способ выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи, включающий завалку шихты, ее расплавление, проведение окислительного периода плавки путем продувки ванны с расплавом металла кислородом через трубку, заглубленную в расплав, проведение восстановительного периода, выпуск расплава из печи, отличающийся тем, что продувку расплава металла кислородом осуществляют в одной или нескольких точках, расположенных под зеркалом расплава металла, посредством одной или нескольких неохлаждаемых металлических трубок, которые вводят в расплав металла через отверстия в вертикальной стенке печи, с возможностью перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях, с обеспечением зазора между выходным сечением неохлаждаемой металлической трубки и подиной печи, равного 0,3-0,35 глубины ванны печи.

2. Устройство выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи, содержащее одну или несколько неохлаждаемых металлических трубок, введенных в ванну с расплавом металла через отверстия в вертикальной стенке печи, для продувки расплава металла кислородом, отличающееся тем, что оно снабжено двумя закрепленными роликами и одним тянущим, имеющим возможность перемещения по вертикали и обеспечивающим изменения радиуса изгиба неохлаждаемой металлической трубки, перемещение ее в вертикальной и горизонтальной плоскостях и зазор между выходным сечением трубки и подиной печи, равный 0,3-0,35 глубины ванны печи, при этом скорость перемещения неохлаждаемой металлической трубки пропорциональна величине расхода кислорода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при производстве стали в дуговых сталеплавильных печах.

Известен способ выплавки стали в дуговых сталеплавильных печах, который заключается в завалке шихты, ее расплавлении, проведении окислительного периода путем продувки ванны расплавленного металла кислородом с помощью трубки, заглубленной в расплав, проведении восстановительного периода и выпуска расплава из печи (Каблуковский А.Ф., Молчанов О.Е., Каблуковская М.А. Краткий справочник электросталевара. Справочное издание. - М.: Металлургия, 1994, с.110).

К недостаткам способа следует отнести повышенный расход кислорода при оплавлении торца трубки во время продувки, достаточно высокий угар металла из-за ввода кислорода в одну точку расплава, опасность нарушения целостности подины и откосов печи вследствие неконтролируемой скорости заглубления трубки.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому способу является способ выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи (патент №21323394, 6 С21С 5/52 от 02.06.98).

Способ заключается в завалке шихты, ее расплавлении, проведении окислительного периода плавки путем продувки металла кислородом через две точки зеркала ванны, равноудаленные от вертикальной оси печи с центральным углом между ними не менее 90°, причем кислород подают попеременно через каждую из точек продувки с интервалом 10-25 с и поддерживают его постоянный расход.

В указанном способе выплавки стали зеркало ванны «обдувается» кислородом, так как фурмы располагаются над поверхностью ванны и пары металла, отрываясь от поверхности, окисляются в атмосфере рабочего пространства и уносятся с отходящими газами. Таким образом, эффективность использования кислорода в качестве окислителя невысока, поэтому удельный расход кислорода при выплавке стали достаточно высок.

Кроме высокого удельного расхода кислорода, составляющего около 30-50 м ³/т выплавляемой стали, к недостаткам указанного способа следует отнести высокий угар металла, достигающий более 10% от массы шихты, ухудшение экологической ситуации в электросталеплавильном цехе за счет выбивания плавильной пыли через неуплотняемые отверстия печи.

Таким образом, недостатками прототипа являются высокий угар металла, высокий удельный расход кислорода и ухудшение экологической ситуации в электросталеплавильном цехе.

Задачей изобретения является снижение угара металла, удельного расхода кислорода при выплавке стали в дуговой сталеплавильной печи и улучшение экологической ситуации в электросталеплавильном цехе.

Поставленный технический результат достигается тем, что в способе выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи, включающем завалку шихты, ее расплавление, проведение окислительного периода плавки путем продувки ванны с расплавом металла кислородом через трубку, заглубленную в расплав, проведение восстановительного периода, выпуск расплава из печи, продувку расплава металла кислородом осуществляют в одной или нескольких точках, расположенных под зеркалом расплава металла, посредством одной или нескольких неохлаждаемых металлических трубок, которые вводят в расплав металла через отверстия в вертикальной стенке печи, с возможностью перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях, с обеспечением зазора между выходным сечением неохлаждаемой металлической трубки и подиной печи, равного 0,3-0,35 глубины ванны печи.

