Способ выплавки стали

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 21 С 5/28 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ И(21) 390629 (22) 23.04. (46) 23,04. (71) Жцанов ститут (72) Л,Ю,На ии ин ГОСУДАРСТ 8 ЕНКЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ зюта, Г.З,Гизатулин,А.А.Ларионов, В.С.Степанов,Г.И,Налча, В.С,Кальченко, А.В,Побегайло и А,Ф,Лузан(56) Авторское свидетельство СССРУ 246042, кл. С 21 С 5/04, 1967.Авторское свидетельство СССРУ 392096, кл, С 21 С 5/28, 191,Авторское свидетельство СССРУ 1189883, кл. С 21 С 5/04, 1984,(54) СПОСОВ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ(57) Изобретение относится к способам выплавки стали в кислородных конвертерах, Цель изобретения - сокраще-ние расхода чугуна и раскислителей,повьппение качества металла. В конвертер последовательно вводят отработанную угольную футеровку алюминиевыхэлектролизеров в количестве 10-25 кг/тстали. Угольную футеровку предварительно разделяют на фракции с различ;ным содержанием углерода. фракциис максимальным содержанием углерода(7 1-807), являющегося дополнительнымтеплоносителем, загружают на подинув количестве 40-607. от общего расхода угольной футеровки. Для улучшенияпроцессов шлакообразования, исключения его "свертывания" в состав шлакадополнительно вводят фториды щелочных металлов в виде запрессованныхв скрап-угольные пакеты отходов угольной футеровки алюминиевых электролизерав с содержанием углерода 40-707.в количестве 30-40" ьот общего расхо-да футеровки, Затем в агрегат заливают жидкий чугун и начинают продувку расплава техническим кислородом.В процессе продувки производят присадку извести и по истечении 80-952продолжительности продувки вводяттретью порцию отработанной футеровкис содержанием углерода 71-807. в количестве 10-207. от общего расхода,обеспечивания снижение окисленностиконечного шлака. 3 табл.Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к способам выплавки стали в кислородных конвертерах.Цель изобретения сокращение расхода чугуна и раскислителей, а также повышение качества металла,Снижение расхода жидкого чугуна достигается за счет улучшения теплового режима процесса в результате дополнительного притока тепла экзотермического горения углерода отработанной угольной футеровки, вводимой перед заливкой жидкого чугуна. Увеличение содержания углерода в этой порции материала, а также удельного ее расхода повышает теплосодержание ванны в начальные периоды рафинирования и обеспечивают переработку шихты с более высоким содержанием металличесКого лома и соответственно более низким - жидкого чугуна.Использование в шихте конвертерной плавки углеродсодержащего теплоносителя сопровождается некоторым ухудшением процессов шлакообразования, что в период интенсивного окисления углерода сопровождается повышением гетерогенности шлака, его "свертыванием и оголением металла, которое увеличивает газонасьпценность и ухудшает качество металла,Повышение качества металла обеспечивается за счет регулирования про- .цессами шлакообразования по ходу продувки, в том числе его окисленностьюи жидкоподвижностью,50 Ухудшения процессов шлакообразования наблюдаться не будет, если в состав шлака ввести фториды щелочных металлов. Учитывая кратковременность разжижающего действия этих компонентов (3-5 мин), ввод их в шлак желательно осуществлять последовательно, небольшими порциями. 55 Под регулированием процессами шлакообраэования понимают воздействие на процесс шлакообразования посредством совокупности приемов (разделе.