Способ выплавки стали

(5)5 С 21 С 5/04 ЕН К ПАТЕН тся к чернои металоизводств стали в ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Институт черной металлургии(73) Институт черной металлургии и Днепропетровский металлургический комбинат им.Ф,Э,Дэержинского(54) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ(57) Использование: в черной металлургии,в частности в производстве стали в подовыхплавильных печах. Сущность изобретения:в рабочее пространство печи через сводовую горелку подают топливо с направлением факела по продольной оси ванны и Изобретение относилургии, в частности к пр у подовых плавильных печах.Целью изобретения является интенсификация процесса выплавки стали и увеличение стойкости печи.Нафиг.1 показана схема работы своцовых горелок в зависимости от направления факела торцевых горелок в период прогрева шихты в подовом сталеплавильном агрегате; на фиг,2 - схема использования и расположения подвижных сводовых газо 1813100 продувают расплав окислителем через продувочную фурму, В периоды завалки и прогрева шихты сводовую горелку возвратно-поступательно перемещают в вертикальном направлении с частотой 1 цикл/мин. По мере оседания расплавляемой шихты амплитуду перемещения горелки увеличивают, поддерживая постоянным расстояние от поверхности свода и от поверхности шихты в крайней верхней и нижней точках колебания фурмы, равным 0,20 - 0,35 высоты свода. В период продувки расплава окислителем отключают подачу топлива и на сводовую горелку подают окислитель в. количестве, равном его расходу на продувочные фурмы, Нижний торец сводовой горелки устанавливают на расстояние от поверхности ванны, которое определяется из выражения Н = = В с 19 а, где Н - расстояние между нижним торцом головки горелки и поверхностью ванны, м; а - угол наклона продольной оси струй кислорода к вертикальной оси горелки, град.; В - расстояние между осью, продувочной фурмы и торцом головки горелки, м, 2 ил., 3 табл,кислородных горелок для дожигания окиси углерода, выделяющейся из очагов продувки ванны кислородом, в комплексе с продувочными фурмами в периоды плавления и доводки.Нагрев шихты 1 в периоды завалки и прогрева плавки осуществляется с помощью стационарных торцевых горелок 2 в сочетании с группой подвижных сводовых газокислородных горелок 3, которые с помощью исполнительного механизма возвратно-поступательно перемещаются ввертикальном направлении с частотой 1 цикл/мин, при этом по мере оседания шихты амплитуду перемещения горелки увеличивают, поддерживая постоянным расстояние от поверхности свода и от поверхности шихты в крайней верхней и нижней точках колебания фурмы, равное 0,20-0,35 высоты свода, Сводовые газокислородные горелки 3 установлены в своде 4 попарно с продувочными сводовыми кислородными фурмами 5. Кислородные и топливные сопла 6 сводовых горелок направлены в сторону близлежащих продувочных фурм и выполнены так, что факел 7, образуемый струями топлива и окислителя, направлен вдоль продольной оси печи под углом а, равным 15-60 к вертикальной оси горелки или 30-75 к горизонтали. Подача окислителя и топлива на левую и правую группу сводовых горелок в период завалки и прогрева синхронизирована с движением факела 8 торцевых горелок, что устраняет противотоки в рабочем пространстве печи, при этом факел 8 не теряет настильности,Непрерывное возвратно-поступательное перемещение горелок в вертикальном направлении позволяет перемещать факел по поверхности нагреваемой шихты 1, что обуславливает увеличение площади теплового воздействия высокотемпературного факела на поверхность шихты, При этом, если расстояние между голбвкой горелки и поверхностью нагреваемоФЪихты и поверхностью свода больше 0,35 высоты свода, то уменьшается ход перемещения горелки и, как следствие, уменьшается площадь и интенсивность нагрева шихты. Если же указанные расстояния меньше 0,20 высоты свода, то при верхнем расположении горелки наблюдается оплавление свода от близко распоЛоженного высокотемпературного факела, а при нижнем расположении горелки имеет место недожог топлива вследствие короткого пути смешения топлива с окислителем на участке их движения от головки горелки до поверхности шихты.