Способ выплавки стали в кислородном конвертере Советский патент 1990 года по МПК C21C5/30 

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к способам выплавки стали в кислородных конвертерах из специальных чугунов, например фосфористых.

Цель изобретения - сокращение продолжительности плавки за счет уменьшения простоев при определении содержания фосфора, уменьшении додувок на фосфор и повышение выхода стали.

Исходят из положения, что высокий уровень шлака в конвертере способствует успешному протеканию реакции между металлом и шлаком, в особенности реакции дефосфорации. Этому служит то, что вспененный шлак содержит большое количество металлических капель - корольков, находящихся в

особо благоприятных условиях взаимодействия со шлаком. Поэтому необходимо учитывать в процессе плавки как количество фосфора, содержащегося в чугуне, так к объем шлакометаллической эмульсии.

В способе выплавки стали в кислородном конвертере, включающем загрузку лома, заливку чугуна, продувку кислородом, измерение уровня шлакометаллической ванны, расхода и состава отходящих газов, измерение температуры металла и определение в нем фосфора, дополнительно измеряют поперечный размер шлакометаллической ванны от ее оси на верхнем уровне, а содержание фосфора в металле определя-j ют по выражению

СП

0

1C

со

Сл 01

P M-ae+a|t+a2t +ajts+a,

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к способам выплавки стали в кислородных конвертерах из специальных чугунов, например фосфористых. Цель изобретения - сокращение продолжительности плавки за счет уменьшения простоев при определении содержания фосфора, уменьшение додувок на фосфор и повышение выхода стали. В способе, включающем технологические операции и контроль параметров плавки, дополнительно измеряют поперечный размер шлакометаллической ванны от ее оси на верхнем уровне и определяют содержание фосфора по приведенной зависимости. Использование способа позволяет исключить додувки на фосфор, повысить точность определения содержания фосфора и выход стали на 1,1% при сокращении длительности плавки на 1,5 мин. 2 ил., 2 табл.

к/ISJ lill G нэя

&; I

i- f.

де a1,a,,aj,af,aj-- эмпирические

коэффициенты;.

Pj - содержание фосфора в метал- - ле, %;

t - температура металла, С

ЈР} - содержание фосфора в чугуне, %;

G4 - масса чугуна, кг; К - коэффициент пропорциональности;

время начала продувки, с; текущее время продувки, с;

1«

i Ншд- высота слоя шлакометалличесG

кой эмульсии, м; радиус ванны жидкого металла, м;

1К - поперечный размер шлакоме- таллической ванны на верхнем уровне, м; коэффициент распределения кислорода;

расход кислорода дутья, м3/с; масса извести, введенной в

RN

о: Vn И38

ванну, кг;

Р Нц весовой коэффициент; высота слоя шлакометалличес™ кой эмульсии в цилиндрической части конвертера над уровнем спокойного металла,м Необходимо измерять поперечный размер шлакометаллической ванны от ее оси на верхнем уровне. В случае выплавки стали и определении содержания фосфора в металле без учета поперечного размера шлакометаллической ванны от «е оси на верхнем уровне невозможно предотвратить додувки на фосфор и повышения выхода стали вследствие большой погрешности определения фосфора в металле от фактического его содержания.

Опробование предлагаемого способа

По открытию отсечного клапана кислорода дутья по первому сигналу из блока 1 управления происходит регистрация момента начала продувка в блоке 1 определения количества фосфора в чугуне, приходящегося на единицу объема шлакометаллической эмульсии, и в блоке 11 определения количества извести, приходящегося на единицу объема кислорода, аккумулированного в шлакометаллической эмульсии, а по второму сигналу запускаются блок 3 определения уровня шлака в конвертере, блок 4 определения положения кислородной фурмы, блок 5 определения

проводят в 300-тонных конвертерах.

