Способ подготовки металлической шихты для выплавки стали Советский патент 1985 года по МПК C21C1/00 C21C7/00 

со

4

О) Изобретение относится к черной металлургии и может быть использова но в производстве чугуна и стали. Известен способ подготовки к пла ке в сталеплавильном агрегате метал лошихты (чугуна и лома), например, путем ее подогрева горелками lj . Данный способ позволяет улучшить технико-экономические показатели сталеплавильного производства, одна при этом предъявляются высокие треб вания к качеству чугуна. Наиболее близким к предлагаемому 1о технической сущности йвляется способ рафинирования жидкого чугуна десульфуриругощим шлаковым расплавом предварительно регенерированным в ковше с помощью воздуха Г21 или пог ружного топливно-кислородного факел горения Sj. . Однако этот способ не позволяет удалить из чугуна большое количеств серы и производить одновременно с десульфурацией чугуна и его подогре из-за очень малой удельной массы шлака (5-6% от массы чугуна), позаи ствованной у метода обработки стали синтетическими шлаками. Как показал исследования, именно по этой причин шлак в результате обработки чугуна приобретает температуру, близкую к температуре чугуна (1300-1400 С), при которой его жидкоподвижность находится на очень низком уровне. При регенерации такого шлака продувкой факелом горения степень диспергирования последнего в распла низкая, что резко снижает эффективность передачи тепла шлаковому расплаву к низкому тепловому КПД этого процессаj а следовательно, и высокому удельнЪму расходу топлива на процессе регенерации. Целью изобретения является повышение э М ективности рафинирования чугуна от серы, температуры чугуна и экономичности сталеплавильного процесса. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу подготовк металлической шихты для выплавки стали, включающему обработку жидког чугуна шлаком, продутым погружным тошшвно-кйслородным факелом горени шлак продувают топливно-кислородным факелом дЪ 1700-1900 С и смешивают его с чугуном в количестве 50-150% массы чугуна. Кроме того, чугун смешивают с ломом в количестве 4.4-7,2% массы чугуна на каждые 100 С его перегрева. Выбор указанных параметров основан на следующих предпосылках. Во-первых, регенерация десульфурирующих шлаков продувкой их погруженным факелом горения становится эффективной при их температуре выше 1500 С. Учитывая, что при смещении чугуна со шлаковым расплавом температура их выравнивается, то минимальный подогрев чугуна при этом и будет определяться температурой 1500 С. В то же время для сталеплавильного передела целесообразен значительно больший подогрев чугуна. Верхний уровень этого подогрева определяется стойкостью огнеупорной футеровки и тепловым КПД процесса регенерации шлакового расплава. На основе анализа этих условий верхний уровень подогрева чугуна целесообразно взять равным . Во-вторых, для осуществления про, t цесса передачи тепла от шлакового расплава чугуну первый должен обладать перегревом над температурой, до которой Нагревают чугун, т.е. этот перегрев должен быть выше соответственно 1500 и . С повышением температуры такого перегрева будут уменьшаться тепловой КПД регенерации шлака и возрастать трудности со службой футеровки (огнеупорной или гарнисажной). С учетом этого целесообразно производить в процессе регенерации перегрев шлакового расплава до 17001900°С. В-третьих, для нагрева чугуна до заданной температуры, т.е. до 15001700 0, шлаковый расплав должен характеризоваться не .только указанной температурой нагрева, но и определенной массой. На основе тепловых балансов и их анализа оказалось целесообразным с учетом выбранных температур перегрева шлакового расплава его массу ограничить количеством, составляющим 50-150% от массы чугуна. После такой обработки (тесного смешения чугунного и шлакового расплавов и их расслоения) чугун оказывается очищенным от среды до тысячных долей процента, .независимо от ее начального содержания, и подогретым до 1500-1700с. Подготовленный таким образом чугун может сразу заливаться. 31 в сталеплавильный агрегат или же вначале смешиваться с ломом и после расплавления лома направляться в сталеплавильный агрегат, или же повторно обрабатываться свежим регенерированным десульфурирующим шлаковь расплавом и лишь затем подаваться на плавку стали. Количество лома, смешиваемого с перегретым чугуном, берут в пределах 4,4-7,2% от массы последнего в зависимости от концентрации в нем углеро да и его температуры перегрева над ликвидусом перед смешением со шлаком которое предшествовало смешению с ломом. Этот прием смешения подогретого с ломом с последующей обработкой чугунного расплава свежим шлаковым расплавом может производиться при необходимости несколько раз. После смешения с чугунным расплавом и последуюш;его отделения от него десульфурирующий шлаковый расплав подвергают регенерации (очищению от серы и подогреву) путем продувки ег топливно-кислородным факелом горени с с 1,0-1,25. Причем подогрев его начинается с температуры 1500начинается1700 С, при которой шлак обладает достаточно высокой жидкоподвижностью (низкой вязкостью), что способствуе высокой диспергацйи факела горения в конечном счете, высокому тепловом КПД (50-60%) нагрева шлака, а следовательно , и низкому удельному расходу топлива. Проводить регенерацию шлака можно в сталеразливочном ковше, обо рудованном топливокислородными фурмами, с помощью которых шлаковый расплав подвергается путем его продувки топливно-кислородным факелом и одновременно рафинируется от серы а затем и от других нежелательных примесей, а также корректируется по составу и по массе (количеству) с п мощью пневмотранспортной системы. Наиболее высокие технико-зкономические показатели способа могут быть получены при использовании реактора непрерывного действия, представляющего собой кольцевую камеру, которая технологически разделена на три зоны: зона регенерации шлака, зона смешения чугуна со шлаком и зона их разделения. Кольцевая камер в зоне регенерации оборудована топливокислородными фурмами, погружен7в шлак. В зоне смешения эта ными камера имеет отверстие для слива на глак чугуна и оборудована пульвери зующим узлом для дробления чугуна на капли, а в зоне разделения сопеожит отверстие пля выпуска чугуна. Пнище реактора выполнено с уклоном в сторону отверстия. Свод кольцевой камеры оборудован газоотводящим трактом-с газоочисткой. Реактор может быть оборудован пневмотранспортной системой для подачи в расплав порошков шлакообразующих и раскислителей. В некоторых случаях рафинирование и нагрев шлака (его регенерация) целесообразно осуществлять в циклонных или струйных аппаратах, располагаемых над ковшом. Для уменьшения теплопотерь чугуна за время его транспортировки к сталеплавильным агрегатам целесообразно устройства для подготовки шлаков и обработки ими чугуна располагать вблизи этих агрегатов, например в миксерном отделении. Способ осуществляют следующим образом. Для обработки жидкого шлака используют ковшовое регенерирующее устройство. Требуемое количество шлака после выпуска его из доменной печи заливают в специальный глуходонный ковш, запол няя его объем на 50-75%. Если этот шлак требует корректировки по химическому составу, то необходимые добавки, например известь, задают в ковш перед сливом туда свежего шлака или же в порошкообразном виде вводят в шлаковый расплав с факельными струями по ходу обработки шлака. В залитый в рафинировочньй ковш шлак погружают продувочные фурмы, с помощью которых ведут продувку газо-кислородным факелом горения, вначале с коэффициентом расхода кислорода (об) близким с 1,1 и по мере подогрева шлака увеличивают до 1,25. После достижения заданной степени десульфурации шлака и при необходимости продолжить его подогрев переходят на продувку его факелом горения с ot | 1,0. При повьш1енном содержании в шлаке оксидов железа или марганца вслед за окислительным проводят восстановительный (раскислительный) период. Шлак в этот период продувают факелом неполного горения и вдувают в шлак одновременно с факелом порошкоо§разные раскислители (кокс, карбид кальция, ферросилиций). После завершения необходимых рафинирования шлака и его перегрева ковш освобождают от фурм, и готовый шлак сливают из него в смесительный сосуд например другой ковш большего объема типа сталеразливочного с разлийочным отверстием в днище, в которой одновременно сливается и обрабатываемая порция чугуна. Слив шлака и чугуна в сосуд смешения производят с высоты обеспечивающей их тесное смешение (эмульгирование), и которая устанавливается экспериментально для данных конкретных условий такой обработки.

