способ выплавки стали в мартеновской печи

Формула изобретения

1. Способ выплавки стали в мартеновской печи, включающий завалку в ванну печи металлошихты, ее прогрев, загрузку чугуна, расплавление металлошихты и доводку расплава до требуемых свойств, выполняемых при продувке ванны потоком нейтрального или инертного газа, подаваемого с изменяющейся интенсивностью и плотностью дутья через слой пористого огнеупорного материала, расположенного по днищу вдоль продольной оси ванны и образующего отдельные дутьевые зоны, отличающийся тем, что чугун в шихте используют в жидком виде, а продувку ванны при завалке, прогреве металлошихты и заливке чугуна осуществляют с интенсивностью, обеспечивающей удельную плотность дутья в каждой дутьевой зоне, равную 0,5-1,8 м³/ч на 1 м² ее поверхности, после заливки жидкого чугуна при расплавлении металлошихты ванну продувают с интенсивностью 0,08-0,25 м ³/ч 1т залитого чугуна, а при доводке расплава - с интенсивностью, регулируемой в зависимости от изменения технологических параметров плавки в интервале 0,01-0,1 м³/ч 1т расплава и обеспечивающей поддержание плотности дутья в отдельных дутьевых зонах, равной 3,2-5,5 м³/ч на 1 м² ее поверхности.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что интенсивность дутья в дутьевых зонах, размещенных в центре печи, в 2-6 раз превышает интенсивность дутья в крайних у головок печи дутьевых зонах.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургическому производству, в частности к выплавке стали в мартеновских печах.

Известен способ выплавки стали в мартеновской печи /SU №1164275, С 21 С 5/04 1985 г./, включающий периоды завалки шихты прогрева плавления и доводки расплава, проводимых при продувке нейтральным газом через пористый огнеупор, расположенный в подине печи.

Недостатком известного способа является повышенный темп перемешивания расплава донным дутьевым потоком, который сопровождается активным развитием негативных процессов брызгоуноса и пылеобразования и отсутствия взаимосвязи этих процессов с изменениями параметров процесса, возникающих по ходу плавки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ выплавки стали в мартеновской печи /патент RU №2167946, С 21 С 5/04, 27.05.2001/, включающий завалку в ванну печи металлошихты из твердых лома и чугуна, ее прогрев, расплавление металлошихты и доводку расплава до требуемых свойств, выполняемых при продувке ванны потоком нейтрального или инертного газа, подаваемого с изменяющейся интенсивностью и плотностью дутья через слой пористого огнеупорного материала, расположенного по днищу вдоль продольной оси ванны и образующего отдельные дутьевые зоны.

К недостаткам способа относится его направленность только для осуществления плавки скрап-процессом с использованием в шихте в качестве науглероживателя твердого чугуна, вводимого в печь в составе шихты в период завалки.

Известно, что все преимущества продувки ванны инертным или нейтральным газом проявляются только при наличии в ванне жидкой составляющей, при этом ощутимыми эти преимущества будут наблюдаться только при достижении жидкой составляющей определенной массы. Причем, чтобы избежать явления «передува», характеризующегося излишними процессами брызго- и пылеобразования и уноса в условиях роста массы расплава в печи, необходимо продувку расплава нейтральным или инертным газами в печи связывать со спецификой изменения параметров процесса, возникающих по ходу плавки, свойственных конкретной печи, работающей на определенном виде сырья с использованием того или иного вида технологий.

Задачей изобретения является разработка эффективного способа выплавки стали в мартеновской печи с использованием донной продувки нейтральным или инертным газами.

Ожидаемый технический результат - увеличение производительности сталеплавильного агрегата и снижение энергозатрат с сохранением на базовом уровне или снижения пылеобразования и угара металла, повышение качества выплавляемой стали.

Технический результат достигается тем, что в известном способе выплавки стали в мартеновской печи, включающем завалку в ванну печи металлошихты, ее прогрев и загрузку чугуна, расплавление металлошихты и доводку расплава до требуемых свойств, выполняемых при продувке ванны потоком нейтрального или инертного газа, подаваемого с изменяющейся интенсивностью и плотностью дутья через слой пористого огнеупорного материала, расположенного по днищу вдоль продольной оси ванны и образующего отдельные дутьевые зоны, чугун в шихте используют в жидком виде, а продувку ванны при завалке, прогреве металлошихты и заливке чугуна осуществляют с интенсивностью, обеспечивающей удельную плотность дутья в каждой дутьевой зоне, равную 0,5-1,8 м ³/ч на 1 м² ее поверхности, после заливки жидкого чугуна, при расплавлении металлошихты, ванну продувают с интенсивностью 0,08-0,25 м³/ч 1 т залитого чугуна, а при доводке расплава - с интенсивностью, регулируемой в зависимости от изменения технологических параметров плавки в интервале 0,01-0,1 м ³/ч 1 т расплава и обеспечивающей поддержание плотности дутья в отдельных дутьевых зонах, равной 3,2-5,5 м³ /ч на 1 м² ее поверхности. По изобретению интенсивность дутья в дутьевых зонах, размещенных в центре печи, в 2-6 раз превышает интенсивность дутья в крайних у головок печи дутьевых зонах.

