Технологическая линия получения стали Советский патент 1992 года по МПК C21C5/28 C21C5/56 

Изобретение относится к металлургии черных металлов и может быть использовано при выплавке углеродистой и легированной сталей, как непрерывным процессом, так и периодическим (традиционным) способом - в кислородных конвертерах, электродуговых и подовых печах.

Известна технологическая линия производства стали, включающая доменную печь, миксер для чугуна, установку его десульфурации, кислородный конвертер, шлакопла- вильную печь, ковш для раскисления, легирования и внепечной обрг.ботки стали жидким синтетическим шлаком, установку доводки плавки в ковше и маиину непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). 1.

Линия предусматривает внепечную обработку стали, шлаком, полученным в ковше

перед сливом металла путем раскисления конверторного шлака алюминием.

Однако реализация получения стали на данной линии связана со значительным расходом шлакообразующих и рафинирующих материалов (магний, известь, плавиковый шпат, и т.д.) для выплавки и внепечной обработки чугуна и стали. Кроме того, выход жидкой стали на линии сравнительно невысок из-за низкой эффективности раскисления шлака в ковше для обработки стали и невозможности качественной подготовки его для многократного использования на других стадиях(обработки чугуна, выплавки стали). Между тем. окислительный сталеплавильный шлак содержит более 70% полезных компонентов (оксидов железа, марганца, алюминия, кальция), а также меSJ VI

О OJ VI CJ

таллической фазы в виде корольков и скра- пин.

Наиболее близкой к изобретению по совокупности признаков и технической сущности является технологическая линия получения стали Дж.Эллиота, включающая последовательно расположенные доменную печь, миксер для чугуна, установки де- сульфации, предварительного окисления, обезуглероживания, доводки металла и машину непрерывного литья заготовок 2.

При этом предусматривается использование отработанного окислительного стале- плавильного шлака из аппаратов обезуглероживания для рафинирования расплава от кремния, марганца и фосфора в окислительных аппаратах. Наличие такой технологической цепочки способствует повышению сквозного выхода железа на данной линии, и, соответственно, жидкой стали, сокращению расхода шлакообразую- щих материалов.

Недостатком данной технологической линии является то обстоятельство, что высокожелезистые шлаки из окислительных аппаратов идут в отвал. Линия не обеспечивает возможность рафинирования, подогрева, миксерования шлаков, их повторного использования на других стадиях процесса, например, при десульфации высокоуглеродистых расплавов. В аппаратах десульфации используются дефицитные рафинирующие присадки магния, цианамида кальция и т.п. Довольно значителен расход извести и в окислительных аппаратах.

Таким образом известная технологическая линия не обеспечивает многократное использование сталеплавильного шлака при выплавке и внепечной обработке чугуна и стали, что снижает суммарный выход жидкой стали и приводит к увеличению расхода шлакообразующих и рафинирующих материалов.

Цель изобретения - повышение выхода жидкой стали и сокращения расхода шлакообразующих и других материалов.

Указанная цель достигается тем, что в технологическую линию получения стали, содержащую доменную печь, миксер для чугуна, установки десульфурации, предварительного окисления, обезуглероживания, доводки металла и машину непрерывного литья заготовок, дополнительно вводят шлаковый миксер для нагрева, усреднения и окислительного рафинирования и шлаковый реактор для восстановительного рафинирования сталеплавильного шлака, расположенные между установками обезуглероживания и доводки металла.

Таким образом, описываемая технологическая линия отличается от известных наличием шлаковых миксера и реактора, позволяющих осуществлять накопление и

подготовку к многократному использованию отработанных жидких сталеплавильных шлаков на стадиях выплавки и внепечной обработки железоуглеродистых расплавов. При этом решаются задачи су0 щественного повышения выхода жидкой стали и сокращения расхода шлакообразующих и рафинирующих материалов за счет сведения к минимуму потерь железа с отвальными шлаками и резкого сокращения

5 количества последних.

Дополнительное введение в технологическую линию шлаковых миксера и реактора позволяет за счет многократного использования сталеплавильного шлака повысить

0 выход жидкой стали на 5% и снизить суммарный расход шлакообразующих и рафинирующих материалов с 8,0 до 2,59% от массы стали (табл.). При этом расход извести уменьшается с 7,0 до 1,8%, боксита с 0,5

5 до 0,36%, карбида кальция от 0,5 до 0%. На заявляемой линии расход плавикового шпата, кокса и алюминия, весьма невелик и составляет соответственно 0,23; 0; 1; 0,1 (суммарно 0,43%) от массы стали (табл.).

0 На чертеже показана технологическая линия получения стали, работающая практически в замкнутом по сталеплавильному шлаку цикле.

