способ передела низкомарганцовистого чугуна в конвертере с предварительным нагревом лома

Формула изобретения

Способ передела низкомарганцовистого чугуна в конвертере с предварительным нагревом лома, включающий завалку лома, подачу твердого углеродсодержащего топлива, предварительный нагрев лома, заливку чугуна, продувку с изменением положения фурмы и расхода кислорода, рассредоточенный ввод извести и марганецсодержащих материалов, отличающийся тем, что заливают чугун с содержанием марганца не более 0,25% при отношении Si/Mn 1,0, ввод извести, марганецсодержащих материалов и топлива производят до заливки чугуна в период предварительного нагрева лома в соотношении 1:(0,1-0,4):(0,1-0,6), при этом расход топлива на предварительный нагрев не превышает 20,0 кг/т садки, а оставшееся необходимое количество топлива и марганецсодержащих материалов вводят после заливки чугуна и/или порциями 1-3 кг/т в первой половине основной кислородной продувки, причем общий расход извести и марганецсодержащего материала поддерживают в соотношении 1:(0,05-0,15).

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к способам выплавки стали в кислородных конвертерах из специальных чугунов с предварительным нагревом лома.

Известен способ передела низкомарганцовистого чугуна в конвертере, включающий завалку металлического лома, заливку чугуна, ввод шлакообразующих материалов, продувку кислородом и подачу твердого углеродсодержащего топлива, в котором углеродсодержащее топливо подают после ввода на дно конвертера шлакообразующих материалов в количестве 50-200 кг/ м² поверхности ванны, а продувку проводят с интенсивностью расхода кислорода 15-30 м³ /мин на 1 м² поверхности ванны [РФ № 1006496, C21C 5/28, опубл. 23.03.1983, Бюл 11].

Недостатком этого способа является то, что данный способ не обеспечивает необходимые условия растворения извести и шлакообразования в начальный период кислородной продувки. Ввод углеродсодержащего топлива на дно конвертера предопределяет его всплывание на поверхность ванны, что еще более ухудшает усвоению извести из-за раскисляющего воздействия углерода топлива на шлак. Это предопределяет нестабильность кислородной продувки из-за выбросов металла и шлака в период интенсивного обезуглероживания и сухого хода плавки в начальный период продувки.

Известен способ производства стали в кислородном конвертере, включающий оставление в конвертере шлака предыдущей плавки, загрузку на шлак извести, нанесение шлакового гарнисажа, завалку лома, заливку чугуна, продувку газообразным окислителем с изменением его расхода и положения фурмы над уровнем спокойной ванны, регулирование основности конечного шлака вводом в конвертер извести и марганецсодержащих материалов по ходу плавки, выпуск расплава и раскисление в ковше, в котором в качестве чугуна используют чугун с содержанием кремния не более 0,35% при отношении Mn/Si 1,0, количество загружаемой на шлак и по ходу плавки извести поддерживают в соотношении 1:(1-4), а количество вводимых в конвертер извести и марганецсодержащих материалов по ходу плавки регулируют из условия получения основности конечного шлака CaO/SiO₂ =2,0-2,7, при этом общий расход извести и марганецсодержащего материала поддерживают в соотношении 1:(0,1-0,4). [Патент РФ N 2179586 МПК⁷, С21С 5/28, опубл. 20.02.2002. Бюл. № 5].

