Способ выплавки стали в конвертере Советский патент 1992 года по МПК C21C5/28 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к кислородно-конверторному способу производства стали.

Известен способ выплавки стали в кислородном конвертере, включающий загрузку твердого натурального топлива в конвертер совместно с газовым углем, Замена части углеродсодержащего энергоносителя с высоким содержанием летучих (кокса, антрацита, тощего угля) газовым углем с большим содержанием летучих составляющих снижает температуру воспламенения и несколько сокращает длительность подготовительного периода. Газовый уголь играет роль интенсификатора процесса сжигания угля.

Недостатком данного способа является то, что в условиях слоевого сжигания топлива в конвертере влияние присадок газового угля сказывается лишь на подготовительном периоде, а интенсивное стабильное горение коксового остатка обоих видов топлива в слое не обеспечивается. Низкосортные (мелкозернистые) и тощие виды углей, применяемые в конвертерном процессе для нагрева металлолома после загрузки, образуют плотный слой, поступление тепла и окислителя в который затруднено. Это приводит к нестабильному процессу сжигания угля в конвертере, уголь за время нагрева не успевает весь сгореть и после слива чугуна усваивается металлом. В результате уголь вносит дополнительно азот, который усваивается ванной, что снижает качество стали.

Целью изобретения является повышение качества стали за счет снижения содержания азота в результате интенсификации процесса нагрева и горения тощего угля и его полного сжигания за время нагрева металлолома.

1

00 00

ю

J

Сжигание низкосортного тощего угля, загружаемого на лом или днище конвертера, как правило, происходит в слое. Особен- ностью процесса является наличие противотоков: подаваемого кислорода, под- водимого тепла к поверхности взаимодействия с одной стороны и отвод продуктов сгорания с другой. Слой мелкозернистого тощего угля плотный и в условиях отсутствия подвода тепла и подготовки топлива к горению в слое сгорает нестабильно, периоды до воспламенения топлива и горения коксового остатка занимают длительное время.

Как показали экспериментальные исс- ледования в лабораторном конвертере создание газопроницаемого, рыхлого слоя топлива при его сжигании сокращает длительность подготовленного периода, а горение коксового остатка протекает стабильно и интенсивно по всей поверхности топлива. Наличие газопроницаемого слоя обеспечивает прогрев топлива в глубину, тем самым осуществляется подготовительная операция к сжиганию нижних слоев тощего угля. Облегчаются условия подвода тепла и кислорода к нижним слоям топлива и интенсифицируется процесс горения коксового остатка. В результате весь тощий уголь за время нагрева успевает сгореть и после ели- ва чугуна не попадает в сталеплавильную ванну. Металл не насыщается азотом и качество стали повышается.

Наиболее доступными и приемлемыми материалами, создающими газопроницае- мый слой топлива, являются органические материалы на основе полистирола. Целесообразно использование отходов производства или потребления полистирола. Это материалы имеют температуру деструкции 200-300°С. В результате деструкции выделяется газообразный стирол, который в присутствии кислорода сгорает.

При совместной загрузке тощего угля с материалом на основе полистирола в ре- зультате воздействия высокотемпературной атмосфере рабочего пространства конвертера происходит быстрая деструкция полистирола и сжигание газообразного стирола. Вместо сгоревшего интенсификатора остается пустота в слое топлива. Процесс идет по слою топлива, создавая газопроницаемые зоны, обеспечивая хорошие условия для подвода тепла и кислорода и сжигания низкосортного мелкозернистого тощего угля в конвертере, Стабильное интенсивное горение коксового остатка обеспечивает его полное сжигание в конвертере до слива чугуна в конвертер. Тощий уголь не усваивается ванной и, следовательно, не

вносит дополнительно азот. Качество стали повышается.

Предпочтительнее использовать пено- полистирол (температура дегазации 200- 250°С). В соответствии с изобретением при сжигании 1 т тощего угля в конвертере для предварительного нагрева металлолома в 150-тонном конвертере ( ругля 1,5 т/м3) требуется 0,3-0,6 м3 отходов полистирола. Его плотность составляет 15-30 кг/м , т.е. понадобиться порядка 5-15 кг подготовленного пенополистирола.

