Способ подвода тепловой энергии в расплав железа или сплава и контейнер для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК C21C5/28 C21C5/38 

Ё

Использование: в черной металлургии, в способах подвода тепловой энергии в расплав железа или сплава. Сущность изобретения: в расплав железа или сплава подают загруженный в выполненные из стального листа газопроницаемые контейнеры углерод, сверху загружают твердую металло- шихту, преимущественно стальной скрап, который удерживает контейнеры под уровнем расплава. Затем продувают расплав кислородом. Контейнеры с углеродом и твердую металлошихту предварительно нагревают отходящими из металлургической емкости газами, содержащими СО, которые дожигают перед подачей в подогреватель. Контейнер выполнен в виде трубообразно- го элемента с концами, закрытыми газопроницаемым материалом. 2 с. и 2 э. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к черной металлургии

Задачей изобретения является повышение подвода тепла в расплав и расплавление более высокой доли твердых металлических материалов, в частности твердых железосодержащих материалов.

Вводимый в тигель для подвода тепловой энергии углерод должен, по возможности, полностью раствориться в ванне, т. е. превратиться в Рез С, чтобы посредством кислородного дутья в расплав через форсунки, расположенные под зеркалом ванны или направленные на поверхность ванны, достичь непосредственного превращения энергии в ванне и лучшего использования угля. Растворение углерода в ванне зависит, наряду с прочим, от содержания углерода в расплаве, от температуры ванны, температуры угля, внесенного в расплав, а также от продолжительности контакта угля с расплавом.

Если в расплав стали через форсунки под зеркалом ванны вдувается вместе с несущим газом холодный уголь, то даже при высокой температуре и низком содержании углерода в расплаве, т. е. при условиях, наиболее благоприятных для быстрого раство- рения углерода, в соответствии с диаграммой железо-кислород, растворится только часть вдуваемого углерода. Это происходит потому, что углерод, ускоряемый несущим газом, подается наверх и в течение короткого времени пребывания в ванне в зоне потока углерода создается сильное местное охлаждение ванны и в этом месте повышается содержание углерода, т. е. в зоне потока углерода-его растворимость умень00

ю ел

СА)

4j

ю

ы

шлется. В результате значительная часть угля покидает ванну без реакции с железом.

В способе согласно изобретению углерод, который находится в металлических контейнерах, загружаемых в тигель, приходит в контакт с расплавом не сразу, а лишь после расплавления контейнера. Выбором материала и его толщины можно регулировать время к которому, после начала кислородного дутья, углерод вступает в контакт с расплавом. Таким образом создается условие для хорошей растворимости углерода в расплаве. Одновременно, до того как металлический контейнер совершенно расплавится, углерод в контейнере нагревается примерно до температуры плавления его металлической оболочки, так что он ко времени вступления в контакт с расплавом в требуемых для растворения условиях, нагревается примерно до температуры расплава и не влияет на изменение температуры в этом месте.

При растворении в ванне, например, стали это является существенным, т, к. теплоемкость угля при соответствующих температурах примерно вдвое выше, чем расплава стали.

Наконец, в способе согласно изобретению по сравнению с вдуванием угля время контакта угля с расплавом значительно увеличивается за счет времени, необходимого для расплавления контейнера, затем-в связи с тем, что устраняется подъем углерода вместе с газом,-куски или частицы угля, в данном случае, под тяжестью стального лома погружаются вниз и со дна тигля до поверхности требуется пройти длинный отрезок пути.

Когда уголь вступает в контакт с расплавом, следует обеспечить, чтобы он был обезвожен.

Если применяются плотно закрытые металлические контейнеры, они не должны содержать влажности.

При применении газопропускающих контейнеров, они перед погружением в расплав должны быть нагреты, чтобы по меньшей мере освободиться от водяного пара, возможно также и от других летучих состав- ляющих частиц, которые способствуют подъему углерода на поверхность ванны..

