Способ предотвращения выбросов при производстве стали в кислородном конвертере Советский патент 1984 года по МПК C21C5/32 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производ ству стали, и может быть использова но для управления ходом продувки в кислородном конвертере для предотвращения выбросов и переливов обраэующейся газошлакометаллической эмульсии. В процессах производства стали в .металлургических агрегатах наиболее важны реакции окисления примесей, растворенных в расплавленной железной ванне - в первую очередь кремни марганца, углерода, фосфора и серы. Рафинирование металла от этих элементов обеспечивается кислородом, поступающим в ванну из азовой фаз Очищение металла от серы и фосфора осуществляется их переводом из металла в шлак, который должен быть соответствующего химического состава и физически}{ свойств. Для наведения активного высокоосновного шлака кислородная фурма в начале продувки находится в высоком положении. После наведения шлака фурма переводится в рабочее положение, а образующаяся шлакометалличес кая ;змульсия вспенивается в результате протекания в ней реакции ббезу глероживания металлических капель, попадающих в шлак из зоны взаимодей ствий кислородной струи с металлом. По мере вспенивания шлакометалличес кой эмульсии ее верхний слой может достигнуть уровня сталевыпускного отверстия и превысить его, что соот ветствует предвыбросной ситуации. Известен способ осаждения вспене ного шлака в процессе продувки в кислородном конвертере путем ввода в ванну специальных флюсов, содержа щих 20-50% органических компонентов и 30-70% огнеупорного материала, смешанных со связующим, добавляемым в количестве10% Ij. Недостатком указанного способа является необходимость подготовки флюсов, малая скорость их осаждающе го действия на шлак, снижение содер жания закиси железа в шлаке из-за расходования ее на реакцию горения органических материалов. Известен также способ предотвращения выброса эмульсии из конвертер заключающийся в замене части кислорода (5-30%).идущего на продувку, аргоном 2. Недостатками этого способа являются увеличение длительности плавки из-за уменьшения количества вдуваемого кислорода и снижение окисленности шлака, что является нежелател ным особенно при фосфористом переделе чугунов. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является способ предотвращения выбросов при-производстве стали в кислородном конвертере, включающий осаживание вспененной газошлакометаллической эмульсии струями газа.При чрезме1рном вспенивании шлака фурму -кратковременно поднимают выше уровня вспененной ванны и струями кислорода осаживают пену t3. Основньтм недостатком известного способа является резкое замедление процесса поступления кислорода в объ ем металла, связанное с подъемом формы выше уровня вспененной ванны. В связи с этим уменьшается скорость реакции обезуглероживания и нагрев ванны, что приводит к увеличению длительности продувки. Кроме того, в шлак прекргицается поступление металлических капель, что замедляет массообменные процессы в эмульсии, в частности окисление фосфора. Кроме того, недостатком известного способа является возможное переокисление шлака, поскольку осаживание пены происходит с помощью кислородных струй, в результате чего после перевода фурмы в рабочее положение и попадания корольков в шлак последний может чрезмерно вспениться, что приведет к выбросам.В связи с этим применять известный способ можно практически только в конце продувки ванны кислородом перед повалкой конвертера. Для более полного протекания реакций между металлом и ьшаком, а также для уменьшения потерь металла iC выносами и заметалливания фурмы желательно вести продувку на грани приближения сформированной шлакометаллической эмульсии к горловине конвертера, не допуская при этом ее выбросов и переливов. Целью изобретения является предотвращение выбросов без изменения режима продувки кислородом. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу предотвращения выбросов при производстве стали в кислородном конвертере, включающему осаживание вспененной газометаллйческой эмульсии струями газа, осаживание эмульсии осуществляют в момент прохождения ее верхнего слоя уровня -сталевыпускног. отверстия смесью инертного газас топливом и воздухом в соотношении 4,5:1:7 при одновременной продувке расплава окислительным газом, причем расход смеси составляет 10-15% от расхода окислительного газа. Сущность изобретения заключается в следующем. Процесс разрушения вспененной газошлакометаллической эмуль.сии начинается- с верхних слоев, поэтому достаточно поверхностного воздейстВИЯ струй инертного газа с топливом и воздухом.

Использование инертного газа в смеси необходимо для механического разрушения вспененной ванны при превьшении ее уровня сталевыпускного отверстия. С целью компенсации тепла уносимого с отходящим инертным газом предлагается подавать топливо, а для его сгорания - соответственно воздух. При расчете количества топлива учитывали потери тепла, уносимого с инертным газом, а также расхо тепла на нагрев пены, при этом оценивали потери тепла, уносимого с продуктами сгорания и азотом воздуха Расход смеси, подаваемой на осажив.ание пецы, должен составлять 10-15% от количества окислительного газа, поступаемого в ванну в единицу времени, .что соответствует поверхностному внедрению струй смеси во вспененную газошлакометаллическую эмульсию.

