RU2266965C1 - Способ выплавки стали в мартеновской печи - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к выплавке стали в мартеновских печах. Способ выплавки стали в мартеновской печи включает завалку в ванну печи металлошихты, ее прогрев, заливку жидкого чугуна, расплавление металлошихты, доводку расплава до требуемых свойств, продувку ванны потоком нейтрального или инертного газа, подаваемого через слой пористого огнеупорного материала, расположенного по днищу вдоль продольной оси ванны и образующего отдельные дутьевые зоны. 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 чугуна, при расплавлении металлошихты, ванну продувают с интенсивностью 0,08-0,25 м³/ч 1 т чугуна, при доводке расплава - с интенсивностью 0,01-0,1 м³/ч 1 т расплава, обеспечивающей поддержание плотности дутья в отдельных дутьевых зонах, равной 3,2-5,5 м³/ч на 1 м² ее поверхности. Интенсивность дутья в дутьевых зонах, размещенных в центре печи, может в 2-6 раз превышать интенсивность дутья в крайних у головок печи дутьевых зонах. Изобретение обеспечивает увеличение производительности печи, снижение энергозатрат, снижение выноса пыли и шлаковых выбросов, повышение качества стали. 1 з.п. ф-лы.

Description

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 м³/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 м³/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 м³/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 м³/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.

Claims (2)

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 м³/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.