Устройство выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи, содержащее одну или несколько неохлаждаемых металлических трубок, введенных в ванну с расплавом металла через отверстия в вертикальной стенке печи, для продувки расплава металла кислородом, причем оно снабжено двумя закрепленными роликами и одним тянущим, имеющим возможность перемещения по вертикали и обеспечивающим изменения радиуса изгиба неохлаждаемой металлической трубки, перемещение ее в вертикальной и горизонтальной плоскостях и зазор между выходным сечением трубки и подиной печи, равный 0,3-0,35 глубины ванны печи, при этом скорость перемещения неохлаждаемой металлической трубки пропорциональна величине расхода кислорода. Изобретение обладает новизной, что следует из сравнения с прототипом, изобретательским уровнем, так как явно не следует из существующего уровня техники, практически осуществимо в имеющихся конструкциях дуговых сталеплавильных печей.

Особенность протекания окислительного периода в дуговых сталеплавильных печах сводится к следующему. В зоне контакта струи кислорода с массой расплавленного металла выделяется значительное количество тепла за счет протекания реакций (экзотермических) окисления. Процесс теплоусвоения выделяющегося тепла определяется тепло- и массопереносом энергии, которые характеризуются теплоемкостью и теплопроводностью жидкого металла. Так как значения этих величин при температуре жидкой ванны относительно невелики (теплоемкость С для разных марок стали находится в пределах 1,0-1,75 кДж/кг·К, а коэффициент теплопроводности около 20-27 Вт/м·К), выделяющееся тепло не усваивается всей массой металла, тем более, что конвективная составляющая теплообмена мала и массообмен в ванне металла недостаточен для выравнивания поля температур по объему жидкого металла. Поэтому в зоне контакта кислородной струи с расплавом образуются локальные высокотемпературные зоны, в которых температура увеличивается и достигает точки кипения металла.

Осуществление способа показано на чертеже.

Предлагаемый способ выплавки стали в ДСП осуществляется следующим образом. В дуговую сталеплавильную печь заваливают шихту и включают ее на расплавление. После расплавления шихты начинают продувку ванны кислородом через одну или несколько точек 1, расположенных под уровнем зеркала 2 ванны металла 3. Кислород подают через одну или несколько неохлаждаемых металлических трубок 4, которые вводят в рабочее пространство печи 5 через отверстие 6 в боковой стенке печи 7.

В соответствии с предлагаемым способом ведения плавки зона реакций кислорода с расплавом 8 находится в объеме металла (изолирована от поверхности зеркала ванны), и выделяющиеся пары на границе раздела кислород-металл образуют пузырьки, всплывающие к поверхности 2 через слой жидкого металла, где они конденсируются, поскольку у поверхности температура значительно ниже. Эти пузырьки остаются в жидкой ванне в слое шлака, а не уносятся с отходящими газами.

В течение окислительного периода неохлаждаемые металлические трубки 4 оплавляются и их подача в глубь ванны осуществляется устройством, состоящим из двух неподвижных роликов 9 и подвижного тянущего 10, имеющего возможность перемещения по вертикали. Изменение скорости вращения тянущего ролика 10 и радиуса изгиба неохлаждаемой металлической трубки за счет его вертикального смещения приводит к перемещению среза сопла трубки в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Заданная глубина погружения трубок 4 в ванну металла 3 обеспечивается при постоянном расходе кислорода, т.е. скорость подачи трубок за счет скорости вращения тянущего ролика 10 пропорционально связана с величиной расхода кислорода. Таким образом, в течение периода продувки расход кислорода остается постоянной величиной.

Зазор между выходным сечением одной или нескольких неохлаждаемых металлических трубок и подиной печи составляет 0,3-0,35 глубины ванны металла. При меньшей величине зазора (менее 0,3 глубины ванны) возникает опасность нарушения целостности подины печи, так как высокие температуры приведут к разрушению материала подины; при значениях зазора более 0,35 глубины ванны снижается эффективность использования кислорода и перемешивания металла всплывающими пузырьками.

По окончании окислительного периода плавки прекращают подачу кислорода, проводят восстановительный период плавки и выпуск металла из печи в соответствии с обычной технологией плавки металла в электродуговых печах.

Проведение окислительного периода по предлагаемому способу ведения плавки в ДСП позволит получить следующие результаты: снижение угара металла в окислительный период не менее чем на 3%, что позволит получить дополнительно не менее 3 т металла на каждой плавке в 100-т дуговой сталеплавильной печи, а это в свою очередь, обеспечивает экономический эффект около 40 руб. на тонну выплавленной стали. При годовом производстве 1 млн т экономический эффект составит 40 млн руб. Кроме того, снижается удельный расход кислорода за счет повышения эффективности его использования, что также способствует снижению себестоимости продукции, а также улучшению экологической ситуации в электросталеплавильном цехе.