Чугун из доменных печей 1 подают в

5 миксер 2 чугуна и далее в печь 3 плавления скрапа, подогреваемого до 900-1100°С в печах 4. Расплав, содержащий 2-2,5% углерода, десульфурируют в аппаратах десульфурации 5 сталеплавильным шлаком.

0 подаваемым из шлакового миксера, после чего через буферный металлоприемник 6 заливают в окислительные аппараты 7. В них производят форфришевание расплава (окисление кремния, марганца, фосфора и.

5 частично, углерода) путем продувки кислородом с подачей извести и сталеплавильного шлака из шлакового миксера 10. Затем полупродукт через металлоприемник 8 подается в аппараты обезуглероживания 9, а

0 шлаки из аппаратов 5, 7, 9 и металлоприем- ника доводки 12 направляются в шлаковый миксер 10. В нем сталеплавильный шлак нагревается газокислородными или плазменными горелками,усредняется по соста5 ву и температуре за счет перемешивания отходящими газами погружных горелок или путем продувки через донные фурмы, а также корректируется по составу присадками извести, боксита, плавикового шпата и других материалов. Одновременно удаляются в

газовую фазу сера, и, частично, фосфор. Подготовленный в миксере 10 сталеплавильный шлак подается в аппараты десуль- фурации 5, окислительный 7 и обезуглероживания 9, а также з шлаковый реактор 11. В реакторе синтезируется рафинировочный (синтезированный шлак) путем восстановления оксидов железа, марганца, фосфора и частично кремния с вводом рафинирующих присадок извести, плавикового шпата и-других реагентов. Из реактора периодически выпускается попутный Fe-P сплав. На желобе перед металлоприемни- ком доводки 12 и в самом металлорприем- никеметаллическийрасплав

обрабатывается раскислителями, легирующими и модификаторами, а также аргоном и жидким синтезированным шлаком, полученным в реакторе 11. При этом готовая сталь окончательно рафинируется от серы и докристаллизациоиных неметаллических включений.

Разливка производится на МНЛЗ 13, при этом синтезированный в реакторе шлак подается в промковши и кристаллизатор с вводом необходимых присадок в процессе подачи его из реактора к МНЛЗ.

Регенерация шлака в шлаковом миксере после использования в аппаратах де- сульфации,окислительноми

обезуглероживания, а также в металлопри- емнике доводки с последующим возвращением его для выплавки и впечной обработки железоуглеродистых расплавов (кругооборот шлака) способствует значительному снижению потерь полезных компонентов со шлаками, повышению выхода жидкой стали и сокращению расхода шлакообразующих рафинирующих материалов. При этом для некоторого обновления шлака и предотвращения в ряде случаев накопления в нем оксидов фосфора и кремния часть его направляют в отвал.

Размещение шлакового миксера и шлакового реактора наиболее целесообразно между аппаратами обезуглероживания и установками доводки металла. Это связано с тем, что образующиеся в этих агрегатах (поз. 9 и 12, фиг. 1) высокоосновный сталеплавильный шлак с низким содержанием Si02 после регенерации наиболее пригоден для повторного использования в аппаратах 5, 7, 9 и 12 для десульфурации и наведения нового шлака. Использование повторно шлаков из аппаратов десульфурации и окислительных ограничено из-за повышенного содержания в них двуокиси кремния, т.к. в процессе обработки высокоуглеродистого расплава протекает его десиликонизация.

Шлаковый реактор должен быть расположен вблизи шлакового миксера для снижения тепловых потерь и соответственно расхода алюминия, необходимого не только

для восстановления оксидов, но и для повышения температуры шлака в ходе экзотермической реакции. При этом часть алюминия может быть заменена коксом. Таким образом, расположение шлакового миксера и шлакового реактора между аппаратами обезуглероживания и металло- приемником доводки связано с тем, что именно из этих устройств поступает большая часть шлаков для их регенерации. Использование этих шлаков способствует повышению выхода жидкой стали и снижение расхода шлакообразующих и других материалов.

С другой стороны, нельзя полностью отказываться от повторного использования шлаков, образующих при десульфации и форфришевании высокоуглеродистого расплава, поскольку они содержат оксиды железа и марганца, металлическую фазу, а

также дефицитный плавиковый шпат. Соотношение масс шлаков, поступающих из отдельных агрегатов выбирают, исходя из решения задач повышения выхода жидкой стали и снижения расхода материалов.

Представленная в материалах заявки

таблица позволяет сравнить расход таких материалов, как известь и боксит в обеих технологических линиях (заявленной и прототипа), состоящих из одинаковых агрегатов, за исключением дополнительно введенных шлаковых миксера и реактора, по четырем выбранным операциям, осуществляемым в установках десульфурации (а), окислительном (б), обезуглероживании (в) и

в доводки металла (г).