Они должны быть нагреты по меньшей мере до температуры выше 100°С.

Этот предварительный нагрев может производиться в самом тигле, пока там отсутствует расплав, или в отдельном резервуаре, например в подогревателе шихты. При предварительном нагреве на высокие температуры внутри, или вне тигля, расплав

металла получается не только тепло химического превращения твердого углерода, но и ощутимое дополнительное тепло, что особенно выгодно в связи с высокой специфической теплоемкостью угля по сравнению с расплавом металла. Предпочтительно металлические контейнеры с углеродом перед внесением в тигель нагревать в подогревателе шихты, через который пропускаются

0 горячие газообразные отходы из тигля во время идущего перед этим процесса плавления.

Необходимо, чтобы контейнеры при загрузке не попадали непосредственно под

5 струю кислорода, иначе они могут расплавиться раньше времени.

Особенно надо быть внимательным при расположении форсунок под подверхно- стью ванны. Поэтому при использовании

0 конвертера с донным дутьем, форсунки кислородного дутья следует располагать или задействовать с одной стороны, а металлические контейнеры с углеродом загружать в места, не доступные прямому воздействию

5 струи кислорода.

Поскольку выбор материала и его толщины для металлического контейнера позволяет регулировать время, к которому после начала кислородного дутья углерод

0 вступает в контакт с расплавом, может ока: заться выгодным при одновременной загрузке вводить в действие контейнеры из материалов с различными температурами плавления, как например, сталь с различ5 ным содержанием углерода, различной тол- щины и, в случае необходимости, различного размера, чтобы процесс растворения угля в расплаве происходил желательным образом.

0Способ подвода тепловой энергии в

расплаве металла при соблюдении указанных условий можно применять в качестве одноступенчатого, или многоступенчатого процесса в Л-Д конвертерах (способ Линц5 Донавиц), конвертерах с донным дутьем, в мартеновском процессе, в дуговой печи или других плавильных агрегатах с кислородным дутьем в расплаве металла. Особенно пригоден, он, однако, для применения в так

0 называемом EOF процессе.

На фиг. 1 схематически изображен тигель с подогревателем шихты, продольный разрез; на фиг. 2 - металлический контейнер, содержащий углерод.

5 В тигель 1 с расположенным над ним подогревателем 2 шихты помещается расплав железа 3. Под поверхностью 4 в нижней части тигля расположены форсунка кислородного дутья 5 и форсунка 6 для вдувания с помощью несущего газа твердых

материалов, таких как порошкообразный уголь или присадки.

Над зеркалом ванны расположена форсунка 7 для вдувания подогретого в смесителе тепла 8 воздуха, который подводится по кольцевому трубопроводу 9, и для вдувания кислорода, могущего подводиться по кольцевому трубопроводу 10. Кроме того, над зеркалом ванны предусмотрена еще горелка 11. На дне тигля находится задвижка 12 для выпуска жидкого металла.

Подогреватель 2 шихты устроен в виде резервуара, который сверху закрывается крышкой 13, передвигающейся в горизонтальном направлении.

Колосниками 14-16 резервуар разделен на три подогревающих отсека 17-19. Колосники могут передвигаться механизмом управления между закрытой позицией, в которой они вдаются внутрь резервуара (фиг. 1) и открытой позицией, в которой они вытянуты из резервуара.

В подогревающие отсеки вводится загружаемый материал 20 и нагревается газо- образными отходами из тигля, как обозначено стрелкой 21. Загружаемый ма териал 20 в основном состоит из подлежащих расплаву твердых железосодержащих материалов таких, как например, стальной лом. Под этим твердым железосодержащим материалом находятся в отдельных подогревающих отсеках стальные контейнеры 22, наполненные углем,

На фиг. 2 показан разрез металлического контейнера в увеличенном виде, где стальная оболочка 23. а содержимое 24, состоящее, в основном, из гранулированного угля. Подобные элементы могут изготавливаться, например, таким путем, что наполняют стальную трубу гранулированным углем, который, в данных условиях смешивается с органическим связующим средством, таким как смола, или меласса, и сдавливается; труба разрезается на стальные контейнеры требуемой длины, наполненные углеродом. Концы трубы закрываются газопроницаемым материалом, чтобы путем нагревания вывести из угольного брикета в оболочке газы и, в особенности, ликвидировать влажность.