ние материала на два состава с различным содержанием углерода и порционный ввод по ходу продувки), обеспечивающих требуемую для процесса жидкоподвижность и активность шлака по отношению к примесям металла, а также контролируемое изменение этих параметров в процессе рафинирования,10 15 20 25 20 35 40 Порционный ввод отработанной угольной футеровки через систему бункеров неприемлем, так как не обеспечивает поступление углерода в металлическую ванну и сопровождается в период интенсивного окисления углерода значительными потерями с отходящими газами,Регулирование процессами шлакообразования достигается использованием скрап-угольных пакетов, растворение которых начинается с момента слива чугуна и заканчивается по истечении 40-453 о . общей продолжительности продувки, т.е. включает в себя рассматриваемый период возможного свертывания шлака и общего ухудшения процессов шлакообразования.В отличие от известных скрап-угольных пакетов, предлагаемый отличается наличием шлаковой составляющей, присутствие которой изменяет динамику формирования шлака в середине периода продувки. Поступление фторидов через металлическую в шлаковую фазу не только регулирует процессы шлакообразования, но и за счет изменения вязкости металла способствует интенсификации процессов массообмена в самой металлической ванне, например, увеличивает коэффициенты массообмена серы и фосфора на границе раздела металла - шлак и объеме металла.Ввод отработанной угольной футеровки с пакетами металлома интенсифицирует процесс шлакообразования и компенсирует некоторое его ухудшение, обусловленное использованием шихты с повьппенным содержанием металлического лома и загрузкой углеродсодержащего материала под жидкий чугун.Ввод в период продувки дополнительного количества углерода требует увеличения расхода кислорода на егоокисление. С увеличением интенсивности продувки повышается угар железа и окисленность конечного шлака. Это снижает выход жидкого. металлаи повышает расход раскнслителей,Снижение окисленности конечногошлака и соответственно экономия раскислителей достигается вводом части отработанной угольной футеровки в конце продувки, когда скорость окисления углерода резко снижается, а окисленность шлака достигает максимального уровня.Уменьшение окисленности конечного шлака сопровождается перераспределением кислорсда в объеме металлической ванны, что позволяет не только экономить раскислители, но и повышает качество выплавляемого металла за счет общего снижения неметаллических включений, в том числе сульфидного и окисного происхождения.Отработанная угольная футеровка 10 алюминиевых электролизеров в зависимости от степени ее выработки и условий демонтажа представляет собой куски 10-150 мм с различным содержанием углерода (40-807) и шлаковой состав ляющей (20-60 Е) в виде фторидов щелочных металлов и окислов алюминия.Двойственность состава используемого материала - наличие в нем теплоносителя (углерод) и разжижителя 20 (фториды щелочных металлов) сталеплавильного процесса обуславливает экономию основных материалов (жидкого чугуна и раскислителей) и повышение качества выплавляемого металла,25 Поэтому с технологической точки зрения наиболее целесообразно разделение отработанной угольной футеровки на два состава с выраженными свойствами теплоносителя и разжижителя. 30Содержание углерода в составе, используемом в качестве теплоносителя процесса, должно быть максимальным с небольшими отклонениями от средней величины, а в составе, используемом 35 в качестве разжижителя, достаточным для компенсирования теплопотерь, связанных с нагревом и ассимиляцией шлаковой составляющей, Указанным требованиям отвечают составы с содержани ем углерода 71-807 и 40-70 Е. Нижний предел содержания углеродав составе, предназначенном для разжижения сталеплавильного шлака, связан с особенностями образования укажанного материала - пропиткой фторсолями до определенной концентрации. При содержании углерода более 703 повышение качества путем регулирования процессов шлакообразования в период интенсивного окисления углерода не достигается из-за низкого содержания в материале фторсолей и глубоким раскислением шлака углеродом. Кроме того, отработанную угольную футеровку с содержанием углерода более 707. наиболее целесообразно использовать в первой порции с целью снижения расхода жидко го ч .