На фиг. 1 показана блок-схема уст- 55параметров шихтовых материалов к конройства для осуществления способа;вертера, анализатор 8 состава отходяна фиг. 2 - геометрические размерыщих конвертерных газов, расходомер 9

конвертера.отходящих конвертерных газов, расхо5

0

5

0

35

. 45

50

О)

Устройство, посредством которого реализуется способ, содержат блок J управления, блок 2 определения температуры металла, блок 3 определения уровня шпака в конвертере, блок 4 определения положения кислородной фурмы, блок 5 определения параметров шихтовых материалов и конвертера, блок 6 определения радиуса конической и высоты цилиндрической части конвертера, блок 7 определения количества фосфора в чугуне, приходящегося на единицу объема шлакометаллической эмульсии, анализатор 8 состава отходящих конвертерных газов, расходомер 9 отходящих конвертерных газов, расходомер 10 кислорода дутья, блок 1 определения количества извести, приходящегося на единицу объема кислорода, аккумулированного в шлакометаллической эмульсии, блок I2 определения содержания фосфора в металле, регистрирующий прибор 13, первый цифровой процессор 14 для обработки сигналов, второй цифровой процессор 15 для обработки сигналов.

Устройство, посредством которого реализуется способ, работает следующим образом.

По открытию отсечного клапана кислорода дутья по первому сигналу из блока 1 управления происходит регистрация момента начала продувка в блоке 1 определения количества фосфора в чугуне, приходящегося на единицу объема шлакометаллической эмульсии, и в блоке 11 определения количества извести, приходящегося на единицу объема кислорода, аккумулированного в шлакометаллической эмульсии, а по второму сигналу запускаются блок 3 определения уровня шлака в конвертере, блок 4 определения положения кислородной фурмы, блок 5 определения

55параметров шихтовых материалов к кондомер 10 кислорода дутья. С момента начала продувки в блоке 6 определяется высота цилиндрической части конвертера над уровнем спокойного металла Н, а при приближении уровня шлака к горловине конвертера определяется величина поперечного размера шлакометаллической ванны от ее оси н верхнем уровне (величина радиуса конической части конвертера на уровне шлакометаллической эмульсии) Р. Сигналы с выхода блока 6, пропорциональные Н и Pk, поступают на второй и третий входы блока 7 определения количества фосфора в чугуне, приходящегося на единицу объема шлакометаллической эмульсии. На четвертый, пятый и шестой входы блока 7 поступают сигналы, пропорциональные соответственно НШд, (t), RrtH 0,01 , G ц. На выходе блока 7 получается сигнал, пропорциональный Dp, который поступает на первый вход блока 12 определения содержания фосфора в металле. Одновременно в блоке 11 определения количества извести, приходящегося на единицу объема кислорода, аккумулированного в шлакометаллической эмульсии, непрерывно по ходу продувки рассчитывается величина S. Сигнал с выхода блока 11, пропорциональный величине S , поступает на другой вход блока 12 определения содержания фосфора в металле. В момент закрытия отсечного клапана кислорода дутья, соответствующий остановке конвертера на повалку, на третьем выходе блока 1 управления появляется сигнал, по которому запускается блок определения температуры металла. На выходе блока 2 появляется сигнал, пропорциональный температуре металла, поступающий на третий вход блока 12 определения содержания фосфора в металле. В блоке 12 рассчитывается содержание фосфора в металле при повалке конвертера. Регистрирующий прибор 13 регистрирует содержание фосфора в металле при повалке конвертера.

Контроль содержания фосфора в металле по предлагаемому способу осуществляют следующим образом.

Определение объема шлакометаллической эмульсии в конвертере по ходу продувки при уровне шлака, не превышающем цилиндрической -части конвертера (Ншл(1:) НЦ) , осуществляется зависимости (фиг. 1). ,и

v;A(oH-RN-H ЩЛ

(t).

(2)

В случае, когда уровень шлака находится у горловины конвертера (HUIA(t) Нц), объем шлакометаллической эмульсии определяется по зависимости

VK (t) + Н Й± Л:&±Й „ RN пц з

(нмд (O-Hji

Ц/Л

(3)

15

Средний объем шлакометаллической эмульсии за период продувки определяется по зависимости

25

(4)

30

если HIUA(t) Нц;

-1-;г

Величина (t-t0) в момент окончания продувки соответствует длительности продувки на данной плавке.

Весовой коэффициент Р позволяет в зависимости or того, где находится в данный момент продувки уровень шлака в конвертере, определять объем шлакометаллической эмульсии по зависимости (2) или (3). Если уровень шлака находится в цилиндрической части конвертера, то и, следовательно, объем шлакометаллической эмульсии определяется по зависимости (2). Если уровень шлака находится в конической части конвертера, то и, следовательно , объем шлакометаллической эмульсии определяется по зависимости (3).

