Способ предотвращения выбросов при производстве стали в кислородном конвертере

(59 С 21 С 5 32 НИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ НОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(711 Сибирский ордена ТрудовогоКрасного Знамени металлургическийинститут им. Серго Орджоникидзе(56) 1. Патент Японии М 52-26488кл. С 21 С 5/28, опублик 1977.2. Патент США В 4210742,кл. С 21 С 5/32, опублик. 1980.3. Баптизманский В,И, Теориякислородно-конвертерного процесса,М.;,"Металлургия", 1975, с,138,(54) (57) СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ВЫБРО СОВ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СТАЛИ В КИСЛОРОДНОМ КОНВЕРТЕРЕ, включающий осаживание вспененной газошлакометаллической эмульсии струями газа,о т л ич а ю щ и й с я тем, что, сцелью пред- отвращения выбросов без изменения режима продувки кислородом, осаживание эмульсии осуществляют в момент прохождения ее верхнего слоя уровня ста левыпускного отверстия смесью инертного газа с топливом и воздухом в соотношении 4,5;1:7 при одновременной продувке расплава окислительным газом, причем расход смеси составляет 10-15 от расхода окислительного газа.Изобретение относится к чернойметаллургии, в частности к производству стали, и может быть использовано для управления ходом продувки вкислородном конвертере для предотвращения выбросов и переливон обра- ,5зующейся газошлакометаллическойэмульсии.В процессах производства стали вметаллургических агрегатах наиболееважны реакции окисления примесей, 10растворенных в расплавленной железной ванне - в первую очередь кремния,марганца, углерода, фосфора и серы.Рафинирование металла от этих элементов обеспечивается кислородом, 15поступающим в ванну из ашановой Фазы.Очищение металла от серы и фосфораосуществляется их переводом из металла н шлак, который должен бытьсоотнетствующего химического состана и физических свойств.Для наведения активного высокоосновного шлака кислородная фурма нначале продувки находится в высокомположении. После наведения шлакафурма переводится н рабочее положение, а образующаяся шлакометаллическая эмульсия вспенивается в результате протекания в ней реакции обезуглероживания металлических капельпопадающих в шлак из зоны взаимодействия кислородной струи с металлом.По мере вспенивания шлакометалличес.кой эмульсии ее верхний слой можетдостигнуть уровня сталевыпускногоотверстия и превысить его, что соответстнует предвыбросной ситуации.Известен способ осаждения вспенен.ного шлака в процессе продувки вкислородном конвертере пуем вводав ванну специальных флюсов, содержащих 20-50 органических компонентови 30-70 огнеупорного материала,смешанных со связующим, добавляемым,в количестве 10 Ц,Недостатком укаэанного способаявляется необходимость подготовкиФлюсов, малая скорость их осаждающе.го действия на шлак, снижение содержания закиси железа в шлаке из-зарасходования ее на реакцию горенияорганических материалов. 50Известен также способ предотвращения выброса эмульсии из конвертера,заключающийся н замене части кислорода (5-30),идущего на продувку,аргоном 2. 55Недостатками этого способа являются увеличение длительности плавки из-за уменьшения количества вдуваемого кислорода и снижение окисленности шлака, что является нежелатель" 60 ным особенно при фосфористом переделе чугунов.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является способ предот вращения выбросов при производстве стали в кислородном конвертере, включающий осажинание вспененной газошлакометаллической эмульсии струями газа.При чрезмерном вспенивании шлака фурму кратковременно поднимают выше уровня вспененной ваннь 1 и струями кислорода осаживают пену 131 .Основным недостатком известного способа является резкое замедление процесса поступления кислорода в объ ем металла, связанное с подъемом формы выше уровня вспененной ванны. Б связи с этим уменьшается скорость реакции обезуглероживания и нагрев ванны, что приводит к увеличению длительности продувки. Кроме того, в шлак прекращается поступление металлических капель, что замедляет массообменные процессы в эмульсии, в частности окисление фосФора.Кроме того, недостатком известного способа является возможное переокисление шлака, поскольку осаживание пены происходит с помощью кислородных струй, в результате чего после перевода фурмы в рабочее положение и попадания корольков в шлак последний может чрезмерно вспениться, что приведет к выбросам.В связи с этим применять известный способ можно практически только н конце продувки ванны кислородом перед повалкой конвертера.