Способ выплавки стали в мартеновской печи Советский патент 1984 года по МПК C21C5/04 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к технологии производства стали в мартеновских печах с применением продувки ки лородом. Известен способ выплавки стали в мартеновских печах с применением продувки ванны газообразным окислителем, согласно которому продувку начинают в период заливки чугуна при неизменном положении фурмы на границе металл-шпак. При достижении содержания углерода в металле 0,4% фурму поднимают над поверхностью шпака на 300-500 мм и в этом положении заканчивают продувку Л . Способ имеет существенные недостатки: низкую степень проникнове ния кислородав ванну, слабое перемешивание ванны по объему и повышенное содержание железа в шпаке, что снижает эффективность применения кислорода, тормозит рост производительности агрегата и снижает вы ход годного. Наиболее близким к предлагаемому является способ выплавки стали в мартеновской печи, включающий завал ку, прогрев и плавление шихты, заливку чугуна, наведение и спуск пер вичного шлака, циклическую продувку расплава посредством заглубленной сводовой фурмы при ее возвратно-поступательном движении. После завалки и прогрева скрапа производят залийку чугуна и начинают продувку ва ны кислородом, при этом сводовую фурму первоначально устанавливают на границе раздела металл-шпак и придают ей возвратно-поступательное перемещение относительно этого поло жения с частотой 20-80 периодов в мин и амплитудой 0,1-0,3 глубины ванны. Недостатками данного способа являются низкая производительность печ и значительный расход топлива. Указанные недостатки связаны с тем, что продувку кислородом начинают после заливки чугуна, поэтому значительную часть времени сопла фурмы находятся на границе раздела металл-шпак, глубина реакционной зо ны невелика, что не позволяет испол зовать в полной мере энергию окисли теля. Кроме того, способ не предусматривает продувку кислородом тверд части шихты сразу же после оконча52ния ее завалки, т.е. продувку кислородом до заливки жидкого чугуна. Цель изобретения - повышение прО изводительности печи и экономия топлива. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу выплавки стали в мартеновской печи, включающему завалку, прогрев и проплавление шихты, заливку чугуна, наведение и спуск первичного шпака, циклическую продувку расплава кислородом посредством заглубленной сводовой фурмы при ее возвратно-поступательном движедаи, продувку начинают после завалки твердой шихты, опуская фурму со скоростью 0,1-0,5 м/с, до контакта с шихтой длительностью 0,2-0,8 с, с последующим подъемом фурмы с той же скоростью на высоту 7-15 калибров сопла с ее фиксацией в этом положении на 5-15 мин, затем цикл повторяют и по достижении торца фурмы уровня 0,3-0,5 м ниже уровня порога завалочных окон ее фиксируют в этом положении. Сущность изобретения заключается в том, что подачу кислорода с возвратно-поступательным и циклическим перемещениями фурмы с центральным соплом производят непосредственно после завалки твердой части шихты, причем возвратно-поступательное перемещение фурмы осуществляют на участке 7-15 калибров критического диаметра сопла от торца фурмы до твердой поверхности шихты, а цикл перемещения включает опускание фурмы со скоростью 0,1-0,5 м/с до упора ее с шихтой, упор ее в шихту на время не более 0,2-0,8 с, подъем фурмы ео скоростью 0,1-0,5 м/с и остановку ее продолжительностью 5-15 мин на расстоянии 7-15 калибров критического диаметра сопла от точки упора, затем цикл повторяют и по достижении торцами фурм уровня 0,3-0,5 м ниже уровня порогов завалочных окон прекращают опускание фурм. В дальнейшем продувку плавки проводят на этом уровне. Преимущества предлагаемого способа по сравнению с известными заключаются в следующем. Кислород, подаваемый через водоохлаждаемые фурмы на поверхность прогретого металлолома, хорошо его режет и за счет создания значительЛых местных перегревов шихты ускоряется ее расплавление. В результате плавления металлолома образуется жидкий металл, покрытый шлаком, состояпрм из о{сислов железа, кремния и марганца/ Этот шлак в даль нейшем значительно ускоряет пшакообразование. Подача кислорода через фурму с возвратно-поступательным и циклическим перемещениями обеспечи вает ускоренное опускание фурмы в глубину ванны и выход ее на работу в заглубленном режиме. Для ускорения резки кусков металлолома и образования местных перегре ВОВ фурма перемещается возвратнопоступательно и циклически, т.