После такой обработки и отстаивания, продолжительность которого определяется экспериментально, чугун через разливочное отверстие сливают в чугуновозный ковш с небольшим количеством шлака, необходимым для уменьшения теплопотерь чугуна, а оставшийся в смесительном сосуде шлак возвращают в рафинировочный ковш, где его подвергают регенерации

При использовании для обработки чугуна шлаков типа синтетических, например известково-глиноземистых, их первоначально готовят в рафинировочном ковше путем постепенного направления в небольшой ванне, образуемой из жидкого доменного шлака и составляющей, например, 5-10% от вес приготовляемого шлака. В остальном приготовление и регенерация по своим приемам остается такой же, как и при использовании доменных шлаков. При наличии на заводе шлакоплавильных электропечей первоначально шлак можно приготовить в этих агрегатах. Учитывая дефицитность и высокую стоимость глинозема, при сливе чугуна из смесительного ковша не допускают покрытия чугуна известково-глиноземистым шлаком. Вместо него на поверхность чугуна в чугуновозный ковш заливают или засыпают соответствующее количество обычного доменного галака. Осуществление предлагаемого способа в реакторе непрерьгоного действия начинается с подготовительных операций приготовления синтетическог .десульфурирующего шлака, которые характерны -для упомянутых приемоЬ приготовления такого шлака на основе жидкого доменного или известковоглиноземистого в устройстве ковшевог типа. После приготовления жидкого

шлакового расплава

eio продувают в зоне регенерации с помощью топливокислородных фурм факелом полного горения для удаления и:з шлака серы и его нагрева. При необходимости корректируют состав шлака, в том числе и путем его раскисления. Под действием струй топливно-кислород ого факела за счет особого расположения сопел в фурмах шлак непрерывн перемещается вдоль кольцевой камеры проходя последовательно все зоны. В зону смешения через заливочное отвератие и пульаеризационный узел сливают чугун. Мелкие капли чугуна в зоне разделения, осаждаясь через шлаковый расплав на под, очищаются от серы и подогреваются. Далее шлак достигает регенерации и технологический цикл для шлака повторяется. Очищенный от серы и подогретый чугу непрерывно стекает из реактора чере выпускное отверстие в ковш.

