Способ нагрева и плавления твердой металлошихты в конвертере с комбинированным кислородно-топливным дутьем Советский патент 1993 года по МПК C21C5/28 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к выплавке стали в конвертерах с расходом металлического лома вплоть до 100%.

Целью изобретения является сокращение продолжительности процесса плавления металлолома, снижение расхода.

Это достигается тем, что нагрев металлолома производят после окончания послойной загрузки всего твердого топлива и металлошихты путем вдувания в объем конвертера через донные фурмы, нагретого до 900-1300°С кислорода. При этом способе газообразное топливо расходуется только на защиту фурм-горелок, как охладитель, а

послойная загрузка твердого топлива и металлошихты производится порциями по 25- 30% от общей массы их загрузки в конвертер.

Нагретый кислород при соприкосновении с твердым топливом вызывает активное горение топлива и нагрев металлошихты. Известно, что температура возгорания топлива зависит от его характеристик. Так угли с высоким содержанием летучих (газовые) имеют температуру возгорания 500-600°С. другие более высокую (антрацит - 700- 750°С).

При послойной загрузке топлива и шихты для возгорания твердого топлива сразу в

09 Ю 4 СО 09

Оч

несколько или всех порциях (слоях) необходимо иметь температуру кислорода, подава- емого в объем конвертера выше температуры возгорания топлива с учетом потерь тепла при прохождении через слои шихты в конвертере. Поэтому, если используется твердое топливо с температурой возгорания 500-600°С, кислород подают в конвертер 900-1000°С при использовании топлива с температурой возгорания 700- 750°С, кислород подают нагретым до 1100- 1300°С.

Согласно данным а,с. № 1341210(прото- тип) порционный нагрев шихты производится подачей кислорода и природного газа сверху и снизу. Кислорода подается на 45% больше стехиометрического. После сгорания природного газа в объеме конвертера образуются газы с содержанием кислорода не более 20% {в примере прототипа - 18% кислорода в газах после сгорания природного газа в процессе нагрева металлолома).

Такое количество кислорода в объеме конвертера не обеспечивает активное горение твердого топлива и соответственно эффективное использование этого топлива.

Использование в предлагаемом варианте природного газа, только на защиту донных фурм-горелок определяет необходимость удельного расхода твердого топлива значительно больше (примерно в 2 раза), чем в примере прототипа и следовательно для активного горения такого топлива, нагрева и расплавления металлолома необходимо значительное количество нагретого кислорода в объеме конвертера.

После сгорания природного газа, который подается для защиты фурм-горелок в объеме конвертера образуется смесь газов с содержанием кислорода 60% от общего количества с высокой температурой, что обеспечивает эффективное горение твердого топлива.

Непрерывный нагрев, после загрузки послойно твердого топлива и металлолома, обеспечивает значительно более высокий коэффициент использования тепла, так как твердое топливо нижней (донной) части загорается в первую очередь и горячие продукты горения отдают тепло верхним слоям металлошихты, кроме этого кислород, соприкасаясь с металлоломом, также передает часть своего тепла металлолому,

Граничные пределы порций твердого топлива и металлолома определены экспериментальным путем, При увеливении веса порций более 30% время до зажигания твердого топлива второй порции несколько увеличивается и продолжительность процесса нагрева увеличивается. Снижение веса порций топлива и металлолома ниже 25% от общего веса снижает эффект нагрева из- за сокращения количества топлива в слое и снижения концентрации теплового потока,

а также из-за увеличения времени до зажигания топлива в верхнем слое.

Количество металлошихты и твердого топлива в граничных пределах зависит от состава шихты и емкости конвертера. При

тяжеловесной шихте (2,5 т/м3) и емкости конвертера более 100 тонн порции топлива и металлошихты составляют 25-30% от общего их веса, При загрузке металлолома с удельным весом менее 2,0 т/м3 и объеме

5 конвертера менее 100 тонн - 30-35%.

Таким образом, предлагаемый способ нагрева твердой металлошихты в конвертере с повышенным расходом лома предусматривает сокращение времени нагрева

0 лома в объеме конвертера. Быстрое возгорание твердого топлива и интенсивное горение его во всем объеме конвертера в течение всего времени подачи нагретого кислорода обеспечивает, как показали опы5 Ты, в 10-тонном конвертере, сокращение времени нагрева и плавления шихты до 18- 20 мин, что приводит к снижению продолжительности плавки в конвертере на 4-5 мин и, следовательно, увеличению производи0 тельности конвертера на 10% по сравнению с технологией прототипа. Предлагаемый способ нагрева металлолома в конвертере предусматривает значительное снижение расхода дефицитного газообразного и/или

5 жидкого топлива, так как в данном случае через кольцевые зазоры подается небольшое количество такого топлива только для охлаждения каналов фурм-горелок. При необходимости (отсутствие газообразного

0 и/или жидкого топлива) через кольцевой зазор для охлаждения фурм можно подавать нейтральный газ или пар.

Приведенные опыты подтверждают, что в предлагаемом техническом решении ос5 новным энергетическим источником является твердое кусковое топливо, которое загружается в конвертер порциями послойно с металлошихтой.