Частота перемещения горелок 1 цикл/мин обусловлена степенью равномерности нагрева шихты и стойкостью гибких трубопроводов подвода энергоносителей и охлаждающей воды к горелке, При более медленном перемещении горелок наблюдается неравномерный нагрев шихты по длине печи, а с увеличением частоты резко снижается стойкость гибких трубопроводов, Также перемещение сводовых горелок в вертикальном направлении, по сравнению с качающимися горелками, позволяет уменьшить габариты сводовых амбразур и тем самым усилить конструкцию свода, уве 50 55 менения максимального и минимального расположения головки горелки относительно шихты и тем самым интенсифицировать процесс тейлоотдачи. Перемещение горелки в вертикальном направлении по сравнению с покачиванием ее в вертикальной плоскости позволяет также уменьшить размеры сводовой амбразуры, вследствие чего усиливается конструкция и стойкость свода, и уменьшаются тепловые потери,Кроме того, установка сводовых горелок на уровне, определяемом по формуле, и подача кислорода на горелку в количестве,личить его стойкость и снизить тепловыепотери.В период продувкирасплава 9 кислородом через продувочные фурмы 5 нижние5 торцы сводовых горелок располагают надванной на расстоянии Н (фиг,2) и на сводовую горелку подают кислород в количестве,равном его расходу на близлежащую фурму,Топливо в этот период на сводовые горелки10 не подается. Если расстояние Н между ниж. ним торцом горелки и поверхностью ванныбольше или меньше величины показателя,определенного по формуле, то струя кислорода, истекающая из горелки, не требует"5 пересекаться у поверхности ванны с выделяющимся потоком окиси углерода из очагапродувки, что приводит к неполному дожиганию окиси углерода над поверхностьюванны,20 Определяемое расстояние Н междуторцом головки горелки и поверхностьюванны является одним из катетов условного треугольника, у которого известными величинами являются второй катет В,представляющий собой расстояние междуосью продувочной фурмы и торцом головкигорелки, и угол накона а, образованный величиной Н и гипотенузой треугольника, являющейся продольной осью струй30 кислородаРасход кислорода на сводовую горелкув количестве, равном его расходу на рядомрасположенную продувочную фурму, ойус ловлен тем, что при полном взаимодействииз35 1 м вдуваемого кислорода в железоуглеродистый расплав образуется два объема окиси углерода, на сжигание которой требуется один объем кислорода, т.е. для полного сжигания СО до С 02 расход окислителя, поступающего на горелку, должен быть равным расходу окислителя, поступающего на продувку,Перемещение горелок в периоды завалки и прогрева в вертикальном возвратно-оступательном направлении позволяет по сравнению с прототипом регулировать положение факела сводовой горелки путем из10а горелками 4, сводовыми подвижными газокислородными горелками, которь 1 е расположены попарно с продувочными фурмами продувочной фурмы и торцом головки горелки составляло 0,5 м, Горелки, установ 40 45 равном его расходу на продувочные фурмы, позволяет обеспечить более полноедожигание технологической окиси углерода в рабочем пространстве агрегата и тем самым интенсифицировать процесс выплавки стали,П р и м е р, Опробование предлагаемого способа производили на 450-т мартеновской печи Днепровского металлургического комбината им. Ф,Э.Дзержинского. Печь была оборудована 4 сводовыми продувочными фурмами для подачи кислорода в расплав, двумя торцевыми стационарными вдоль продольной оси печи против 1, 2, 4 и 5 завалочных окон. Расстояние между осью ленные против 1 и 2 завалочных окон, находились по правую сторону от рядом расположеннь 1 х продувочных фурм, а горелки, устайовленне против 4 и 5 окон, по левую сторону от продувочных фурм, Сопла для подачи газа и кислорода были расположены под углом й =45 к вертикальной оси горелки и направлены в сторону близлекащих торцевых горелок, Высота свода печи составляла 3200 мм.