Величина внутреннего радиуса конвертера определяется по зависимости

W N;

N.

(5)

где R0 - радиус цилиндрической части конвертера при новой футеровке, м;

L - толщина рабочего слоя футеровки конвертера, м;

NL - номер плавки от начала кампании на данном конвертере;

м « Ni+Nj+Nj+Na+Ns .

N2« средняя стой

А

кость футеровки конвертера

на предыдущих пяти кампаниях.

При приближении уровня шлака к горловине необходимо по ходу продувки определять величину радиуса конической части конвертера на уровне шлако- металлической эмульсии. Для этого определяют тангенс угла наклона конической части конвертера (фиг. 1):

tgf

Н« V2

(6)

Величина поперечного размера юла- кометаллической ванны на верхнем уров-20 не определяется по зависимости

.

Q ..Ј ЧЕ.ла.л .з-/а)

tlV i {К K(t:)dt+(l-P)R H.t+ ferial Ј |- (H(t) ti-i.i,.(

Высота цилиндрической части конвертера определяется из следующей зависимости:

,иэ«

НЦ Н0ЛГН

(Ю)

Где Hpff - высота от уровня спокойного металла до верхнего положения кислородной фурмы (при поднятой фурме), м; Нц - высота конической части конвертера, м;

Н - высота от горловины конвертера до верхнего положения кислородной фурмы, м; Значения Н, Нк - для данного конвертера имеют постоянные значения: ,8 м; ,2 м (для ККЦ КарМК).

Коэффициент распределения кислоро- да между металлом и шпаком определяют по зависимости:

VT56 f: 0,766-00.1,266(00

-Юг)-0,234Нг-25,5823,(М)

о

где Ор - коэффициент распределения

кислорода между металлом и шлаком;

VCir(t) - расход отходящих конвертерных газов, м3/с;

Vfl (t) - расход кислорода дутья, 2м3/с;

(НК+НЦ-НШЛ() ctg )r+(HK+Htl

(7)

„н (г) . 5l™ w/v Н Количество фосфора в чугуне, приходящееся на единицу объема шлако- металлической эмульсии, определкется по следующей зависимости:

ЬШцС.

Vе

у ал

(8)

Подставляя уравнения (2) и (3) в уравнение (4), а затем в уравнение (8), получают зависимость для определения количества фосфора в чугуне, приходящегося на единицу объема шлако- метаплической эмульсии:

СО,С(,Р2,

Ы2 - содержанке окиси углерода, двуотси и у леродэ, кислоро- да и водорода в отходящих конвертерных газах, %.

О

Выражение (3-А, представляет собой долю кислорода дутья, которая при положительном значении характеризует количество кисл рода, связанного в шлаке, а при отрицательном - количество ки лорода шлака, прореагировавшего с металлом. Из этого выражения определяемся общее количество кислорода, аккумулированного шпаком: t

о р ;- :

-в

Количество извести, приходящееся на единицу объема кислорода, аккумулированного в шлакометаллической эмульсии, определяется по зависимости:

ыл-J (I-Op)V(,i(t)dt.(12)

Јл

с Ьи58

СаО

(13)

d-op)-v04(t)dt

где S

Сао

количество извести, прихо- дяиееся на единицу объема кислорода, аккумулированного в пщакометаллической эмульсии..

По экспериментальным данным получают корреляционные уравнения парных зависимостей содержания фосфора в металле от количества фосфора в чугуне, приходящегося на единицу объема шлако- металлической эмульсии, и количества извести, проходящегося на единицу объема кислорода, аккумулированного в шлакометаллической змупьсии. Статистические оценки тесноты парных связей оказываются значимыми. Это служит основанием к проведению многофакторного статистического анализа. В результате получают уравнение зависимости содержания фосфора в металле от количества фосфора в чугуне, приходящегося на единицу объема пшакоме- таллической эмульсии, количества извести, приходящегося на единицу объема кислорода, аккумулированного в

.

