способ совмещенного процесса нанесения шлакового гарнисажа и выплавки стали в конвертере

Формула изобретения

Способ совмещенного процесса нанесения шлакового гарнисажа и выплавки стали в конвертере, включающий оставление конечного шлака предыдущей плавки, нанесение шлакового гарнисажа на футеровку конвертера, завалку лома, заливку чугуна с содержанием фосфора не более 0,20%, продувку ванны кислородом с расходом 2,2-3,0 м³/мин·т с изменением его расхода и положения фурмы над уровнем спокойной ванны до заданного содержания углерода в металле, массовой доли MgO в конечном шлаке от 6 до 9%, рассредоточенный ввод извести и магнийсодержащих материалов, присадку марганецсодержащих материалов с общим расходом 2-7 кг/т, отличающийся тем, что чугун заливают при отношении содержания Р/Мn 1 в нем, расход извести и марганецсодержащих материалов на плавку поддерживают в соотношении 1:(0,02-0,10), причем 30-90% общего расхода магнийсодержащих материалов вводят на оставленный конечный шлак предыдущей плавки перед наведением шлакового гарнисажа, и снижают расход кислорода при продувке металла в период интенсивного обезуглероживания до 1,5-2,2 м³/мин·т.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к способам выплавки стали в кислородных конвертерах.

Известен 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 0,6-1,5% от массы чугуна. В качестве чугуна используется 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 70-85% 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, Бюлл. № 15].

Недостатком этого способа является то, что при использовании чугуна с повышенным содержанием фосфора ввод марганецсодержащих материалов в процессе конвертерной плавки ухудшает условия дефосфорации металла. Это объясняется повышенной концентрацией окислов марганца в шлаковом расплаве, которое предопределяет пониженное содержание окислов железа в шлаке и кислорода в металле. Это снижает степень дефосфорации металла по окончании продувки.

Известен способ совмещенного процесса нанесения шлакового гарнисажа и выплавки стали в конвертере, включающий оставление в конвертере шлака предыдущей плавки, 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 используется 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 марганецсодержащиго 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 повышенное остаточное содержание фосфора в металле по окончании кислородной продувки из-за низкой дефосфорирующей способности конвертерного шлака в процессе продувки и плавки в целом. Низкая основность шлака не обеспечивает необходимую скорость дефосфорации из-за высокой вязкости конвертерного шлака, препятствует переходу фосфора из металла в шлак из-за недостаточного количества окислов кальция в шлаке. Повышенное содержание окислов марганца в шлаке хотя и улучшает условия растворения извести и шлакообразование в процессе продувки, однако затрудняет дефосфорацию металла.

Известен способ передела чугуна в конвертере, включающий завалку лома, заливку чугуна, ввод извести и марганецсодержащих материалов, продувку металла кислородом до заданного содержания углерода при положении фурмы 10-12 приведенных калибров от уровня спокойной ванны, в котором марганецсодержащие материалы, известь присаживают перед заливкой чугуна в конвертер, продувку кислородом осуществляют с расходом 3,0-4,0 м³/мин·т до истечения 35-40% общей длительности продувки с последующим снижением на 22-42% от начальной интенсивности продувки, а известь и марганецсодержащие материалы присаживают в соотношении 1:(0,1-0,4), причем в заключительный период продувку ведут с начальной интенсивностью до содержания углерода в металле 0,09-0,23% [Патент РФ N 2180006 МПК⁷ , С21С 5/28, опубл. 27.05.2003, Бюл. № 15].

Недостатком этого способа является повышенное остаточное содержание фосфора в металле по окончании продувки вследствие высокого содержания окислов марганца в шлаковом расплаве, что снижает окисленность шлака в процессе плавки и уменьшает его дефосфорирующую способность. Высокое остаточное содержание углерода в металле резко ограничивает использование данного способа при производстве низкоуглеродистой конвертерной стали.

Наиболее близким техническим решением к предложенному способу является известный способ совмещенного процесса нанесения шлакового гарнисажа и выплавки стали в конвертере, включающий нанесение шлакового гарнисажа на футеровку конвертера, завалку лома, заливку чугуна с содержанием марганца не менее 0,50% и фосфора не более 0,20%, продувку ванны кислородом с изменением его расхода и положения фурмы над уровнем спокойной ванны до заданного содержания углерода в металле, основности конечного шлака не менее 2,5 и массовой доли MgO от 6 до 9%, рассредоточенный ввод извести, магнийсодержащих материалов и марганцевой руды по ходу плавки, в котором продувку осуществляют с расходом кислорода 2,2-3,0 м³/мин·т, общая масса присаживаемой извести определяется в зависимости от массовой доли кремния в чугуне, а марганцевая руда вводится, начиная с третьей минуты продувки, порциями до 2,2 кг/т с расходом 0,5 до 5,5 кг/т, причем разрешается дополнительно присаживать марганцевую руду во второй половине продувки, начиная с 10 мин, с расходом до 3,5 кг/т [Выплавка стали в конвертерном цехе. Технологическая инструкция ТИКК-01-21-04 с приложениями № № 1-7. ОАО «Мечел», Челябинский металлургический комбинат, г.Челябинск, 2004 г.].

