способ нанесения покрытия на футеровку металлургического агрегата или футеровку металлургической емкости

Формула изобретения

1. Способ нанесения покрытия на футеровку металлургического агрегата или футеровку металлической емкости, включающий оставление в металлургическом агрегате или металлургической емкости конечного шлака, раздувания шлака газом, подаваемым с определенной интенсивностью продувки через фурму, установленную на определенном положении относительно уровня днища агрегата или емкости, и нанесение шлакового гарнисажа на футеровку, отличающийся тем, что шлак раздувают при положении фурмы относительно уровня днища агрегата или емкости, равном 0,01 - 150 приведенных калибров при интенсивности продувки 0,25 - 70 м³/минт стали.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что шлак раздувают кислородом или воздухом до израсходования газа 0,25 - 15,0 м³/т стали.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что шлак раздувают нейтральным или восстановительным газом, или двуокисью углерода или их сочетанием.

4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что до раздува шлака и/или в процессе раздува на шлак присаживают сыпучие и/или шлакообразующие, и/или газовыделяющие материалы, и/или материалы, повышающие огнеупорные свойства футеровки, в количестве 1 - 35 кг/т стали.

5. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что до раздува шлака и/или в процессе раздува на шлак присаживают углеродсодержащие материалы в количестве 1 - 35 кг/т стали.

6. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что до раздува шлака и/или в процессе его раздува на шлак присаживают совместно сыпучие и/или шлакообразующие, и/или газовыделяющие, и/или углеродсодержащие материалы, и/или материалы, повышающие огнеупорные свойства футеровки в различном соотношении.

7. Способ по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что раздув шлака осуществляют при частичном заполнении шлаком металлургического агрегата или металлургической емкости.

8. Способ по любому из пп.1 - 7, отличающийся тем, что шлак раздувают через фурму, имеющую одно сопло.

9. Способ по любому из пп.1 - 7, отличающийся тем, что шлак раздувают через фурму, имеющую более одного сопла.

10. Способ по любому из пп.1 - 9, отличающийся тем, что раздув шлака осуществляют при нахождении сопла или сопел фурмы в шлаковом расплаве.

11. Способ по любому из пп.1 - 9, отличающийся тем, что раздув шлака осуществляют при нахождении сопла или сопел фурмы выше уровня шлакового расплава.

12. Способ по любому из пп.1 - 11, отличающийся тем, что раздув шлака осуществляют через фурму, у которой угол раскрытия сопла или сопел к вертикали металлургического агрегата или емкости составляет 0 - 179^o.

13. Способ по любому из пп.1 - 12, отличающийся тем, что в качестве фурмы для раздува шлака используют кислородную фурму.

14. Способ по любому из пп.1 - 12, отличающийся тем, что в качестве фурмы для раздува шлака используют торкретфурму.

15. Способ по любому из пп.1 - 12, отличающийся тем, что в качестве фурмы для раздува шлака используют газовую горелку.

16. Способ по любому из пп.1 - 16, отличающийся тем, что раздув шлака осуществляют при постоянном и/или переменном положении фурмы в вертикальной и/или горизонтальной плоскости.

17. Способ по любому из пп.1 - 16, отличающийся тем, что до раздува шлака и/или в процессе его раздува на шлак присаживают раскислители.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области черной и цветной металлургии, конкретнее, к способам горячего ремонта футеровки металлургических агрегатов или футеровки металлургических емкостей в процессе их эксплуатации.

Известен способ ремонта кладки завалочной и сливной сторон конвертера, включающий оставление в конвертере конечного шлака, продувку шлака кислородом в течение 3 - 5 мин с минутным расходом кислорода, составляющим 50 - 60% от необходимого расхода при продувке плавки, прекращение кислородной продувки, загрузки в конвертер боя отработанного кирпича, осуществление быстрого поворота конвертера в горизонтальное положение и выдержку в этом положении в течение 20 - 25 мин, частичный слив шлака и оставление конвертера в положении подварки еще на 15 - 20 мин (Чиграй И.Д., Кудрина А.П. Огнеупоры для производства стали в конвертерных цехах, М."Металлургия", 1982, с.127 - 128).

Недостатком данного способа является высокая длительность операции ремонта кладки, что обычно составляет 40 - 50 мин , и низкая стойкость футеровки конвертера вследствие быстрого износа футеровки в районе цапф, так как использование данного способ для ремонта разрушенных участков боковых сторон практически трудно осуществимо.

Известен способ восстановления рабочего слоя футеровки, включающий нанесение жидкого огнеупорного материала на разрушенные участки путем наклона и (или) вращения конвертера. Патент США N 4410167. Заявление 25.05.81., N 278008, опубл.18.10.83. Приор.22.12.78., N 53-16391, Япония. МКИ С21 В 7/04, НКИ 266/281. *РЖ Металлургия, 1984, N 7В34ОП).