Может использоваться дефицитный плавиковый шпат на двух операциях, однако его суммарное количество весьма неве- леко и составляет в приведенном примере

0,23% от массы стали (табл.). При этом в аппарате десульфурации вместо плавикового шпата может быть применен боксит.

В качестве рафинирующих материалов в описываемой технологической линии используют алюминий (отходы), кокс, а также другие восстановители, используемые в шлаковом реакторе для рафинирования шлака от фосфора, железа и марганца. В прототипе используют в аппаратах десульфурации такие материалы, как карбид кальция, магний, сода и др. Расходы рафинирующих материалов, как следует из таблицы, а в предложенном техническом решении в 2,5 раза ниже, чем в прототипе, и

составляют соответственно 0,2 (кокс и алюминий) и 0,5 (карбид кальция), %.

Приведенный пооперационный выход жидкой стали, а также приход (расход) железа и марганца в металл из шлака свидетельствует о том, что использование регенерированных шлаков в каждой из операционной способствует увеличению массы металла и выхода жидкой стали (табл.). Так, суммарно в заявленной линии приход железа и марганца из шлака составил 1,72 + 0,26 1,98% от массы стали, тогда как в прототипе эти элементы перешли в шлак в количестве 2,54 + 0,23 2,77% (табл.), за счет перераспределения их между металлом и шлаком, наведенным из свежих материалов.

Здесь принято, что из шлакового миксера в агрегаты 5, 7. 9 и 11 (фиг. 1) поступает шлак, в котором содержится 14% Fe и 5% Мд в виде оксидов, а также 5% металлической фазы (железо). Кроме того, принято, что из оксидов шлака на операциях А, б, в и г в металл переходит 70, О, О и 95% железа от общего его количества в шлаке. Железо металлической фазы шлака на всех операциях усваивается металлом на 80%. Соответственно переход марганца из его оксидов в металл на операциях а, б, в и г составил 50, О, 0 и 80%.

Повторное использование шлаков из аппарата обезуглероживания в окислитель- номаппараге в прототипе ограничено 2% от массы стали, поскольку из-за отсутствия ШЛГКОБЫХ миксера и реактора его рафинирование от серы и фосфора не производится, тогда как в заявляемой технологической линии его вводили в количестве 4-7% на всех операциях

Это способствовало повышению выхода жидкой стали на 4,75% и снижению расхода материалов с 8,0 до 2,59% (табл.). Приход железа и марганца в количестве

0,69 и 0,16% от массы стали соответственно при восстановительной регенерации шлака в реакторе для удобства сопоставления показателей отнесен к стадии (г).

Качество стали Зсп, полученной согласно изобретению, выше, чем по технологии, реализуемой в прототипе, что выражается в повышении на 25 - 40% пластических свойств и на 40-70% ударной вязкости (Ка +20°С) стали. Отмеченное улучшение

свойств связано с наличием шлакового миксера и шлакового реактора, в которых осуществляют глуковое рафинирование шлаков от вредных примесей, а затем при помощи регенерированных шлаков производят обработку стали.

Формула изобретения

Технологическая линия получения стали, содержащая последовательно расположенные доменную печь, миксер для чугуна, установки десульфуркции, предварительного окисления, обезуглероживания доводки металла и машину непрерывного литья заготовок, отличающаяся тем, что, с целью повышения выхода жидкой стали, сокращения расхода шлакообразующих и других материалов, она дополнительно снабжена шлаковым миксером для нагрева, усреднеимя и окислительного рафинирования сталеплавильного шлака и шлаковым реактором для восстановительного рафинирования последнего,, расположенными между установками обезуглероживания и

доводки металла.

Расходыматериалов, используемых в аппаратах десульфурации (а), окислительных (6), обезуглероживания (в), иеталлоприемнике доводки (г) и показатели, характеризующие выход жидкой стали Зсп при ее получении на заявляемой технологической линии (числитель) и согласно прототипа (знаменатель) Количество материалов, % массы стали

Использование: металлургия черных металлов при выплавке стали как непрерывным процессом так и периодическим способом в кислородных конвертерах, электроду- говых и подовых печах. Сущность изобретения: технологическая линия включает последовательно расположенные доменную печь, миксер для .чугуна, аппараты десульфурации, окислительные аппараты и аппараты обезуглероживания, металлопри- емник доводки и машину непрерывного литья заготовок. Линия содержит шлаковый миксер для нагрева, усреднения и окислительного рафинирования сталеплавильного шлака, а также шлаковый реактор для восстановительного рафинирования последнего, расположенные между аппаратами обезуглероживания и металлоприемником доводки. 1 ил. 1 табл.

принято, что снижение массы металлической ванны за счет окисления углерода и кремния, а также угара железа и выноса его с отходящими газами одинаково в заявленной линии и в прототипе

г

-Ч Ч

Г

I