Недостатком этого способа является высокое содержание фосфора в металле по окончании кислородной продувки. Это объясняется повышенным содержанием окислов марганца в шлаке, что снижает окисленность шлака и ухудшает условия дефосфорации металла. Известный способ не обеспечивает нормальные условия шлакообразования, так как не обеспечивают получение шлакового расплава с высокой дефосфорирующей способностью, а повышенное содержание окислов марганца в шлаке хотя и способствует растворению извести, однако не обеспечивает необходимую скорость дефосфорации металла для получения низкого остаточного содержания фосфора в металле. Высокая интенсивность продувки в период интенсивного обезуглероживания приводит к сворачиванию шлака, выносу и выбросам металла из конвертера при использовании чугуна с содержанием марганца менее 0,20%, что резко снижает эффективность плавки из-за низкого выхода металла.

Задача настоящего изобретения заключается в том, что необходимо не только знать условия растворения извести, усвоения конвертерной ванной твердых материалов и закономерности окисления примесей чугуна в процессе конвертерной плавки, но и определить технологические приемы, позволяющие наиболее эффективно улучшить условия шлакообразования, снизить содержание фосфора в металле по окончании кислородной продувки и повысить выход стали.

Задача решается следующим образом. В известном способе совмещенного процесса нанесения шлакового гарнисажа и выплавки стали в конвертере, включающем оставление конечного шлака предыдущей плавки, нанесение шлакового гарнисажа на футеровку конвертера, завалку лома, заливку чугуна с содержанием фосфора не более 0,20%, продувку ванны кислородом с интенсивностью 2,2-3,0 м³/мин·т с изменением его расхода и положения фурмы над уровнем спокойной ванны до заданного содержания углерода в металле, массовой доли MgO в конечном шлаке от 6 до 9%, рассредоточенный ввод извести и магнийсодержащих материалов, присадку марганецсодержащих материалов с общим расходом 2-7 кг/т, согласно изобретению используют чугун при отношении содержания Р/Мn 1, расход извести и марганецсодержащих материалов на плавку поддерживают в соотношении 1:(0,02-0,10), причем 30-90% общего расхода магнийсодержащих материалов вводят для наведения шлакового гарнисажа, а продувку кислородом в период интенсивного обезуглероживания осуществляют с расходом 1,5-2,2 м³/мин·т.

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, что для качественного нанесения гарнисажа и его стойкости необходимо повышенное содержание окислов магния в шлаке. В процессе плавки шлаковый гарнисаж по мере растворения (усвоения) конвертерной ванной активно участвует в процессе шлакообразования. Поэтому при разработке технологии выплавки стали необходимо это учитывать и создать условия для образования шлакового расплава необходимого состава и консистенции с высокой дефосфорирующей способностью в процессе плавки. Присадки марганецсодержащих материалов в конвертер могут играть положительную роль в образовании жидкоподвижного шлака и дефосфорации металла только в определенных пределах его расхода на плавку при условии использовании чугуна с содержанием марганца менее 0,20%. В этих условиях роль интенсивности продувки металла кислородом, особенно в период интенсивного обезуглероживания, резко возрастает.

Ожидаемый технический результат - повышение дефосфорирующей способности шлака, предотвращение выносов и выбросов металла и шлака из конвертера, повышение теплового баланса плавки, повышение выхода стали.

Технический результат, достигаемый предложенным способом совмещенного процесса нанесения шлакового гарнисажа и выплавки стали в конвертере при использовании низкомарганцовистого чугуна с повышенным содержанием фосфора, заключается в том, что ввод магнийсодержащих материалов для наведения шлакового гарнисажа в определенном количестве, расход извести и марганецсодержащих материалов в определенном соотношении при заданном режиме интенсивности подачи кислорода способствует образованию жидкоподвижного шлака с высокой дефосфорирующей способностью, обеспечивает нормальный ход шлакообразования без выносов и выбросов металла из конвертера и повышает выход стали.