Недостатками данного способа являются повышенные капитальные затраты на создание необходимого оборудования конвертера, усложнение его конструкции и в связи с этим эксплуатации.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ нанесения покрытия на футеровку металлургического агрегата или металлургической емкости, включающий оставление в металлургическом агрегате или металлургической емкости конечного шлака, раздувание шлака газом, подаваемым с определенной интенсивностью продувки через фурму, установленную на определенном положении относительно уровня днища агрегата или емкости, и нанесение шлакового гарнисажа на футеровку. (Заявка N 95-108421/02, C21C 5/44, F27D. 1/16, 20.01.97 Бюл.N 2.)

Недостатком данного способа является низкая стойкость футеровки конвертера, вследствие нерегламентированного режима процесса раздува шлака газом: а именно - положения фурмы относительно днища конвертера, интенсивности продувки и времени осуществления процесса раздувания шлака, что приводит к низкой степени ошлакования футеровки конвертера и малой толщине шлакового гарнисажа. Кроме этого, снижается выход металла и повышается расход сыпучих материалов на плавку, так как малое количество смываемого шлакового гарнисажа в начале плавки лишь незначительно улучшает процесс формирования первичного шлака.

При осуществлении процесса раздувания шлака не нейтральным газом, а кислородной струей или воздухом, происходит переокисление шлакового расплава, за счет сжигания в нем корольков металла, и агрессивному воздействию шлаком на футеровку конвертера, а также длительному негативному воздействию на футеровку открытой струей окислителя.

Цель предлагаемого изобретения - увеличение стойкости футеровки и производительности металлургических агрегатов, повышение выхода металла, снижение расхода чугуна, торкретмассы, раскислителей, легирующих и сыпучих материалов, а также повышение стойкости футеровки металлургических емкостей.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе нанесения покрытия на футеровку металлургического агрегата или футеровку металлургической емкости, включающем оставление в металлургическом агрегате или металлургической емкости конечного шлака, раздувание шлака газом, подаваемым с определенной интенсивностью продувки через фурму, установленную на определенном положении относительно уровня днища агрегата или емкости, и нанесение шлакового гарнисажа на футеровку, согласно предлагаемому изобретению шлак раздувают при оложении фурмы относительно уровня днища агрегата или емкости, равном 0,01 - 150 приведенных калибров при интенсивности продувки 0,25 - 70 м³/минт стали.

Кроме того, при осуществлении раздува шлака кислородом или воздухом, процесс осуществляется до израсходования газа 0,25-15 м³/т стали, либо раздувают шлак нейтральным или восстановительным газом, или двуокисью углерода, либо их сочетанием.

До раздува шлака и/или в процессе его раздува на шлак присаживают сыпучие и/или шлакообразующие, и/или газовыделяющие материалы и/или материалы, повышающие огнеупорные свойства футеровки в количестве 1 - 35 кг/т стали.

До раздува шлака и/или в процессе его раздува на шлак присаживают углеродсодержащие материалы в количестве 1 - 35 кг/т стали.

До раздува шлака и/или в процессе его раздува на шлак присаживают совместно сыпучие и/или шлакообразующие и/или газовыделяющие и/или углеродсодержащие материалы и/или материалы, повышающие огнеупорные свойства футеровки, в различном соотношении.

Раздув шлака может осуществляться при частичном заполнении шлаком металлургического агрегата или металлургической емкости.

Раздув шлака может осуществляться через фурму имеющую одно сопло.

Раздув шлака может осуществляться через фурму имеющую более одного сопла.

Раздув шлака может осуществляться при нахождении сопла или сопел фурмы в шлаковом расплаве.

Раздув шлака может осуществляться при нахождении сопла или сопел фурмы выше уровня шлакового расплава.

Раздув шлака может осуществляться через фурму, у которой угол раскрытия сопла или сопел к вертикали металлургического агрегата или металлургической емкости составляет 0 - 179^o.

Раздув шлака может осуществляться через фурму, в качестве которой используют кислородную фурму.

Раздув шлака может осуществляться через фурму, в качестве которой используют торкретфурму.

Раздув шлака может осуществляться через фурму, в качестве которой используют газовую горелку.

Раздув шлака может осуществляться при постоянном и/или переменном положении фурмы в вертикальной и/или горизонтальной плоскости.

До раздува шлака и/или в процессе его раздува на шлак присаживают раскислители.

