Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОБРАБОТКИ СТАЛИ В КОВШЕ

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к нагреву стали в сталеразливочном ковше, основанном на использовании тепла экзотермических окислительных реакций.

Наиболее близким по технической сущности является способ обработки стали в ковше, включающий подачу в ковш алюминия, продувку металла в ковше кислородом сверху и нейтральным газом.

В процессе обработки стали в ковше в металл подают алюминий в виде проволоки с линейной скоростью 5-10 м/с и с расходом 0,5-3,0 кг/т стали. После окончания подачи алюминиевой проволоки подают кислород через погружную фурму на глубину, равную 0,4-0,6 высоты уровня металла в ковше с расходом 0,18-0,32 м³/мин•т стали в течение 1-12 мин. После окончания продувки кислородом металл продувают в ковше нейтральным газом с расходом 0,1-0,4 м³/ч•т стали в течение 3-6 мин (См. патент РФ, N 2092576, кл. C 21 C 7/00, БИ N 28, 1997 г. ).

Недостатком известного способа является недостаточная производительность и эффективность процесса нагрева стали в ковше. Это объясняется тем, что при подаче кислорода через погружную фурму после прекращения подачи в ковш алюминия происходит перераспределение в стали концентрации ранее поданного алюминия из верхних слоев металла по объему ковша. В этих условиях окислительные экзотермические реакции взаимодействия кислорода и алюминия протекают в неполной мере. Сказанное является следствием ухудшения кинетических условий подвода реагентов, в частности алюминия к месту реакции.

Технический эффект при использовании изобретения заключается в повышении производительности и эффективности нагрева стали в ковше.

Указанный технический эффект достигают тем, что способ обработки стали в ковше включает подачу в ковш алюминия в виде проволоки и последующую продувку металла в ковше сверху кислородом через погружную фурму.

Алюминий предварительно вводят в ковш до начала продувки кислородом с расходом, определяемым по зависимости:
P=K₁•M•/[Al]•t,
где P - расход алюминия, кг/т стали в ковше;
t - температура стали в ковше, ^oC;
M - масса стали в ковше, т;
[Al] - содержание алюминия в стали перед ее обработкой в ковше, масс.%;
K₁ - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности экзотермических окислительных реакций, равный 0,007-0,56, кг•%•^oC/т²;
а после ввода предварительной порции алюминия его продолжают подавать и одновременно сталь в ковше продувают кислородом с расходом, определяемым по зависимости:
Q = K₂•q•Δt•M,
где Q - расход кислорода, м³/мин•т стали;
q - расход алюминия, равный 50-180 кг/мин;
Δt - необходимое повышение температуры стали в ковше, ^oC;
K₂ - эмпирический коэффициент, учитывающий физико-химические закономерности окисления алюминия, равный (0,05-4,0)•10^-6, м³/кг•т²•^oC.

Повышение производительности и эффективности нагрева стали в ковше будет происходить вследствие обеспечения необходимых кинетических условий протекания процесса окисления алюминия. Сказанное объясняется тем, что оба реагента одновременно будут подаваться и взаимодействовать в одном и том же локальном объеме.

Диапазон значений коэффициента K₁ в пределах 0,007-0,56 объясняется физико-химическими закономерностями экзотермических окислительных реакций. При меньших значениях не будет обеспечиваться необходимый нагрев стали в ковше. При больших значениях будет происходить перерасход алюминия без дальнейшего повышения температуры стали в ковше.

Указанный диапазон устанавливают в зависимости от емкости ковша.

Диапазон значений коэффициент K₂ в пределах (0,05-4,0)•10^-6 объясняется физико-химическими закономерностями окисления алюминия в стали. При меньших значениях не будет обеспечиваться необходимое повышение температуры стали в ковше. При больших значениях будет происходить перерасход кислорода и алюминия без дальнейшего повышения температуры стали в ковше.

Указанный диапазон устанавливают в зависимости от необходимости повышения температуры стали в ковше.

Диапазон значений расхода алюминия в пределах 50-180 кг/мин в процессе продувки стали кислородом в ковше объясняется физико-химическими закономерностями окисления алюминия и протекания экзотермических реакций в ковше. При меньших значениях не будет происходить повышение температуры стали до необходимых пределов. В этих условиях алюминиевая проволока не будет достигать локального объема окислительной реакции вследствие ее расплавления. При больших значениях будет происходить перерасход алюминия без дальнейшего повышения температуры стали в ковше.

Указанный диапазон устанавливают в зависимости от емкости ковша и необходимого повышения температуры стали в нем.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявляемого способа с признаками известных технических решений. На основании этого делается вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Ниже дан вариант осуществления изобретения, не исключающий другие варианты в пределах формулы изобретения.

Способ обработки стали в ковше осуществляют следующим образом.

Пример. В процессе обработки стали следующего химического состава, мас. %: C=0,02-0,30; Si=0,02-1,0; Mn=0,10-2,0; Al=0,02-0,10 в ковш предварительно подают алюминий в виде проволоки диаметром 8-12 мм со скоростью 5-10 м/с. При этом расход алюминия устанавливают по зависимости:
P=K₁•M/[Al]•t,
где P - расход алюминия, кг/т стали в ковше;
t - температура стали в ковше, ^oC;
M - масса стали в ковше, т;
[Al] - содержание алюминия в стали перед ее обработкой в ковше, мас.%;
K₁ - эмпирический коэффициент, характеризующий физико-химические закономерности экзотермических окислительных реакций, равный 0,007-0,56, кг•%•^oC/т².

После ввода предварительной порции алюминия его продолжать подавать и одновременно сталь в ковше продувают кислородом с расходом, определяемым по зависимости:
Q = K₂•q•Δt•M,
где Q - расход кислорода, м³/мин•т стали в ковше;
q - расход алюминия, равный 50-180 кг/мин;
Δt - необходимое повышение температуры стали в ковше, ^oC;
K₂ - эмпирический коэффициент, учитывающий физико-химические закономерности окисления алюминия, равный (0,05-4,0)•10^-6, м³/кг•т²•^oC.

Глубину погружения фурмы для подачи кислорода устанавливают в пределах 0,2-0,5 высоты ковша.

Вследствие указанных параметров обработки стали обеспечиваются необходимые кинетические условия протекания процесса окисления алюминия и выделения тепла, при этом оба реагента одновременно подаются и взаимодействуют в одном и том же локальном участке в объеме ковша.

В таблице приведены примеры осуществления способа с различными технологическими параметрами.

В первом примере не достигается необходимое повышение температуры стали в ковше вследствие малых расходов алюминия и кислорода, а также глубины погружения фурмы в ковш.

В пятом примере происходит перерасход алюминия и кислорода без дальнейшего повышения температуры стали в ковше сверх необходимых 100^oC.

В оптимальных примерах 2-4 вследствие необходимых значений расхода алюминия и кислорода, а также глубины погружения фурмы для продувки кислородом в ковш обеспечивается технологически необходимое повышение температуры стали в ковш.

Применение изобретения позволяет повысить производительность и эффективность нагрева стали в ковше на 15-20%.