способ продувки конвертерной ванны

Формула изобретения

Способ продувки конвертерной ванны, включающий подачу кислорода в расплав, регулирование процесса шлакообразования путем изменения положения фурмы относительно уровня спокойной ванны в период интенсивного обезуглероживания в течение определенного времени продувки, отличающийся тем, что в момент интенсивного выноса металла, в течение 0,5 - 2,0% времени продувки увеличивают положение фурмы на 5,0 - 9,5 калибров относительно уровня спокойной ванны, продувают так до израсходования кислорода 0,1-3,5 м³/т стали, после чего в течение 1,6-5,0% времени продувки опускают фурму до рабочего положения.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к производству стали в конвертерах и может быть использовано для управления процессом шлакообразования в ходе кислородной продувки плавки. Особенно целесообразно применение при переделе низкомарганцовистых чугунов.

Известен способ продувки конвертерной ванны, включающий регулирование процессом шлакообразования в период интенсивного газовыделения, которое наблюдается в середине продувки плавки, путем подъема кислородной фурмы на небольшую величину - 100-200 мм (Бигеев А.М. Металлургия стали. Теория и технология плавки стали. - Челябинск, Металлургия, Челябинское отделение 1988, с. 304).

Недостатком данного способа является низкий выход металла, повышенный расход плавикового шпата и других разжижителей плавки, ухудшение процесса десульфурации и дефосфорации металла, повышение себестоимости стали.

Это происходит в связи с тем, что малая корректировка положения фурмы в сторону его увеличения требует достаточно долгого времени для перевода шлака из гетерогенного состояния в гомогенное с необходимой жидкоподвижностью. Вследствие этого для интенсификации процесса шлакообразования используют присадки плавикового шпата, что повышает себестоимость стали.

Известен способ продувки жидкого металла, включающий подачу окислителя закрученным газовым потоком через фурму, совершающую подъем и опускание с амплитудой 10-20 калибров и соотношением скоростей подъема и опускания фурмы 1:3-5 (авторское свидетельство СССР N 992594, C 21 C 5/32).

Недостатком данного способа является низкий выход годного, снижение стойкости футеровки конвертера и производительности конвертеров.

Это происходит вследствие того, что кратковременный подъем фурмы, если он происходит в период интенсивного обезуглероживания, осуществляется на величину 10-20 калибров при малой скорости подъема фурмы и значительной скорости снижения фурмы, большей скорости подъема в 3-5 раз. Это приводит к тому, что при малой скорости подъема фурмы на значительную величину 10-20 калибров, и шлаке происходит резкое увеличение окислов железа, и последующее резкое снижение положения фурмы, приводит, как правило, к взрывоподобной реакции окисления углерода металла при взаимодействии с окислами шлака, что сопровождается выбросами металла и шлака и вынужденному аварийному прекращению кислородной продувки с последующим смачиванием шлака. Это снижает выход металла, увеличивает цикл плавки, снижает производительность конвертеров и, как следствие, негативно отражается на стойкости футеровки конвертера.

Кроме того, реализация известного способа осуществляется закрученным газовым потоком и наиболее целесообразна, по описанию самих авторов, в первые 10-15 и последние 15-20% времени продувки.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ продувки конвертерной ванны, включающий регулирование процесса шлакообразования путем изменения дутьевого режима, в период 30-50% времени продувки осуществляющий подъем фурмы в течение 2,5 - 7,2% продолжительности продувки с интервалами между двумя последующими подъемами 4,2 - 11,1% от общей продолжительности продувки ванны, причем подъемы фурмы, осуществляют при нахождении уровня расплава ниже 1,5 - 2,1 высоты уровня спокойной ванны (авторское свидетельство СССР N 1557172, C 21 C 5/32).