При анализе научно-технической литературы и патентной информации не было обнаружено известных технических решений, имеющих сходные признаки в предложенной совокупности, обеспечивающих, согласно предложению, увеличение стойкости футеровки и производительности металлургических агрегатов, повышение выхода металла, снижение расхода чугуна, торкретмассы, раскислителей, легирующих и сыпучих материалов, а также повышение стойкости футеровки металлургических емкостей, что свидетельствует о получении нового технического эффекта и позволяет сделать вывод о его соответствии условиям патентоспособности.

Сущность заявляемого технического решения заключается в следующем.

Регламентированный режим продувки газом обеспечивает оптимальные условия для раздувания шлака и нанесения при этом на футеровку шлакового гарнисажа максимальной толщины. Низкое положение фурмы и высокая интенсивность продувки позволяют направить энергию газа на шлаковый расплав. В результате этого обеспечивается выталкивание массы шлака струей газа с места его расположения вверх и направление движения шлака по касательной к поверхности футеровки агрегата или емкости. В результате происходит, как бы "размазывание" шлакового расплава по футеровке, что способствует эффективному нанесению на футеровке шлакового гарнисажа.

В случае слива металла с агрегата с повышенной температурой или высокой жидкоподвижностью шлакового расплава, целесообразно снижать температуру шлака и переводить его в вязкое состояние. Для этого в агрегат, например в конвертер, на шлак до его раздува или в процессе осуществления раздува присаживаются сыпучие, шлакообразующие или углеродсодержащие материалы.

Обеспечение стабильного формирования шлакового гарнисажа на футеровке агрегата, например, конвертера, способствует интенсификации процесса формирования первичного шлака в ходе кислородной продувки плавки за счет частичного смыва нанесенного шлакового гарнисажа. В результате этого снижается брызгоунос капель металла и повышается выход жидкой стали, а также снижается расход сыпучих материалов на шлакообразование.

Снижение расхода сыпучих материалов позволяет, в зависимости от сортамента выплавляемой стали, либо повышать долю лома в шихтовке плавки и снижать расход чугуна, либо заканчивать кислородную продувку при более высоком содержании углерода в металле, что позволяет существенно снизить окисленность шлака в металле и приводит к снижению скорости износа футеровки конвертера и расхода раскислителей и легирующих материалов.

Предлагаемое техническое решение, обеспечивая повышение стойкости футеровки, позволяет в значительной мере сократить количество и частоту операций торкретирования футеровки, что существенно оказывает влияние на снижение себестоимости продукции. Кроме вышеназванного, данное техническое решение, обеспечивая увеличение стойкости футеровки металлургических агрегатов, способствует снижению числа перефутеровок в год, что позволяет повысить эксплуатационную готовность агрегатов и тем самым повысить их производительность.

Реализация предлагаемого технического решения, за счет использования шлака в целях восстановления футеровки, приводит к существенному сокращению объемов шлака вывозимого на шлаковые поля и в качестве отходов с территории завода.

Опытными продувками в 350-т конвертере конечного шлаканейтральным газом (азотом), а также кислородом, подаваемым через кислородную фурму установлено, что для достижения максимальной величины шлакового гарнисажа на футеровке конвертера необходимо строго соблюдать разработанный режим продувки, а именно раздувание шлака осуществлять при положении фурмы относительно уровня днища 0,01 -150 приведенных калибров при интенсивности продувки 0,25 - 70 м³/минт стали. При осуществлении раздува шлака кислородом процесс осуществляется до израсходования 0,25 - 15 м³/т стали.

Осуществление процесса раздува шлака газом при положении кислородной фурмы относительно уровня днища менее 0,01 калибра приводило к снижению толщины шлакового гарнисажа, образуемого на футеровке конвертера, вследствие ухудшения гидродинамики потоков шлака и незначительной высоты подъема массы шлака, кроме того, повышалась скорость износа футеровки днища конвертера, увеличивался расход сыпучих материалов на плавку, снижался выход металла.

Осуществление процесса раздува шлака газом при положении кислородной фурмы относительно уровня днища более 150 калибров приводило к снижению толщины шлакового гарнисажа, увеличению расхода сыпучих материалов, снижению выхода металла, увеличению частоты торкретирования.

Осуществление процесса раздува шлака газом при интенсивности менее 0,25 м³/минт стали приводило к снижению толщины шлакового гарнисажа в верхней части футеровки конвертера и полному его отсутствию в районе горловины и прилегающих к ней участках футеровки, что повышало скорость износа вышеназванных участков футеровки конвертера, кроме этого снижался выход металла, увеличивался расход сыпучих материалов и торкретмассы.

Осуществление процесса раздува шлака газом при интенсивности более 70 м³/минт стали приводило к сильным выбросам шлака и конвертера, созданию аварийной ситуации и снижению толщины шлакового гарнисажа.

Осуществление процесса раздува шлака кислородом или воздухом до израсходования менее 025 м³/т стали приводило к снижению толщины шлакового гарнисажа на футеровке конвертера, снижению выхода металла, увеличению расхода сыпучих материалов и дополнительному торкретированию футеровки.

