,

характеризующийся тем, что:

перед процессом рафинирования предварительно загружаемый чушковой чугун, который представляет собой часть чушкового чугуна и который весь загружают в конвертер перед загрузкой жидкого чугуна в конвертер, загружают в количестве не более 0,15 от количества предварительно загружаемого чушкового чугуна и количества загрузки жидкого чугуна, или не загружают;

чушковый чугун, который является частью или всем чушковым чугуном, загруженным в колошник конвертера, подают из колошника конвертера в конвертер во время процесса рафинирования;

дополнительно используют горелку, которая предусмотрена на переднем конце фурмы верхней продувки или на переднем конце второй фурмы, установленной отдельно от фурмы верхней продувки, и которая имеет инжекционные отверстия, через которые подают топливо и поддерживающий горение газ; и

в течение по меньшей мере части периода процесса рафинирования вдувают порошкообразный вспомогательный материал или вспомогательный материал, переработанный в порошок, который является по меньшей мере частью вспомогательного материала так, чтобы он проходил через пламя, формируемое горелкой.

2. Способ рафинирования жидкого чугуна по п. 1, в котором самый большой линейный размер чушкового чугуна, загружаемого из колошника, не превышает 100 мм.

3. Способ рафинирования жидкого чугуна по п. 1 или 2, в котором процесс рафинирования представляет собой процесс обезуглероживания жидкого чугуна.

4. Способ рафинирования жидкого чугуна по п. 3, в котором процесс рафинирования представляет собой процесс обезуглероживания, который проводят в конвертере, в который загружают предварительно дефосфорированный жидкий чугун.

5. Способ рафинирования жидкого чугуна по п. 1 или 2, в котором процесс рафинирования представляет собой процесс дефосфорации жидкого чугуна.

6. Способ рафинирования жидкого чугуна по п. 5, в котором соблюдаются одно или оба из следующих условий: концентрация углерода, содержащегося в чушковом чугуне, загружаемого из колошника, не ниже 0,3% масс., и температура жидкого чугуна по окончании процесса дефосфорации не ниже 1380°С.

7. Способ рафинирования жидкого чугуна по п. 1 или 2, в котором процесс рафинирования представляет собой процесс дефосфорации-обезуглероживания, в котором стадию дефосфорации жидкого чугуна, стадию промежуточного шлакоудаления и стадию обезуглероживания жидкого чугуна выполняют как последовательность процессов в одном и том же конвертере;

перед стадией дефосфорации жидкого чугуна предварительно загружаемый чушковый чугун загружают в количестве, не более 0,15 от количества предварительно загружаемого чушкового чугуна и количества загрузки жидкого чугуна, или не загружают;

загруженный в колошник чушковый чугун добавляют к расплавленному чугуну во время одной или обеих стадий дефосфорации жидкого чугуна и стадии обезуглероживания жидкого чугуна; и

кроме того, в течение по меньшей мере части периода одной или обеих стадий дефосфорации жидкого чугуна и стадии обезуглероживания жидкого чугуна порошкообразный вспомогательный материал или вспомогательный материал, переработанный в порошок, вдувают так, чтобы он прошел через пламя, формируемое горелкой.

8. Способ рафинирования жидкого чугуна по п. 7, в котором соблюдаются одно или оба из следующих условий: концентрация углерода, содержащегося в чушковом чугуне, загружаемого из колошника, который добавляют во время стадии дефосфорации жидкого чугуна, не ниже 0,3% масс., и что температура жидкого чугуна по завершении стадии дефосфорации жидкого чугуна не ниже 1380°С.