способ предотвращения выбросов при производстве стали в кислородном конвертере

Формула изобретения

Способ предотвращения выбросов при производстве стали в кислородном конвертере, включающий продувку металла кислородом, осаживанием вспененной газошлакометаллической эмульсии газом, который подают через сталевыпускное отверстие в момент прохождения верхнего слоя эмульсии уровня сталевыпускного отверстия, отличающийся тем, что газ подают с интенсивностью 0,1 - 3,0 м³/т мин в течение 0,5-10% времени кислородной продукции.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к производству стали в конвертерах, и может быть использовано для управления ходом продувки в конвертере и предотвращения выбросов и переливов газошлакометаллической эмульсии, особенно при переделе низкомарганцовистого чугуна.

Известен способ осаждения вспененного шлака в процессе продувки в кислородном конвертере путем ввода в ванну специальных флюсов, содержащих 20-50% органических компонентов и 30-70% огнеупорного материала, смешанных со связующим, добавляемым в количестве 10% (патент Японии N 52-26488, кл. C 21 C 5/28, опублик. 1977).

Недостатком данного способа является необходимость подготовки флюсов, малая скорость их осаждающего воздействия на шлак, что в результате приводит к переливам шлакометаллической эмульсии и снижению выхода металла.

Известен способ предотвращения выбросов в конвертере, включающий кратковременный подъем фурмы и осаживание кислородными струями вспенивающейся ванны (Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. Общая металлургия./ Под ред. Воскобойникова В.Г. -М.: Металлургия, 1985, с. 206-207).

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

Практика конвертерного производства показывает неэффективность способа при его реализации, плохое осаживание шлаковой пены струями кислорода, повышенный износ при этом футеровки горловины конвертера, повышение окисленности шлака и в дальнейшем возобновление выбросов, что обычно заканчивается аварийным прекращением кислородной продувки и скачиванием шлака.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ предотвращения выброса при производстве стали в кислородном конвертере, включающий продувку металла кислородом, осаживание вспененной газошлакометаллической эмульсии газом, который подают через сталевыпускное отверстие в момент прохождения ее верхнего слоя уровня сталевыпускного отверстия (ЕР, N 0735147, A1, кл. C 21 C 5/32, 05.03.96).

Недостатком данного способа является низкий выход металла, сложность в реализации способа, низкая стойкость кислородных фурм, снижение стойкости футеровки конвертеров, повышенный расход нейтрального газа и чугуна.

Это происходит в связи с тем, что способ возможно реализовать лишь при использовании кислородной фурмы с двухъярусным расположением сопел. Через нижний ярус сопел подается кислород на продувку, а через верхний ярус смесь инертного газа с топливом и воздухом. В процессе продувки если через верхний ярус не подается никакого газа, то сопла зашлаковываются и фурма уже не может реализоваться в дальнейшем для предотвращения выбросов. Либо при попытке подачи через зашлакованные сопла верхнего яруса смеси газов происходит разгар сопел и выход фурмы из строя.

Поэтому для сохранения верхнего яруса сопел приходится подавать нейтральный газ через них с целью отдува от них разбрызгиваемых в процессе продувки капель металла и шлака. В результате происходит значительный перерасход нейтрального газа, что существенно повышает себестоимость стали.

Подача через верхний ярус кислорода в процессе продувки приводит к повышенному износу огнеупоров горловины конвертера и переокислению шлака, увеличивается расходный коэффициент чугуна.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в увеличении выхода металла, стойкости футеровки конвертеров и кислородных фурм, снижении расхода раскислителей и легирующих материалов, а также чугуна.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе предотвращения выбросов при производстве стали в кислородном конвертере, включающем продувку металла кислородом, осаживание вспененной газошлакометаллической эмульсии газом, который подают через сталевыпускное отверстие в момент прохождения верхнего слоя эмульсии уровня сталевыпускного отверстия, согласно предлагаемому изобретению газ подают с интенсивностью 0,1-3,0 м³/тмин в течение 0,5-10% времени кислородной продувки.

Сущность заявляемого предложения заключается в следующем.

В условиях передела низкомарганцовистых чугунов резко ухудшается процесс формирования первичного шлака. В связи с совершенно другим химизмом процесса шлакообразования повышение концентрации окислов железа в шламе не обеспечивает выполнения компенсирующей роли по замене недостающих окислов марганца.

В результате вязкость шлакового расплава повышается в несколько раз. Это приводит к увеличению количества запутывающихся в шлаке капель металла, происхождением которых являются удары кислородных струй о металл. Увеличение числа корольков металла в шлаке приводит к снижению его температуры и нахождению в состоянии, близком к гетерогенному. Ввод в первые минуты кислородной продувки присадок извести или доломита приводит к увеличению вязкости верхних слоев шлакового расплава и насыщению мелкодисперсными частицами присаживаемых материалов. Все это обеспечивает повышение поверхностной вязкости шлака, а в период интенсивного обезуглероживания к усилению эффекта вспенивания шлака из-за более высокой механической прочности шлака. Таким образом, в период значительного увеличения количества газов как продуктов обезуглероживания, выходящих из металлической ванны, из-за повышения поверхностной вязкости верхних слоев шлака выход газов осуществляется с меньшей скоростью, чем скорость их образования. В результате шлак интенсивно вспенивается, т.е. происходит как бы "растягивание" шлака по высоте конвертера внутри его. В конечном итоге это приводит к переливам шлака через горловину. Механическое разрушение шлаковой пены путем присадки сыпучих материалов в этот период приводит к кратковременному ее осаждению и вновь возобновлению процесса вспенивания шлака и его переливам вследствие того, что вводимые материалы повышают в шлаке количество мелкодисперсных частиц, стабилизирующих процесс пенообразования, и снижают температуру шлакового расплава, что приводит к повышению окисленности шлака и увеличению интенсивности вспенивания шлака с выбросами шлакометаллической эмульсии. Таким образом, увеличение поверхностной вязкости шлакового расплава обеспечивает, иначе говоря, повышение прочности поверхностной пленки шлака и стабильность шлаковой пены. В данной ситуации снижение поверхностной вязкости возможно путем присадок плавикового шпата. Однако его присадка обеспечивает лишь кратковременный, в течение 2-3 мин, стабильный ход продувки со снижением уровня шлаковой пены и в дальнейшем приводит к возобновлению исходной ситуации с увеличенной вспениваемостью шлака и выбросам шлакометаллической эмульсии.