е. она через определенные промежутки времени (циклично) опускается на большую глубину по мере проплавления металло лома. Возвратно-поступательное перемещение фурмы осуществляется на расстоянии 7-15 калибров от поверхности твердой шихты. Это вызвано тем, что продолжительное время фурме опасно находиться очень близко к поверхности шихты, так как она может прогореть от воздействия отраженной струи кислорода. Поэтому кратковременно (на время не бол-ее 0,2-0,8 с) фурма упирается в шихту и перемещает ся на 7-15 калибров вверх, где струя еще не потеряла свою жесткость при воздействии на лом, но отраженная от лома струя уже слаба. На расстоянии 7-15 калибров струя сохраняет максимальную жесткость. Для сверхзву ковой струи, истекающей из сопла Лаваля, это расстояние равно 2 бочкам т.е. если критический диаметр фурмы равен 10 мм (калибр), то расстояние 7-15 калибров равно 70-150 мм. Железистьй шлак, полученньй при плавлении лома за счет раннего заглубления фурмы, раскисляется (восстанавливаются окислы железа) уже при заливке чугуна в печь. Таким образом, угар железа уменьшается. Опускание фурмы до упора ее с ших той (согласно проведенным исследованиям) осуществляют со скоростью 0,10,5 м/с. При опускании фурмы со скоростью более 0,5 м/с стойкость голов ки фурмы уменьшается с 50 до 20 плавок из-за резкого удара головки по шихте. При опускании фурмы со скоростью менее 0,1 м/с головка фурмы заметалливается из-за длитеаьного нахождеюся ее вблизи реакционной зоны, что затрудняет эксплуатацию фурмы. Продолжительность соприкосновени) головки фурмы с шихтой установлена экспериментально и составляет 0,2 0,8 с. При времени соприкосновения менее 0,2 с при подъеме фурмы получаются резкие рывки, что выводит из строя цепную передачу. Подъем фурмы осзтцествпяют со скоростью 0,1-0,5 м/с, так как используется тот же механизм, что и на опускание фурмы. Подъем фурмы осуществляют на расстояние 7-15 калибров критического диаметра сопла от поверхности шихты до торца фурмы, так как при расстоянии менее 7 калибров снижается стойкость фурмы от воздействия отраженной от шихты струи кислорода, а при расстоянии более 15 калибров значительно снижается жесткость (кинетическая энергия на единицу поверхности) струи кислорода. В верхней точке фурма работает 5-15 мин (время равное продолжительности между перекидкой клапанов). По мере проплавления шихты фурму опускают ниже и по достижении торцами фурм уровня 0,3-0,5 м ниже уровня порогов завалочных окон опускание фурмы прекращают. При опускании фурмы ниже 0,5 м увеличивается опасность размывания подины печи струей кислорода, а если заглублять меньше, чемнаО,3 м, то заметно снижается эффективность использования фурмы, заглубленной в жидкую ванну. Способ, осуществляют следующим образом. После заправки печи производят загрузку скрапа, начиная с крайних окон. Сразу же после окончания завалки скрапа начинают продувку кислородом через наклонно установенные по краям свода фурмы. Расход кислорода на фурмы определяется садкой печи, видом скрапа, его крупностью, плотностью укладки и составляет 0,05-0,2 мин . При меньшем расходе кислорода не уда.ется обеспечить необходимую скорость проплавления колодцев в шихте, а при большем - резко увеличиваемся угар и разбрызгивание железа. Одновременно через фурмы подают природный газ, причем соотношение расходов газа и кислорода изменяется в преде лах от 1:5 до 1:2. При соотношении расходов меньшем, чем 1:5, подача природного газа практически не влия ет на скорость проплавления колодцев, а при соотношении большем,, чем М2, возрастает недожог природного газа. В первоначальньй момент фзфма опускается до упора с металлоломом. Скорость опускания составляет 0,10,5 м/с, так как при большей, чем 0,5 м/с, скорости опускания возможны ее механические повреждения, а при меньшей, чем 0,1 м/с, опасно длительное нахождение головки фурмы почти в соприкосновении с металлоломом. Расчетным путем определено Что при толщине стенки медной голов ки ,фурмы в 10 мм время ее расплавления от воздействия отраженной стр кислорода при прикосновении с твердой шихтой составляет 1-2 с, поэтом продолжительность соприкосновения фурмы с металлоломом при упоре ранна 0,2-0,8 с, после чего фурма авто матически поднимается вверх со скоростью 0,1-0,5 м/с (механизм подъем фурмы тот же, что и при опускании). Подъем фурмы осуществляется на расстоянии до 7-15 калибров.