RU2304621C2 - Method of production of the steel in the arc furnaces - Google Patents
Method of production of the steel in the arc furnaces Download PDFInfo
- Publication number
- RU2304621C2 RU2304621C2 RU2005117303A RU2005117303A RU2304621C2 RU 2304621 C2 RU2304621 C2 RU 2304621C2 RU 2005117303 A RU2005117303 A RU 2005117303A RU 2005117303 A RU2005117303 A RU 2005117303A RU 2304621 C2 RU2304621 C2 RU 2304621C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- scrap
- melting
- carbon
- liquid
- energy
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 13
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 13
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 80
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 73
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 54
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 53
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 43
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 25
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 18
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 claims description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 10
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 9
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910000805 Pig iron Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 4
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract description 18
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 abstract 2
- 238000009851 ferrous metallurgy Methods 0.000 abstract 2
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 abstract 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 17
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 13
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 11
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 10
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 9
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 8
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 7
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 6
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 6
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 6
- 230000009182 swimming Effects 0.000 description 6
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 5
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 5
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 5
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 5
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 230000036284 oxygen consumption Effects 0.000 description 3
- RHZUVFJBSILHOK-UHFFFAOYSA-N anthracen-1-ylmethanolate Chemical compound C1=CC=C2C=C3C(C[O-])=CC=CC3=CC2=C1 RHZUVFJBSILHOK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003830 anthracite Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000005261 decarburization Methods 0.000 description 2
- 239000010436 fluorite Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000010791 domestic waste Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 1
- 238000009847 ladle furnace Methods 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 description 1
- 238000009966 trimming Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
- Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к металлургии, в частности к производству стали в дуговых печах.The invention relates to metallurgy, in particular to the production of steel in arc furnaces.
Высокоэффективный режим использования мощности энергоносителей в период формирования зоны плавления обеспечивает высокую (3,5-3,7 т/мин) скорость наплавления жидкого металла из легковесной части завалки.The highly efficient mode of using energy carrier power during the formation of the melting zone provides a high (3.5-3.7 t / min) rate of deposition of liquid metal from the lightweight part of the filling.
Вследствие этого под наплавленным слоем жидкого металла, вне досягаемости воздействия дуг, остается, как правило, 35-40% лома.As a result of this, as a rule, 35-40% of scrap remains under the deposited layer of molten metal, beyond the reach of arcs.
В этих условиях интенсификация процесса доплавления лома может осуществляться за счет окисления углерода из жидкого расплава, обеспечивающего теплообмен по глубине ванны печи.Under these conditions, the intensification of the scrap re-melting process can be carried out due to the oxidation of carbon from the liquid melt, which ensures heat exchange along the depth of the furnace bath.
Главная проблема повышения эффективности работы высокомощной печи в условиях обеспечения теплообмена между верхними и нижними слоями металла заключается в согласовании скоростей окисления внесенного в жидкий расплав углерода и доплавления расположенного под слоем расплава, лома.The main problem of increasing the efficiency of a high-power furnace under conditions of heat transfer between the upper and lower layers of the metal is to coordinate the oxidation rates of the carbon introduced into the liquid melt and the melting of the scrap located under the melt layer.
Известен способ выплавки стали [1], в котором с целью интенсификации выплавки стали используют жидкий передельный чугун, который заливают на оставленные в печи 5-10% металла предыдущей плавки, загружают шлакообразующие и продувают через фурму в течение 3-5 минут, получают расплав, на него загружают остальную часть шихты.A known method of steel smelting [1], in which to intensify steel smelting use liquid pig iron, which is poured onto 5-10% of the metal of the previous heat left in the furnace, slag-forming is loaded and blown through the lance for 3-5 minutes, a melt is obtained, the rest of the charge is loaded onto it.
Недостатком этого способа является возможность выброса жидкого расплава при заливке жидкого чугуна на переокисленный в результате 3-5-минутной продувки металл.The disadvantage of this method is the possibility of ejection of molten liquid when pouring molten iron on metal reoxidized as a result of 3-5 minutes.
Кроме того, при использовании данного способа существует опасность износа футеровки подины, главным образом, в зоне диаметра распада электродов при одновременном воздействии струи кислорода и мощных дуг из-за низкого уровня жидкого металла на подине в этот период.In addition, when using this method, there is a risk of wear of the lining of the hearth, mainly in the area of the diameter of the decay of the electrodes when exposed to a stream of oxygen and powerful arcs due to the low level of liquid metal on the hearth during this period.
Так же известен способ производства стали в дуговых печах [2], в котором оставляют 10-15% металла и 30-50% шлака восстановительного периода, на который производят загрузку карбюрюзатора, шлакообразующих материалов - 2-6 кг плавикого шпата и 60% от необходимого в период плавления количества извести. Остальную часть извести загружают с первой порцией металлической шихты, масса которой составляет 70-80% всей массы. После включения печи в зону загрузки извести вводят кислород, а после расплавления 60% первой порции дают вторую.There is also a known method of steel production in arc furnaces [2], in which 10-15% of metal and 30-50% of slag of the recovery period are left, for which the carburetor is loaded, slag-forming materials - 2-6 kg of fluorspar and 60% of the required during the melting period, the amount of lime. The rest of the lime is loaded with the first portion of the metal charge, the mass of which is 70-80% of the total mass. After turning on the furnace, oxygen is introduced into the lime loading zone, and after melting, 60% of the first portion gives the second.