При переводе доменной печи на работу со шлаками низкой основности увеличили производительность печи на 10-12% и снизили расход кокса на 7-8%, но при этом в выпускаемом чугуне резко повысилось содержание серы: с 0,04 до 0,35%.

В то же время, в конвертерном цехе требовалось увеличить производительность конвертеров на 10% и выход металла на 1,5-2,0% за счет снижения концентрации в чугуне серы до 0,01%, а также увеличить переработку лома на 8-10% от веса металлозавалки за счет перегрева поступающего на конвертеры чугуна е 1250 до 1500°С.

Вьшзеперечисленным требованиям к чугуну, поступающему в конвертерный цех, отвечал чугун, поступающий туд после обработки его перегретым обессеривающим шлаком. Первоначально шл готовили из свежего доменного, имевщего основность 1,0 и температуру 1350 С, в котором содержалось около 2,0% серы. Путем его окислительной продувки в рафинировочном ковше топливно-кислородным факелом с коэффициентом расхода кислорода (oi) от 1,0 до 1,25 удалили серу из шлака д 0,05%. Одновременно в этот период добавили соответствующее количество извести из расчета повышения основности до 1,2, Даиньй состав шлака характеризовался равновесным коэффициентом распределения равным

80. Поэтому такой шлак при эмульгировании с чугуном обеспечивал необходимую его десульфурацию (снижение серы с 0,25 до 0,01%) в том случае, если его количество относительно чугуна по массе составляло не менее 36%, Однако такое количество шлака для обеспечения подогрева чугуна при их смешении на заданные требовало перегреть этот шлак до . Целесообразно же было ограничить температуру его перегрева 1750 С. Поэтому с целью сохранения баланса по его теплосодержанию увеличили массу шлака до 75% по отношению к чугуну, а с учетом компенсации теплопотерь до 80%.

Готовый шлак сливали одновременно с чугуном в отдельный ковш с высоть: примерно 4 м и после отстаивания чугун через донное отверстие выпускали в чугуновозный козш, а шлак с тем пературой около 1500 С возвращали на регенерацию в рафинировочный ковш, куда добавляли соответствующее количество свежего доменного шлака и извести для компенсации механических потерь, составивших 5%. Этот шлак сначала продували окислительным топливно-кислородным факелом с тем же режимом, что и при начальном приготовлении шлака, а затем восстановительным факелом с cd 0,5 с одновременной подачей в шлак вместе с дутье молотого кокса (угля) в количестве 0,5% к весу шлака для снижения в нем концентрации закиси железа и закиси марганца. После этого шлак вновь направляли на обработку чугуна, затем вновь подвергали регенерации, многократно повторяя этот цикл.

В качестве топлива для нагрева о шлака применили природный газ, расход которого на один цикл регенерации шлака составил Ш м на 1 т обработанного чугуна. Расход кислорода соответственно составил 22,5 м. Коэффициент полезного использования

0 толпива был близок к 0,64.

Таким образом, увеличение массы шлака (в -13 раз) и его десульфурирующей способности за счет его высокой температуры, а следовательно,

5 и жидкоподвижности увеличило степень десульфурации чугуна с 50-70 до 98% (сера в чугуне снизилась до 0,004%), а количество удаленной из н.его серы с 0,015-0,035 до-0,246%, т.е. в

0 7-16 раз.

Многократное увеличение количества удаляемой из чугуна серы позволило перевести доменную печь на -работу с меньшей основностью шлака

5 и с выпуском сернистого чугуна,

содержащего 0,25% серы вместо обычных, например 0,040%, что позволило увеличить производительность доменной печи примерно на 10-12% и снизить при этом расход кокса примерно на 7-8%.

I

Подогрев чугуна на позволил при работе с таким чугуном в конверг тере увеличить переработку лома примерно на 10%, а при работе с этим же чугуном в мартеновской печи увеличить ее производительность в среднем на 25%,

1. СПОСОБ ПОДГОТОВКИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ШИХТЫ ДЛЯ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ, включающий обработку жидкого чугуна шлаком, продутым погружным топливнокислородным факелом горения, о тличающийся тем, что, с целью повьппения эффективности рафинирования чугуна от серы, температуры чугуна и экономичности сталеплавильного процесса, шлак продувают тоштивно- кислородным факелом до 1700-1900 С и смешивают его с чугуном в количестве 50-150% массы чугуна. 2. Способ по п. 1,отличаю щ и и с я тем, что чугун смешивают § с ломом в количестве 4,4-7,2% массы чугуна на каждые 100 С его перегрева. (Л