способ выплавки стали в мартеновской печи

Формула изобретения

1. Способ выплавки стали в мартеновской мечи, включающий завалку металлического лома, прогрев, заливку жидкого чугуна, плавление и доводку, отличающийся тем, что в завалку дают до 15% металлического лома от садки печи и после прогрева вводят из расчета 2 т на 1 т лома смесь из железосодержащего сырья, угля и плавикового шпата в соотношении 1 : 0,4 : 0,15, которую дополнительно прогревают с коэффициентом избытка воздуха менее 1, а затем заливают до 25% от садки печи жидкого чугуна и после расплавления лома подают ту же смесь в количестве 30-70 т/ч с одновременной продувкой ванны кислородом, причем интенсивность продувки периодически изменяют от максимальной в течение 15-25 с до минимальной в течение 5-10 с, а после заполнения ванны за счет восстановления железа прекращают подачу смеси и проводят доводку плавки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве железосодержащего сырья используют шламы конвертерного производства, окалину, сепарированные шлаки, агломерат.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии для получения стали, где в качестве сырья используются отходы производства (шламы, сепарированные шлаки, окалина, просыпи руды, окатышей, агломерата и т.п.).

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому способу является способ выплавки стали в мартеновской печи (В.А. Кудрин. Металлургия стали. М. , Металлургия, 1989, с. 284-318). Способ заключается в завалке металлического лома в количестве 40...50% от садки печи, прогреве его до среднемассовой температуры 1000. . .1200^oC, заливке жидкого чугуна, плавлении и доводке. В результате получают сталь заданного химического состава.

К недостаткам указанного способа выплавки стали, выбранного в качестве прототипа, следует отнести использование дорогостоящих шихтовых материалов (скрап и чугун), зачастую низкое качество стали по цветным примесям, главным образом меди, содержащимся в металлическом ломе.

Таким образом, низкое качество стали и высокая себестоимость являются недостатками прототипа.

Задачей изобретения является повышение качества стали за счет снижения загрязненности стали цветными примесями, улучшения экологической ситуации и снижения себестоимости.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе выплавки стали в мартеновской печи, включающем завалку металлического лома, прогрев, заливку жидкого чугуна, плавление и доводку, в завалку дают до 15% металлического лома от садки печи и после прогрева вводят из расчета 2 т на тонну лома смесь из железосодержащего сырья, угля и плавикового шпата в соотношении 1:0,4:0,15, которую дополнительно прогревают с коэффициентом избытка воздуха менее 1, а затем заливают до 25% от садки печи жидкого чугуна и после расплавления лома подают ту же смесь в количестве 30-70 т/ч с одновременной продувкой ванны кислородом, причем интенсивность продувки периодически изменяют от максимальной в течение 15...25 с до минимальной в течение 5...10 с, а после заполнения ванны за счет восстановления железа прекращают подачу смеси и проводят доводку плавки.

Изобретение обладает новизной, что следует из сравнения с прототипом, изобретательским уровнем, так как явно не следует из существующего уровня техники; практически легко осуществимо в имеющихся мартеновских печах.

Способ выплавки стали осуществляется следующим образом.

На подину мартеновской печи после завалки сыпучих материалов (известь, доломит) заваливают металлический лом в количестве до 15% садки печи и прогревают его до среднемассовой температуры 1000^oC. Затем на прогретый лом дают смесь, составленную из железосодержащего сырья, включающего шламы конвертерного производства, сепарированный шлак, пыли газоочисток, окалина и т. п., угля и плавикового шпата в соотношении 1:0,4:0,15. Уголь в этой смеси играет роль восстановителя. На 1 кг железосодержащего сырья в смеси приходится 0,4 кг угля. Теоретически угля должно быть меньше, но поскольку создать восстановительную атмосферу в рабочем пространстве печи не удается, то необходим определенный избыток угля (восстановителя). Кроме того, последующая продувка ванны кислородом будет обезуглероживать металл. Включение в состав смеси 0,15 кг шпата на 1 кг железосодержащего сырья позволяет получить расплав смеси с низкой температурой плавления. Применение плавикового шпата в большем количестве экономически нецелесообразно.

Заваленную смесь прогревают до заливки чугуна. Поскольку процесс восстановления идет с поглощением тепла, то в этот период необходимо интенсивно отапливать печь, причем коэффициент избытка воздуха на горение топлива должен быть менее 1. В этом случае угар угля будет минимальным и он будет использоваться преимущественно как восстановить. Количество смеси, заваленной на прогретый лом, составляет 2 т на тонну металлолома.

После заливки чугуна ванну продувают кислородом по обычной технологии с тем, чтобы прошло плавление лома и нагрев металла. Чугун заливают в количестве до 25% от садки печи. При меньшем количестве жидкого чугуна затрудняется расплавление лома, так как не весь лом будет смачиваться жидким чугуном и использование кислорода для продувки ванны ограничивается ее недостаточной глубиной. Большее количество чугуна экономически нецелесообразно.