Сущность изобретения поясняется следующим.

При замене твердого чугуна в завалке на жидкий чугун и смещении массового соотношения лом чугун в сторону скрап-рудного процесса, в печи обеспечиваются благоприятные ранние условия (наличие жидкой фазы) для пневматической обработки металла.

Обладающая повышенным потенциалом физического и химического тепла жидкоподвижная масса расплавленного чугуна с температурой 1150-1330°С и составляющая 40-60% от массы металлошихты при взаимодействии с уже заваленной металлошихтой при заливке в печь резко интенсифицирует темп протекания тепло- и массообменных процессов в ванне по ходу плавки. Активность плавления шихты после заливки чугуна резко ускоряется. В частности, продолжительность периода прогрева и плавления снижается до 18-29% от продолжительности плавки.

Для того чтобы сохранить аэродинамические качества пористой огнеупорной массы продувочных зон в высокотемпературных условиях и при этом значительно не расходовать газы на продувку ванны при отсутствии жидкой составляющей в печи, при заправке печи, завалке в нее металлошихты и шлакообразующих, их прогреве и заливке чугуна продувку осуществляют с плотностью дутья, равной 0,5-1,8 м³/ч на 1 м² поверхности зоны продувки. При плотности дутья менее 0,5 м³/ч на 1 м² поверхности наблюдаются деформации и заваривания пор продувочных элементов, а при плотности дутья более 1,8 м³/ч на 1 м² поверхности наблюдается локальное охлаждение нижних слоев шихты, что приводит к их «закозлению» и удлинению продолжительности плавления шихты. Следует учитывать, что при появлении расплава в печи плотность дутья должна быть не менее 0,9 м³/ч на 1 м² поверхности зон. По ходу заливки чугуна активизируются процессы газовыделения, сопровождающиеся выносами и выбросами металла из печи. Дополнительная интенсификация перемешивания расплава в этот период не является оправданной.

Расплавление металлошихты на начальной стадии плавления осуществляется в результате процессов диффузионного науглероживания поверхностного слоя твердой части шихты углеродом жидкого чугуна и вследствие этого понижение температуры плавления поверхностного слоя твердой шихты. Продолжительность плавления зависит от развития поверхности контакта жидкого чугуна и твердой шихты.

Активизация донной продувки ванны с интенсивностью подачи 0,08-0,25 м ³/ч 1 т залитого чугуна позволяет обеспечить ускорение процесса плавления шихты. Температура ванны в это время близка к температуре плавления шихты. При таких температурах преимущественно окисляются входящие в состав чугуна кремний, марганец, фосфор, хром и др. С ростом температуры до 1350-1400°С наблюдается некоторое развитие процесса обезуглероживания и газообразования. Подача инертного газа с интенсивностью менее 0,08 м³ /ч 1 т залитого чугуна не оказывает заметного влияния на изменение параметров плавления и обезуглероживания, а подача газа с интенсивностью более 0,25 м³/ч 1 т залитого чугуна вызывает чрезмерные выносы и выбросы. В отходящих газах появляется значительное содержание монооксида углерода.

По окончанию плавления температура расплава в печи равна 1520-1560°С, а содержание углерода превышает его долю перед выпуском из печи на 0,4-0,95%, при этом перепад температур по глубине ванны в этот момент достигает 30-45°С на 1 м толщины расплава, а разность концентраций углерода до 0,15-0,20%.