В данных условиях требуется, в частности, предусмотреть возможность вывода из стальной оболочки газа.

Угольные брикеты могут содержать в оболочке также легирующие присадки, как например ферросилиций.

В качестве примера описывается протекание процесса в устройстве, изображенном на фиг. 1.

После выпуска из тигля образованной там стальной плавки при температуре около 1670°С тигель 1 заполняется жидким чугуном при 1250°С с содержанием углерода

4%. Затем, посредством вытягивания колос никое 14 содержимое нижнего подогревающего отсека загружается в тигель, причем благодаря сужению между подогревателем шихты и тиглем шихта в середине тигля на0 капливается в форме конуса. Стальные контейнеры, наполненные гранулированным углем, погружаются лежащими над ними железосодержащими материалами в рагс- плав чугуна, который вытесняется до краев

5 тигля, так что форсунки кислородногЪ дутья закрываются расплавом. Шихтя из подогревающего отсека 17 была подогрета предыдущим процессом плавки до температуры выше 850°С.

0После ввода колосников 14 обратно

один за другим выводятся и вводятся колосники 15 и 16, чтобы переместить шихту из подогревательных отсеков 18 и 19 в нижний отсек 17.

Г Затем после открытия крышки 13 в верхний подогревательный отсек 19 загружается содержимое завалочного короба, в котором, под твердым железосодержащим материалом находятся стальные контейне0 ры 22. внесенные в отсек перед загрузкой шихты. После закрытия крышки 13 етсл кислородное дутье через форсунки 5 в нижней части ванны. За счет сжиглния углерода,-растворенного в расплаве чугуна, под5 нимается температура расплава и в нем снижается содержание углерода. При этом нагреваются соответственно находящиеся в контакте или вступающие в контакт с расплавом чугуна стальные контейнеры. При0 мерно при температуре около 1530°С плавится стальная оболочка контейнера 22 и твердый уголь растворяется в ванне. Растворение происходит в результате высокой температуры и небольшого содержания уг5 лерода в ванне очень быстро. Поскольку вступающий в контакт с расплавом уголь уже во время подогрева в подогревателе шихты был освобожден от газов и погружен в расплав находящимся сверху железосо0 держащим материалом, то в связи с высокой скоростью растворения углерода и относительно длинным отрезком пути со дна до зеркала ванны, отсутствует опасность, что углерод поднимается на поверхность рас5 плава неиспользованным.

Выходящие из расплава ванны газовые отходы, содержащие СО, при помощи подогретого воздуха, подведенного через форсунки 7, который может быть обогащен кислородом, сжигаются, чтобы быть полностью использованными для процесса передачи энергии, содержащейся в топливе. Горячие газообразные отходы нагревают шихту в отсеках подогревателя до температуры выше 850вС. После выхода из смесителя тепла 8 температура отходящих газов не превышает 200 °С.

Через форсунки 6 твердых материалов во время кислородного дутья для краткосрочного подъема температуры или коррек- ции анализа могут быть введены

.дополнительные твердые материалы, как, ±1апример пылевидный уголь. Для подвода пополнительной тепловой энергии могут служить горелки 11.

.„ Формула изобретения

газопроницаемые контейнеры, которые подают в расплав, после чего сверху загружают твердую металлошихту, удерживающую контейнеры под уровнем расплава, и затем продувают расплав кислородом.

через который пропускают горячие, отходящие из металлургической емкости газы.

их в подогреватель.

виде трубообразного элемента, концы которого закрыты газопроницаемым материалом.