Использование чугуна с содержанием фосфора не более 0,20% при отношении содержания Р/Мn 1 в конвертерной плавке создает проблему образования и поддержания жидкоподвижного шлакового расплава с высокой дефосфорирующей способностью в конвертере в процессе кислородной продувки. Эту проблему предлагается решить за счет поддержания оптимального содержания окислов магния в шлаковом расплаве в процессе плавки за счет ввода 30-90% магнийсодержащих материалов для нанесения шлакового гарнисажа, расхода извести и марганецсодержащих материалов на плавку в соотношении 1:(0,02-0,10) в сочетании с продувкой металла кислородом в период интенсивного обезуглероживания с интенсивностью 1,5-2,2 м³/мин·т.

30-90% общего расхода магнийсодержащих материалов необходимо вводить для наведения шлакового гарнисажа. Ввод магнийсодержащих материалов менее 30% не позволяет навести шлаковый гарнисаж на футеровку конвертера из-за высокой жидкотекучести шлака, а при расходе более 90% шлак резко загущается, что также затрудняет его нанесение на футеровку.

Общий расход извести и марганецсодержащих материалов на плавку необходимо поддерживать в соотношении 1:(0,02-0,10). При расходе извести и марганецсодержащих материалов в соотношении менее 1:0,02 продувка проходит без образования жидкоподвижного шлака, что препятствует массообменным процессам в конвертерной ванне и дефосфорации металла. При расходе извести и марганецсодержащих материалов в соотношении более 1:0,10 ухудшаются условия получения шлака с высокой дефосфорирующей способностью.

Продувку металла кислородом в период интенсивного обезуглероживания необходимо вести с интенсивностью 1,5-2,2 м ³/минт. При интенсивности продувки менее 1,5 м³ /мин·т увеличивается длительность продувки и плавки в целом, что приводит к нерациональному снижению производительности. При интенсивности продувки более 2,2 м³/мин·т резко ухудшаются условия шлакообразования за счет раскисляющего воздействия обезуглероживания на шлаковый расплав, что приводит к его «сворачиванию» и негативным последствиям.

В качестве марганецсодержащих материалов можно использовать марганцевый концентрат, марганцевую руду и др. марганецсодержащие материалы. В качестве магнийсодержащих материалов можно использовать мягкообожженный доломит и другие специально приготовленные флюсы, содержащие MgO.

Пример 1.

Опробование предложенного способа проводили в 160-тонном конвертере. На оставленный в конвертере шлак предыдущей плавки присадили 800 кг доломита (80% общего расхода) и произвели нанесение гарнисажа на футеровку конвертера путем раздува шлака азотом через 5-сопловую фурму с расходом 400 м³/мин продолжительностью 3 мин. Получили толщину гарнисажного слоя по высоте футеровки конвертера 25-45 мм. После нанесения шлакового гарнисажа в конвертер присадили 3000 кг извести, завалили лом в количестве 40000 кг и 448 кг (2,8 кг/т) марганцевого концентрата с содержанием 34,41% Mn, 14,88% Fe, 5,47% Si и др. Затем слили 120000 кг чугуна с содержанием углерода 4,20%, кремния 0,85%, марганца 0,05%, серы 0,019%, фосфора 0,18% при температуре 1380°С. Соотношение Р/Мn=3,6. Продувку кислородом осуществляли 5-сопловой фурмой с расходом 400 м³/мин (2,5 м³/мин·т) с последующим снижением его расхода на 8 мин до 320 м³ /мин, т.е. 2,0 м³/мин·т (период интенсивного обезуглероживания). На 18 мин расход кислорода поднимали до 432 м³/мин (2,7 м³/мин·т) и продували до содержания 0,05% углерода. На 1 и 2 мин продувки присадили по 2500 кг извести и 300 кг (1,9 кг/т) марганцевого концентрата, а с 9 по 14 продувки присадили порциями по 150-200 кг еще 800 кг извести. На 15 мин присадили 200 кг (20%) доломита. Общий расход материалов на плавку составил: чугуна 120000 кг, лома 40000 кг, извести 8800 кг, марганцевого концентрата 748 кг (соотношение извести и марганцевого концентрата 1:0,085), доломита 1000 кг. Продувку кислородом закончили при содержании 0,05% углерода, 0,10% марганца, 0,009% серы и 0,007% фосфора и температуре металла 1650°С. Состав шлака: 44,52% СаО, 20,51% FeO, 8,08% MgO, 15,62% SiO₂, 4,52% MnO. Раскисление и науглероживание металла проводили на выпуске металла. В ковш присадили 245 кг ферромарганца, 1098 кг силикомарганца и 312 кг коксика. Получили сталь марки 3пс с содержанием 0,18% углерода, 0,54% марганца, 0,009% серы и 0,007% фосфора. Плавка прошла спокойно без существенных выносов и выбросов металла и шлака из конвертера. Выход стали составил 149,57 т или 92,6% при удельном расходе чугуна 802,3 кг/т.

Пример 2.

