RU2845595C1 - Способ выплавки стали в конвертере - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к металлургии, в частности к выплавке стали в конвертере с комбинированной продувкой. В способе осуществляют завалку в конвертер твердой шихты, заливку жидкого чугуна, продувку расплава кислородом сверху и нейтральным газом снизу, присадку по ходу плавки шлакообразующих, железосодержащих и при необходимости углеродсодержащих материалов. По ходу плавки присаживают бруситсодержащий флюс, содержащий 70,0-95,0 мас.% гидроксида магния и 5,0-30,0 мас.% примесей, с общим расходом, изменяющимся в зависимости от доли жидкого чугуна на плавку, в количестве 0,2-2,0 кг/т стали на каждые 10,0% заливаемого чугуна от массы всей загружаемой шихты. Технический результат заключается в повышении основности шлака, снижении содержания фосфора в металле к концу продувки в конвертере и выбросов оксидов углерода в атмосферу, а также снижении износа футеровки конвертера. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к выплавке стали в конвертере с комбинированной продувкой.

Известен способ выплавки стали в конвертере с комбинированной продувкой, включающий завалку твердой металлошихты и заливку жидкого чугуна, продувку металла кислородом сверху и азотом снизу, подачу в конвертер шлакообразующих и железосодержащих материалов, при этом в процессе плавки в конвертер до начала периода интенсивного обезуглероживания металла дополнительно присаживают магнезиальный флюс в количестве 2-15 кг/т стали, содержащий, мас.%: оксид магния 40,0-70,0, оксид кремния 0,5-15,0, оксид кальция 1,0-15,0, оксид железа 0,1-5,0, потери при прокаливании 20,0-50,0, примеси - остальное. По окончании продувки кислородом перед сливом металла в ковш проводят продувку расплава азотом сверху и снизу с дополнительной присадкой магнезиального флюса в количестве 1-2 кг/т стали или без дополнительной присадки магнезиального флюса. После слива металла в ковш оставшийся в конвертере шлак раздувают на футеровку конвертера с подачей азота сверху и снизу с дополнительной присадкой магнезиального флюса в количестве 1-5 кг/т стали или без дополнительной присадки магнезиального флюса. Изобретение позволяет повысить качество стали за счет снижения содержания азота и снизить износ футеровки конвертера. [Патент RU 2729692, МПК C21C5/28, 2020].

Проведение комбинированной продувки с подачей через донные фурмы только азота при выплавке стали в конвертере приводит к неравномерному перемешиванию металла с образованием «застойных зон» в глубине ванны, а также отмечается низкая степень дефосфорации металла в условиях передела высокой доли чугуна.

Известен способ выплавки стали в конвертере, включающий загрузку в конвертер скрапа, заливку жидкого чугуна, продувку стали кислородом сверху и аргоном или углекислым газом снизу через донные фурмы, в котором продувку аргоном или углекислым газом осуществляют в пульсирующем режиме с частотой 0,01 - 1,0 Гц, при этом в начале плавки сталь продувают снизу аргоном до его израсходования в количестве 0,3 - 5,0 м³/т стали, после чего осуществляют попеременную продувку стали снизу аргоном и углекислым газом. Интенсивность продувки расплава аргоном или углекислым газом снизу через донные фурмы устанавливают на основании расхода жидкого чугуна на плавку: при расходе чугуна менее 800 кг/т стали интенсивность продувки аргоном и углекислым газом устанавливают в размере 12,0-50,0 и 5,0-30 м³/мин соответственно, при расходе чугуна более или равном 800 кг/т стали интенсивность продувки аргоном и углекислым газом устанавливают в размере 25,0-60,0 м³/мин, при расходе чугуна более 890 кг/т стали интенсивность продувки аргоном и углекислым газом устанавливают в размере 30,0-80,0 м³/мин. Изобретение позволяет стабильно получать на выпуске из конвертера содержание азота в стали менее 0,003% [Патент RU 2674186, МПК C21C5/28, C21C5/35, 2018].