.5Шл1§ч+а GjfSL

-„+а у лs-иа

RU+R RK+RK Г

fc t-O 1 1л

где а0 -0,24126; a 0,365; ,48;

аэ -2,15; ,0233; а5 -0,0436, Пример 1. В конвертер заливают 270 т чугуна, в котором содержится 1,12% фосфора. По ходу плавки присаживают 28 т извести в ванну конвертера. Величина среднего уровня шлака в ванне конвертера, определенная по зависимости t

H(t)dt/t-t0,

равна 4,21 м, а величина количества кислорода, накопленного в шлаке за время продувки, определенная по зависимости

Ja-6.)v0(t)dt,

,

равна 6829,26 нм, Величина внутреннего радиуса конвертера 3,0 м. Температура металла на повалке 1520°С. Подставив полученные промежуточные значения в уравнение (14), получают расчетное содержание (Ъосфора в металле 0,32323553%. Отклонение фактического содержания фосфора в металле от расчетного равно 0,0)323553%.

шлакометаллической эмульсии, температуры металла и содержания в нем углерода на повалке конвертера:

,,, 15- ,0233Dp- -0,04365 -0,24126,(14)

где t

t мс

м Тоооо

t Mтемпература металла при повалке конвертера в масштабе 1:10000 ог. -

измеряемая величина температуры металла, °С; Cj M - содержание углерода

в металле при повалке конвертера, %.

Переписав уравнение (14) с введе0 нием коэффициентов а , а7, а,, а

а5 и значений Dp, S, получают

Ч

+а GjfSL

-„+а у лs-иа

:-lj Hw/l(c)dC-Hj j |4-6p v

«,

RK+RK Г

()dC

5

0

5

0

5

В табл. 1 приведены примеры плавок i изменения измеряемых и рас- счшываемых параметров по предлагаемому способу и известному.

Сопоставление среднеквадратичной погрешности контроля содержания фос-. фора в металле с помощью предлагаемого способа и известного показывает, что предлагаемый способ в 3-7 раз имеет более высокую точность, чем известный способ, при высокой оперативности контроля содержания фосфора в металле.

В табл. 2 приведены данные опытных плавок с контролем содержания фосфора в металле по предлагаемому

способу и известному.

i

Данные, приведенные в табл. 2, показывают, что использование предлагаемого способа выплавки стали позволяет исключить додувки на фосфор вследствие повышения точности при определении содержания фосфора в металле, повысить выход стали на 1,1% при сокращении длительности плавки на 1,5 мин.

Формула изобретения Способ выплавки стали в кислородном конвертере, включающий загрузку лома, заливку чугуна, измерение его массы и содержания в нем фосфора, вв извести, продувку кислородом, измерение уровня шлакометаллической ванны, расхода и состава отходящих газов, измерение температуры металла и определение в нем фосфора, о т л .a|t+att1+a,t9+a4.

( „ +а Gu3L

{p-Riisv« «w+o-p)R;-v «,

де К, - высота слоя шлакометаллической эмульсии в цилиндричес- ,5 кой части конвертера над уров- нем спокойного металла, м;

аЗ

эмпирические коэффициенты; СРЗлГ содержание фосфора в металле, %;

t - температура металла, СИ 1(Г4; Р 1ц- содержание фосфора в чугуне, %;

Gy - масса чугуна, кг; К - коэффициент пропорциональное- 35

ти; Јв - время начала продувки, с;

30

чающийся тем, что, с целью сокращения продолжительности плавки за счет уменьшения простоев при определении содержания фосфора, уменьшения додувок на фосфор и повыше«ия выхода стали, дополнительно измеряют поперечный размер шлакометаллической ванны от ее оси на верхнем уровне, а содержание фосфора в металле определяют по выражению

ff - текущее время продувки, с;

Нид- высота слоя шлакометалличес- кой эмульсии, м; радиус ванны жидкого металла, м;

поперечный размер шлакометаллической ванны на верхнем уровне, м; коэффициент распределения кислорода;

расход кислорода.дутья, мэ/с;

GMJЈ- масса извести, введенной в ванну, кг;

Р - весовой коэффициент. Таблица 1

RNR« Vft Количество плавок Химический состав чугуна, %:

30

30

f

-Нг

Ч Ч

лг-ш

шм.7