При расходе смеси меньше 10% наблюдается незначительное внедрение струй смеси во вспененную газошлакометаллическую эмульсию, происходит поглаживание пены, и ожидаемого эффекта не наблюдается. Увеличениерасхода смеси выше 15% нецелесообразно, поскольку сильно увеличивается объем отходящих газов и затруняется работа системы газоочистки. Соотношение инертного газа, топ-, лива и воздуха, в смеси должно быть как уже отмечалось 4,5:1:7, что позвсэляет не только компенсировать тепло, уносимое с отходяшим инертным газом, но и нагреть пену, поскольку нагревание способствует разрувюнию пены.

Количество подаваемого топлива (4,5:1) выбирается исходя из условий компенсации тепла, уносимого с инертным газом, согласно выражению

CpV()--V5(lco,Vcoi+iHiQVK,.),

где С - теплоемкость инертного газа,

кап/г град; р - плотность инертного газа,

Т. - температура отходящего газа,

к;-

Т„ - температура подаваемого газа. К; V - расход инертного ra3a,MVc; Vj - расход топлива, MVc; v,n - энтальпии составляющих топСОп. , Ti

лива, кал/м ;

iu о - состав продуктов горения лива, мЗ/м,

а также расхода тепла на нагрев пены и потери тепла, уносимого с продуктами сгорания и азотом воздуха. Указанные потери трудно определить расчетным путем, поэтому была проведена j

серия экспериментов и выбрано оптимальное соотношение компонентов в смеси с учетом расчетных рекомендаций и лабораторных условий.

Расход воздуха при этом выбирается равным количеству, необходимому для сжигания подаваемого топлива(Vj) с коэффициентом избытка 5L 1,05.

Смесь инертного с топливом и воздухом подается в момент превышения вспененной газошлакометаллической эмульсии уровня сталевыпускного отверстия. Подача осаждающей смеси осушествляется через второй ярус сопел кислородной фурмы, тогда как кислород подается непрерывно в течение всей продувки через нижний ярус сопел. Расстояние между ярусами сопел выбирается из расчета, чтобы верхний ярус сопел находился у среза горловины.

Ограничение максимальной высоты слоя газошлакометаллической эмульсии уровнем сталевыпускного отверстия вызвано тем, что вышеего уровня резко уменьшается свободный объем конвертера (переход в коническу о часть) который может вместить новые объема, эмульсии.

Продувка смесью инертного газа с топливом и воздухом продолжается до тех пор, пока уровень эмульсии не опустится ниже сталевыпускного отверстия, что может быть зафиксирован специальным датчиком косвенного конх-; роля хода шлакообразования. -.

Пример. В лабораторный кислородный конвертер емкостью 60 кг заваливали предварительно подогретый лом в количестве 10 кг, заливали чугун (50 кг), содержащий,%: С 4,1, :М 0,71,-Si 0,50, Р 0,15, S 0,30 при 1400С, и вели продувку кислородом, присаживая сыпучие по ходу продувки. Продувка осуществлялась через двухярусную четырехсопловую фурму с соплами Лаваля (диаметр сопел 1,0 мм), второй ярус сопел находился ,на расстоянии 540 мм от первого, Интенсивность подачи кислорода составляла 0,2 (3,3 мин), причем кислород подавался только через нижний ярус сопел. Сначс ла фурма находилась на высоте 45 калибров от уровня спокойного металла, после наводки активного жидкоподвижного ишака (через 2,5 мин) фурму переводили в рабочее положение (32 калибра). На седьмой минуте продувки прибор косвенного хода шлакообразования показал, что уровень вспененной газошлакометаллической эмульсии превысил уровень сталевыпускного отверстия сразу начиналась подача через второй ярус , сопел кислородной фурмы смеси аргона с приводнькЛ газом и воздухом:расход аргона 0,008 м/мин природного газа - 0,0013 , воз

СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ВЫБРО Сбв ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СТАЛИ В КИСЛОРОДНОМ KQHBEPTEPE, включающий осаживание вспененной газошлакомечаллической эмульсии струями газ а, о т Л ичающийся тем, что, с целью предотвращения выбросов без изменения режи ма.продувки кислородом, осаживание эмульсии осуществляют в момент прохождения ее верхнего слоя уровня сталевыпускного отверстия смесью инертного газа с топливом и воздухом в соотношении 4,5:1:7 при одновременной продувке расплава окислительным газом, причем расход смеси составляет 10-15% от расхода окислительного газа.