способ нанесения гарнисажа на футеровку конвертера

Формула изобретения

1. Способ нанесения гарнисажа на футеровку конвертера, включающий оставление в конвертере конечного шлака, раздув конечного шлака азотом, присадку в конвертер флюса до раздува и/или в процессе раздува конечного шлака, отличающийся тем, что в качестве флюса в конвертер присаживают самораспадающиеся магнезиальные гранулы в количестве 0,2-30,0 кг/т стали, полученные окомкованием каустического и сырого магнезита, и кокса и/или сидерита, при этом отношение оксидов магния к оксидам кальция в самораспадающихся магнезиальных гранулах составляет 10-65, а содержание потерь при прокаливании - 20-50%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что самораспадающиеся магнезиальные гранулы содержат, мас.%: оксид магния 40-65, оксид кальция 1,0-2,5, углерод 4,0-20 и/или оксид железа 7,0-15.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, в частности к методам восстановления рабочего слоя футеровки конвертера.

С целью повышения стойкости футеровки конвертера известен способ ремонта футеровки, предусматривающий наведение магнезиального шлака в течение предыдущей перед ремонтом плавки с присадкой доломита обожженного и/или ожелезненного (ИМФ) в количестве 20-50 кг/т расплава и получением в шлаке 5-12% MgO, слив расплава из конвертера в сталеразливочный ковш с оставлением в конвертере шлака и дополнительной подачей на шлак доломита или ИМФ в количестве 1-15 кг/т расплава предыдущей плавки, с последующим нанесением гарнисажа на футеровку конвертера путем продувки шлака сверху через фурму азотом [1, 2]. Недостатком использования доломита и ИМФ, содержащих 50-65% СаО и 29-35% MgO, является низкая рафинирующая способность высокомагнезиальных шлаков, что предопределяет снижение расхода данных материалов при выплавке низкосернистых марок сталей и соответственно увеличение агрессивного воздействия высокожелезистых шлаков с низким содержанием MgO на футеровку конвертера. Кроме этого, время растворения данных материалов в конечном шлаке при температурах 1600-1700°С превышает длительность проведения операции раздува шлака азотом, что делает нанесение гарнисажа с дополнительной присадкой доломита и ИМФ на конечный шлак после слива расплава малоэффективным.

Наиболее близким по технической сущности и получаемым результатам к заявляемому способу является способ нанесения покрытия на футеровку с присадкой до раздува и/или в процессе раздува кокса с целью снижения окисленности шлака, и/или сырого доломита, содержащего 28-35% СаО, 17-20% MgO и 43-47% потери при прокаливании, обеспечивающего снижение температуры шлака и повышение его вязкости [3].

Недостатком известного способа является низкая скорость растворения сырого доломита, а также низкое содержание оксидов магния в сыром доломите и соответственно низкий показатель отношения оксида магния к оксиду кальция (MgO/CaO), составляющий 0,5-0,8, что ограничивает возможность прироста оксида магния в шлаке и снижает эффективность наносимого гарнисажа.

Стойкость наносимого гарнисажа зависит от количества содержащихся в нем легкоплавких минералов и фазового состава шлака, наносимого на футеровку конвертера. В связи с повышенной основностью и железистостью конвертерного шлака по окончанию продувки плавки равновесный фазовый состав конвертерного шлака представлен в основном ортосиликатом кальция 2CaO·SiO ₂, двухкальциевым ферритом 2CaO·Fe ₂O₃, RO-фазой (FeO·MgO·MnO) и магномагнетитом FeO-MgO·Fe₂O ₃. Дополнительное внесение в такой шлак материалов с повышенным содержанием СаО - 30-35% с последующим перемешиванием шлакового расплава смесью кислорода с нейтральным газом в соотношении 1:(0,35-0,85) и нанесение гарнисажа на футеровку конвертера, как указано в прототипе [2], приводит к окислению корольков железа и к увеличению легкоплавких составляющих шлака в первую очередь: 2СаО·Fe ₂О₃ (температура плавления - 1437°С) и СаО·Fe₂О₃ (температура плавления - 1218°С) и др. Если после полного расходования СаО на ферриты кальция остается свободным Fe ₂O₃, то последний идет на образование феррошпинелида типа магномагнетита (Mg,Fe)Fe₂ O₄, который является твердым раствором магнезиоферрита MgO·Fe₂O ₃ (температура плавления - 1750°С) в магнетите (температура плавления - 1590°С). Учитывая, что в конце продувки плавки достигаются в среднем температуры металла порядка 1650-1670°С, то стойкость гарнисажного покрытия, содержащего значительное количество легкоплавких ферритов кальция, составляет менее одной плавки.