Недостатком известного способа является применение углекислого газа в условиях передела чугуна с расходом более 800 кг/т стали, что приводит к увеличению выбросов оксидов углерода в атмосферу и является неэкологичным процессом.

Наиболее близким прототипом является способ выплавки стали в конвертере, включающий завалку в конвертер твердой шихты, заливку жидкого чугуна, последующую продувку ванны кислородом и нейтральными газами, ввод шлакообразующих материалов по ходу продувки, согласно изобретению металлозавалку формируют при следующем содержании ее компонентов, от общего количества металлозавалки: жидкий чугун – 0,75-0,95; твердая шихта - 0,05-0,25, при этом твердая шихта состоит из компонентов, от количества твердой шихты: твердый чугун - не менее 0,7; скрап и железосодержащие отходы металлургического производства - не более 0,3, при этом продувку стали кислородом осуществляют с расходом до 1300 м3/мин, по ходу продувки осуществляют присадку железосодержащих твердых окислителей в количестве до 20 тонн на плавку, шлакообразующих материалов в количестве до 50 тонн на плавку и производят донную продувку стали нейтральным газом с общим расходом 700-3500 нл/мин стали. В период расхода кислорода в количестве 25-75% от заданного на продувку, его подачу осуществляют с расходом 800-1100 м³/мин. В качестве железосодержащих твердых окислителей используют окалину и/или железорудные окатыши, а в качестве шлакообразующих материалов используют кальций- и магнийсодержащие материалы. Изобретение позволяет увеличить выход жидкой стали на 1,0-1,5% и снизить себестоимость производства стали за счет использования в металлошихте чугуна [Патент RU 2784899, МПК C21C5/28, С21С5/30, C21C5/35, 2022].

Недостатком способа, взятого за прототип, является недостаточная степень дефосфорации металла и низкая стойкость футеровки конвертеров.

Проведение интенсивной донной продувки приводит к существенному снижению окисленности не только металла, но и шлака. Резкое понижение оксидов железа в шлаке тормозит растворение СаO-cодержащих материалов (извести), вследствие формирования более тугоплавких соединений силикатов кальция в начале продувки плавки. Присадкам железосодержащих материалов требуется продолжительное время для усвоения расплавом, прежде чем начнётся формирование легкоплавких ферритов кальция. Особенно эффект снижения степени дефосфорации отмечается в условиях работы с высокой долей чугуна (жидкого и твёрдого) более 80 % от массы всей загружаемой шихты.

Доля жидкого чугуна, рассчитанная как процентное соотношение веса жидкого чугуна к весу всей загружаемой шихты в конвертер, т.е. суммарному весу заливаемого жидкого чугуна и заваливаемой твёрдой шихты, существенно влияет на ведение плавки с соблюдением условий требуемого материального и теплового баланса. Чем выше его доля, тем выше расход СаO, MgO - шлакообразующих материалов, в т.ч. охладителей с высокими потерями при прокаливании и содержащих оксиды железа материалов (окалина, агломерат, окатыши), что приводит к формированию большой массы шлака по ходу плавки. Наоборот, работа с пониженной долей жидкого чугуна менее 80 % от массы всей загружаемой шихты приводит к ограничению в расходах, как шлакообразующих материалов, так и охладителей, при этом повышается расход углеродсодержащих материалов, в частности кокса, соответственно масса шлака существенно снижается.

Необходимо отметить, что существенное снижение содержания оксидов железа в шлаке на ранних стадиях передела чугуна в начале продувки кислородом, приводит к резкому снижению основности шлака , т.е. агрессивность такого шлака высокая по отношению к периклазовым огнеупорам футеровки конвертера.

Известно, что снижению агрессивности шлака по отношению к футеровке способствуют присадки магнезиальных шлакообразующих добавок, в частности, магнезитcодержащие материалы - основа Mg(CO)₃ или доломитсодержащие материалы - основа Са,Mg(CO)₃, а также флюсы изготовленные из них. Но в условиях ужесточения требований к выбросам оксидов углерода в атмосферу, применение данных материалов и их расход существенно ограничивается, особенно в условиях передела высокой доли чугуна более 80 % от массы всей загружаемой шихты, где и без дополнительных добавок СО₂ карбонатными шлакообразующими материалами, выбросы в атмосферу окисленного углерода из чугуна значительны.