Недостатком данного способа является низкий выход годного, снижение стойкости футеровки и производительности конвертеров, повышенный расход сыпучих, кислорода на продувку, ферросплавов. Это происходит вследствие довольно большой величины времени подъема фурмы, что приводит к резкому увеличению окисленности шлака и выбросам металла и шлака при опускании фурмы до исходного уровня, что приводит к скачиванию шлака. Кроме того, в способе не регламентируется скорость подъема фурмы, величина подъема, скорость снижения фурмы, время продувки при нахождении фурмы при самом высоком ее положении. Все это приводит к тому, что нерегламентированный режим подъема и опускание фурмы, а также ее нахождение при высоком положении фурмы, не обеспечивает эффективного управления процессом шлакообразования и, из-за выбросов, процессом ведения плавки. Попытки ликвидации выбросов приводят так же к увеличению расхода сыпучих материалов, присаживаемых в этом случае, с целью разрушения шлаковой пены, а скачивание шлака к снижению температуры металла, додувкам на температуру, повышению расхода ферросплавов и раскислителей, увеличению расходного коэффициента чугуна.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в увеличении выхода метала, производительности конвертеров, стойкости футеровки конвертеров, снижения расхода сыпучих материалов, кислорода, ферросплавов, раскислителей и чугуна.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе продувки конвертерной ванны, включающий подачу кислорода в расплав, регулирование процесса шлакообразования путем изменения положения фурмы относительно уровня спокойной ванны в период интенсивного обезуглероживания в течение определенного времени продувки, согласно предлагаемого изобретения, в момент интенсивного выноса металла, в течение 0,5-2,0% времени продувки увеличивают положение фурмы на 5,0-9,5 калибров относительно уровня спокойной ванны, продувают так до израсходования кислорода 0,1-3,5 м³/т стали, после чего в течение 1,6-5,0% времени продувки опускают фурму до рабочего положения.

Сущность заявляемого предложения заключается в следующем.

Подъем фурмы с высокой скоростью на определенную высоту приводит к достаточно низкой скорости поступления окислов железа в шлак и, как правило, не приводит к его избыточному переокислению и может являться надежной гарантией спокойного хода процесса ведения плавки без выбросов и переливов шлакометаллической эмульсии через горловину конвертера, в случае опускания после этого фурмы до рабочего положения.

Нахождение фурмы в верхнем положении, в ходе продувки плавки, обеспечивает обогащение шлака окислами железа и плавному приближению его состояния из гетерогенного к гомогенному. Однако избыточного переокисления шлака при этом не происходит, т.к. быстрое снижение фурмы после этого не приводит к негативным последствиям - выбросам и переливам шлакометаллической эмульсии. Быстрое опускание фурмы обычно приводит к тому, что через 5-10% времени продувки, вследствие недостаточной степени гомогенизации шлаковой фазы происходит ее быстрый переход в гетерогенное состояние, наблюдается "сухой" ход продувки с выносами и заметалливанием кислородной фурмы, что сопровождается дополнительными присадками плавикового шпата или снижением интенсивности кислородного дутья.

Однако если осуществлять плавное снижение кислородной фурмы, после нахождения ее в наивысшем верхнем положении происходит дальнейший процесс плавного перехода шлаковой фазы в гомогенное состояние. Причем окончательное наилучшее состояние шлаковой фазы по консистенции и близкое к равновесному по окисленности в системе металл - шлак достигается именно в момент выхода кислородной фурмы в рабочее положение.

Регламентированный режим снижения фурмы в условиях интенсивного обезуглероживания ванны и выноса металла обеспечивает плавное обогащение шлака окислами железа, а увеличение напора кислородной струи на металл приводит к эффективному перемешиванию слоев шлака и интенсифицирует процесс его гомогенизации.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает эффективное управление процессом шлакообразования, что достигается за счет использования регламентированного режима кислородной продувки.