Этот способ наиболее близок по технической сущности и принят за прототип.This method is the closest in technical essence and adopted as a prototype.
Загрузка углеродосодержащих материалов на остаток 10-15% металла от предыдущей плавки рассчитана на получение эффекта от последующего окисления усвоенного углерода из жидкого расплава.The loading of carbon-containing materials on the remainder of 10-15% of the metal from the previous smelting is designed to obtain the effect of the subsequent oxidation of the acquired carbon from the molten liquid.
Недостатком предложенного способа является подача кислорода в зону горения дуг от включения печи и до окончания расплавления 60% порции, составляющей 70-80% всей массы лома. Введение кислорода в плавильную зону способствует повышению скорости перемещения электродов к жидкому расплаву и, как следствие, к созданию узкой зоны плавления.The disadvantage of the proposed method is the supply of oxygen to the combustion zone of the arcs from the inclusion of the furnace and to the end of the melting of 60% of the portion, comprising 70-80% of the total mass of scrap. The introduction of oxygen into the melting zone increases the speed of movement of the electrodes to the liquid melt and, as a consequence, to create a narrow melting zone.
При достижении электродами уровня оставленного от предыдущей плавки металла эксплуатационное индуктивное сопротивление токоподвода снижается, активная мощность и эффективность ее использования повышается, обеспечивая при этом интенсивное подплавление шихты в сторону периферии печного пространства, что приводит в обвалам скрапа в плавильную зону, снижая эффективность использования мощности дуг. Еще одним недостатком известного способа, как и в предыдущем способе, следует считать отрицательное локальное (в зоне диаметра расхода электродов) воздействие мощных дуг и струи кислорода на футеровку подины при низком уровне жидкого металла в этот период плавки.When the electrodes reach the level of metal left from the previous melting, the operational inductive resistance of the current supply decreases, the active power and its use efficiency increase, while providing intensive melting of the charge towards the periphery of the furnace space, which leads to scrap scrap in the melting zone, reducing the efficiency of using arc power. Another disadvantage of the known method, as in the previous method, should be considered the negative local (in the area of the diameter of the electrode flow) effect of powerful arcs and oxygen jets on the lining of the hearth at a low level of liquid metal during this melting period.
Кроме того, при реализации данного способа, в условиях использования в качестве карбюрюзатора материалов с высоким (70-90%) содержанием углерода (кокс, антрацит и пр.), основная масса углеродсодержащего материала сгорит в пламени дуг и кислорода фурм, не выполнив основной задачи, заключающейся в использовании карбюрюзатора, как интенсификатора процесса плавления лома.In addition, when implementing this method, under conditions of using materials with a high carbon content (70-90%) as a carburetor (coke, anthracite, etc.), the bulk of the carbon-containing material will burn in the flame of arcs and oxygen lances, without fulfilling the main task consisting in the use of a carburetor as an intensifier of the scrap melting process.
Предлагаемое изобретение направлено на комплексное решение задач, главными из которых являются сокращение длительности плавки, снижение расхода электроэнергии, электродов и угара железа. С этой целью печь оснащена высокомощным трансформатором, стеновыми и оконной фурмами - горелками и регулятором с включенной в него обратной связью, обеспечивающей замедленное перемещение к подине электродов по ходу формирования зоны плавления.The present invention is aimed at a comprehensive solution of problems, the main of which are a reduction in the duration of the smelting, a decrease in the consumption of electricity, electrodes and iron waste. For this purpose, the furnace is equipped with a high-power transformer, wall and window tuyeres - burners and a regulator with feedback included in it, providing slow movement to the bottom of the electrodes during the formation of the melting zone.
Для решения поставленных задач предлагается способ производства стали в дуговых печах, включающий загрузку металлической шихты и лома, подачу углеродсодержащих и шлакообразующих материалов, расплавление шихты и лома, проведение окислительного рафинирования, нагрев и выпуск металла из печи, при этом для интенсификации процесса плавления лома осуществляют замедленное перемещение электродов к уровню жидкого расплава до израсходования электроэнергии 120-140 кВт·ч/т и энергии топливокислородных горелок эквивалентной 35-40 кВт·ч/т, осуществляют подвалку лома, а на жидкий расплав перед подвалкой лома подают углеродсодержащий материал с содержанием углерода не ниже 70%, из расчета 22-25 кг на тонну каждой порции лома и до окончания периода плавления одновременно с плавлением лома до израсходования 310-325 кВт·ч/т электроэнергии со скоростью 45-65 кг/мин окисляют из жидкого расплава углерод.To solve the tasks, a method for the production of steel in arc furnaces is proposed, which includes loading a metal charge and scrap, supplying carbon-containing and slag-forming materials, melting the charge and scrap, carrying out oxidative refining, heating and discharging metal from the furnace, while in order to intensify the process of scrap melting, a slow moving the electrodes to the level of the liquid melt until the energy is consumed 120-140 kW · h / t and energy of fuel-oxygen burners is equivalent to 35-40 kW · h / t, scrap scrap is dumped, and a carbon-containing material with a carbon content of not less than 70% is fed to the liquid melt before scrap scrap, at the rate of 22-25 kg per ton of each portion of scrap and until the end of the melting period simultaneously with the scrap melting until 310-325 kWh are consumed / t of electricity at a speed of 45-65 kg / min, carbon is oxidized from the molten liquid.