В предлагаемом способе поставлена задача: повысить основность шлака, соответственно снизить содержание фосфора в металле к концу продувки в конвертере, уменьшить износ футеровки конвертера и снизить выбросы оксидов углерода в атмосферу.

Задача изобретения достигается тем, что в заявленном способе, включающем завалку в конвертер твердой шихты, заливку жидкого чугуна, продувку расплава кислородом сверху и нейтральным газом снизу, присадку по ходу плавки шлакообразующих, железосодержащих и, при необходимости, углеродсодержащих материалов, согласно изобретению, по ходу плавки присаживают бруситсодержащий флюс, содержащий 70,0-95,0 мас.% гидроксида магния и 5,0-30,0 мас.% примесей, с общим расходом изменяющимся в зависимости от доли жидкого чугуна на плавку, в количестве 0,2-2,0 кг/т стали на каждые 10,0% заливаемого чугуна от массы всей загружаемой шихты.

По ходу продувки расплава кислородом проводят её прерывание для промежуточного частичного скачивания шлака из конвертера с присадкой 0,5-5 кг/т стали бруситсодержащего флюса.

По окончании продувки кислородом расплава и слива стали в ковш, в конвертере оставляют шлак и проводят его раздув азотом с присадкой бруситсодержащего флюса с расходом 0,5-5 кг/т стали.

Сущность предложенного способа заключается в следующем.

Технология ведения плавки существенно меняется в условиях выплавки стали при увеличении доли жидкого чугуна в загружаемой шихте, состоящей из заваливаемой твёрдой шихты и заливаемого жидкого чугуна в конвертер. Чем выше доля жидкого чугуна, заливаемого в конвертер, тем ниже доля заваливаемой твёрдой шихты, тем выше расход шлакообразующих материалов, содержащих оксиды кальция и магния, а также охладителей. Присадка бруситсодержащего флюса, состоящего на 70,0-95,0 мас. % из гидроксида магния Mg(OH)₂ в основе и 5,0-30,0 мас. % примесей позволяет эффективно формировать шлак требуемой основности шлака по ходу плавки.

Известно, что гидроксид магния Mg(OH)₂, ускоренно распадается за счёт низкой температуры дегидратации 350-500 °С, тем самым регулирует температуру расплава, а образовавшийся свободный оксид магния реагирует с избыточным оксидом кремния в шлаке с образованием фаз мервинита 3СаО·MgO·2SiO₂ (tпл ~ 1575°C) и монтичеллита CaO·MgO·SiO₂ (tпл ~ 1500°C), препятствуя образованию тугоплавких силикатов кальция: ларнита 2CaO·SiO₂ (tпл ~ 2130°C) и алита 3CaO·SiO₂ (tпл ~ 2070°C).

Повышение основности шлака при сопутствующем снижении температуры способствует качественному проведению дефосфорации металла. По ходу плавки в условиях выплавки стали с высокой долей чугуна, для обеспечения заданного содержания фосфора в металле, можно проводить прерывание основной продувки кислородом расплава для промежуточного скачивания части шлака, с последующим ведением плавки при формировании шлака повышенной основности > 3,0 ед. По окончании основной продувки кислородом металла и слива его в ковш, в конвертере оставляют шлак и проводят раздув шлака азотом. При необходимости дополнительного насыщения шлака оксидом магния и корректировки температуры проводят присадки 0,5-5,0 кг/т стали бруситсодержащего флюса.

Учитывая, что износ футеровки значительно снижается при повышении основности шлака и снижении температуры, применение бруситсодержащего флюса, состоящего в основе на 70,0-95,0 % из гидроксида магния эффективно. Низкое содержание 5,0-30,0 % примесей в составе бруситсодержащего материала или флюса, представленное дунитом, сидеритом, магнезитом, серпентинитом и др. минералами, способствует при распаде материала снижению выбросов СO₂ из конвертера.