Как показали многочисленные промышленные эксперименты, для обеспечения эффективного управления процессом шлакообразования и достижения высоких показателей конечных технологических параметров необходимо в период интенсивного обезуглероживания "сухого" хода продувки, с выносами металла, увеличить положение фурмы относительно уровня спокойной ванны на 5-9,5 калибров в течение 0,5-2% времени продувки, продуть так до израсходования кислорода 0,1-3,5 м³/т, после чего опустить фурму до рабочего положения в течение 1,6 - 5% времени продувки.

Увеличение положения фурмы в течение менее 0,5% времени продувки приводило к увеличению расхода плавикового шпата, вследствие недостаточного обогащения шлаковой фазы окислами железа.

Увеличение положения фурмы в течение более 2% времени продувки приводило к снижению выхода металла, вследствие переливов через горловину конвертера шлакометаллической эмульсии в момент опускания фурмы.

Увеличение положения фурмы относительно уровня спокойной ванны менее 5 калибров приводило к снижению выхода металла и увеличению расхода плавикового шпата, вследствие недостаточного обогащения шлака окислами железа и прохождения плавки в дальнейшем с выносами металла.

Увеличение положения фурмы относительно уровня спокойной ванны более 9,5 калибров приводило к снижению выхода металла, увеличению плавки, расходу плавикового шпата и сыпучих, снижению производительности конвертеров и стойкости футеровки конвертера, повышенному расходу ферросплавов и раскислителей, вследствие избыточной переокисленности шлака, выбросам в момент снижения положения фурмы, аварийным прекращениям кислородной продувки и скачиванию шлака, а в последствии к додувкам на температуру, увеличению расходного коэффициента по чугуну.

Продувка кислородом после подъема фурмы до израсходования кислорода менее 0,1 м³/т приводила к увеличению расхода плавикового шпата, вследствие недостаточного обогащения шлака окислами железа.

Продувка кислородом после подъема фурмы до израсходования кислорода более 3,5 м³/т приводила к снижению выхода металла, увеличению цикла плавки, повышенному расходу ферросплавов и раскислителей, снижению производительности конвертеров и стойкости футеровки конвертеров, повышению расходного коэффициента по чугуну вследствие выбросов и скачивания шлака.

Снижение положения фурмы до рабочего положения в течение менее 1,6% времени продувки приводило к снижению выхода металла, увеличению расхода плавикового шпата, вследствие недостаточной гомогенизации шлакового расплава и происхождению в дальнейшем кислородной продувки с выносами металла.

Снижение положения фурмы до рабочего положения в течение более 5% времени продувки приводило к снижению выхода металла, увеличению цикла плавки, снижению производительности конвертеров, увеличению расхода легирующих, раскислителей, сыпучих, снижению стойкости футеровки конвертеров, вследствие избыточной переокисленности шлака, выбросам в момент выхода фурмы на исходное положение, прекращению продувки и скачиванию шлака.

Для оценки данного способа была проведена серия опытных плавок в соответствии с заявляемым предложением и прототипом.

Пример осуществления предлагаемого способа (пример N 1, табл. 1).

В 350-т конвертер завалили 115 т лома, присадили 11 т извести, залили 285 т чугуна с температурой 1420^oC, содержащего в процентах: 4,7 углерода, 0,75 кремния, 0,30 марганца, 0,060 фосфора и 0,020 серы. Осуществили продувку кислородом сверху с интенсивностью 1200 м³/мин. В ходе кислородной продувки в конвертер присаживали порциями по 2 т - известь в количестве 11 т, доломита 2 т и плавикового шпата 0,3 т. После израсходования 9000 м³ кислорода (45% времени продувки) ход продувки плавки стал "сухим", наблюдался интенсивный вынос капель металла. Положение фурмы в этом момент составляло 2,4 м. Сразу же кислородная фурма была приподнята на 0,57 м (H = 6 калибров) до положения относительно уровня спокойной ванны 2,97 м. Подъем осуществлялся в течение 10 с (1% времени продувки). Общий расход кислорода при этом составил 9200 м³. После этого продули плавку до 9860 м³ кислорода, что составило расход кислорода 660 м³ (1,8 м³/т стали) при нахождении фурмы в верхнем положении. Затем фурму опустили до 2,4 м (исходное значение), израсходовав дополнительно 600 м³ кислорода (3% времени продувки), общий расход кислорода при этом составил 10460 м³. Дальнейший ход процесса ведения плавки осуществлялся спокойно, стабильно, без выбросов, выносов металла и присадок плавикового шпата. Продувку плавки закончили после израсходования 20000 м³ кислорода при содержании углерода 0,07%, содержание FeO в шлаке 18%, температуре металла 1650^oC. Шлак на повалке был жидкотекучим, подвижным. Слили 3 сп, присадив 1,9 т силикомарганца, 0,6 т коксика и 0,7 т ферросилиция.