Другим известным решением в данной ситуации может быть остановка кислородной продувки с последующим скачиванием шлака, что негативно сказывается на выходе металла. Наилучшим решением в данной ситуации может быть действие, направленное на снижение прочности поверхностной пленки шлака и ликвидацию повышенной поверхностной вязкости шлака, т.е. системное механическое разрушение "шлаковой крыши" повышенной вязкости за счет ее разрушения и смещения (сдвига) верхних слоев шлакового расплава. Это обеспечивается за счет подачи газа через сталевыпускное отверстие. В момент прохождения "крыши" шлакового расплава с повышенной вязкостью мимо сталевыпускного отверстия подаваемый газ за счет движения под углом близким к 90^o к вектору движения шлаковой пены сдвигает верхние горизонты пены, тем самым разрушая структуру пены и обеспечивая свободное прохождение газов без задержек. После подачи газа через сталевыпускное отверстие акустические приборы определения процесса шлакообразования обычно фиксируют увеличение индекса шума продувки и устранение угрозы выброса.

Предлагаемое техническое решение обеспечивает эффективное разрушение верхних слоев шлаковой пены, осаживание вспененной газошлакометаллической эмульсии и в итоге предотвращает выбросы. Это достигается за счет использования регламентированного режима подачи газа через сталевыпускное отверстие.

Подача газа через сталевыпускное отверстие с интенсивностью менее 0,1 м³/тмин не обеспечивает эффективного разрушения верхних слоев шлаковой пены, в результате чего предотвращение выбросов не происходит, кислородную продувку аварийно прекращают и скачивают шлак.

Подача газа через сталевыпускное отверстие с интенсивностью более 3 м³/тмин уже не оказывает дополнительного влияния на предотвращения выбросов и приводит к перерасходу подаваемого газа.

Подача газа через сталевыпускное отверстие в течение менее 0,5% времени кислородной продувки не обеспечивала эффективного предотвращения выбросов из-за малого времени воздействия струи газа на вспененный шлак.

Подача газа через сталевыпускное отверстие в течение более 10% времени кислородной продувки оказывалась нецелесообразной в связи с полным предотвращением выбросов и приводила лишь к перерасходу вдуваемого газа.

Таким образом, принципиальным отличием заявляемого технического решения является регламентированный режим подачи газов через сталевыпускное отверстие с интенсивностью 0,1 - 3 м³/тмин в течение 0,5 - 10% времени кислородной продувки.

Пример осуществления предлагаемого способа.

В 350-тонный конвертер завалили 120 т лома, присадили 11 т извести, залили 285 т чугуна с температурой 1430^oC, содержащего, %: 4,8 углерода, 0,69 кремния, 0,25 марганца, 0,070 фосфора и 0,022 серы.

Осуществили продувку расплава кислородом сверху с интенсивностью 1200 м³/мин. Положение фурмы плавно снижали до рабочего положения до израсходования 5000 м³ кислорода. В ходе кислородной продувки в конвертер присаживали на 2 и 4 минутах продувки по 2 т извести с каждой стороны и порцию плавикового шпата 0,45 т. Процесс шлакообразования отслеживался по акустическому прибору, который был предварительно откалиброван в диапазоне шумов (индекс шума) 30-20% и созданием угрозы выброса 5-10%, что соответствовало прохождению верхнего слоя газошлакометаллической эмульсии уровня сталевыпускного отверстия. После вывода фурмы на рабочее положение индекс шума составлял 17%. До израсходования 9000 м³ кислорода значение индекса шума оставалось на уровне 15-17%, а затем стало плавно снижаться, что отражало процесс вспенивания шлака. При израсходовании 9805 м³ кислорода индекс шума составил 8% и через сталевыпускное отверстие произошел слабый выплеск шлакометаллической эмульсии. Сразу после этого через сталевыпускное отверстие осуществили подачи азота с интенсивностью 365 м³/мин (1 м³/тмин) в течение 30 секунд (3% времени кислородной продувки). Во время подачи газа через сталевыпускное отверстие отслеживали показания процесса шлакообразования по акустическому прибору. Индекс шума плавно с величины 8% повысился до значения 17% после 30 секунд подачи газа через сталевыпускное отверстие, после чего его подача была прекращена.

Дальнейшая продувка плавки протекала спокойно до 12000 м³ кислорода. После израсходования 12050 м³ кислорода индекс шума плавки снизился с 15% до 7%. Сразу же через сталевыпускное отверстие подали азот с интенсивностью 122 м³/мин (0,33 м³/тмин) в течение 10 секунд (1% времени продувки). Во время осаживания шлака отслеживали показания акустического прибора по состоянию шлакового расплава. Индекс шума плавно с величины 7% повысился до 16% после 10 секунд подачи газа через сталевыпускное отверстие, после чего его подача была прекращена. Дальнейший ход продувки плавки протекал спокойно и после израсходования 20000 м³ кислорода кислородная продувка была прекращена.

В таблице приведены основные технические параметры по предлагаемому способу предотвращения выбросов при подаче газа через сталевыпускное отверстие.