При этом при использовании в качестве углеродсодержащего материала жидкого передельного чугуна продувку кислородом жидкого расплава ведут до израсходования электроэнергии, уменьшенной на эквивалентную энергию, внесенную жидким чугуном.In this case, when using liquid pig iron as the carbon-containing material, oxygen is blown into the liquid melt until the energy consumed is reduced by the equivalent energy introduced by the molten iron.
При использовании в шихте тяжеловесных отходов собственного производства в расплав дополнительно вносят углеродсодержащий материал из расчета 9-10 кг на 1 тонну тяжеловесных отходов.When using heavy domestic waste in a charge, carbon-containing material is additionally added to the melt at the rate of 9-10 kg per 1 ton of heavy waste.
Для повышения эффективности использования углеродсодержащего материала проводят замедленное перемещение электродов к уровню жидкого расплава посредством включения в регулятор переменной по величине и знаку обратной связи, обеспечивающей уменьшение заданного расчетного тока в начале формирования зоны плавления на 27-31%, при завершении плавления - на 10-15%, а в стадии доплавления лома увеличивающей заданное значение тока на 7-11%.To increase the efficiency of using carbon-containing material, a slow movement of the electrodes to the level of the liquid melt is carried out by including a variable in magnitude and feedback sign in the regulator, which reduces the specified rated current at the beginning of the formation of the melting zone by 27-31%, at the end of melting - by 10-15 %, and in the stage of re-melting scrap increasing the set current value by 7-11%.
Технический результат от использования способа: повышение производительности не менее 23-28%, сокращение расхода электроэнергии не менее 16-18%, снижение расхода электродов 8-10%, снижение угара железа на 2,0%.The technical result from the use of the method: increasing productivity of at least 23-28%, reducing energy consumption of at least 16-18%, reducing the consumption of electrodes of 8-10%, reducing iron waste by 2.0%.
Повышение эффективности работы дуговых печей высокой мощности решается за счет сокращения длительности самого энергоемкого периода расплавления шихты.Increasing the efficiency of high-power arc furnaces is solved by reducing the duration of the most energy-intensive period of charge melting.
С учетом особенностей поведения дуг трехфазной системы питания, для интенсификации процесса плавления, расположенной в «холодных» зонах шихты печь оснащена тремя стеновыми и одной оконной фурмами горелками, с учетом КПД использования тепла сгоревшего газа, равного 60%, суммарной мощностью 16 МВт.Taking into account the peculiarities of the behavior of the arcs of the three-phase power system, to intensify the melting process located in the “cold” zones of the charge, the furnace is equipped with three wall and one window tuyere burners, taking into account the efficiency of using heat of burnt gas equal to 60%, with a total capacity of 16 MW.
При формировании и развитии зоны плавления на токах меньших 31% снижается эффективность использования мощности за счет нарушения стабильности горения дуг, и, как следствие, необоснованно низкое (0,5-0,6) от максимального значения мощности в данной стадии плавления. Увеличение тока выше 27% приведет к образованию «узкой» зоны плавления, что так же снизит эффективность использования мощности с последующим снижением скорости плавления легковесной части завалки шихты при одновременном повышении плотности теплового потока и скорости перемещения электродов к подине.During the formation and development of the melting zone at currents less than 31%, the efficiency of power use decreases due to the violation of the stability of arc burning, and, as a result, unreasonably low (0.5-0.6) of the maximum power value in this melting stage. An increase in current above 27% will lead to the formation of a “narrow” melting zone, which will also reduce the efficiency of power use with a subsequent decrease in the melting rate of the lightweight part of the charge filling, while increasing the heat flux density and the speed of electrode movement to the bottom.
На чертеже приведены совокупность расчетных зависимостей изменения скорости плавления шихтовых материалов при различных плотности теплового потока и насыпной массы лома и совместные с ними данные из опытных плавок, где g - удельная плотность теплового потока, идущего на плавление лома,The drawing shows a set of calculated dependences of the change in the melting rate of charge materials at different heat flux densities and bulk density of scrap and the data from experimental melts with them, where g is the specific gravity of the heat flux used for scrap melting,
При этом на чертеже показаны зависимости:In this drawing, the dependencies are shown:
1. в стадии формирования и развития зоны плавления с использованием в управлении регулятором перемещения электродов обратной связи, обеспечивающей замедленное движение электродов к жидкому расплаву,1. at the stage of formation and development of the melting zone using in the control of the regulator of movement of the feedback electrodes, providing slow motion of the electrodes to the liquid melt,
2. при управлении без обратной связи,2. when operating without feedback,
3. в условиях естественной конвекции жидкого металла,3. in the conditions of natural convection of liquid metal,
4. в условиях интенсивного окисления углерода из жидкого расплава.4. under conditions of intense oxidation of carbon from a liquid melt.
Принятые конструктивные решения позволяют достичь 3,5-3,7 т/мин скорости плавления легковесной части завалки.The adopted design solutions allow to achieve 3.5-3.7 t / min melting speed of the lightweight part of the filling.
Известно, что тепловой поток, образованный в результате излучения, пропорционален температуре газов в четвертой степени.It is known that the heat flux resulting from radiation is proportional to the gas temperature to the fourth degree.