Пример осуществления известного способа-прототипа (пример 1, прототипа табл. 1).

В 350-т конвертер завалили 115 т лома, присадили 11 т извести, залили 285 т чугуна с температурой 1420^oC, содержащего в процентах: 4,7 углерода, 0,75 кремния, 0,30 марганца, 0,060 фосфора и 0,020 серы. Осуществили продувку расплава кислородом сверху с интенсивностью 1200 м³/мин. В ходе кислородной продувки в конвертер присаживали порциями по 2 т - известь в количестве 11 т, доломита 2 т и плавикового шпата 0,3 т. После израсходования 9000 м³ кислорода (45% времени продувки) ход плавки стал "сухим" и наблюдался интенсивный вынос капель металла. Положение фурмы в этот момент составляло 2,4 м. Сразу же кислородная фурма была приподнята на 0,57 м (H = 6 калибров) до положения 2,97 м. Подъем осуществлялся в течение 60 с (6% времени продувки), общий расход кислорода составил 10200 м³. Затем опустили фурму до 2,4 м (исходное значение), затратив на это дополнительно 150 м³ кислорода (общий расход кислорода составил 10350 м³). Сразу же через горловину конвертера произошел перелив шлакометаллической эмульсии с последующим после этого интенсивными выбросами металла и шлака. Попытки осадить шлак присадками плавикового шпата не помогли ликвидировать выбросы, в результате кислородная продувка была аварийно прекращена, скачивали шлак. После скачивания шлака продувку повели при положении фурмы 2,4 м и более низкой интенсивностью продувки - 1050 м³/мин с присадками плавикового шпата. Продувку закончили после израсходования 20000 м³ кислорода при содержании углерода 0,07%, температуры 1630^oC и жидкоподвижным шлаком. Вследствие скачивания шлака создался дефицит тепла в 20^oC, вследствие чего на повалке плавка оказалась "холодной" на 15^oC. Для исправления плавки по температуре ее додули, израсходовав 600 м³ кислорода. Повалили конвертер, отобрали пробы металла и шлака, замерили температуру. Температура составила 1645^oC, а содержание углерода 0,04%, (FeO) = 25%. Слив плавки 3 сп осуществляли присадив 1 т коксика, 22 т силикомарганца и 0,85 т ферросилиция.

В результате опытных плавок в 350-т конвертере, в соответствии с заявляемым способом продувки конвертерной плавки, а также плавки в соответствии с технологией прототипа, приведены в табл. 1.

Сравнительный анализ двух способов показал, что при осуществлении предлагаемой технологии с соблюдением последовательности технологических операций и заявляемых технологических параметров обеспечивалось эффективное управление процессом шлакообразования в период интенсивного обезуглероживания и достижения высоких показателей конечных технологических параметров плавки, что приводило к увеличению выхода жидкого металла на 0,3%, сокращению цикла плавки на 10 мин, снижению скорости износа футеровки конвертера на 10%, снижение расхода кислорода на продувку на 1%, снижение расхода силикомарганца на 0,25 кг/т, ферросилиция на 0,15 кг/т, плавикового шпата на 1 кг/т стали, коксика на 0,5 кг/т, алюминия 0,05 кг/т.