туна .Необходимость разделения отработанной угольной фуФеровки на два состава с различным содержанием углерода подтверждается данными табл.Согласно представленным данным, использование отработанной угольной футеровки одного состава с содержанием углерода 40-703 (табл, 1, вариант 1) в результате значительного колебания углерода дестабилизирует технологические показатели процесса и затрудняет его прогнозирование по составу металлошихты, На ряде плавок с низким содержанием углерода в теплоносителе в результате холодного начала и позднего зажигания значительно увеличивается продолжительность плавки, угар железа и соответственно окисленность ванны. Это снижает выход жидкого металла и увеличивает расход раскислителей, что делаетневозможной экономию жидкого чугунаи раскислителей,При использовании отработаннойугольной футеровки одного состава ссодержанием углерода 71-807 (табл,1,вариант 3) за счет более стабильногопротекания процесса облегчается прогнозирование плавки по сравнению сдругими вариантами и снижается расходедкого чугуна в завалку. Однако в результате ухудшения процессов шлакообразования и, особенно, в периодинтенсивного окисления углерода наряде плавок повышается угар железаи снижается десульфирирующая способность шлака. Основность конечногошлака падает, а содержание серы в готовом металле увеличивается.Повышенный угар железа уменьшает выход жидкого металла и таким образом увеличивает расход жидкого чугуна на выплавку 1 т стали,Использование отработанной угольной футеровки двух составов; с содержанием углерода 71-80 Е в пакетах металлолома и 40-707 в бункере для загрузки в конвертер перед заливкой жидкого чугуна и в конце рафинирования (табл. 1, вариант 4) не дает требуемого результата, так как связано с дестабилизацией начального периода плавки и невозможностью ее прогнозирования по составу металлошихты изза значительных колебаний содержания углерода в футеровке, вводимой перед1305176 20 30 Предлагаемый расход отработанной угольной футеровки с каждой из перечисленных порций (с пакетами металлолома с содержанием углерода 40-70%, 50 перед заливкой жидкого чугуна и в конце продувки с содержанием углерода 7 1-80%) подтверждается данными табл.2, в которой при одном и том же расходе материала (2,0 т) варьируются его расход в различные периоды продувки,При расходе отработанной угольной футеровки, вводимой под жидкий чугун, менее 40% от общего объема (табл,2,заливкой жидкого чугуна, большогочисла холодных плавок с большой продолжительностью продувки, и соответственно низким выходом жидкого металла. С другой стороны, из-за низкого содержания фтористых солей в пакетах металлолома отсутствует возможность стабилизации жидкоподвижности шлака в середине продувки, что на ряде плавок ведет к свертыванию шлака, оголе нию металла и повышенному угару железа.Указанные недостатки отсутствуют на плавках с использованием отработаиной угольной футеровки двух соста вов: с содержанием углерода 71-80% в бункере для загрузки в агрегат перед заливкой жидкого чугуна и в конце продувки, а также с содержанием углерода 40-70%, запрессованного в пакеты металлолома (табл. 1, вариант 2), Плавки, проведенные по такому варианту, характеризуются наиболее высокими и стабильными технологическими показателями: за счет использования из бункера футеровки сотносительно постоянным содержаниемуглерода 71-80% достигается экономияжидкого чугуна и раскислителей, а за счет высокого содержания фтористыхсолей в материале, запрессованномв пакеты металлолома, создается возможность регулирования процессов шлакообразования по ходу продувки и,особенно, в середине плавки, в пери од интенсивного окисления углерода, Высокая стабильность показателей на всех плавках позволяет рекомендоватьтакой способ использования отработанной угольной футеровки для дальнейше го использования после уточнения еерасходов на плавку, В табл, 2 приведены технологические показатели опытных плавок в сравнении с базовым объектом и известным способом. 