Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при производстве стали в кислородно-конвертерных цехах.The invention relates to ferrous metallurgy and can be used in the production of steel in oxygen-converter shops.
Наиболее близким по технической сути к предлагаемому способу является способ выплавки стали в кислородном конвертере (Кудрин В.А. Теория и технология производства стали: Учебник для вузов. - М.: Мир, ООО «Издательство ACT», 2003. - с.217).The closest in technical essence to the proposed method is a method of steelmaking in an oxygen converter (V. Kudrin. Theory and technology of steel production: Textbook for universities. - M.: Mir, Publishing House ACT, 2003. - p.217) .
Способ заключается в завалке твердого стального лома в количестве до 24-25% от массы шихты, заливке жидкого чугуна и продувке ванны кислородом сверху через многосопловую фурму, причем в начале продувки происходит плавление лома. При необходимости увеличения расхода лома проводят его предварительный подогрев в конвертере или вводят в конвертер теплоносители (уголь, кокс, газообразное топливо), которые сгорают в ходе продувки. В ОАО «Западно-Сибирский металлургический комбинат» в качестве теплоносителя используют отработанные автомобильные шины (Комшуков В.П. и др. // Сталь, 2004, №5, с.27-28).The method consists in filling solid steel scrap in an amount of up to 24-25% of the mass of the charge, pouring molten iron and blowing the bath with oxygen from above through a multi-nozzle lance, and scrap is melted at the beginning of purging. If it is necessary to increase the consumption of scrap, it is preheated in a converter or coolants (coal, coke, gaseous fuel) are introduced into the converter, which burn out during the purge. JSC West Siberian Metallurgical Plant uses used automobile tires as a heat carrier (V. Komshukov and others // Steel, 2004, No. 5, p. 27-28).
К недостаткам указанного способа следует отнести загрязнение металла продуктами сгорания теплоносителя и невозможность выплавки высоколегированной стали, так как нельзя вводить в конвертер большое количество холодных добавок после окончания продувки.The disadvantages of this method include metal contamination with combustion products of the coolant and the inability to smelting high alloy steel, since it is impossible to introduce a large number of cold additives into the converter after the end of purging.
Задачей изобретения является выплавка стали, в том числе высоколегированной, в кислородном конвертере с верхней продувкой, и при необходимости увеличение расхода стального лома.The objective of the invention is the smelting of steel, including high alloy, in an oxygen converter with top blowing, and, if necessary, increase the consumption of steel scrap.
Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом способе выплавки стали в кислородном конвертере с верхней продувкой, включающем завалку металлической шихты, содержащей стальной лом, заливку жидкого чугуна, продувку кислородом, введение дополнительного количества тепла и выпуск металла, причем введение дополнительного количества тепла осуществляют путем ввода вертикально направленного на ванну металла лазерного луча, при этом при выплавке нелегированной стали в случае завалки стального лома в количестве более 25% от массы металлической шихты введение лазерного луча осуществляют одновременно с продувкой металла кислородом, а при выплавке высоколегированной стали с добавкой в конвертер после окончания продувки металла кислородом порций твердых легирующих материалов - после ввода каждой порции твердых легирующих материалов для их расплавления.The problem is solved due to the fact that in the proposed method of steelmaking in an oxygen converter with top blowing, which includes filling a metal charge containing steel scrap, pouring molten iron, blowing with oxygen, introducing additional heat and releasing metal, and introducing additional heat is carried out by introducing a laser beam vertically directed to the metal bath, while melting unalloyed steel in the case of filling steel scrap in an amount of more than 25% by weight metal charge introduction of the laser beam is carried out simultaneously with blowing oxygen-metal, and in the melting of the high alloy steel with an additive to the converter after blowing of oxygen solid metal portions of dopant materials - after each batch of solid alloying materials for melting.
Изобретение обладает новизной, что следует из сравнения с прототипом, и изобретательским уровнем, так как явно не следует из существующего уровня техники, практически осуществимо в действующих кислородных конвертерах.The invention has novelty, which follows from a comparison with the prototype, and the inventive step, since it obviously does not follow from the existing level of technology, is practically feasible in existing oxygen converters.
Способ выплавки стали осуществляется следующим образом.The method of steelmaking is as follows.