Снижение скорости перемещения электродов к уровню образуемого жидкого расплава способствует повышению эффективности использования теплового потока лучистой составляющей дуг и, как следствие, повышению скорости плавления шихты. Одновременно с повышением скорости наплавления жидкого металла и осаждением в расплав нагретой топливно-кислородными горелками шихты насыпная масса расположенного под жидким металлом лома возрастет до 1,9-2,5 т/м3.The decrease in the speed of movement of the electrodes to the level of the molten liquid formed increases the efficiency of using the heat flux of the radiant component of the arcs and, as a result, increases the melting rate of the charge. Simultaneously with an increase in the rate of deposition of liquid metal and the deposition of a mixture heated by fuel-oxygen burners into the melt, the bulk density of the scrap located under the liquid metal will increase to 1.9-2.5 t / m 3 .
Расположенный под жидким расплавом лом находится вне досягаемости воздействия тепловых потоков лучистой составляющей дуг. Доплавление этой доли, составляющей 35-40% лома, проводится, как правило, в условиях свободной конвекции, определяющей низкую эффективность теплообмена по глубине ванны жидкого металла и снижение скорости плавления до 1,3-1,4 т/мин.The scrap located under the liquid melt is out of the reach of the heat fluxes of the radiant component of the arcs. The re-melting of this fraction, which is 35-40% of scrap, is carried out, as a rule, under conditions of free convection, which determines the low heat exchange efficiency along the depth of the liquid metal bath and a decrease in the melting rate to 1.3-1.4 t / min.
Для обеспечения эффективного теплообмена между нагретыми мощными дугами верхними и нижними слоями с долей нагретого, но не доведенного до расплавления металла, после израсходования 120-140 кВт·ч/т электроэнергии и 35-40 кВт·ч/т эквивалентной энергии топливно-кислородных горелок в печь на образованный жидкий расплав подают углеродсодержащий материал (кокс, антрацит и пр.) фракцией 8-10 мм из расчета 22-25 кг на тонну каждой порции лома.To ensure efficient heat exchange between the upper and lower layers heated by powerful arcs with a fraction of the metal heated but not brought to melting, after the consumption of 120-140 kWh / t of electricity and 35-40 kWh / t of equivalent energy of fuel-oxygen burners in The furnace contains carbon-containing material (coke, anthracite, etc.) with a fraction of 8-10 mm at a rate of 22-25 kg per ton of each portion of scrap.
Применение углеродсодержащего материала с содержанием углерода не ниже 70% обусловлено экономической целесообразностью (низкий угар, интенсификация плавления).The use of carbon-containing material with a carbon content of not less than 70% is due to economic feasibility (low waste, intensification of melting).
В условиях совокупных признаков, направленных на эффективное проведение доплавления, расположенного под слоем жидкого расплава лома, подача углеродосодержащего материала меньше 22 кг/т каждой порции лома приведет к недостатку углерода в жидком расплаве, снижению эффективности теплообмена, увеличению длительности плавления, расхода электроэнергии и электродов.Under conditions of aggregate features aimed at efficiently re-melting located under a layer of liquid molten scrap, the supply of carbon-containing material less than 22 kg / t of each portion of scrap will lead to a lack of carbon in the liquid melt, lower heat exchange efficiency, increase the duration of melting, the consumption of electricity and electrodes.
При внесении в печь углеродосодержащего материала больше 25 кг/т каждой порции лома после завершения процесса расплавления потребуется дополнительное время на удаление из расплава лишнего углерода и для исключения перегрева металла снижения вводимой мощности дуг, что так же приведет к увеличению длительности плавления.If more than 25 kg / t of each portion of scrap is introduced into the furnace after the melting process is completed, additional time will be required to remove excess carbon from the melt and to prevent overheating of the metal and reduce the input power of the arcs, which will also lead to an increase in the melting time.
Особенность данного способа заключается в согласовании скорости окисления из расплава углерода со скоростью доплавления лома и температурой жидкого металла при определенном требуемом расходе кислорода, обеспечивающем оптимальную скорость окисления углерода.A feature of this method is the coordination of the rate of oxidation from a carbon melt with the rate of remelting of the scrap and the temperature of the liquid metal at a certain required oxygen flow rate, which ensures the optimal rate of carbon oxidation.
Известно, что по стандартной стехиометрии на окисление из расплава до СО 1 кг углерода потребуется 0,93 м3 кислорода. С учетом окисления до SiO2 2,5 кг/т кремния из металлической части шихты в период плавления лома коэффициент использования кислорода стеновых фурм не превышает 60-70%.It is known that according to standard stoichiometry, oxidation from a melt to
Исходя из этих условий на окисление 1 кг углерода требуется 1,65 м3 кислорода.Based on these conditions, 1.65 m 3 of oxygen is required for the oxidation of 1 kg of carbon.
При эффективном теплообмене за счет обеспечения скорости окисления углерода из расплава 45 кг/мин скорость доплавления лома возрастет до 2,25 т/мин. При снижении скорости обезуглераживания снизится скорость доплавления лома, длительность плавки возрастет.With efficient heat transfer, by ensuring a rate of carbon oxidation from the melt of 45 kg / min, the rate of scrap re-melting will increase to 2.25 t / min. With a decrease in the decarburization rate, the rate of scrap re-melting will decrease, and the melting time will increase.
Увеличение скорости обезуглераживания выше 65 кг/т приведет к раннему окислению углерода из расплава и, как следствие, к доплавлению лома при малой эффективности теплообмена, увеличению длительности плавки, расходу электроэнергии электродов.An increase in the decarburization rate above 65 kg / t will lead to early oxidation of carbon from the melt and, as a consequence, to remelting of the scrap with low heat transfer efficiency, an increase in the duration of smelting, and the consumption of electrode energy.