В предлагаемом способе поставлена задача: повышение температуры плавления гарнисажного покрытия футеровки конвертера и улучшение рафинирующих свойств шлака при выплавке стали в последующей плавке.

Технический результат достигается тем, что в известном способе нанесения гарнисажа на футеровку конвертера, включающем оставление в конвертере конечного шлака, раздув шлака азотом, присадку до раздува и/или в процессе раздува самораспадающихся магнезиальных гранул, полученных окомкованием каустического и сырого магнезита, и кокса и/или сидерита, при этом отношение оксидов магния к оксидам кальция (MgO/CaO) в самораспадающихся магнезиальных гранулах составляет величину от 10 до 65, а содержание потерь при прокаливании 20-50%, при этом расход гранул на операцию нанесения шлакового гарнисажа изменяется в количестве 0,2-30,0 кг/т стали. Самораспадающиеся магнезиальные гранулы содержат, мас.%: оксид магния 40-65; оксид кальция 1,0-2,5; углерод 4-20 и/или оксид железа 7-15.

Самораспадающиеся магнезиальные гранулы получают путем гранулирования тонкомолотой шихты, которая в зависимости от требований к химическому составу гранул имеет различный состав: каустический и сырой магнезит и кокс; каустический и сырой магнезит и сидерит; каустический и сырой магнезит, кокс и сидерит. Окомкование происходит в тарельчатом грануляторе с образованием гранул сферической формы с преимущественным размером 5-25 мм. Влажность комкуемой шихты корректируется изменением подачи воды или сухих материалов. Температура комкуемой массы в окомкователе 20-40°С.

Сущность способа заключается в том, что ввод самораспадающихся магнезиальных гранул на высокотемпературный окисленный шлак до раздува и/или в процессе раздува азотом приводит к разрыву гранул за счет значительного содержания m_прк (потери при прокаливании) в гранулах, состоящих на 70-85 мас.% из магнезита MgCO ₃, и брусита Mg(OH)₂, которые при температурах 400-700°С диссоциируют с образованием высокодисперсной и химически активной магнезии, быстро усваиваемой шлаком, а высокое содержание в гранулах MgO и низкое содержание оксидов кальция способствует насыщению шлака оксидами магния и снижению в наносимом на футеровку гарнисаже легкоплавких ферритов кальция с образованием магнезиоферритов MgO·Fe₂O ₃, которые увеличивают стойкость шлакового гарнисажа на футеровке конвертера. Наличие в самораспадающихся магнезиальных гранулах 4-20% углерода способствует снижению окисленности шлака. Кроме этого, гранулы оказывают значительное охлаждающее воздействие на шлак за счет эндотермических реакций, протекающих при дегидратации брусита и декарбонизации магнезита, снижая температуру шлака и повышая его вязкость. Самораспадающие магнезиальные гранулы, содержащие 7-15% Fe₂О₃ , также оказывают двойное воздействие на качество получаемого гарнисажа, которое определяется не только повышенным содержанием MgO в шлаке, но и в дополнительном внесении в гарнисажное покрытие магнезиоферритов MgO·Fe₂O ₃, температура плавления которых составляет 1750°С.

Получение высокостойкого гарнисажа на футеровке конвертера способствует не только повышению стойкости футеровки конвертера, но и дает возможность для корректировки шлакового режима конвертерной плавки по снижению расхода MgO-содержащих материалов при выплавке стали в конвертерах и, как следствие, к улучшению рафинирующей способности шлака.

Для того чтобы получить шлаковый гарнисаж с повышенным содержанием магнезиоферритов, в используемых самораспадающихся магнезиальных гранулах соотношение оксидов магния к оксидам кальция (MgO/CaO) должно составлять величину от 10 до 65, а содержание потерь при прокаливании 20-50% для быстрого взаимодействия гранул со шлаком с получением необходимой вязкости шлака, раздуваемого азотом на футеровку конвертера.

Если соотношение (MgO/CaO) во флюсе составляет величину менее 10, а содержание потерь при прокаливании менее 20%, время растворения такого флюса в оставленном после продувки плавки шлаке будет превышать время проведения шлакового торкретирования футеровки конвертера, а при содержании потерь при прокаливании более 50% количество оксидов магния, получаемого при изготовлении флюса, будет соответственно уменьшаться, что снизит возможность получения высокомагнезиального шлака и, как следствие, стойкость гарнисажного покрытия и приведет к дополнительному вводу MgO-содержащих материалов при проведении следующей плавки в конвертере для обеспечения заданной стойкости футеровки, что соответственно снижает десульфурирующую и дефосфорирующую способность шлака. Не решается поставленная задача и при соотношении содержащихся во флюсе оксидов магния к оксидам кальция более 65 из-за соответствующего снижения потерь при прокаливании во флюсе и корректирующих добавок, модифицирующих шлак, таких как углерод и оксиды железа, что значительно снизит скорость растворения флюса в шлаке и сделает использование данного флюса малоэффективным.