Пример1.В конвертер емкостью 10

0 т, оборудованный тремя донными газокислородными фурмами-горелками, загружали 9 т металлолома, 1,2 т угля марки Д. Уголь загружается с шихтой послойно порциями соответственно по 0,4 и 3,0 т. После окончэ5 ния загрузки всей шихты тремя слоями через донные фурмы-горелки в объем конвертера подается кислород, нагретый до 900°С в количестве 30 м /мин, и природный газ 3 м /мин для охлаждения стенок фурм- горелок. В процессе соприкосновения кислорода с углем начинается во всем объеме конвертера горение последнего и происходит интенсивный нагрев шихты. Для дожигания СО, образующегося в процессе горения угля, в объем конвертера через верхнюю фурму подавали 10 м /мин ненагретого кислорода. После 10 мин нагрева через верхнюю фурму увеличивали подачу кислорода до 18 м /мин для расплавления лома железа. Продолжительность расплавления - 10 мин, Температура жидкого металла после расплавления 1620°С. Химический состав металла: С 0,06%; Мп 0,7%; SI 0,02%; S 0,031%; Р 0,008%. Содержание Ре(общ.) в шлаке 21,8%.

Пример 2. В опытно-промышленный десятитонный конвертер с комбинированным газокислородным дутьем, оборудован- ным верхней фурмой и донными фурмами-горелками, по которым подается в объем конвертера кислород 25 м /мин и природный газ 3 м /мин, загружали 10 т металлолома, 1 т кускового угля марки АШ. На дно конвертера загружали уголь (0,3 т и порцию лома (3,5 т). На вторую порцию металлолома загружали уголь (0,3 т), а затем последнюю порцию лома (3,0 т). Нагрев металлолома начинали после окончания загрузки всей шихты, подачей в объем конвертера кислорода, нагретого до 1050°С (температура возгорания угля АШ - 750°С), В процессе горения угля через верхнюю фурму подавали нагретый кислород для дожигания окиси углерода. Нагрев продолжался 10 мин, после этого, не снижая расхода кислорода через донные фурмы-горелки, увеличивали подачу кислорода через верхнюю фурму до 16 м /мин. В это время в течение 10 мин происходило интенсивное расплавление металлолома. Температура жидкого металла после окончания расплавления 1650°С. Химический состав жидкого металла С 0,05%; Мп 0,07%; Si 0,01%; S 0,023%; Р 0,009%. Содержание Ре(общ.) в шлаке 18,8%.

Примерз. В конвертер емкостью 10 т, оборудованный донными фурмами как и в примерах 1-2, загружали шихту (металлолом и уголь-антрацит кусок) в количествах и

в такой последовательности как в примере 2. После окончания загрузки шихты объем конвертера с расходом 28 м3/мин подавали кислород, нагретый до 1300°С. Нагревших- ты продолжали 9 мин, а затем увеличивали кислород через верхнюю фурму до 18 м /мин к проводили расплавление шихты в течение 10 мин. Температура жидкого металла после окончания расплавления

1650°С. Химический состав С 0,03%; Мп 0,05%; Si 0,01%; 50,032%, Р 0,007%. Содержание Ре(общ.) в шлаке 29,5%.

Промышленное использование способа нагрева твердой металлошихты с использованием твердого топлива и нагретого до 900-1300°С кислорода обеспечит сокращение продолжительности плавки на 4-5 минут и, следовательно, увеличение производительности конвертера на 10%,

снижение расхода природного газа на 60%. При производстве 1000000 т стали по предложенной технологии дополнительно будет получено 100000 т стали.

Формула изобретения

1. Способ нагрева и плавления твердой металлошихты в конвертере с комбинированным кислородно-топливным дутьем, включающий послойную загрузку металлолома и твердого энергоносителя, нагрев и

расплавление металлошихты путем подачи кислорода и газообразного топлива через фурмы-горелки, отличающийся тем, что, с целью уменьшения продолжительности процесса плавления, сокращения расхода топлива, нагрев металлолома производят после загрузки всей массы твердого энергоносителя и металлошихты, а кислород подают через донные фурмы нагретым до 900-1300°С.

2. Способ по п. 1,отличающийся

тем. что газообразное топливо подают в количестве, обеспечивающем защиту фурм-горелок,

3. Способ по пп.1 и 2, от л и ч а ю щ и й- с я тем, что твердый энергоноситель и ме- таллошихту послойно загружают порциями по 25-35% от общей массы их загрузки в конвертер.

Использование: в черной металлургии и, в частности, при выплавке стали в конвертерах с повышенным расходом металлического лома. Сущность изобретения: нагрев твердой металлошихты в конвертере с комбинированным кислородно-топливным дутьем включает загрузку, нагрев металлошихты, шлакообразующих, твердого топлива подачей кислорода газообразного топлива с последующим расплавлением и рафинированием металла. Металлолом и твердый энергоноситель послойно загружают в конвертер. После загрузки всей шихты вдувают в объем конвертера через донные фурмы нагретый до 900-1300°С кислород. Газообразное топливо используют для охлаждения фурм-горелок. Энергоноситель и металлошихту загружают порциями по 25-35% от общей массы. 2 з.п.-ф-лы.