Кроме того, для согласования распределения энергии источников тепла, для достижения термической симметрии плавильного пространства в регулятор перемещения электродов включена управляемая обратная связь посредством переменной по ходу формирования и развития зоны плавления коррекции, обеспечивающей уменьшение заданного расчетного тока в начале формирования зоны на 27-31%, при завершении на 10-15%, а в стадии доплавления лома увеличивающей заданное значение тока на 7-11%.In addition, to coordinate the distribution of energy of heat sources, to achieve thermal symmetry of the melting space, a controlled feedback is included in the electrode displacement regulator by means of a variable along the formation and development of the correction melting zone, which provides a reduction in the set rated current at the beginning of the formation of the zone by 27-31%, upon completion, by 10-15%, and at the stage of scrap re-melting, increasing the set current value by 7-11%.
Контролируемым параметром окончания продувки жидкого расплава с обеспечением полного расплавления лома является балансовый удельный расход электроэнергии.The controlled parameter of the end of the purge of the liquid melt with the full melting of the scrap is the balance specific energy consumption.
Укрупненный энергетический баланс периода расплавления шихты с использованием в завалке 100% лома определяется следующим образом.The aggregated energy balance of the charge melting period using 100% scrap in the filling is determined as follows.
При изменении стандартной энтальпии стали и шлака при нагреве с 25°С до заданной 1560°С, соответственно 370 и 525 кВт·ч/т, выходе жидкой стали из 1 т лома, равной 0,94, полезно расходуемая на расплавление энергия составит:When changing the standard enthalpy of steel and slag during heating from 25 ° C to a predetermined 1560 ° C, respectively 370 and 525 kW · h / t, the output of liquid steel from 1 ton of scrap equal to 0.94, the energy consumed for melting will be:
Wпол=0,94×370+0,04×525=368,8 кВт·ч/т (3), (4).W floor = 0.94 × 370 + 0.04 × 525 = 368.8 kWh / t (3), (4).
Полученные при сравнении энергетических балансов крупнотоннажных, оснащенных водоохлаждаемыми элементами печей теплопотери в период плавления изменяются в диапазоне 1,35-1,4 кВт·ч/т мин. Одновременно учитывая, обеспечивающий эффективный теплообмен, окисленный в количестве 850-950 кг из расплава углерод энергетический баланс представлен в таблице 1.When comparing the energy balances of large-capacity equipped with water-cooled elements of the heat loss furnaces during the melting period, they vary in the range of 1.35-1.4 kW · h / t min. At the same time, taking into account the efficient heat transfer, the energy balance oxidized in the amount of 850-950 kg from the melt carbon is presented in table 1.
При расходе электроэнергии меньшей 310 кВт·ч/т не обеспечится заданная температура металла, вследствие чего возрастет длительность расплавления. При расходе выше 325 кВт·ч/т металл перегревается, в результате возрастет расход электроэнергии за счет увеличенных до 2,8 кВт·ч/т мин теплопотерь жидкого периода.When the electric power consumption is less than 310 kWh / t, the specified metal temperature will not be ensured, as a result of which the melting time will increase. At a flow rate above 325 kW · h / t, the metal overheats, as a result, the energy consumption increases due to increased heat losses of the liquid period to 2.8 kW · h / t min.
Величины расхода электроэнергии в указанных пределах позволяют достичь полное расплавление металлошихты, требуемое содержание углерода и температуры металла при минимальной длительности расплавления.The values of energy consumption within the specified limits allow to achieve complete melting of the metal charge, the required carbon content and metal temperature with a minimum duration of melting.
При скорости израсходования электроэнергии более 65 кг/мин сокращается длительность плавления, но металл полностью не расплавляется, а при скорости менее 45 кг/мин увеличивается длительность плавки.At a power consumption rate of more than 65 kg / min, the melting time is reduced, but the metal does not completely melt, and at a speed of less than 45 kg / min, the melting time is increased.
При использовании в качестве углеродсодержащего материала жидкого чугуна энергетическая энергия уменьшится на внесенное жидким чугуном эквивалентное тепло в количествеWhen using liquid iron as the carbon-containing material, the energy energy will decrease by the equivalent heat introduced by liquid iron in the amount of
где mжхч - масса жидкого чугуна,where m zhhh - the mass of molten iron,
mж - общая масса жидкого металла,m W - the total mass of liquid metal,
242,9 - теплосодержание жидкого чугуна при температуре 1300°С.242.9 - the heat content of liquid iron at a temperature of 1300 ° C.