Присадка самораспадающихся магнезиальных гранул перед началом и/или в процессе продувки шлака азотом в количестве 0,2-30,0 кг/т стали позволит регулировать физико-химические свойства конечного шлака и обеспечит формирование стойкого высокомагнезиальною гарнисажного покрытия на футеровке конвертера. Поставленная задача не решается при расходе самораспадающихся магнезиальных гранул менее 0,2 кг/т, т.к. количество вносимого в шлак MgO мало влияет на изменение физико-химических свойств гарнисажа, а при расходе самораспадающихся магнезиальных гранул более 30,0 кг/т формируются шлаки с высокой гетерогенностью, низкой температурой и соответственно высокой вязкостью, затрудняющих ведение процесса нанесения гарнисажа при продувке шлака азотом.

Обычно MgO-содержащие материалы используют в конвертерной плавке или в период ухода за футеровкой конвертера по их прямому назначению, т.е. за счет повышения в шлаковом расплаве оксидов магния повышается стойкость огнеупоров. С другой стороны, наличие в первичном шлаке оксидов магния приводит к повышенной вязкости шлака и тем самым ухудшает степень рафинирования металла. Поэтому снижение содержания серы и фосфора в металле по окончании продувки металла в конвертере совместно с повышением стойкости футеровки конвертера при применении предлагаемого технического решения, предусматривающее наведение стойкого высокомагнезиального гарнисажного покрытия на футеровку конвертера, определяет неочевидность заявляемого способа нанесения гарнисажа на футеровку конвертера.

Сопоставление заявляемого способа выплавки стали со способом, выбранным за прототип, показывает, что заявляемый способ нанесения гарнисажа на футеровку конвертера, при котором в качестве флюса используются самораспадающиеся магнезиальные гранулы, содержание оксидов магния в котором значительно превышает количество оксидов кальция, при высоком содержании потерь при прокаливании в гранулах и оптимальном количестве присаживаемых на шлак самораспадающихся магнезиальных гранул наряду с получением стойкого гарнисажного покрытия на футеровке конвертера способствует повышению степени десульфурации и дефосфорации металла при выплавке стали в конвертере. Таким образом, предложенное техническое решение соответствует критерию «новизна».

Анализ патентов и научно-технической информации не выявил использования новых существенных признаков, используемых в предлагаемом решении, по их функциональному назначению. Следовательно, предлагаемое изобретение способствует критерию «изобретательский уровень».

Способ нанесения гарнисажа на футеровку конвертера по изобретению осуществляется следующим образом.

После окончания продувки плавки и слива металла в сталеразливочный ковш и установки конвертера со шлаком в вертикальном положении в конвертер вводится фурма, через которую на шлак подается азот высокого давления, перед и (или) в процессе подачи азота в конвертер вводят самораспадающиеся магнезиальные гранулы. Производят раздув шлака с нанесением на всю поверхность футеровки высокомагнезиальное гарнисажное покрытие.

Конкретный пример осуществления способа. Проведено 3 варианта осуществления способа нанесения гарнисажа на футеровку конвертера с использованием различных составов самораспадающихся магнезиальных гранул (СМГ), содержащих:

Вариант 1 - 56,0% MgO, 2,0% CaO, 10,4% С и 30,2% потерь при прокаливании, с соотношением в самораспадающихся магнезиальных гранулах (MgO/CaO)=28, полученных методом грануляции каустического и сырого магнезита и кокса;

Вариант 2 - 54,0% MgO, 1,8% CaO, 12,0% Fe₂ O₃ и 29,5% потерь при прокаливании, с соотношением в самораспадающихся магнезиальных гранулах (MgO/CaO)=30, полученных методом грануляции каустического и сырого магнезита и сидерита;

Вариант 3 - 52,5% MgO, 1,5% CaO, 9,4% Fe₂ O₃, 8,9% С и 26,0% потерь при прокаливании, с соотношением в самораспадающихся магнезиальных гранулах (MgO/CaO)=35, полученных методом грануляции каустического и сырого магнезита, совместно с коксом и сидеритом.

При всех вариантах по окончании продувки плавки в конвертере емкостью 370 т и слива металла в сталеразливочный ковш в конвертере оставили конечный шлак. После установки конвертера в вертикальном положении на шлак присадили 0,2 т самораспадающихся магнезиальных гранул (СМГ). В полость конвертера опустили кислородную фурму и начали подавать азот с интенсивностью 1100 м³/мин. В начальный период раздува через 10 секунд от начала подачи азота на шлак присадили 0,5 т самораспадающихся магнезиальных гранул, а по истечении 20 секунд дополнительно подали гранулы в количестве 0,3 т. Фурму в процессе подачи азота перемещали возвратно-поступательным движением, снижая положение фурмы с 2,5-3 м в начале раздува до 1,5 м после 30 сек раздува, с последующим изменением положения фурмы от 1,5 м до 3,5 м в период нанесения гарнисажа на футеровку. После прекращения подачи азота фурму вынули из конвертера и оставшийся шлак слили в шлаковую чашу.