45 вариант 7) в результате холодного зачала процесса и позднегозажигания"плавки значительно увеличивается продолжительность продувки и соответственно снижается производительностьагрегата. Стабилизация теплового режима процесса достигается за счетокисления железа, Это снижает выходжидкой стали и увеличивает удельныйрасход жидкого чугуна. Температураметалла в конце продувки снижается,а содержание в нем серы увеличивается,При расходе отработанной угольнойфутеровки, вводимой под жидкий чугун,более 60% от общего расхода (табл.2,вариант 8), наоборот, наблюдается горячий ход плавки, который сопровождается выносами и переливами металлачерез горловину конвертера, ухудшением процесса шлакообразования, снижением интенсивности продувки и соответственно увеличением ее продолжительности. При расходе отработанной угольной футеровки, вводимой в агрегат с пакетами металлолома, менее 30% от общего расхода (табл. 2, вариант 9) в результате недостаточного притока в шлак фторсолей и соответственно снижения жидкоподвижности шлака в период интенсивного окисления углерода, отсутствия регулирования этим пара- метром в процессе продувки значительно ухудшаются показатели шлакообразо" вания: резко снижаются основность конечного шлака и его десульфурирующая способность. Содержание серы в готовом металле увеличивается. Увеличение жидкоподвижности шлака достигается за счет повышенного угара железа в шлак и снижения интенсивности продувки, что сопровождается уве-личением расхода раскислителей. При расходе отработанной угольной футеровки, вводимой в агрегат с пакетами металлолома и содержанием углерода 40-70%, более 40% от общего расхода (табл. 2, вариант 10) экономия жидкого чугуна не достигается изза резкого снижения вязкости шлакового расплава и повышенной склонности его к эмульгированию. Наличие в составе шлака сажистого углерода приводит к образованию стабильной пены и частым переливам металло-шлаковой эмульсии через горловину конвертера, 1305176что сцижает производительность агрегата и выход жидкого металпа.При расходе отработанной угольной футеровки, вводимой в агрегат в конце продувки (по истечении 80-957. ее продолжительности), менее 107. от общего расхода (табл.2, варианты 8 и 10) экономия раскислителей не достигается, так как указанного количества материала недостаточно для 10 требуемого снижения окисленности шлака.При расходе отработанной угольной футеровки, вводимой в агрегат в конце продувки, с содержанием углерода 15 71-807. более 207, от общего расхода (табл. 2, вариант 7) из-за перераскисления конечного шлака и сниженияего жидкоподвижности увеличиваются потери металла со шлаком и в виде 20 корольков и заплесков металла; выход жидкой стали снижается, а удельный расход чугуна растет.При загрузке последней порции материала по истечении 80-95% продолжительности продувки обеспечиваются максимальное снижение окисленностиконечного шлака и экономия раскислителей, Варианты времени загрузки материала приведены в табл, 3. 30При вводе отработанной угольной футеровки с содержанием углерода 71- 80% на более ранних этапах продувки, например по истечении 75% ее продолжительности (табл. 3, вариант 1), в 35 результате частичного выноса материала отходящими газами и вторичного окисления шлака содержание окислов железа в конечном шлаке значительно увеличивается. Это сопровождается 40 снижением коэффициента распределения серы и увеличением расхода раскислителей.