В таблице 2 приведены технико-экономические показатели типичных плавок по изобретению и прототипу. Из данных, полученных на опытных плавках, видно, что на плавление первой порции, в вариантах 1-6 с малым до 24 т тяжеловесных отходов собственного производства израсходовано электроэнергии 13050/75,7=172,5 кВт·ч/т. Общий расход энергии на формирование зоны плавления и жидкой ванны металла составил 307/310=0,67 по отношению к балансу. На жидкий расплав загружено 2520/75,2=33,3 кг/т кокса. При суммарном, определенном для существующих условий периоде плавления КПД использования кислорода равное 0,65, при скорости окисления 45,7 кг/мин за 20 минут окислено 952,25 кг углерода. С учетом оставленного на период нагрева углерода в количестве 270 кг коэффициент усвоения его составил 952,25+270/2520=0,485.Table 2 shows the technical and economic indicators of typical swimming trunks according to the invention and prototype. From the data obtained on the experimental swimming trunks, it is clear that the melting of the first portion, in options 1-6 with small to 24 tons of heavy waste of own production, consumed electricity 13050 / 75.7 = 172.5 kWh / t. The total energy consumption for the formation of the melting zone and the liquid metal bath was 307/310 = 0.67 with respect to the balance. 2520 / 75.2 = 33.3 kg / t of coke are loaded onto the liquid melt. With a total melting period defined for the existing conditions, the efficiency of using oxygen is 0.65, and the oxidation rate of 45.7 kg / min over 20 minutes, 952.25 kg of carbon are oxidized. Taking into account the amount of 270 kg left for the carbon heating period, its absorption coefficient amounted to 952.25 + 270/2520 = 0.485.
О степени усвоения углерода и, соответственно, о доле энергии химических реакций в приходной части энергетического баланса периода плавления можно судить по удельному расходу полученной на опытных плавках электроэнергии, равной 319 кВт·ч/т.The degree of carbon assimilation and, accordingly, the share of the energy of chemical reactions in the input part of the energy balance of the melting period can be judged by the specific consumption of electric energy obtained from experimental melts equal to 319 kWh / t.
В вариантах с 7 по 14 на опытных плавках в 1-ю бадью грузили в среднем 44,3 т тяжеловесных отходов собственного производства, при этом кокса загружали на 670 кг больше, чем с меньшим количеством обрези. Количество загруженного в печь кокса, отнесенное к 2 т тяжеловесных отходов, составило 14,4 кг. Причем на этой серии плавок интенсивность продувки кислородом была увеличена и составила в среднем 1400 м3/ч на каждую фурму.In options 7 through 14, on pilot melts, on average 44.3 tons of heavy waste of our own production were loaded into the 1st tub, while coke was loaded 670 kg more than with less trimmings. The amount of coke loaded into the furnace, assigned to 2 tons of heavy waste, was 14.4 kg. Moreover, in this series of heats, the oxygen purge intensity was increased and amounted to an average of 1400 m 3 / h for each tuyere.
Расход электроэнергии по отношению к балансовому увеличился на 3,8%. Это обстоятельство вполне корреспондируется с увеличением доли теплопотерь за счет увеличения на 4 минуты длительности периода плавления.Electricity consumption in relation to the balance increased by 3.8%. This circumstance is fully correlated with an increase in the share of heat loss due to a 4-minute increase in the duration of the melting period.
В таблице 3 приведены технико-экономические показатели типичных плавок по изобретению, проведенных с использованием жидкого чугуна, и плавок, проведенных по прототипу.Table 3 shows the technical and economic indicators of typical swimming trunks according to the invention, carried out using liquid cast iron, and swimming trunks, carried out according to the prototype.
В условиях применения в качестве углесодержащего материала жидкого передельного чугуна с использованием в завалке малого до 20 т количества тяжеловесных отходов собственного производства для обеспечения эффективного теплообмена в печь необходимо заливать до 26-28 т чугуна, при этом расход электроэнергии на период плавления составит 255 кВт·ч/т, по отношению к варианту с использованием высокопроцентного углеродсодержащего материала меньше на величину внесенной эквивалентной энергии жидким чугуном при температуре 1300°С.Under the conditions of using liquid pig iron as a carbon-containing material using small amounts of up to 20 tons of heavy waste of own production in the filling, up to 26-28 tons of cast iron must be poured into the furnace to ensure efficient heat transfer, while the energy consumption for the melting period will be 255 kWh / t, in relation to the option using a high-percentage carbon-containing material, is less by the amount of equivalent energy deposited by liquid iron at a temperature of 1300 ° C.
При увеличении доли тяжеловесных отходов собственного производства до 40-45 т количество внесенного углерода в жидкий расплав увеличивают до 9 кг на каждую тонну тяжеловесной части завалки.With an increase in the share of heavy waste of own production to 40-45 tons, the amount of carbon introduced into the liquid melt is increased to 9 kg for each ton of the heavy part of the filling.
Конкретный пример выполнения способа.A specific example of the method.
Для выплавки низкоуглеродистого сортамента в высокомощной 100 т печи с трансформатором 60 МВА по предлагаемому способу в 3-х вариантах выплавлено 96 плавок (каждого варианта по 26-35 плавок).For smelting a low-carbon range in a high-power 100 tons furnace with a 60 MVA transformer, according to the proposed method, 96 heats were melted in 3 variants (26-35 heats of each version).