Для того чтобы максимально ускорить обезуглероживание ванны, улучшить условия перемешивания и повышения температуры до температуры выпуска, донную продувку расплава нейтральным или инертным газом в период доводки осуществляют с удельной интенсивностью 0,01-0,1 м³/ч 1 т расплава, обеспечивающей поддержание плотности дутья в отдельных дутьевых зонах, равной 3,2-5,5 м ³/ч на 1 м² ее поверхности. Подача газов в указанном режиме повышает полноту перемешивания, позволяя уменьшить содержание углерода по расплавлению, сократить продолжительность плавки, повысить качество и производительность печи. Подача дутья с интенсивностью менее 0,01 м³/ч 1 т расплава не оказывает действенного влияния на процессы плавки, а превышение верхнего значения интенсивности подачи газа более 0,1 м³/ч 1 т расплава приводит к нарушению оптимального для этой печи соотношения значений скоростей выгорания углерода и скорости нагрева ванны. Отставание любой из скоростей, например скорости нагрева от оптимальных значений, влечет возможность охлаждения расплава и замораживания плавки, при этом создаются условия для повышения интенсивности пылеуноса и угара металла. В мартеновской печи вследствие неравномерного распределения тепловых потоков, идущих от факела по длине печи, неравномерности распределения шихтовых материалов возникают зоны с различным теплосодержанием (то есть более нагретые зоны). Это приводит к нарушению оптимальных скоростей обезуглероживания и нагрева металла. Для уменьшения тепловой неравномерности по длине печи удельную плотность дутья в период доводки по зонам печи поддерживают равной 3,2-5,5 м³/ч на 1 м² ее поверхности. Снижение плотности дутья в отдельных дутьевых зонах менее 3,2 м³/ч на 1 м² ее поверхности не приводит к ощутимому уменьшению тепловой неравномерности по длине печи, а превышение плотности дутья в отдельных дутьевых зонах более 5,5 м³/ч на 1 м² ее поверхности ограничено качественными возможностями пористой огнеупорной массы, используемой для продувочного устройства, ее прочностью и сопротивлением к разрушению.

Другим приемом, уменьшающим неравномерность распределения тепла по длине печи, является перераспределение интенсивности дутья. В дутьевых зонах, размещенных в центре печи, интенсивность дутья в 2-6 раз превышает интенсивность дутья в крайних у головок печи дутьевых зонах. Несоблюдение распределения интенсивностей дутья по оси печи в дутьевых зонах в интервале 2-6, например в соответствии с теплоотдачей факела, не уменьшает неравномерность распределения тепла по длине печи и не позволяет достигать максимальной производительности печи.

Способ был реализован на 250 т основной мартеновской печи, оборудованной устройствами для донной продувки ванны потоком нейтрального или инертного газа, подаваемого с изменяющейся интенсивностью и плотностью дутья через слой пористого огнеупорного материала, расположенного по днищу вдоль продольной оси ванны и образующего отдельные дутьевые зоны.

Пример.

Выплавляли сталь 35ГС. В печь при ее осмотре заправке через зоны продувки подавали аргон с интенсивностью, обеспечивающей удельную плотность дутья в каждой дутьевой зоне, равную 0,6 м³/ч на 1 м² ее поверхности. После окончания заправки в печь загружали 120 т стального лома и 18 т шлакообразующих (обожженной извести). Плотность дутья в каждой дутьевой зоне в это время, а также при прогреве заваленной шихты поддерживали равной 0,6 м³/ч на 1 м² ее поверхности. При появлении признаков оседания шихты и ее оплавления плотность дутья в каждой дутьевой зоне увеличивали до 0,9 м³/ч на 1 м² поверхности зон и продолжали подавать аргон с этой плотностью до окончания прогрева и заливки чугуна. В печь залили 200 т чугуна с температурой 1320°С следующего состава: мас.% 3,6 С; 0,7 Mn; 0,6 Si; 0,028 S и Р. При расплавлении металлошихты аргон в ванну продували с интенсивностью 0,08 м³/ч 1 т залитого чугуна. При плавлении производили спуск первичного шлака наводили новый шлак с основностью 1,7. Содержание углерода по расплавлению получили равным 0,87%. После расплавления шихты при доводке расплава аргон в ванну продували с интенсивностью 0,01 м³/ч 1 т расплава в крайних у головок печи дутьевых зонах и равномерно увеличивали к центру печи до 0,06 м³/ч 1 т расплава. При реверсировании факела изменяли интенсивность подачи аргона в дутьевые зоны, при этом плотность дутья в отдельных дутьевых зонах поддерживали равной 4,0 м³/ч на 1 м² ее поверхности. Расплав в печи обрабатывали в соответствии технологической инструкцией. Расплав выпускали в ковш с температурой 1610°С, а ферросплавы начинали вводить в ковш при наполнении 1/5 части ковша в следующем порядке: силикомарганец, 65% ферросилиций и алюминий. Получили сталь 35 ГС. Продолжительность плавки по изобретению составила 7,8 ч, а по известному способу 8,4 ч. Увеличение производительности печи сопровождалось снижением выноса пыли и шлаковых выбросов на 1,8% ниже, чем в известном способе.