Применение материала - разрыхлителя слоя с высокой температурой деструкции не обеспечивает быстрого сгорания материала - интенсификатора и образование газопроницаемого слоя происходит с задержкой, что не обеспечивает стабильности процесса сжигания коксового остатка топлива.

Экспериментально установлено, что наилучшие результаты интенсификации процесса получены при загрузке пенополистирола в количестве 20-40% от объема загружаемого топлива. В этом случае горение коксового остатка происходит стабильно и интенсивно по всей поверхности тощего угля. При загрузке меньшего количества пено- полистирола цель изобретения не достигается, так как уголь не прогревается в достаточной мере, а количество пор не достаточно для обеспечения газопроницаемости слоя топлива и эффективного подвода тепла и окислителя в глубину слоя угля и, в конечном итоге, не обеспечивает полное сжигание угля.

При достижении пенополистирола более 40% от объема угля снижается интенсивность сжигания тощего угля. Большое количество интенсификатора в угле приводит к неравномерному распределению пенополистирола в слое, что снижает газопроницаемость топлива. Разрушение пор после выхода газов происходит за счет осыпания тощего угля в каналы пор, что и уменьшает газопроницаемость слоя топлива. За время нагрева уголь не успевает сгореть полностью.

Предпочтительнее применение пенополистирола с размером частиц 0,5-1,8 от среднего размера частиц загружаемого тощего угля. При данном размере материала происходит образование пор, обеспечивающих наилучшую газопроницаемость слоя топлива. При меньших размерах частиц величина образующих пор незначительно и слой топлива плотный. Требуемой газопроницаемости слоя достичь не удается. При большом размере частиц пенополистирола образуются поры относительно большого размера и после их сгорания происходит

разрушение пор за счет засыпания пор мелкозернистым углем. В результате ухудшается тепло- и массообмен в слое сжигаемого топлива и тощий уголь не сгорает за время нагрева.

Проведены испытания по предлагаемой технологии.

В таблице приведены примеры реализации предлагаемого способа выплавки стали в конвертере по сравнению с извест- ным в однотонном конвертере.

Опробывание способа проводят на однотонном конвертере. В конвертер загружают 200 кг металлолома и низкосортный уголь марки Т (тощий) в количестве 12,5 кг. Вместе с углем в конвертер загружают отходы пенополистирола с температурой дист- рукции 200°С и плотностью 20 кг/м3. Кислород подают с расходом 2 м3/мин. Длительность прогрева определяют необ ходимостью подачи кислорода в стехиомет- рическом соотношении для сжигания всего количества тощего угля.

После прогрева металлолома путем сжигания тощего угля кислородом в полости конвертера проводят слив жидкого чугуна с температурой 1320°С и осуществляют продувку ванны кислородом с расходом 3 м /мин. По ходу продувки загружают 60 кг извести. Сталь имеет следующий химиче- ский состав, %: С 0,1; Si следы; Мп 0,12- 0,16; S до 0,04, Р до 0,015. Учитывая, что количество загружаемого угля и время его сжигания одинаково на всех опытных плавках, об эффективности процесса судят по содержанию азота в стали. Стабильное горение топлива и его полное сжигание в ходе прогрева приводят к тому, что уголь не попадает в металлическую ванну и содержание азота в стали невысокое. Если не обеспечивается полное сжигание топлива в слое, уголь весь не сгорает за время нагрева, после слива чугуна усваивается ванной и содержание азота в стали на выпуске высокое.

Сравнительные плавки по известному способу (таблица, плавки) проводят с добавками газового угля в количестве 20-30% от веса загружаемого угля. Общее количество угля на прогрев составляло 12, 12,5, 13 кг. Длительность нагрева 9,0-9,5 мин обеспечивает подачу кислорода в количестве, необходимом для сжигания топлива. Визуально в ходе прогрева наблюдают бо- лее раннее воспламенение угля по сравнению с загрузкой только тощего угля, однако за время нагрева уголь не сгорает полностью. Несгоревший уголь после слива чугуна усваивается ванной, что приводит к

насыщению стали азотом. Содержание азота в стали 0,0069-0,0071.