Первый вариант. В завалке использовали 100% лома с малым количеством тяжеловесных отходов собственного производства. В составе завалки использовали легковесный лом 2А в количестве 48-57 т и для уменьшения количества подвалок 22-25 т тяжеловесных отходов в подвалке лом 2А массой 35-42 т. Одновременно с включением печи включали 3 стеновые и одну оконную горелки. По мере формирования зоны плавления, для обеспечения повышения эффективности осаждения лома в «холодных» зонах и увеличения доли наплавления жидкого металла после израсходования 5-7 тыс. кВт·ч соотношение газ-кислород изменяли до соотношения 1-2,5. При этом до окончания плавления лома 1-й бадьи присаживали 1,5-1,7 т извести. После израсходования 10-13 тыс. кВт·ч отводили свод и на образованный жидкий расплав загружали 2400-2700 кг кокса фракцией 8-10 мм. Производили подвалку недостающей части лома 2А, включали печь и газокислородные горелки. После израсходования 120-140 кВт·ч/т электроэнергии фурмы-горелки переводили в режим работы фурмы с расходом 1200-1300 м3/ч.First option. In the filling we used 100% scrap with a small amount of heavy waste of our own production. As part of the filling, lightweight scrap 2A was used in an amount of 48-57 tons and to reduce the number of bins 22-25 tons of heavy waste in a scrap dump 2A weighing 35-42 tons. At the same time, 3 wall burners and one window burner were turned on. As the melting zone was formed, in order to increase the efficiency of scrap deposition in “cold” zones and increase the fraction of liquid metal deposition after using 5-7 thousand kWh, the gas-oxygen ratio was changed to a ratio of 1-2.5. At the same time, 1.5-1.7 tons of lime were planted before the scrap melting of the 1st tub. After spending 10-13 thousand kWh, the arch was diverted and 2400-2700 kg of coke with a fraction of 8-10 mm were loaded onto the molten liquid formed. The missing part of scrap 2A was dumped, the furnace and gas-oxygen burners were turned on. After the consumption of 120-140 kW · h / t of electric power, the tuyeres-burners were transferred to the operation mode of the tuyeres with a flow rate of 1200-1300 m 3 / h.
В период продувки ванны печи для поддержания высокоактивного пенистого шлака в печь периодически порциями по 200-300 кг присаживали известь, кокс порциями 50-100 кг и плавиковый шпат - 50-80 кг. В процессе окисления углерода из расплава шлак непрерывно удалялся через порог, обеспечивая процесс дефосфорации.During the purge period of the furnace bath, in order to maintain highly active foamy slag, lime was periodically added to the furnace in portions of 200-300 kg, 50-100 kg of coke and 50-80 kg of fluorspar. During the oxidation of carbon from the melt, the slag was continuously removed through the threshold, providing a dephosphorization process.
После израсходования 250-270 кВт·ч/т электроэнергии производили измерение температуры и отбирали пробу. Перед выпуском температура металла составила 1640-1660°С, содержание углерода составило 0,10-0,15%, фосфора 0,004-0,007.After the consumption of 250-270 kWh / t of electricity, a temperature was measured and a sample was taken. Before release, the metal temperature was 1640-1660 ° C, the carbon content was 0.10-0.15%, phosphorus 0.004-0.007.
В процессе выпуска полупродукта в ковш до наполнения 2/36 ковша присаживали раскислители и легирующие на нижний предел марочного состава.In the process of releasing the intermediate product, deoxidizers and alloying agents were planted in the bucket until 2/36 of the bucket was filled to the lower limit of the grade composition.
После выпуска металла ковш передавался на установку «ковш-печь» для осуществления окончательной доводки.After the release of metal, the bucket was transferred to the “ladle-furnace” installation for final refinement.
Второй вариант. Отличие состояло в увеличение до 42-50 т тяжеловесных отходов собственного производства и, соответственно, кокса до 3,0-3,5 т.The second option. The difference was an increase up to 42-50 tons of heavy waste of own production and, accordingly, coke up to 3.0-3.5 tons.
При проведении совмещенного с расплавлением окислительного периода расход кислорода на фурму был увеличен до 1700-1800 м3/ч.When carrying out the oxidation period combined with the melting, the oxygen consumption per tuyere was increased to 1700-1800 m 3 / h.
Третий вариант. После плавления шихты отводили свод и сверху заливали жидкий чугун в количестве, обеспечивающем содержание углерода в жидком расплаве, от 1150 кг до 1750 в соответствии с количеством тяжеловесных отходов от 22 до 50 т.The third option. After melting the mixture, the arch was withdrawn and liquid cast iron was poured from above in an amount providing the carbon content in the liquid melt, from 1150 kg to 1750 in accordance with the amount of heavy waste from 22 to 50 tons.
Снижение расхода электроэнергии на период расплавления рассчитывалось из условий внесения эквивалентной энергии при энтальпии жидкого чугуна при температуре 1300°С, равной 242,9 кВт·ч/т, по известному соотношению:The decrease in energy consumption during the melting period was calculated from the conditions for the introduction of equivalent energy at the enthalpy of molten iron at a temperature of 1300 ° C, equal to 242.9 kW · h / t, according to the known ratio:
Способ производства может быть реализован для любых марок сталей, при этом доля вносимого в расплав углерода должна быть согласована в соответствии с заявленной маркой стали.The production method can be implemented for any steel grade, while the proportion of carbon introduced into the melt must be agreed in accordance with the declared steel grade.
Использование изобретения позволяет добиться сокращения длительности плавки, снижения расхода электроэнергии, электродов и угара железа.Using the invention allows to achieve a reduction in the duration of smelting, reduce the consumption of electricity, electrodes and iron waste.
Источники информацииInformation sources
1. Патент РФ №2201970, М.кл. С21С 5/52, пр. 08.12.2000 г.1. RF patent No. 2201970, M.cl. С21С 5/52, pr. 08.12.2000
2. А.С. №1312103, М.кл. С21С 5/52, пр. 20.05.85 г. - принят за прототип.2. A.S. No. 1312103, M. cl. C21C 5/52, pr. 05.20.85, adopted as a prototype.