Для более полного протекания реакций между металлом и шлаком, а также для уменьшения потерь металла с выносами и заметалливания фурмы ,желательно вести продувку на грани приближения сформированной шлакометаллической эмульсии к горловине конвертера, не допуская при этом ее выбросоа и переливов.Целью изобретения является предотвращение выбросов беэ изменения режима продувки кислородом.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу предотвращения выбросон при производстве стали в кислородном конвертере, включающему осаживание вспененной гаэометаллйческой эмульсии струями газа, осаживание эмульсии осуществляют в момент прохождения ее верхнего слоя уровня стаяевыпускного, отверстия смесью инертного газас топливом и воздухом в соотношении 4,5:1:7 при одновременной продувке расплава окислительным газом, причем расход смеси составляет 10-15 от расхода окислительного газа.Сущность изобретения заключается в следующем.процесс разрушения вспененной газошлакометаллической эмульсии начинается с верхних слоев, поэтому достаточно поверхностного воздействия струй инертного газа с топливом и воздухом.Использование инертного газа в смеси необходимо для механического " разрушения вспененной ванны при пре вышении ее уровня сталевыпускного отверстия. С целью компенсации тепла уносимого с отходящим инертным газом предлагается подавать топливо, а для его сгорания - соответственно воздух. При расчете количества топ лина учитывали потери тепла, уносимого с инертным газом, а также расход тепла на нагрев пены, при этом оценивали потери тепла, уносимого с продуктами сгорания и азотом воздуха. 15 Расход смеси, подаваемой на осаживание пены, должен составлять 10-15 от количества окислительного газа, поступаемого в ванну в единицу времени, что соответствует поверхностному внедрению струй смеси во вспененную газошлакометаллическую эмульсию.При расходе смеси меньше 10 наблюдается незначительное внедрение струй смеси во вспененную газошлако 25 металлическую эмульсию, происходит "поглажинание" пены, и ожидаемого эффекта не наблюдается. Увеличение расхода смеси выше 15 нецелесообразно, поскольку сильно увеличивается объем отходящих газов и затруд- няется работа системы газоочистки.Соотношение инертного газа, топлива и воздуха,в смеси должно быть как уже отмечалось 4,5:1:7, что по зволяет не только компенсировать тепло, уносимое с отходящим инертным газом, но и нагреть пену, поскольку нагревание способствует разрушению пены. .4Количество подаваемого топлива (4,5:1) выбирается исходя из условий компенсации тепла, уносимого с инерт. ным газом, согласно выражению 5П р и м е р. В лабораторныи кислоЪ,гродный конвертер емкостью 60 кг заваливали предварйтельно подогретыйлом в количестве 10 кг, заливаличугун (50 кг) содержащий,%: С 4,1 0 М 0,71,5 л 0,50, Р 0,15, Ь 0,30при 1400 С, и нели продувку кислоро одом, присаживая сыпучие по ходу продувки. Продувка осуществлялась черездвухярусную четырехсоплоную фурму 5 с соплами Лаваля (диаметр сопел1,0 мм), второй ярус сопел находился,на расстоянии 540 мм от первого.Интенсивность подачи кислорода составляла О, м /мин (3,3 мз/т мин),причем кислород подавался толькочерез нижний ярус сопел. СначалаФурма нахоцилась на высоте 45 калибров от уровня спокойного металла,после наводки активного жидкоподвижного шлака (через 2,5 мин) Фурмупереводили в рабочее положение (32калибра). На седьмой минуте продувкиприбор косвенного хода шлакообразования показал, что уровень вспененной газошлакометаллической эмульсиипревысил уровень сталевыпускногоотверстия - сразу начиналась подачачерез второй ярус, сопел кислороднойфурмы смеси аргона с принодным газоми ноздухом:расход аргона 0,008 м/минприродного газа - 0,0013 м/мин, воз 50 Оял (л-а) =(о(лсо,соо+ л н,оя,оф ),где С - теплоемкость инертного газа,кал/г, град;плотность инертного газа,,/ 3.Т - температура отходящего газа,К;Т - температура подаваемого газа, К;Мл - расход инертного газа,мз/с;Ч - расход топлива, м /с;Л о ч, - энтальпии составляющих топсоо, солина, кал/млобад о - состав продуктов горения топ.лина, м ф/м , 60а также расхода тепла на нагрев пеныи потери тепла, уносимого с продукта- .ми сгорания и азотом воздуха, Указан.ные потери трудно определить расчетным путем, поэтому была проведена , 65 серия экспериментов и выбрано оптимальное соотношение компонентов в смеси с учетом расчетных рекомендаций и лабораторных условий.Расход воздуха при этом выбирает. ся равным количеству, необходимому для сжигания подаваемого топлива(Ч) с коэффициентом избытка ф 1,05.