При более познем по сравнению с предлагаемым временем загрузки по следней порции отработанной угольной футеровки, например по истечении 987 продолжительности продувки (табл,3, вариант 4), ввод материала с содержанием углерода 71-807 не обеспечи вает необходимого снижения окисленности конечного шлака, так как процесс его раскисления происходит в диффузионном режиме с определенной длительностью этапа раскисления. 55В предлагаемых пределах (табл. 3, варианты 2 и 3) ввод последней порции отработанной угольной футеровки с содержанием углерода 71-80/ обсечивает экономию раскислцтелец за счетзначительного сцижеция окнслеццостиконечного шлака и способствует повышецию качества готового металлаза счет увеличения коэффициента распределения серы и соответственноуменьшения этого элемента в готовомметалле.Отработанная угольная футеровкаалюминиевых электролизеров имеет следующий химический состав, мас,7: углерод 40-80, фтористая составляющаяв виде ИаА 1 Р и МаГ 10-35, алюминийи его окислы 10-20, сера 0,2-0,6,Согласно предлагаемому способуиспользуется отработанная угольнаяфутеровка алюминиевых электролизеровдвух составов.Состав 1, мас, : углерод 71-80,фтористая составляющая 10-20, алюминий и его окислы 10-15,Состав 2, мас. : углерод 40-70,фтористая составляющая 20-35, алюминий и его окислы 15-20.Способ осуществляют следующим образом.Отработанная угольная футеровкав зависимости от степени выработкии условий демонтажа представляет собой куски крупностью 10-1500 мм, Применение в кислородно-конвертерномпроцессе материала такой крупностиисключает возможность использованиятиповой системы бункеров сыпучих материалов, что значительно усложняетспособы ввода его в агрегат. Поэтомуперед использованием материал дробится до фракций 2-60 мм. Дробление повышает степень усвоения материала. Получаемая при дроблении фракция с размером частиц менее 2 мм согласно предлагаемому способу не используется, так как при транспортировке и . хранении выветривается. Использование материала с размером кусков бо- лее 60 мм в результате недостаточной степени усвоения считается нерациональным. Для обеспечения требуемых составов с содержанием углерода 40-70 и 71-80% после дробления отработанная угольная футеровка рассеивается на фракции с размером кусков 2-20 и 20-60 мм соответственно. Более низкое содержание углерода во фракции с размером частиц 2-20 мм обусловлено особенностями кристаллического1305176 10 строения углерода и молекулярного шлаковой составляющей угольной футеровки, имеющих различную прочность при дроблении. Фракция с содержанием углерода 40-70% подается в скрапное отделение конвертерного цеха, где запрессовывается в пакеты металлолома. Содегжание материала в пакетах 1-3% от массы и не влияет на прочность пакетов. ЮОтработанная угольная футеровка с содержанием углерода 71-80% через вагоноопрокидыватель загружается в один из расходных бункеров.Скрап-угольные пакеты подаются 15 в шихтовый пролет конвертерного цеха, оснащенного 170-тонными конвертерами и загружаются на подину агрегата в количестве 1,0 т (39% от общего расхода) совместно с другими видами 20 металлического лома, Затем в агрегат загружают вторую порцию отработанной угольной футеровки в количестве 1,2 т (46% от общего расхода) с содержанием углерода 71-80%, заливают жидкий 25 чугун с содержанием кремния 0,84% и марганца 0,62% в количестве 120 т и начинают продувку металла кислородом с расходом 380 м /мин, В процессе продувки осуществляют присад ку 11 т извести. Длительность продувки 21 мин, Перед окончанием продувки (по истечении 81% ее продолжительности или на 17-й минуте продув- ки) в конвертер из бункера загружают 35 последнюю порцию отработанной угольной футеровки с содержанием углерода 71-80% в количестве 0,4 т (15% от общего расхода), затем заканчивают проВариант плавки11 40-70 40-70 71-80 .4 С71-80 71-80 40-70 71-80 1, 8 (100) 1, 8 (100) 1, 8(100) 1, 8 (100) 1,0(56) 1,0(56) 1,0(56) 1,0(56) 0,6(33) 0,6(33) 0,6(33) 0,6(33) 092(11) 092(11) 0,2(11) ОУ 2(11) лолома в конце