Нагрев шихты в период завалки и прогрева осуществлялся с помощью торцевых стационарных и подвижных сводовых горелок. В зависимости от направления факела торцевь 1 х горелок работали две сводовые горелки, у которых направление факела совпадало с направлением факела торцевой горепки. Работающие сводовые горелки с помощью исполнительных механизмов в автоматическом режиме перемещали в вертикально-поступатепьном направлении с частотой 1 цикл/мин,При более медленном перемещении (0,8 цикл/мин) сводовых горелок наблюдался неравномерный нагрев шихты. При более частом перемещении (более 1,2 цикл/мин) уменьшалась стойкость гибких трубопроводбв для подвода энергоносителей и охлакдающей горелку воды,Расстояние между сводом и горелкой в верхнем положении. равнялось 0,2-0,35 высОты свода (640-1120 мм),По мере нагрева и оседания шихты увеличивали ход возвратно-поступательного перемещения горелки и в нижней точке перемещения горелки поддерживали минимальное расстояние глежду горелкой и шихтой постоянным на уровне 640-1120 мм или 0,2 - 0,35 высоты свода. что обеспечива 25 30 ло равномерный нагрев шихты по всей длине печи, г 1 ри полном сжигании топлива,Суммарный расход природного газа икислорода на сводовые горелки в этот период соответственно составлял 2200и 4400 м /ч, Расход природного газа наторцевые горелки. составлял 2000 м/ч,В табл.3 представлены данные о влиянии расположения горелки в верхней и нижней точках ее перемещения по отношениюк поверхности свода и нагреваемой шихтена стойкость свода, расход топлива, содержания СО в дымовых газах на выходе изпечи.- При расположении горелки в верхнейточкена расстояние меньше чем 0,2 высотысвода наблюдается оплавление свода печии снижение его стойкости, а при расположении в нижней точке на расстояние менее 0,2высоты свода от поверхности шахты наблюдается недожог топлива и его перерасход,При расположении горелки на расстояние более 0,35 высоты свода сокращаетсяпуть перемещения горелки между верхней инижней точками, вследствие чего уменьшается поверхность шихты,омываемая высокотемпературным факелом сводовых горелоки увеличивается расход топлива,После слива чугуна продувку металлакислородом осуществляли через четырефурмы с расходом кислорода 1000 м /ч наодну фурму.В этот период топливо на сводовые и.торцевые горелки не подавались и нагревванны осуществлялся за счет тепла экзотермических реакций окисления Примесей расплава и путем сжигания технологическойокиси углерода в потоках кислорода, истекающего из сопл четырех сводовых горелок ивентиляторного воздуха, подающегося впечь через пламенные окна. Горелки устанавливали на расстоянии Н, равном 0,5 м отповерхности расплава, а также на расстоянии 0,1; 0,3; 0,7 и 0,9 м.Основные технико-эконогтические показатели плавки и усредненные данные одлительности периодов плавления и довод-.ки, содержании окислов железа в конечномшлаке, выходе годной стали и производительности печи в зависимости от положениясводовых горелок по отношению к расплавув жидкие периоды плавки приведены втабл,2,При установке горелки на расстоянии,большем ипи меньшем ст поверхности ванны по сравнениюю с этим показателем, определенным по формуле и равным 0,5 м,увеличивается удельный расход топлива идлительность периодов плавления и доводки за счет того, что потоки кислорода, исте1813100 Таблица 1 кающие иэ горелки, не полностью взаимодействуют с потоками окиси углерода, выделяющимися из подфурменных зон, чтоухудшает условия сжигания СО и увеличивает тепловой дефицит в рабочем пространстве печи. При.расположении горелки поотношению к поверхности ванны на расстоянии меньшем, чем 0,5 м, часть потока кислорода взаимодействует со шлаком иметаллом, вследствие чего увеличиваетсясодержание окислов железа в шлаке и снижается выход годной стали.