Недостатком этого способа является повышенный расход чугуна из-за низкого содержания в нем кремния, что ограничивает производство конвертерной стали при дефиците чугуна.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному способу является известный способ передела низкомарганцовистого чугуна в конвертере с предварительным нагревом лома, включающий завалку лома, подачу твердого углеродсодержащего топлива, предварительный нагрев лома, заливку чугуна, продувку с изменением положения фурмы и расхода кислорода, рассредоточенный ввод извести и марганецсодержащих материалов и общим расходом марганецсодержащих материалов 0,2-1,5% от массы чугуна. В известном способе в качестве чугуна используют чугун с содержанием одновременно кремния и марганца не более 0,35%, нагрев лома производят с подачей антрацита и газового угля при соотношении 1:(0,2-0,5) при расходе кислорода 0,3-0,5 м³/кг топлива, при этом 70-80% общего расхода антрацита подают на первой минуте нагрева, а остальное количество - в процессе основной кислородной продувки, а марганецсодержащие материалы вводят количестве 0,6-1,5% от расхода чугуна, причем 45-65% общего расхода марганецсодержащих материалов вводят на первой минуте продувки а остальное в течение 50-80% продолжительности продувки [Патент РФ N 2205231 МПК⁷, С21С 5/28, опубл. 27.05.2003. Бюл. № 15].

Недостатком этого способа является то, что в условиях низких концентраций кремния и марганца в чугуне наблюдаются повышенные выносы металла из конвертера вследствие отсутствия жидкой фазы шлака. Низкая эффективность предварительного нагрева лома вследствие высоких потерь газового угля из конвертера в ходе нагрева лома затрудняет работу газоотводящего тракта, снижает стойкость футеровки. Известный способ предусматривает использование чугуна с низким теплосодержанием, что требует повышенного расхода чугуна и не проводит предварительную подготовку извести и марганецсодержащего материала к основной кислородной продувке. Высокий угар металла, большие потери тепла с выносами пыли и отходящими газами вследствие отсутствия нормального жидкоподвижного шлака предопределяет увеличение удельного расхода чугуна.

Задачей настоящего изобретения является снижения угара металла в процессе нагрева лома и в период кислородной продувки, повышение эффективности использования топлива, улучшение условий шлакообразования в процессе кислородной продувки.

Ожидаемый технический результат - повышение выхода стали, снижение удельного расхода чугуна, снижение содержания серы и фосфора в металле по окончании кислородной продувки, проведение процесса плавки без выносов и выбросов металла и шлака из конвертера.

Технический результат достигается следующим образом. В известном способе передела низкомарганцовистого чугуна в конвертере с предварительным нагревом лома, включающем завалку лома, подачу твердого углеродсодержащего топлива, предварительный нагрев лома, заливку чугуна, продувку с изменением положения фурмы и расхода кислорода, рассредоточенный ввод извести и марганецсодержащих материалов, согласно изобретению, в качестве чугуна используется чугун с содержанием марганца не более 0,25% при отношении Si/Mn 1,0, ввод извести, марганецсодержащих материалов и топлива производят до заливки чугуна в период предварительного нагрева лома в соотношении 1:(0,1-0,4):(0,1-0,6), при этом расход топлива на предварительный нагрев не превышает 20,0 кг/т садки, а оставшееся необходимое количество топлива и марганецсодержащих материалов вводится после заливки чугуна и/или порциями 1-3 кг/т в первой половине основной кислородной продувки, причем общий расход извести и марганецсодержащего материала поддерживают в соотношении 1:(0,05-0,15).

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях и, следовательно, заявляемое решение имеет изобретательский уровень.

При создании настоящего изобретения исходили из положения необходимости создания условий не только для повышения эффективности предварительного нагрева лома за счет улучшения использования тепла от сгорания топлива, но и предварительного нагрева извести и марганецсодержащего материала, обеспечивающих в процессе кислородной продувки образование жидкоподвижного шлакового расплава, который препятствует угару металла и снижает потери тепла с отходящими газами.

Ввод извести, марганецсодержащих материалов и топлива в период предварительного нагрева лома в определенном соотношении с регламентированным расходом кислорода обеспечивает эффективное использование тепла от сгорания топлива за счет нагрева извести и марганецсодержащих материалов. Ограниченный расход топлива в период нагрева и ввод оставшегося необходимого количество топлива и марганецсодержащего материала в первой половине основной кислородной продувки позволяет вести кислородную продувку без выбросов и выносов металла за счет образования жидкоподвижного шлака. Известь и марганецсодержащие материалы прогреваются в процессе сгорания топлива одновременно с металлоломом, что значительно ускоряет процесс усвоения извести шлаковым расплавом, а марганецсодержащие материалы снижают температуру плавления шлакового расплава и повышают его жидкотекучесть.