Плавки 4-9 проведены по предлагаемому способу, плавки 4 и 5 - с загрузкой пенополистирола в количестве 19% от объема используемого угля. Видно, что содержание азота в стали высокое и составляет 0,0067-0,0069%, т.е. при нагревании металлолома весь уголь не сгорает и усваивается ванной после слива чугуна, т.е. не обеспечивается интенсивное и стабильное горение топлива. Загрузка интенсификатора в таком количестве не обеспечивает повышение качества стали за счет снижения содержания азота.

При загрузке пенополистирола и тощего угля с соотношением размеров 0,4:1,0 и 1,9:1,0 содержание азота также высокое (плавки 6 и 7) соответственно 0,0068 и 0,0069%. В первом случае образующие поры в слое топлива малой величины и необходимая газопроницаемость слоя не обеспечивается. При большем размере частиц интенсификатора (1,9:1,0) поры образуются относительно большие и засыпаются мелкозернистым углем. Все это ухудшает условия сжигания топлива и часть угля усваивается ванной после слива чугуна.

Применение пенополистирола в количестве 40% от объема используемого угля, но с размерами 0,4:1,0 и 1,9:1,0 не приводит к созданию достаточной газопроницаемости слоя топлива и улучшению условий сжигания угля (плавки 16 и 17). В результате весь уголь не сгорает, а усваивается ванной. Содержание азота 0,0068-0,0069%.

Плавки 18 и 19 проведены с загрузкой пенополистирола в количестве 41% от обь- ема используемого угля. Такое количество материала, хотя и при оптимальных размерах пенополистирола относительно применяемого топлива, не приводит к улучшению сжигания слоя угля и полного его сгорания не достигается. Содержание азота в стали 0,0067-0,0068%.

Плавки 8-15 проведены в соответствии с предлагаемым способом. Объем загружаемого с топливом пенополистирола 20-40% от объема используемого угля. Средние размеры частиц пенополистирола и угля находятся в отношении (0,5-1,8):. В результате создания оптимальной газопроницаемости слоя сжигаемого угля последний полностью сгорает и усваивается ванной после слива чугуна. Содержание азота на этих плавках 0,0056-0,0060%, что ниже, чем на плавках по известному способу и в других примерах.

Анализ таблицы показывает, что использование способа выплавки стали обеспечивает стабильное и полное сжигание

топлива в газопроницаемом слое. В результате при одном и том же количестве топлива и длительности периода нагрева содержание азота на плавках, проведенных по предлагаемому способу, на 0,00070-0,00075% ниже по сравнению с известным. Изобретение позволяет повысить качество стали.

Формула изобретения Способ выплавки стали в конвертере, включающий загрузку лома в агрегат, нагрев его сжиганием углеродсодержашего

топлива, заливку чугуна, продувку расплава кислородом, отличающийся тем, что, с целью повышения качества стали за счет снижения содержания азота в металле, в ванну дополнительно вводят отходы на основе полистирола, предпочтительнее пено- полистирол, в количестве 20-40% от объема загружаемого топлива, а в качествеуглерод- содержащего топлива используют тощие угли, при этом отходы полистирола и уголь вводят в смеси при соотношении размеров частиц (0,5-1,8): 1.

Использование: в черной металлургии, а именно в кислородно-конвертерных способах производства стали, Сущность изобретения: в ванну загружают металлолом, нагревают его сжиганием углеродсодержа- щего топлива и заливают чугун. Дополнительно вводят отходы на основе полистирола, предпочтительнее пенополи- стирол, в количестве 20-40% от объема загружаемого топлива. В качестве углерод- содержащего топлива используют тощие угли. Отходы полистирола и уголь вводят при соосношении размеров их частиц (0,5- 1,8):1. 1 табл.