В период плавления и доводки расходкислорода на горелки составляет 0,8; 1 и 1,2от расхода, подаваемого на продувочныефурмы, и составлял соответственно 800,1000 и 1200 м /ч на одну горелку.,Данные о влиянии соотношения расхода кислорода на горелки к расходу на:продувочные фурмы на длительность периодовплавления и доводки, содержание окиси уг. лерода в дымовых газах при оптимальномрасположении горелок по отношению к рас плаву на расстоянии, равном 0,5 м, приведены в табл.3,При подаче кислороДа на горелку в количестве, меньшем чем на продувочнуюфурму (при отношении меньшем чем 1), наблюдается недожог окиси углерода (1,4СО в дымовых газах на выходе из печи),вследствие чего увеличиваются длительность плавки, в том числе периодов плавле-ния и доводки, удельный расход топлива иснижается производительность печи.При подаче кислорода на сводовую горелку в отношении к его подаче на фурмубольше, чем 1, снижается стойкость заднейи передней стенок, вследствие чего увеличивается период заправки и длительностьплавки в целом и увеличивается расход топлива,Лучшие технико-экономические показатели работы печи относятся к условиям, когда расход кислорода на горелку был равенрасходу на сводовые фурмы, т.е, при их отношении. равном 1.По сравнению с прототипом использование сводовых горелок, перемещающихся в вертикально-поступательном направлении, для нагрева шихты в периоды завалки и прогрева и использование этих горелок для дожигания окиси углерода с расходом 5 кислорода нагорелку, равным расходу напродувочную фурму, в период плавления и доводки позволило сократить удельные расходы на 10, чугуна - 1,8, увеличить производительность печи на 7,1, стойкость 10 .свода на 14 ф 6.Формула изобретения Способ выплавки стали, включающийэавалку и нагрев шихты газокислородным факелом через сводовую газокислородную 15 горелку с направлением факела горелки попродольной оси ванны. продувку расплава окислителем черезфурми, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью интенсификации процесса выплавки стали и увеличения стойко сти печи;в периоды эавалки и прогревашихты сводовую" горелку возвратно поступательно перемещают в вертикальйом направлении с частотой 1 цикл/мин, при этом.по мере оседания расплавленной шихты ам- .25 плитуду перемещения горелки увеличивают, поддерживая постоянным расстояние от поверхности свода и от поверхности шихты в крайней верхней и нижней точке колебания фурмы, равное 0,20-0,35 высоты 30 свода, а в периоД продувки расйлава окислителем отключают подачу топлива й на сво-. .довую горелку подают окислитель вколичестве, равном его расходу на продувочные фурмы,при этом нижний торец сво.35 довой горелки -устанавливают нарасстояние от поверхности ванны, которое определяется из выражения Н =В с 19 а,40где Й - расстояние между нижним торцомголовки горелки и поверхностью ванны, м,а- угол наклона продольной оси струйкислорода ивертикальной оси горелки,45 град.;В - расстояние между осью продувочной фурмы и торцом головки горелки, м.1120 880 640 0,20 Е 0,275 2 0,35 Е 0 0 1,2 0 0 109,8 120 115 110110,0 240 200 220 240 240 Таблица 2 Параметры По прото- тип 0,1 0,50,3 0,9 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 45 45 45 9,85 4,37 9,88 4,38. 9,80 4,30 10,10 4,60 10,55,0 9,84 4,36 109,8 112,0 116,4 122,0 114,5 112,4 15,82 15,80 16,00 15,80 15,80 17,41 90,6544,39 91,20 43,50 91,20 41,90 90,08 44,10 91,20 44,53 91,20 44,89 240 240 240 210 240 240 Таблица 3 Расстояние между шихтой и торцом головки горелки при ее положении в крайней нижней точке, числитель- мм, знаменатель - кратность высоты свода Е Содержание СО в дымовых газах на выходе из печи, % Удельный расход топлива,кг/тСтойкость свода, кол-воплавок Расстояние между нижним торцом головки горелки и поверхностьюванны, Н,м Расстояние между осью продувочной фурмы.и торцом головки горелки,В,мУгол наклона продольной оси струй кислорода. к вертикальной осигорелки, град.Длительность плавки, ч Длительность периода плавления и доводки, ч Удельный расход условного топлива, кг/т Содержание окислов железа в конечном шлаке,о/Выход годной стали, % Производительность печи, т/чСтойкость свода, кол-воплавок Ло предлагаемому способу Продолжение табл. 11813100 Продолжение табл, 3 аказ 1590 ВНИИП Тираж Подписноеударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 ский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина. 1 Производственно-и ЪяЯ,Составитель Л.Лобачев дактор З.Ходакова Техред М.Моргентал Корректор М,Петрова