продувкииз бункера Технологические показатели Содержание углерода в отработанной угольной футеровке, %в бункере в пакетах металлолома Расход отработанной угольнойфутеровки, т (%)под жидкий чугун избункерав пакетах металдувку. В конце продувки получаютметалл с содержанием углерода О,Г)9%,марганца 0,08%, серы 0,036% и температурой 1610 С,Примеиение предлагаемого способавыплавки стали позволяет снизить посравнению с известным способом расход жидкого чугуна на 1-3 т, раскислителей на О, 15-:),20, т, а также повысить качество готового металла(снизить содержание серы на 0,0020,004%, неметаллических включений на0,004-0,006%) за счет регулированияпроцессами шлакообразования по ходупродувки,Формула изобретения Способ выплавки стали в кислородных конвертерах, включающий завалку лома, ввод в ванну отработанной угольной футеровки алюминиевых электролизеров в количестве 10-25 кг/т стали, заливку жидкого чугуна и продувку металла кислородом, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью сокращения расхода чугуна и раскислителей, повышения качества металла, отработанную футеровку алюминиевых электролизеров разделяют по содержанию углерода и вводят в ванну тремя порциями причем 30-40% от расхода с содержанием углерода 40-70% запрессовывают в пакеты металла, 40-60% от расхода с содержанием углерода 71-80% вводят перед заливкой чугуна и 10-20% с содержанием углерода 71-80% вводят в агрегат по истечении 80-95% продолжительности продувкиТ а б л и ц а 1125-127 129-132 металлического лома Расход извести, т 9-11 10-11 21-24 21-21, 5 22-24 21-24380-400 380-400 380-420 360-400147-151 150-152 146-15 1 146-150 Получено стали, т 0,08-0,09 0,08-0,09 0,08-0,09 0,08-0,09 0,0380,042 0,0360,042 0,036- 0,0400,040 0,042 сера 9,8-14,0 9,6-11,6 8,6-10,2 10,0-13,8 3,4-2,8 3,0-3,2 2,6-3,0 2,8-3,0 основность 0,6-0,9 0,6-0,65 0,6-0,65 0,65-0,85 Расход ферромарганца, т- Минимальный - максимальный показатель исследуемого массива плавок. Время продувки, минИнтенсивность продувки, м /мин Состав металла на .первой повалке, Еуглерод ОСостав шлака на первой повалкеРеО, Ж Вариант плавки1 43-45 10-14 38-45 10-1213051 7 б Таблица 2Технологические показатели Вариант ведения плавки по способу ВазовзйобъектИзвестный Предлагаемый при оптимальных параметрахПредлагаемый при запредельныхпараметрах 3 4 56 9 О 2,0(100) под жидкий чугун с содержанием С 71 - ВОТ 1,3(50) в пакетах металлоломас содержанием С 40 - 703 0,5(891) (88,.7) Состав металла на первой повалке,0,08 0,08 0,08 0,09 0,08 0,09 углерод сера 36 42 100 06 108 02 82 128 94 122 28 28 30 32 3 О 3,2 3,0 2,8 3,3 3,0 основность, ед. Температура металла на первой павалке, С Расход ферромарганца, т Коэффициент распределениясеры, ед. 3,6 3,4 32 42 Содержание неметаллическнхвключении О 036 О 038 О 032 О 034 О 032 О 032 О 036 О 040 О 036 С 0 38 Расход жидкого чугуна,кгlт стали 0,845 0,822 0,812 0803 0,795 0,803 0827 0,827 0823 0,823 Состав шлака на первой повадкеРеО, 7. 1,2 1,01305176 15 Таблица 3 1Технологические показатели Варианты плавки 2 3 4 Расход на плавку, т жидкого чугунаметаллического лома 2 эО 2,0 2,0 2,0 10 10 10 10 Расход извести, т 21 21 21 380 380 380 380 сера 1610 1610 1610 1610 15,2 10,2 14,8 10,4 3,0 3,0 3,0 3,0 основность, ед 16(76) 17(80) 20(95) 20,5(97) 0,85 0,60 0,80 0,65 Расход ферромарганца, т 3,0 4,8 5,0 3,6 151,4 150,0 149,6 152,0 0,813 0,806 0,803 0,816 ВВНИИПИ Заказ 1383/21 Тираж 550 ПодписноеПроизв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 отработанной угольной футеровкив том числе:под жидкий чугун с С 71 - 803 в пакетах лома с С 40 - 707 в конце продувки с С 1 - 807. Время продувки, минИнтенсивность продувки, м /мин Состав металла на первой повалке, 7.: углерод Температура металла на первой повалаке, С Состав шлака на первой повалке РеО, 7. Время загрузки последней порции отработанной угольной футеровки, мин