Поставленная задача не решается при наличии примесей в бруситсодержащем флюсе более 30,0%, то есть когда гидроксид магния Mg(OH)₂ составляет менее 70,0 %. В этом случае эффективность флюса низкая, так как возрастает как его тугоплавкость, так и возрастают выбросы СO₂ в атмосферу выше разрешённой экологической нормы, при последовательном увеличении расхода бруситсодержащего флюса на каждые 10,0 % заливаемого чугуна от массы всей загружаемой шихты.

Применение в конвертере бруситсодержащего флюса с содержанием гидроксида магния более 95,0 % нецелесообразно экономически, так как производство чистого (практически без примесей менее 5,0 %) материала (бруситсодержащего флюса) дорогостоящий процесс. Такой материал является дефицитным, дорогостоящим и нужным для других целей, например в качестве сырья для производства стойких огнеупоров для футеровки агрегатов в сталеплавильных производствах.

Дополнительная присадка в конвертер бруситсодержащего флюса более 2,0 кг/т стали на каждые 10,0 % заливаемого чугуна от массы всей загружаемой шихты ограничивается высоким содержанием H₂O в составе флюса. Большая часть H₂O удаляется с газами в газоотводящий тракт и атмосферу цеха, незначительная часть распределяется в расплаве шлака и металла в электронном виде (ОН)¯ и [Н]+. Ограничения по содержанию водорода есть и к составу металла и к составу газа в газоотводящем тракте, поэтому расход бруситсодержащего флюса ограничен.

Расход бруситсодержащего флюса в количестве менее 0,2 кг/т стали на каждые 10 % заливаемого чугуна от массы металлошихты не эффективен, так как масса вносимого брусита не обеспечивает проведения ускоренного насыщения шлака оксидом магния, соответственно снижается основность шлака с ухудшением его дефосфорирующей способности и повышается агрессивность шлака к футеровке конвертера.

Сопоставление заявляемого способа со способом, выбранным за прототип, показывает, что способ выплавки стали в условиях комбинированной продувки расплава кислородом сверху и в течение всей плавки нейтральными газами азотом и аргоном снизу через донные фурмы, включающий дополнительную присадку по ходу плавки бруситсодержащего флюса заявленного состава, в необходимом количестве, изменяющемся в зависимости от доли заливаемого жидкого чугуна на плавку, соответствует критерию «новизна». Способ обеспечивает ускоренное насыщение шлака оксидами магния, повышению основности шлака, регулированию температурного режима ведения плавки, тем самым улучшает процесс дефосфорации металла, повышает стойкость футеровки, при этом сокращаются выбросы оксидов углерода из конвертера в атмосферу.

Способ осуществляется следующим образом.

В конвертер заваливают твёрдую шихту, заливают жидкий чугун, продувают расплав кислородом и в течение всей плавки нейтральными газами азотом и аргоном, присаживают шлакообразующие материалы, железосодержащие и углеродсодержащие материалы, дополнительно присаживают по ходу плавки бруситсодержащий флюс, заявленного состава и расхода, наводят основной шлак, проводят обезуглероживание и дефосфорацию расплава до заданного содержания в металле при требуемой температуре. При необходимости по ходу основной продувки кислородом проводят прерывание продувки для промежуточного скачивания части шлака, с последующим ведением плавки при формировании шлака повышенной основности. В конце продувки металла кислородом проводят отбор проб металла и шлака и замер температуры. Затем сливают металл в ковш, в конвертере оставляют шлак и проводят раздув шлака азотом. После промежуточного скачивания шлака или после слива металла, с последующим раздувом шлака азотом на футеровку конвертера, допускаются присадки бруситсодержащего материала или флюса, расход которого заявлен для насыщения шлака оксидом магния.

Пример осуществления способа.