Осуществление процесса раздува шлака кислородом или воздухом до израсходования более 15 м³/т стали не приводило к образованию шлакового гарнисажа на футеровке конвертера вследствие повышения окисленности и температуры шлакового расплава, снижался выход металла, повышался расход сыпучих материалов, увеличивалась скорость износа футеровки конвертера, повышалась частота торкретирования.

Осуществление процесса раздува шлака нейтральным либо восстановительным газом, или двуокисью углерода не регламентируется по расходу газа и определяется только условиями производства и наличием свободного времени на конвертерах для осуществления процесса восстановления футеровки конвертеров.

Перед раздувом шлака или в процессе его осуществления в конвертер можно присаживать сыпучие, шлакообразующие и (или) углеродсодержащие материалы.

При присадке материалов с расходом менее 1 кг/т стали не обеспечивалось эффективного снижения температуры шлакового расплава, что приводило к снижению толщины шлакового гарнисажа на футеровке конвертера, снижению выхода металла, повышению расхода на плавке шлакообразующих материалов, перерасходу торкретмассы.

При присадке материалов с расходом более 35 кг/т стали наблюдалась гетерогенизация шлакового расплава и его окомкование, что резко ухудшало процесс нанесения шлакового гарнисажа на футеровку конвертера. При этом снижался выход металла, повышался износ футеровки, увеличивался расход шлакообразующих материалов и торкретмассы.

Таким образом, принципиальным отличием заявляемого технического решения является регламентированный режим продувки газом: установление фурмы на высоте 0,01 - 150 калибров относительно уровня днища, продувки газом с интенсивностью 0,25 - 70 м³/минт стали.

При раздуве шлака кислородом или воздухом процесс регламентируется по расходу газа 0,25 - 15 м³/т стали, а при раздуве нейтральным или восстановительным газом или двуокись углерода не регламентируется. Перед раздувом шлака или в процессе его осуществления на шлак присаживаются сыпучие, шлакообразующие и (или) углеродсодержащие материалы с расходом 1 - 35 кг/т.

Для оценки данного способа была проведена серия опытных раздувов конечных шлаков в соответствии с заявляемым предложением и прототипом, при соблюдении одинаковых условий по окисленности шлаков и температуре сливаемого металла.

Пример осуществления предлагаемого способа

В 350-т конвертере после слива металла оставили конечный шлак. В конвертер опустили кислородную фурму и при ее положении 2,5 калибров (0,24 м) относительно уровня днища подали через кислородную фурму азот с интенсивностью 3,75 м³/минт стали (1370 м³/мин). Раздув шлака осуществляли в течение 5 минут. После раздува шлака осмотрели футеровку конвертера. Вся поверхность футеровки была покрыта шлаковым гарнисажем, изношенные участки футеровки восстановлены. После этого слили в шлаковую чашу остатки жидкого шлака. Визуально наблюдалось снижение общего количества шлака от первоначального, более чем на 50%.

Далее в конвертер завалили 120 т лома, присадили 11 т извести, залили 285 т чугуна с температурой 1430^oC, содержащего в процентах: 4,8 углерода, 0,75 кремния; 0,30 марганца; 0,065 фосфора и 0,25 серы. Осуществили продувку расплава кислородом сверху с интенсивностью 1200 м³/мин. В ходе кислородной продувки в конвертер присадили 5 т извести. По акустическим показаниям шумомера формирование первичного шлака осуществилось в течение 3 минут после израсходования 20000 м³ кислорода прекратили продувку. Температура металла, содержание углерода и марганца в металле составили соответственно 1660^oC, 0,12% и 0,15%. Плавку слили с первой повалки, присадив в ковш 0,3 т коксика, 1500 кг силикомарганца, 0,7 т ферросилиция. Результаты опытных раздувов конечных шлаков в 350-т конвертере в соответствии с заявляемым способом, а также в соответствии с технологией прототипа, приведены в таблице (см.таблицу в конце описания).

Сравнительный анализ двух способов показал, что при осуществлении предлагаемой технологии, с соблюдением последовательности заявляемых технологических параметров, обеспечивалось эффективное восстановление футеровки путем нанесения на нее шлакового гарнисажа, что приводило к снижению скорости износа футеровки конвертера в 2 раза, сокращению частоты и количества торкретирования футеровки конвертера в 2 раза, увеличению скорости формирования первичного шлака в 2 раза, снижению расхода извести и доломита соответственно на 10 и 3 кг/т, увеличению выхода металла на 0,7%, увеличению остаточного марганца в металле на 15 - 20%, снижению расхода ферросплавов и раскислителей на 10%.