Способ рафинирования расплавленного металла Советский патент 1985 года по МПК C21C5/04 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам рафинирования стали в мартеновских печах.

Типовая технология рафинирования мартеновской плавки без применения кислорода состоит в том, что расплавленный и нагретьй до 1550-1570 С металл подвергают окислительному рафинированию, вводят в ванну окислитель (железную руду, агломерат, окалину и т.п.). При этом окисляются кремний, марганец, фосфор, углерод и др. легкоокисляег-ше примеси. После окисления примесей и перевода их в шлако вую фазу скачивают большую часть шлака и наводят новый присадками извести, боксита и прочих флюсов Л . Однако 33 этом способе недостаточно полно используются дефосфорирую.1цие свойства печных шлаков, поскольку начало присадки окислителей возможно без удлинения плавки только при относительно высокой температуре (более 1550-1570 0), когда термодинамические условия окисления-фосфора неблагоприятные.

Ранняя присадка окислителя в конце периода плавления или в расплавленный металл при температуре ниже 1550 С, когда термодинамические условия для удаления фосфора наиболе благоприятны, приводит к значительному охлаждению ванны, увеличению продолжительности плавки и затруднению скачивания ишака, что в ит-оге не способствует дефосфорации металла.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ рафи нирования раепдавленного металла под слоем шлака в мартеновской печи, включающий введение в ванну окислителя и углеродистого материала 21 .

Однако данньй способ- не обеспечивает повышение дефосфорирующих свойств шлака и не позволяет снизить расход низкофосфористых материалов для выплавки стали.

Цель изобретения - снижение температуры дефосфорации, повышение эффективности дефосфорирующего действия шлака и снижение расхода низкофосфористых материалов для выплавки стали.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу рафинирования расплавленного металла под

слоем шпака в мартеновской печи, включающему введение в ванну окислителя и углеродистого материала, углеродистьй материал фракцией 10-70 мм вводят на участок поверхности шлака, расположенный со стороны подачи факела на 1/6-1/3 длины ванныи удален ный от задней стенки печи на 1/3-1/2 ширины ванны, через 2-5 мин после введения окислителя в количестве 0,02-0,06 от массы введенного окислителя .

Цикл введение окислителя-введение углеродистого материала повторяют 2-3 раза с интервалом 15-30 мин.

Предлагаемьй способ основан на повьшении дефосфорирующего действия шлака при относительно низких температурах в период наибольшей термодинамической активности фосфора.

В этот период плавки окислителя, согласно типовой технологии, не вводят, поскольку они вызывают охлаждение ванны как за счет физического |охлажденйя, так и за счет окисления углерода и уменьшения величины перегрева металла над температурой ликвидуса. Введение окислителя в ванну при низкой температуре приводит к замедлению процесса и увеличению продолжительности плавки, содержание примесей, в том числе и фосфора, не уменьшается.

Введением в этот период углеродистого материала достигаются несколько целей: вводимый углерод является дополнительным источником тепла, вводимьй углерод взаимодействует с находящимися в шпаке окислами железа с образованием газообразных продуктов - окислов углерода, выделение которых вызьшает энергичное перемешивание металла со шлаком и способствует более полному протеканию обменных реакций между металлом и шпаком важнейшей из которых в этот период плавки-является реакция окисления фосфора.