При проведении следующей плавки снизили количество присаженного MgO из магнезиальных материалов, т.е. сократили на 1 т расход флюса ожелезненного магнезиального (ФОМ), содержание оксида магния в котором 89%, и полностью вывели данный материал из плавки.

Полученные данные представлены в таблице, из которой видно, что применение предложенного способа позволило повысить содержание в шлаке после раздува MgO (периклаза) на 1,8-2,1% с дополнительным внесением в гарнисажное покрытие магнезиоферритов (MgO·Fe₂O ₃) - 0,5-1,0% в отличие от известного способа, в котором содержание MgO в шлаке после раздува оказалось ниже, чем в шлаке конца продувки плавки. Замеренная методом сканирования толщина гарнисажа, составляющая при известном способе 20-30 мм, увеличена до 40-60 мм при использовании предложенного способа. Совместное увеличение качества и толщины гарнисажа позволило провести следующую плавку после раздува, проведенного предложенным способом, с пониженным расходом магнезиальных материалов и тем самым улучшить рафинирующую способность шлака с увеличением коэффициентов распределения серы и фосфора между металлом и шлаком соответственно на 1,0-1,7 и 12,9-14,8. Кроме этого, согласно данным сканирования футеровки при предложенном способе оставшаяся толщина гарнисажа позволяет провести еще одну плавку без промежуточного ремонта футеровки, т.е. стойкость такого гарнисажа составляет 2 плавки.

Таблица Результат операций нанесения шлакового гарнисажа на футеровку конвертера, проведенных по предлагаемому техническому решению и способу, взятому за прототип.
ПОКАЗАТЕЛИ	Варианты осуществления предложенного способа						Известный
	Вариант 1		Вариант 2		Вариант 3		способ [3]
Температура шлака перед раздувом*, °С	1640		1630		1632		1634
Содержание в конечном шлаке
(по результатам петрографии):
- MgO, % (периклаз)	10,7		11,5		11,3		11,7
в т.ч. MgO·Fe2O3 , % (магнезиоферрит)	1,9		2,7		2,5		2,8
Расход материалов на раздув, т (кт/т стали)
СМГ**	1,0	(2,86)	1,0	(2,86)	1,0	(2,86)	-	-
Доломит сырой	-	-	-	-	-	-	1,0	0,4
Кокс	-	-	-	-	-	-	(2,86)	(1,14)
Интенсивность подачи азота на раздув, м3 /мин.	1100		1100		1100		1100
Продолжительность подачи азота на раздув, мин.	3,0		3,5		3,5		4,0
Содержание в шлаке после раздува
(по результатам петрографии):
- MgO, % (периклаз)	12,5		13,6		13,2		11,3
- MgO·Fe2O3, % (магнезиоферрит)	2,4		3,7		3,3		2,4
Средняя толщина гарнисажа после раздува, мм	40-50		50-60		40-50		20-30
Расход основных материалов на следующую
после раздува плавку, т:
Известь	10,3		11,5		10,6		11,0
Ожелезненный доломит	14,3		13,1		14,0		13,6
ФОМ**	-		-		-		1,0
Коэффициент распределения серы (LS)	3,2		3,9		3,5		2,2
Коэффициент распределения фосфора (LP)	83,2		85,1		84,4		70,3
Средняя толщина гарнисажа после плавки, мм	20-30		30-40		20-30		0-10
* - СМГ - Самораспадающиеся магнезиальные гранулы; ФОМ - Флюс ожелезненный магнезиальный.
** - Коэффициент распределения серы между металлом и шлаком (LS) рассчитан как отношение концентрации серы и шлаке (S) к концентрации серы в металле [S]: LS=(S)/[S]. - Коэффициент распределения фосфора между металлом и шлаком (L P) рассчитан как отношение концентрации оксида фосфора в шлаке(Р2О5) к концентрации фосфора к металле [Р]: LP=(P 2O5)/[P].

Источники информации

1. Патент РФ №2132392 от 27.06.99 г. «Способ ремонта футеровки конвертера».

2. Патент РФ №2194079 от 10.12.2002 г. «Способ выплавки стали в конвертере».

3. Патент РФ №2128714 от 10.04.99 г. «Способ нанесения шлакового гарнисажа на футеровку конвертера».