Ввод извести, марганецсодержащих материалов и топлива необходимо производить до заливки чугуна в период предварительного нагрева лома в соотношении 1:(0,1-0,4):(0,1-0,6). При вводе извести в соотношении с марганецсодержащим материалом и топливом, меньшем чем 1:(0,1-0,4):(0,1-0,6), не достигается получение шлакового расплава необходимого состава и консистенции в процессе основной кислородной продувки. Образуются вязкие с низкой основностью первичные конвертерные шлаки, приводящие к выбросам металла и шлака в период кислородной продувки. При вводе извести в большем количестве, чем в предложенном соотношении температура плавления шлака увеличивается, шлак становится густым, становится невозможным образование жидкоподвижного шлака, что приводит к увеличению угара металла и выносов из конвертера. При вводе марганецсодержащего материала с меньшим количеством, чем в предложенном соотношении, затрудняются условия для образования жидкоподвижного шлака, а при вводе его в шлак в большем количестве, эффективность его резко снижается вследствие большого охлаждающего эффекта.

Расход топлива на предварительный нагрев не должен превышать 20,0 кг/т садки. При большем расходе топлива дестабилизируется процесс плавки в период основной кислородной продувки из-за выбросов металла и шлака.

Необходимое общее количество расходуемого топлива на плавку регламентируется тепловым балансом, и при необходимости ввода в конвертер топлива в большем количестве, чем на предварительный нагрев оставшееся топливо присаживают после заливки чугуна и/или порциями 1-3 кг/т в первой половине основной кислородной продувки.

Присадка топлива менее 1 кг/т садки резко снижает эффективность использования топлива из-за выносов его из конвертера, а присадка топлива более 3 кг/т приводит к раскислению шлака в конвертере и ухудшению условий растворения извести и шлакообразования. Присадку топлива и марганецсодержащих материалов можно производить после заливки чугуна и/или в процессе продувки. Общий расход извести определяется, исходя из получения заданной основности шлака.

Общий расход извести и марганецсодержащего материала на плавку необходимо поддерживать в соотношении 1:(0,05-0,15). При расходе марганецсодержащего материала менее 0,05 от извести затрудняется растворение и усвоение извести шлаковым расплавом из-за высокой температуры его плавления, а при расходе более 0,15 от извести резко снижается эффективность использования, повышается количество конечного шлака и потерь металла со шлаком.

В качестве углеродсодержащего твердого топлива можно использовать кокс, антрацит, уголь и др. В качестве марганецсодержащих материалов можно использовать марганцевую руду, марганцевый концентрат, агломерат и др.

Пример 1.

В 160-т конвертер после завалки 40 т лома, присадили 3000 кг извести, 670 кг марганцевого концентрата, 600 кг кокса и начали прогрев путем подачи кислорода через верхнюю пятисопловую фурму. В процессе нагрева присадили порциями еще 1200 кг кокса. После окончания подачи кокса продували 2 мин и закончили прогрев. Расход кислорода на прогрев составил 1080 м³. Расход кокса на прогрев