Для достижения положительных .результатов большое значение имеют режимные параметры осуществления про- цесса, важнейшими из которых являются место введения углеродистого материала на поверхности ванны в мартеновской печи, размер кусков вводимого углеродистого материала, интервал между введением окислителя и углер.одистого материала, соотношение между 31 количествами введенных окислителя и углеродистого материала. Место введения углеродистого материала обусловлено конфигурацией мартеновской ванны и особенностью пе ремешения шлака по поверхности метал ла в конце плавления - начале доводки. Экспериментально установлено, что доминирующим является поток, ко- торьй перемещает шлак по поверхности металла от отапливакхцей головки вдоль задней стенки к противоположному откосу, а затем вдоль передней стенки к отапливающей головке. Изменение направления шлакового потока (или зарождение его) происходит на участке поверхности, расположендюм со стороны подающей головки на расстоянии 1/6-1/3 длины ванны и на 1/3-1/2 ширины ванны от задней стенки печи. Введение углеродистого материала в этот участок обеспечивает достаточно быстрое и равномерное распределение его по большей части поверхности ванны и интенсивное перемешивание шлака по всей поверхност ванны. В том случае, если координаты введения углеродистого материала отличаются от указанных, углеродист ьй материал по поверхности ванны (Распределяется медленнее, часть его попадает в застойные зоны, эффективность дефосфорации металла снижается. Использование углеродистого материала фракцией 10-70 мм связано с распространением материала по поверх ности ванны и его взаимодействием с окислами железа. При использовании углеродистого материала мельче 10 мм часть его выносится отходящими газами, а материала реагирует настолько быстро, что не успевает распространитьс по всей поверхности. В результате чрезмерно тивного .взаимодействия в локальном участке окислительный потенциал шлака нейтрализуется и за счет снижения окисленности шлака ухудшается дефосфо-: рация, а в другие участки шпака материал не попадает и не создаются условия, вызывающие увеличение де- фосфорирующих свойств шлака. При использовании углеродистого материала крупнее 70 мм интенсивность взаимодействия его с окислами железа значительно ослабевает, кус4,4 ки углеродистого материала длительное время плавают в шлаке и мешают нормальному ведению процесса доводки плавки, эффективность дефосфорации снижается. Введение углеродистого материала через 2-5 мин после присадки окислителя обусловлено необходимостью распределения окислителя в объеме шлака и частичным взаимодействием его с металлом. Обычно это взаимодействие активно протекает в течение первых 2-5 мин. Затем реакция замедляется и ванна успокаивается. Введение в этот момент ухлеродистого материала приводит к дополнительному перемешиванию металла и шлака и ускорению массообменных реакций, в частности переходу фосфора из металла в шлаковую фазу. Интервал между присадкой окислителя и углеродистого материала менее 2 мин приводит к чрезмерному взаимодействию его с окислителем и снижению эффективности дефосфорации. Интервал более 5 мин также приводит к недостаточному повышению эффективности дефосфорации, возможно, из-за того, что к этому моменту реакция окисления фосфора значительно замедляется и для ее ускорения в этот момент импульс, сообщаемьш присадкой углеродистого материала, становится по-видимому недостаточным. , Соотношение-между вводимыми угле;родистым материалом и окислителем10,02-0,06 выбрано на основании опытных данных. При таких соотношениях эффект дефосфорации от реализации предлагаемого способа получается наибольшим. При соотношении меньше 0,02 количество углеродистого материала недостаточно для эффективного улучшения дефосфор,ирующего действия шлака из-за скоротечности взаимодействия его с окислами железа. При соотношении более 0,06 эффективность процесса снижается из-за того, что проявляется раскисляннцее действие углерода и происходит обратный процесс перехода фосфора из шлака в металл. При недостаточном удалении фосфора или при вьшлавке стали с особо низким содержанием фосфора цикл введение окислителя - введение углеродистого материала целесообразно осуществить 2-3 раза. П р и м е р. При вьтлавке низкофосфористой стали в основную мартеновскую печь загружают металлолом и заливают передельный чугун с обычны содержанием фосфора (в металлоломе в среднем 0,040%, в чугуне 0,100,15%) и пшакообразующие. В конце „периода плавления шихты или в непос редственно после ее .расплавления пр 1520-1530°С (при содержании углерода 0,6-1%) начинают окислительное рафинирование мартеновской ванны пр садкой окислителя, расход которого определяют, исходя из температуры металла, содержания углерода и типа окислителя. Прокатную окалину или сварочньй шпак можно вводить в ванну при температурах порядка 1500°С, железную руду и агломерат при более высоких температурах 1520 ЗО С. Обычно расход окислителя принима ,ют до 1,5% от массы стали. Через 25 мин после введения раскислителя, когда интенсивность окислительной реакции начинает несколько ослабевать, в ванну вводят углеродистьй материал с размером кусков в поперечнике 10-70 мм. Расход углеродис того материала принимают в количест ве 0,02-0,06 от массы введенного окислителя. При более низкой температуре расход углеродистого материа 14 ла принимают 0,04-0,06, при более высокой - 0,02-0,03. .Углеродистый материал вводят на поверхность шлака со стороны головки, подающей топливо, на участок, огра-. . ниченньй координатами 1/6т1/3 длины ванны и удаленньм от задней стенки на 1/3-1/2 ширины ванны. В качестве углеродистого материа1ла используют коксик, антрацит, электродный бой и т.п. Здтем плавку ведут по обычной технологии . При необходимости получения стали с особонизким содержанием фосфора цикл введение окислителя - введение углеродистого материала проводят 2-3 раза. Осуществление окислительного рафинирования расплавленного металла по предлагаемому способу позволяет снизить температуру начала окислительного рафинирования на 20-40°С, получить в готовом металле содержа ше фосфора 0,013-0,015% за счет повышения эффективности дефосфорирующего действия шпака, сократить продолжительность плавки и снизить расход низкофосфрристых материалов. Общий экономический эффект по сравнению с.базовым вариантом составляет 24 р /т, что соответствует годовому экономическому эффекту при производстве 10 тыс.т. стали 240 тыс.руб.

1., СПОСОБ РАФИНИРОВАЙМ РАСПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА под Слоем шлака в мартеновской печи, включающий введение в ванну окислителя и углеродистого материала, тем, что. отличающийся с целью снижения температуры дефосфорации, повьшения эффективности дефосфорирующего действия шлака и снижения расхода низкофосфористых материалов для выплавки стали, углеродистый материал фракцией 1070 мм вводят на участок поверхности шлака, расположенный со стороны подачи факела на 1/6-1/3 длины ванны и удаленный от задней стенки печи на 1/3-1/2 ширины ванны, через 2-5 мин после введения окислителя в количестве 0,02-0,06 от массы введенного окислителя. 2. Способ ПОП.1, отличаюСЛ щийся тем, что цикл введение окислителя - введение углеродистого материала повторяют 2.-3 раза с интервалом 15-30 мин.