3. Элиот Д.Ф., Глейзер М., Рамакришна В. Термохимия сталеплавильных процессов, М.: Металлургия, 1969.3. Eliot DF, Glazer M., Ramakrishna V. Thermochemistry of steelmaking processes, M.: Metallurgy, 1969.
4. Под ред. Варгафтика Н.Б. Теплофизические свойства веществ, М.: Госэнергоиздат, 1950 г.4. Ed. Vargaftika N.B. Thermophysical properties of substances, Moscow: Gosenergoizdat, 1950
Характеристика показателей типичных опытных плавок и сравнительных данных из прототипаtable 2
Characteristics of typical experimental swimming trunks and comparative data from the prototype
отходы, тHEAVY.
waste, t
Характеристика показателей типичных опытных плавок, с использованием жидкого чугуна и сравнительные данные из прототипаTable 3
Characteristics of typical experimental swimming trunks using liquid cast iron and comparative data from the prototype
отходы, тheavy
waste, t
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005117303A RU2304621C2 (en) | 2005-06-06 | 2005-06-06 | Method of production of the steel in the arc furnaces |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005117303A RU2304621C2 (en) | 2005-06-06 | 2005-06-06 | Method of production of the steel in the arc furnaces |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005117303A RU2005117303A (en) | 2007-01-10 |
| RU2304621C2 true RU2304621C2 (en) | 2007-08-20 |
Family
ID=37760753
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005117303A RU2304621C2 (en) | 2005-06-06 | 2005-06-06 | Method of production of the steel in the arc furnaces |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2304621C2 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3880648A (en) * | 1973-06-27 | 1975-04-29 | Bethlehem Steel Corp | Method for producing steel in an electric arc furnace |
| SU996459A1 (en) * | 1981-07-15 | 1983-02-15 | Центральный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Черной Металлургии Им.И.П.Бардина | Method for intensifiyng charge melting in electric arc steel smelting furnace |
| WO1991000366A1 (en) * | 1989-07-03 | 1991-01-10 | Mannesmann Ag | Process and device for heating a metallurgical furnace |
| RU2201970C2 (en) * | 2000-10-17 | 2003-04-10 | Открытое Акционерное Общество "Донецкий Металлургический Завод" | Method of making steel in high-power electric arc furnaces |
| RU2220211C2 (en) * | 2001-12-21 | 2003-12-27 | Совместное закрытое акционерное общество "Молдавский металлургический завод" | Method of steel production in electric arc furnace |
-
2005
- 2005-06-06 RU RU2005117303A patent/RU2304621C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3880648A (en) * | 1973-06-27 | 1975-04-29 | Bethlehem Steel Corp | Method for producing steel in an electric arc furnace |
| SU996459A1 (en) * | 1981-07-15 | 1983-02-15 | Центральный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Черной Металлургии Им.И.П.Бардина | Method for intensifiyng charge melting in electric arc steel smelting furnace |
| WO1991000366A1 (en) * | 1989-07-03 | 1991-01-10 | Mannesmann Ag | Process and device for heating a metallurgical furnace |
| RU2201970C2 (en) * | 2000-10-17 | 2003-04-10 | Открытое Акционерное Общество "Донецкий Металлургический Завод" | Method of making steel in high-power electric arc furnaces |
| RU2220211C2 (en) * | 2001-12-21 | 2003-12-27 | Совместное закрытое акционерное общество "Молдавский металлургический завод" | Method of steel production in electric arc furnace |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005117303A (en) | 2007-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2034040C1 (en) | Steel production method | |
| JP5954551B2 (en) | Converter steelmaking | |
| JP5552754B2 (en) | Arc furnace operation method | |
| JP5413043B2 (en) | Converter steelmaking method using a large amount of iron scrap | |
| JP5236926B2 (en) | Manufacturing method of molten steel | |
| JP5877838B2 (en) | Direct smelting process | |
| US10337077B2 (en) | Method for making steel in an electric arc furnace and electric arc furnace | |
| US4504308A (en) | Method of operating a metallurgical plant | |
| US5417740A (en) | Method for producing steel | |
| RU2258083C1 (en) | Method of making rail steel | |
| JP7142154B2 (en) | Method for refining low-nitrogen steel using electric furnace | |
| JP3721154B2 (en) | Method for refining molten metal containing chromium | |
| JP5625654B2 (en) | Hot metal production method | |
| JP2011080143A (en) | Method for producing molten pig iron | |
| RU2304621C2 (en) | Method of production of the steel in the arc furnaces | |
| RU2201970C2 (en) | Method of making steel in high-power electric arc furnaces | |
| JP4630031B2 (en) | Methods for reducing and dissolving iron raw materials containing iron oxide | |
| RU2699468C1 (en) | Steel production method | |
| RU2437941C1 (en) | Procedure for melting steel in arc steel melting furnace with increased consumption of liquid iron | |
| RU2153023C1 (en) | Method of processing raw materials containing manganese with recovery of metals | |
| TWI893736B (en) | Dephosphorization method for molten iron | |
| JPH09165613A (en) | How to dissolve scrap | |
| SU1008250A1 (en) | Method for smelting steel in electric arc furnaces | |
| RU2113498C1 (en) | Method of steel melting in converter | |
| RU1786092C (en) | Process for steelmaking in blind bottom converter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130607 |