от уочки упора. Продолжительность продувки в этом положении фурмы составляет 5-15 мин и зависит от степени прогрева металлолома (в начале продувки, когда металлолом недостаточно прогрет время нахождения фурм в верхнем положении максимальное и сокращается по ходу продувки). Через 5-15 мин фурма опять опускается др упора с металлоломом и цикл повто ряется. К началу заливки чугуна фурму опускают до уровня 0,3-0,5 м ниже порога завалочных окон. При запивке чугуна положение наклонных фурм остается неизменным. Достигнутое заглубление фурм обеспечивает интенсивное перемешивание жидкой ванны, процессы нагрева металла и обезуглероживания протекает с высокой скоростью. Дополнительно к наклонным фурмам возможна продувка ванны через центральные вертикал ные фурмы. Процесс продувки заканчивают при заданном содержании углерода в металле. Применение предлагаемого способа позволит сократить продолжительность расплавления твердой шихты и . окислительный период плавки, интенсифицировать перемещение и нагрев жидкой ванны, уменьшить угар железа и улучшить тепловой баланс плавки. Примеры выполнения способа для 400-тонной мартеновской печи. Пример 1. Заправка печи производится в течение 30 мин, при этом через, головки печи подают 4150 природного газа и 40 тыс. вентиляторного воздуха. Завалку, продолжительностью 1 ч 40 мин. начинают с крайних окон. Через головки печи подают 4400 природного газа, 60 тыс. м/ч воздуха, 800 кг/ч мазута, 1000 кг/ч пара. Металлолом крупногабаритный (1x0,5x0,02 м). Прогрев. В течение 1 ч 30 мин через головки печи подают 4400 природного газа, 60 тыс. воздуха, 800 кг/ч пара,, а через наклонные сводовые фурмы подают 40 м/мин кислорода и 15 природного газа. Опускают фурму со скоростью 0,1 м/с до упора с шихтой и через 0,2 с поднимают ее со скоростью 0,1 м/с на расстояние 105 мм от шихты при критическом диаметре форсунки в 15 мм. В этом положении фурма работает 15 мин. После перекидки клапанов фурма опускается до упора с твердой шихтой и циклы повторяются. Циклическое опускание фурмы производится до уровня на 400 мм ниже порогов завалочных окон. В дальнейшем фурма работает в положении, заглубленном на 400 мм в жидкую ванну. В случае прогара фурмы давление воды, подаваемой на ее охлаждение по замкнутому контуру, падает, что фиксируется прибором и фурма автоматически вынимается из металла. Слив чугуна, плавление, доводка. Расход природного газа равен 2300 , мазута - 700 кг/ч, воздуха - 70 тыс. , 2000 кг/ч пара подают через головки печи и 3500м/ч кислорода через наклонные сводовые, фурмы. Пример 2. Технологические параметры периодов плавки те же, что и в примере 1, кроме прогрева, что обусловлено подачей в завалку

мелкогабаритного металлолома (в основном стружки).

Прогрев. В течение 1 ч 30 мин через головки печи подают 4400 м /ч природного газа, 60 тыс. воздуха, 800 кг/ч мазута, 1000 кг/ч пара, а через наклонные сводные фурмы - 30 м/мин кислорода и 15м /мин природного газа. Опускают фурму со скоростью 0,5 м/с до упора с шихтой и через ,0,8 с поднимают ее со скоростью 0,5 м/с на расстояние 225 нм от шихты при критическом диаметре форсунки в 15 мм. В этом положении фурма работает 5 мин. После перекидки клапанов фурма опускается до упора с твердой шихтой и циклы повторяются. Циклическое опускание фурмы производится до уровня на 400 мм ниже порогов завалочных, окон. В дальнейшем (при сливе чугуна, плавлении и доводке) фурма работает в положении заглубленном на 400 мм в жидкую ванну.

Предлагаемый способ выплавки стали повышает производительность на 20%, увеличивает выход годного на 0,5-1,0%, снижает удельный расход топлива на 20 кг/т стали.

СПОСОБ ВЫШ1АВКИ СТАЛИ В МАРТЕНОВСКОЙ ПЕЧИ, включающий завалку, прогрев и проплавление шихты заливку чугуна, наведение и спуск первичного шпака, циклическую продувку расплава кислородом посредством заглубленной сводовой фурмы при ее возвратно-пост5таательном движении, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности печи и экономии топлива, продувку начинают после завалки твердой шихты, опускают фурму со скоростью 0,1-0,5 м/с до контакта с шихтой длительностью 0,2-0,8 с, с последуняцим подъемом фурмы с той же скоростью на высоту 7-15 калибров сопла с ее фиксацией в этом положении на 5-15 мин, затем цикл повторяют и по достижении торца Фзфмы уровня 0,3-0,5 м ниже уровня порога завалочных окон ее фиксируют (П в этом положении.