1800 кг или 11,25 кг/т (соотношение извести, марганцевого концентрата и кокса 1:0,2:0,6). После окончания предварительного нагрева лома в конвертер залили 120 т чугуна с содержанием 0,80% кремния, 0,10% марганца, 0,018% серы, 0,11% фосфора при температуре 1360°С (Si/Mn=8,0) присадили 740 кг кокса и начали продувку кислородом. Продувку в первые 3 мин проводили на уровне 2,5-2,0 м с последующим снижением до рабочего 1,1-1,3 м. В ходе продувки на 1, 3, 6 и 8 минутах присадили по 1500 кг извести, на 4 мин присадили 160 кг кокса, а на 2 и 5 минутах присадили по 160 кг марганцевого концентрата. Продувку закончили при содержании углерода в металле 0,05%, марганца 0,12%, серы 0,012%, фосфора 0,007% и температуре 1650°С. Плавка прошла с нормальным жидкотекучим шлаком в конвертере в процессе всего периода кислородной продувки, без выносов и выбросов металла и шлака. Общий расход извести на плавку 9000 кг, марганцевого концентрата 990 кг (1:0,11), кокса

2700 кг. Выход металла 147,2 т.

Пример 2.

В 160-т конвертер завалили 42 т лома, присадили 4000 кг извести, 610 кг марганцевого концентрата и 800 кг кокса. В период нагрева присаживали порциями по 150 кг еще 1200 кг кокса. Подачу кислорода на прогрев закончили по истечении 1200 м³ кислорода. Расход кокса на прогрев 2000 кг или 12, 5 кг/т. Соотношение извести, марганцевого концентрата и кокса в период прогрева лома 1:0,2:0,5. После окончания предварительного нагрева лома в конвертер залили 118 т чугуна с содержанием 0,90% кремния, 0,08% марганца, 0,018% серы, 0,11% фосфора при температуре 1340°С (Si/Mn=11,25), присадили 800 кг кокса и начали продувку кислородом. Продувку в первые 3 мин проводили на уровне 2,5-2,0 м с последующим снижением до рабочего 1,1-1,3 м. В ходе продувки на 1, 3, 6 и 8 минутах присадили по 1500 кг извести, а на 2 и 5 минутах присадили по 160 кг марганцевого концентрата. Продувку закончили при содержании углерода в металле 0,05%, марганца 0,12%, серы 0,011%, фосфора 0,007% и температуре 1640°С. Общий расход извести на плавку - 10000 кг, марганцевого концентрата - 1000 кг (1:0,1), кокса - 2800 кг. Плавка прошла с нормальным шлаком в течение всего времени продувки. Выход металла - 147,52 т.

Пример 3.

В 160-т конвертер после завалки 40 т лома присадили 3500 кг извести, 1050 кг марганцевого концентрата, 700 кг кокса и начали прогрев путем подачи кислорода через верхнюю пятисопловую фурму. В процессе нагрева присадили порциями еще

700 кг кокса. Прогрев закончили через 2 мин после окончания подачи кокса. Расход кислорода на прогрев составил 980 м³ . Расход кокса на прогрев 1400 кг или 8,75 кг/т (соотношение извести, марганцевого концентрата и кокса 1:0,3:0,4). По окончания нагрева лома в конвертер залили 120 т чугуна с содержанием 0,80% кремния, 0,15% марганца, 0,017% серы, 0,20% фосфора при температуре 1380°С (Si/Mn=2,0) и начали продувку кислородом. Продувку в первые 3 мин проводили на уровне 2,5-2,0 м с последующим снижением до рабочего 1,1-1,2 м. В ходе продувки на 1, 3, 6 и 8 минутах присадили по 1250 кг извести, на 4 мин присадили 160 кг кокса, а на 2 мин 100 и 5 минуте присадили 125 кг марганцевого концентрата,. Продувку закончили при содержании углерода в металле 0,05%, марганца 0,13%, серы 0,012%, фосфора 0,008% и температуре 1650°С. Плавка прошла с нормальным шлаком в конвертере в процессе всей плавки, без выносов и выбросов. Общий расход извести на плавку - 8500 кг, марганцевого концентрата - 1275 кг (1:0,15), кокса - 2700 кг. Выход металла - 147,36 т.

Приведенные примеры опробования показывают высокую эффективность применения способа, обеспечивая наилучшие условия шлакообразования и получение низких содержаний серы и фосфора в металле по окончании продувки.