После выпуска из конвертера предыдущей плавки производят осмотр футеровки и в случае удовлетворительного ее состояния в конвертер загружают стальной лом. Загрузку осуществляют одним или двумя совками, расход лома составляет 21-25% от массы металлической шихты и может быть большим: 25-30%. Далее производят заливку жидкого чугуна, его температура должна быть 1260-1400°С, а химический состав обычно находится в пределах, мас.%: С=3,9-4,S; Si=0,3-0,8; Mn=0,1-0,5; P≤0,20; S≤0,04. Затем в конвертер сверху вводят кислородную фурму и ведут продувку кислородом с чистотой >99,6% и интенсивностью 2,0-4,5 м3/мин·т). Продувку заканчивают при достижении заданного содержания углерода в металле. Длительность продувки составляет 14-18 минут, расход кислорода 52-58 м3/т жидкой стали. Температура металла в конце продувки составляет 1620-1650°С и иногда достигает 1700°С (это зависит от химического состава стали, способа разливки стали (в изложницы или непрерывным способом), а также от применяемого в данном цехе способа внепечной обработки жидкого металла в ковше). После начала продувки в конвертер загружают первую порцию шлакообразующих (известь с плавиковым шпатом) и далее по ходу продувки еще вводят эти материалы одной-тремя порциями. Общий расход извести составляет 5-8% от массы металла, плавикового шпата - до 0,5% от массы металла. В случае, когда температура металла ниже требуемой, а содержание углерода равно заданному, подогрев металла осуществляют лазерным лучом, обладающим высокой мощностью излучения. После получения заданного содержания углерода в металле и требуемой температуры продувку заканчивают, и металл выпускают в ковш. Предпочтительнее использовать лазер с активной средой на основе стекла, активированного Nd. В этом лазере при мощности «накачки» (первичной мощности возбуждения лазера) в десятки киловатт, мощность генерированного излучения может достигать сотен мегаватт (Физическая энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия, 1990, том 2. - с.549). Если в конвертер загружено стального лома более 25% от массы металлической шихты, то одновременно с продувкой осуществляют дополнительный нагрев металла направленным на ванну лазерным лучом. При выплавке высоколегированной (легированной) стали в конвертер после окончания продувки при заданном содержании углерода загружают порциями твердые легирующие материалы и после ввода каждой порции нагревают металл лазерным лучом, расплавляя добавки. В качестве легирующих добавок используют ферромарганец, феррохром, силикомарганец, металлический алюминий, феррованадий и др. Таким образом, предлагаемый способ выплавки стали позволяет получать заданные температуру и химический состав металла при повышенном (более 25%) расходе металлического лома и выплавлять легированные стали с введением твердых легирующих материалов непосредственно в конвертер.After the previous melting is released from the converter, the lining is inspected and, if its condition is satisfactory, steel scrap is loaded into the converter. The loading is carried out with one or two scoops, the scrap consumption is 21-25% by weight of the metal charge and can be large: 25-30%. Next, cast iron is poured, its temperature should be 1260-1400 ° C, and the chemical composition is usually in the range, wt.%: C = 3.9-4, S; Si = 0.3-0.8; Mn = 0.1-0.5; P≤0.20; S≤0.04. Then, an oxygen lance is introduced into the converter from above and oxygen is purged with a purity> 99.6% and an intensity of 2.0-4.5 m 3 / min · t). The purge is completed when the specified carbon content in the metal is reached. The purge duration is 14-18 minutes, the oxygen flow rate is 52-58 m 3 / t of liquid steel. The temperature of the metal at the end of the purge is 1620-1650 ° C and sometimes reaches 1700 ° C (this depends on the chemical composition of the steel, the method of casting steel (in molds or in a continuous way), as well as on the method of out-of-furnace treatment of liquid metal in the ladle used in this workshop ) After the start of the purge, the first portion of the slag-forming substances (lime with fluorspar) is loaded into the converter, and then, in the course of the purge, these materials are still introduced in one to three portions. The total consumption of lime is 5-8% by weight of the metal, fluorspar - up to 0.5% by weight of the metal. In the case when the metal temperature is lower than required, and the carbon content is equal to the specified one, the metal is heated by a laser beam with a high radiation power. After obtaining the specified carbon content in the metal and the required temperature, the purge is completed and the metal is discharged into the bucket. It is preferable to use a laser with an active medium based on glass activated with Nd. In this laser, at a “pump” power (primary laser excitation power) of tens of kilowatts, the power of the generated radiation can reach hundreds of megawatts (Physical Encyclopedia. - M.: Soviet Encyclopedia, 1990, Volume 2. - p. 549). If steel scrap is loaded with more than 25% of the mass of the metal charge, then simultaneously with the purge, additional heating of the metal is carried out with a laser beam directed to the bath. When high-alloy (alloyed) steel is smelted, solid alloying materials are loaded in portions at a given carbon content in the converter after completion of purging at a given carbon content and, after each portion is introduced, the metal is heated with a laser beam, melting additives. As alloying additives, ferromanganese, ferrochrome, silicomanganese, metal aluminum, ferrovanadium, etc. are used. Thus, the proposed method of steel smelting allows one to obtain a predetermined temperature and chemical composition of the metal at an increased (over 25%) consumption of scrap metal and to melt alloy steels with the introduction of solid alloying materials directly to the converter.