Смесь инертного гаа с топливом и воздухом подается в момент превышения вспененной газошлакометаллической эмульсии урлэвня сталевыпускного отверстия. Подача осаждающей смеси осуществляется через второй ярус сопел кислородной фурмы, тогда как кислород подается непрерывно в течение всей продувки через нижний ярус сопел. Расстояние между ярусаМи сопел выбирается из расчета, что. бы верхний ярус сопел находился у среза горловины.Ограничение максимальной высоты слоя газошлакометаллической эмульсии уровнем сталевыпускного отверстия вызвано тем, что вышеего уровня резко уменьшается свободный объем конвертера (переход в коническую часть) который может вместить новые объемы. эмульсии,Продувка смесью инертного газа с топливом и воздухом продолжается до тех пор, пока уровень эмульсии не опустится ниже сталевыпус;кного отверстия, что может быть зафиксировано ,специальным датчиком косвенного конт-. роля хода шлакообразования.1090725 Расходсмеси,% Примечание Времяосажденияэмуль-,сии,с Опыт компенсировалось в полной мере уносимое с продуктами сгорания и инертным газом тепло), Уменьшение в смесидоли инертного газа ниже 4,5 ч.35 вызывало (при сохранении расходасмеси на уровне 10-15 рост колнчестваотходящих продуктов горения (за счетсгорания природного газа) В последнемслучае также наблюдалось выбивание40 отходящих газов из-под гаэоприемногоустройства.Регулирование вспенивания шлакапри производстве стали в кислородномконвертере позволило увеличить выходжидкой на 3,0, а также получитьвысокую степень дефосфорации и десульфурации металла (90 и 60 соответственно,Предложенный способ регулированияуровня, вспенивания шлака позволитпредупредить чрезмерное вспениваниеи исключить потери .металла с выбросами и переливами через горловинуконвертера. Продувка же металла подвспененным шлаком обеспечит высокуюскорость окислительных процессов,глубокое рафинирование металла отвредных примесей и уменьшит выноскапель металла и шлака, что в пересчете на годовое производство со 0 временного кислороднотконвертерного,цеха может дать экономический эффектдо 10 млн. руб.Тираж 540 Подписноевваве еюаааваеаав а еа авФаУжгород, ул. Проектная,4 6,0 33 8,1 21 10,0 15 12,2 14 Слабое осаждающее действие5 14,0 11 15,0 8 16,2 6 18,3 6 24,0 5 30,0 4 7. Выбивание дымовых газовиз-под газоотводящеготракта духа - 0,013 мф/мин, Смесь аргона сприродным газом и воздухом подаваласьв течение 6 с, в результате чегобыло полностью ликвидировано чрезмерное вспенивание шлака. Подача смесипрекращалась после сигнала приборакосвенного контроля хода шлакообраэо.вания о прохождении газошлакометаллической эмульсии уровня сталевы. пускного отверстия. В дальнейшемосуществляли обычную продувку ванны 10кислородом с проведением всех рафинированных процессов и процессовшлакообразования. Общая продолжительность продувки составляла 15,3 минЗатем производился раздельный слив 15металла и шлака, при этом получено56,6 кг металла с содержанием серы0,012, фосфора в ,0,018,По указанной методике были проведены опытные лабораторнЫе плайки,результаты которых представлены втаблице. Результаты лабораторных плавок показали, что увеличение расхода смеси выше рекомендованных значений (15) приводило к более быстрому 5 осаждению эмульсии ниже уровня сталевыпускного отверстия, но при этом наблюдалосЬ выбивание отходящих газов иэ"пдд гаэоприемногр устройства (опыты 7-10).Последнее свидетельству ет о неспособности гаэоотводящего тракта пропустить выделяющийся проЙНИИЙГ Заказ 3016/23еВюе еаеааа аееЮЬЮ двееаваааавваеа ЕФилиал ППП Патщутф,дукт горения, Уменьшение расхода смеси ниже 10 вызывало (опыты 1 и 2) замедление осаждающего действия смеси иэ-эа слабого воздействия ее на поверхность вспененной эмульсии. Цель изобретения была достигнута без ухудшения остальных параметров плавок в опытах 3-6, когда время осаждения пены составило 8-15 с.Для более полного обеспечения рекомендованного соотношения компонентов смеси были проведены опытные плавки в лабораторном конвертере при выполнении и невыполнении рекомендованного соотношения. Соотношение инертного газа, топлива и воздуха, как уже указывалось, предлагается равным 4,5 : 1 : 7, а расход смеси 10-15 от расхода окислительного газа. В связи с тем, что для полного сжигания одной части природного газа требуется минимум 7 ч воздуха, варьировали только содержание аргона в смеси, изменяя тем самым содержание природного газа и воздуха, поскольку общий расход смеси оставался постоянным. Увеличение в смеси доли инертного газа выше 4,5 ч, приводило к удлинению времени продувки ванны до достижения температуры металла Ф 1620 С (при этом наблюдался более оло ный хо плавки так ак не