Опробование способа производили аналогично примеру 1. На шлак предыдущей плавки присадили 300 кг доломита (30% общего расхода) и нанесли шлаковый гарнисаж на футеровку конвертера в течение 3 мин. Затем присадили 3000 кг извести, завалили лом в количестве 40000 кг, присадили 490 кг (3,06 кг/т) марганцевого концентрата. Слили 120000 кг чугуна с содержанием 0,88% кремния, 0,021% серы, 0,16% фосфора 0,08% марганца (соотношение Р/Mn = 2,0) при температуре 1378°С. Начало продувки в период наведения первичного шлака до начала интенсивного обезуглероживания продувку кислородом осуществляли с расходом 450 м³/мин (2,81 м³/мин·т). В период интенсивного обезуглероживания на 8 мин продувку снижали и продували с расходом 288 м³/мин (1,8 м³ /мин·т) до 17 мин с последующим увеличением расхода кислорода до 420 (2,6 м³/мин·т). На 1 и 2 мин продувки присадили по 2500 кг извести и 320 кг (2,0 кг/т) марганцевого концентрата, а с 9 по 14 продувки присадили порциями по 150-200 кг еще 1000 кг извести и 800 кг доломита. Продувку кислородом закончили при содержании 0,05% углерода, 0,10% марганца, 0,010% серы и 0,006% фосфора и температуре металла 1652°С. Содержание MgO в конечном шлаке составило 8,71%. Раскисление и науглероживание металла производили в ковше аналогично примеру 1. Общий расход материалов на плавку составил: чугуна 120000 кг, лома 40000 кг, извести 9000 кг, марганцевого концентрата 810 кг или 2,875 кг/т, доломита 1100 кг (соотношение извести и марганцевого концентрата 1:0,9). Продувка плавки прошла без выносов и выбросов металла и шлака из конвертера. Выход стали составил 149,4 т или 92,5%.

Пример 3.

Опробование предложенного способа проводили в 160-тоннам конвертере аналогично примеру 1. На оставленный в конвертере шлак предыдущей плавки присадили 500 кг доломита (50% общего расхода) и нанесли шлаковый гарнисаж за 3 мин. Получили толщину гарнисажного слоя по высоте футеровки конвертера до 52 мм. Далее в конвертер присадили 3000 кг извести, завалили лом в количестве 40000 кг и 320 кг (2,0 кг/т) марганцевого концентрата, затем слили 120000 кг чугуна с содержанием углерода 0,84% кремния, 0,06% марганца, 0,020% серы, 0,19% фосфора при температуре 1365°С и начинали продувку кислородом. Соотношение в чугуне Р/Mn = 3,17. На 1 и 2 мин продувки присадили по 2500 кг извести и 160 кг (1,0 кг/т) марганцевого концентрата, а с 9 по 14 продувки присадили порциями по 150-200 кг еще 900 кг извести и 500 кг доломита. Продувку кислородом осуществляли с расходом 440 м³/мин (2,75 м³/мин·т) с последующим снижением его расхода на 8 мин до 25 6 м³ /мин (1,6 м³/минт). На 19 мин расход кислорода увеличили до 448 м³/мин (2,8 м³/мин·т) и продували до содержания углерода в металле 0,05%. Общий расход материалов на плавку составил: 120000 кг чугуна, 40000 кг лома, извести 8900 кг, марганцевого концентрата 480 кг или 3,0 кг/т (соотношение извести и марганцевого концентрата 1:0,054), доломита 1000 кг. Продувку кислородом закончили при содержании 0,05% углерода, 0,09% марганца, 0,009% серы и 0,006% фосфора и температуре металла 1650°С. Состав шлака: 45,12% СаО, 22,51% FeO, 7,1% MgO, 14,92% SiO₂, 3,68% MnO. Раскисление и науглероживание металла проводили в ковше при выпуске металла из конвертера. В ковш присадили ферромарганец 248 кг, силикомарганец 1100 кг и 318 кг коксика. Получили сталь марки 3пс с содержанием 0,18% углерода, 0,55% марганца, 0,009% серы и 0,006% фосфора. Плавка прошла без существенных выбросов и выносов металла и шлака из конвертера. Выход стали составил или 92,8% при удельном расходе чугуна 802,3 кг/т.

Результаты опробования способа свидетельствуют о наличия жидкоподвижного шлака, его высокой дефосфорирующей способности, предотвращении выносов металла из конвертера в процессе продувки. Поддержание покровного шлака в период интенсивного обезуглероживания обеспечивает низкие потери тепла при одновременном пониженном расходе чугуна и высоком выходе стали при одновременном снижении удельного расхода чугуна.

Способ может быть реализован в кислородных конвертерах при производстве стали.