Выплавку стали проводили в конвертере емкостью 350 т по выходу годного металла, оборудованном системами комбинированной подачи кислорода сверху, а аргона и азота снизу через донные фурмы. Подачу кислорода осуществляли с интенсивностью 800-1000 м³/мин, а нейтральный газ попеременно азот и аргон подавали с общим расходом 300-400 м³/т стали. В качестве шлакообразующих материалов присаживали известь и ожелезнённый высокомагнезиальный флюс, в качестве железосодержащего материала применяли окалину, а углеродсодержащего материала кокс. Варианты реализации способа приведены в таблице, где для сравнения взяты также плавки известного способа - прототипа. На всех анализируемых плавках температура и химический состав заливаемого чугуна по содержанию углерода, кремния и фосфора были одинаковыми.

Варианты проведения плавок заявленным способом:

Вариант 1 – По ходу плавки проведена присадка бруситсодержащего флюса, состоящего на 70,0 % из гидроксида магния и 30,0 % примесей. По окончании продувки кислородом металла и слива его в ковш, в конвертере оставляли шлак и проводили раздув шлака азотом сверху и снизу.

Вариант 2 – По ходу плавки проведена присадка бруситсодержащего материала, состоящего на 95,0 % из гидроксида магния и 5 % примесей. По истечении 40,0 % времени продувки кислородом проведено промежуточное скачивание части шлака, затем присадили известь с последующим продолжением продувки плавки кислородом до заданного содержания углерода в металле и температуры. По окончании продувки кислородом металла и слива его в ковш, в конвертере оставляли шлак и проводили раздув шлака азотом сверху и снизу, проводили присадку бруситсодержащего материала в количестве 2,0 кг/т (выпущенной) стали.

Вариант 3 – По ходу плавки проведена присадка бруситсодержащего флюса, состоящего на 85,0 % из гидроксида магния и 15,0 % примесей. По истечении 20 % времени продувки кислородом проведено промежуточное скачивание части шлака, затем на оставшийся шлак присадили известь и бруситсодержащий флюс в количестве 5,0 кг/т стали с последующим продолжением продувки плавки кислородом до заданного содержания углерода в металле и температуры. По окончании продувки кислородом металла и слива его в ковш, в конвертере оставили шлак и провели раздув шлака азотом сверху и снизу.

Износ футеровки конвертера определяли методом сканирования остаточной толщины футеровки перед проведением плавок и после проведения плавок по каждому из вариантов заявленного способа и примеров известного способа. Износ футеровки на плавках вариантов заявленного способа снизился, в сравнении с примерами плавок известного способа - прототипа.

На всех вариантах плавок, проведённых заявленным способом, отмечено повышение основности шлака и содержания в нём (MgO), снижение в металле содержания фосфора к концу продувки кислородом, уменьшение выбросов массы оксидов углерода в атмосферу из конвертера в сравнении с показателями плавок способа – прототипа.

Claims (3)

1. Способ выплавки стали в конвертере, включающий завалку в конвертер твердой шихты, заливку жидкого чугуна, продувку расплава кислородом сверху и нейтральным газом снизу, присадку по ходу плавки шлакообразующих, железосодержащих и при необходимости углеродсодержащих материалов, отличающийся тем, что по ходу плавки присаживают бруситсодержащий флюс, содержащий 70,0-95,0 мас.% гидроксида магния и 5,0-30,0 мас.% примесей, с общим расходом изменяющимся в зависимости от доли жидкого чугуна на плавку, в количестве 0,2-2,0 кг/т стали на каждые 10,0% заливаемого чугуна от массы всей загружаемой шихты.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по ходу продувки расплава кислородом проводят её прерывание для промежуточного частичного скачивания шлака из конвертера с присадкой 0,5-5,0 кг/т стали бруситсодержащего флюса.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что по окончании продувки кислородом расплава и слива стали в ковш в конвертере оставляют шлак и проводят его раздув азотом с присадкой бруситсодержащего флюса с расходом 0,5-5,0 кг/т стали.