После продувки ванны кислородом и полного расплавления лома начинают подавать ту же смесь в количестве 30...70 т/ч и одновременно продувают ванну кислородом. При подаче смеси менее 30 т/ч падает производительность печи и растут энергетические затраты на единицу продукции, при количестве подаваемой смеси более 70 т/ч может прекратиться реакция восстановления железа из расплава из-за недостатка тепла.

Таким образом, интервал 30...70 т/ч определяется и производительностью печи и способом подвода тепла в зону реакции восстановления. Продувку ванны кислородом проводят таким образом, что ее интенсивность периодически и ступенчато изменяют от максимальной в течение 15...25 с до минимальной в течение 5....10 с. При максимальном расходе кислорода температура металла в зоне контакта со струей достигает температуры кипения в течение 15...25 с за счет окисления углерода, кремния, железа. Время достижения температуры кипения металла зависит от начальной температуры, состава металла, условий перемешивания, количества и состава шлака. Если максимальный расход кислорода поддерживать более 25 с, то металл в "горячем пятне" (зона контакта со струей кислорода) закипит и выделяющееся тепло расходуется на испарение, что ведет к дополнительному угару металла и расходу кислорода.

Затем, при резком снижении расхода кислорода до минимума, тепло "горячего пятна" расходуется на поддержание реакции восстановления железа, которая является эндотермической. Температура металла в "горячем пятне" снова падает в течение 5...10 с в зависимости от количества расплава железосодержащего сырья, контактирующего с этим пятном. Затем цикл повторяется.

Таким образом, ступенчатое периодическое изменение расхода кислорода является способом ввода тепла в зону реакции восстановления железа и, с другой стороны, позволяет снизить угар металла и расход кислорода.

После наполнения ванны за счет железа, восстановленного из расплава железосодержащего сырья, прекращают подачу смеси и проводят доводку плавки по обычной технологии.

Поскольку количество металлического лома, используемого в предлагаемом способе, значительно меньше, чем при обычной технологии, то снижается содержание примесей цветных металлов, особенно меди, что повышает качество стали. Кроме того, уменьшается расход жидкого чугуна. Эти факторы снижают себестоимость стали. Извлечение железа из отходов металлургического производства позволяет прекратить увеличение отвалов, а в перспективе и избавиться от них, что благоприятно отразится на экологической обстановке в зоне расположения металлургических производств.

Пример осуществления способа выплавки стали в мартеновской печи садкой 600 т.

По обычной технологии проводят заправку печи, завалку сыпучих материалов и металлического лома в количестве 90 т. Прогревают лом до среднемассовой температуры 1100^oC. Затем снижают расход воздуха на горение топлива так, чтобы коэффициент избытка воздуха составил 0,9, и заваливают смесь (шламов конвертерного производства, сепарированных шлаков), (угля) и (плавикового шпата) в соотношении 1:0,4:0,15 в количестве 180 т. Прогревают смесь и лом в течение 0,25 ч и заливают жидкий чугун в количестве 150 т. Продувают ванну кислородом по обычной технологии до полного расплавления металлического лома. Затем начинают подавать смесь железосодержащего сырья, угля и плавикового шпата в количестве 60 т/ч с одновременной продувкой ванны кислородом через две фурмы, расположенные напротив 2-го и 4-го завалочных окон. Интенсивность продувки периодически изменяют от 2500 м³/ч в течение 20 с до 500 м³/ч в течение 5 с. Уменьшать расход кислорода до нуля нельзя, так как в этом случае кислородные отверстия фурмы забьются шлаком.

В таком режиме процесс идет в течение 5 ч. К этому моменту ванна заполнится металлом. После этого прекращают подачу смеси и проводят доводку плавки по обычной технологии, т.е. доводят по химическому составу и температуре.

Известно, что в металлургическом производстве образуются отходы: пыль газоочисток, шламы доменного, мартеновского, конвертерного, электросталеплавильного производств, окалина прокатного производства; просыпи руды, окатышей, агломерата и т.п., использование которых в качестве железосодержащего сырья пока не находит широкого применения. Часть этих отходов поступает в отвалы, являющиеся источником загрязнения окружающей среды, занимает огромные площади.

Как показано в примере осуществления способа, на плавку израсходовано только 90 т металлического лома вместо обычных 300 т и 150 т чугуна вместо обычных 300 т. При этом следует ожидать снижения содержания меди в готовом металле почти в три раза, так как в завалку дали металлического лома, содержащего медь, в три раза меньше, чем по обычной технологии.

При цене лома 420 руб/т и цене жидкого чугуна 820 руб/т экономия на металлической части шихты составит 211200 руб. Стоимость смеси составляет 50 руб/т и затраты на смесь 35000 руб. Таким образом, экономический эффект применения нового способа 176200 руб на плавку или 293 руб/т.

При производительности печи 1500 т/сутки будет переработано около 0,5 млн. т в год железосодержащего сырья, что позволит использовать не только отходы текущего производства, но и перерабатывать отвалы железосодержащего сырья. Таким образом будет улучшаться экологическая ситуация в зоне расположения металлургического производства и снижаться плата за природопользование.