Результат интеллектуальной деятельности: Способ выплавки стали в конвертере

Изобретение относится к металлургии, конкретнее, к процессам выплавки стали в конвертере.

Образование пылей газоочисток с высоким содержанием цинка является серьезной проблемой электросталеплавильного способа производства стали. Данная пыль, являясь опасным отходом третьего класса опасности, не может быть использована в доменном процессе в качестве заменителя железосодержащих материалов. Утилизация такого рода отходов заключается в размещении на специализированных полигонах хранения, реже - в достаточно затратной переработке различными способами, с целью извлечения оксидов железа и цинка.

Наиболее близким к предложенному является способ выплавки стали в конвертере, включающий подачу в конвертер металлошихты в виде жидкого чугуна и металлолома, шлакообразующих материалов, продувку расплава кислородом сверху через погружную фурму, изменение положения фурмы над уровнем расплава в спокойном состоянии и расхода кислорода. Время опускания фурмы из начального положения в начале продувки до рабочего положения при начале периода обезуглероживания расплава устанавливают по приведенной зависимости. В конвертер подают высокоосновной агломерат с основностью преимущественно 2 - 5, который содержит, мас. %: SiO₂ 3-6, СаО 10-30, MgO 2,0-6,5, Al₂O₃ 0,5-1,5, MnO 1-4, FeO 12-18, Fe₂O₃ 45-55. Количество металлолома устанавливают равным 0,14-0,30 и высокоосновного агломерата 0,007-0,07 от количества жидкого чугуна. Количество высокоосновного агломерата определяют в зависимости от Р1 - содержания фосфора в жидком чугуне и его содержания Р2 в металле на повалке конвертера, по зависимости С = КЗ ⋅ (Р1 - Р2) [Патент RU 2159289, МПК С21С 5/28, 2000].

Недостаток этого способа - не учитывается тепловой баланс плавки, что в случае высокого расхода агломерата приводит к смещению теплового баланса с сторону переохлаждения, и, как следствие, снижению выхода годного. Использование же дорогостоящих исходных первородных материалов для производства агломерата, с последующим неполным восстановлением оксидов железа агломерата в условиях конвертерного процесса, делает нецелесообразным применение такого материала в конвертере относительно его использования в доменном процессе с полным извлечением железа.

Технический результат изобретения - разработка технологии выплавки стали в конвертере, позволяющей утилизировать цинксодержащие отходы, снизить себестоимость производства стали и увеличить выход годной стали.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе выплавки стали в конвертере, включающем подачу в конвертер металлошихты в виде жидкого чугуна и металлолома, шлакообразующих материалов, агломерата, продувку расплава кислородом сверху через фурму, изменение по ходу продувки положения фурмы над уровнем расплава в спокойном состоянии и расхода кислорода, согласно изобретения присадку агломерата осуществляют до начала продувки расплава кислородом или/и во время продувки расплава кислородом до момента окончания интенсивного обезуглероживания расплава, при этом используют агломерат, дополнительно содержащий окислы цинка и титана при следующем содержании в нем окислов, мас. %:

SiO₂ - 3,0-12,0;

СаО - 10,0-35,0;

MgO - 0,5-10,0;

Al₂O₃ - 0,5-10,0;

MnO - не более 4,0;

FeO - 2,0-20,0;

Fe₂O₃ - 45,0-70,0;

ZnO - не более 14,0;

TiO₂ - не более 2,0.

Агломерат, дополнительно содержит окислы Na₂O и Ka₂O, при следующем содержании мас. %:

Na₂O - не более 2,0;

Ka₂O - не более 1,0.

До начала продувки расплава кислородом осуществляют присадку кальций и магнийсодержащих шлакообразующих материалов в количестве 20-30 кг/т стали, а по ходу продувки расплава кислородом осуществляют присадку кальций и магний содержащих шлакообразующих материалов в количестве 30-40 кг/т стали.

По ходу или после окончания продувки расплава кислородом осуществляют присадку алюминийсодержащего материала в количестве 0,2-5,0 кг/т стали, содержащего 3,0-20,0% алюминия металлического и 35,0-65,0% оксида алюминия.

Сущность предложенного способа заключается в следующем.

Известно, что агломерат производится из железорудных концентратов, флюсующих добавок, твердого топлива и отходов металлургического производства, за исключением отходов с высоким содержанием оксидов цинка (например: цинкосодержащая пыль, ZnO более 2%). Цинкосодержащие отходы оказывают негативное влияние на футеровку доменной печи, сокращая ее компанию. Поэтому использование агломерата, содержащего оксиды цинка, в доменном процессе недопустимо.

Превышение содержания оксида цинка в пыли более 2% приводит к накоплению его в порах футеровки доменной печи в металлическом виде, при постепенном же окислении цинка до оксида происходит объемное расширение в занимаемом объеме, растрескивание и ускоренный вывод футеровки из строя.

Основным источником образования цинкосодержащей пыли является, в основном, электросталеплавильное производство. Содержание оксидов цинка в данной пыли составляет 10,0-30,0%. По причине отсутствия возможности вторичного использования данного отхода в доменном производстве, происходит его накопление на полигонах складирования, что негативно сказывается на окружающей среде и постоянно требует введения в эксплуатацию новых участков хранения. Переработка пыли известными пирометаллургическими и гидрометаллургическими способами требует создания отдельных специализированных производств, с высокими инвестиционными затратами и с проблемной окупаемостью использования в производстве железосодержащих продуктов переработки.

Применение заявленным способом агломерата, содержащего оксиды цинка, в конвертере позволяет, с одной стороны, получать относительно дешевый агломерат из отходов производства, в сталеплавильном же переделе - оперативно регулировать тепловой баланс плавки, обеспечивать увеличение выхода годного за счет частичного восстановления оксидов железа (степень восстановления составляет 20,0-30,0%) содержащихся в нем, а также обеспечивает утилизацию неликвидного отхода (цинкосодержащей пыли).

Содержание SiO₂ 3,0% - фактически минимально возможное содержание исходя из состава любых комбинаций компонентов шихтовки агломерата. Превышение SiO₂ более 12,0% не желательно из-за увеличения расхода извести на поддержание основности шлака.

Содержание СаО менее 10,0% в агломерате потребует дополнительного расхода извести на плавку. Превышение СаО более 35,0% приводит к существенному увеличению затрат.

Содержание MgO 0,5% - фактически минимально возможное содержание исходя из состава любых комбинаций компонентов шихтовки агломерата. Превышение MgO более 10,0% не желательно из-за увеличения требуемой концентрации магния в сталеплавильном шлаке и, как следствие, снижения его жидкоподвижности, что негативно влияет на процесс дефосфорации металла.

Содержание Al₂O₃ - фактически минимально возможное содержание исходя из состава любых комбинаций компонентов шихтовки агломерата. Превышение Al₂O₃ свыше 10,0% негативно сказывается на стойкости футеровки конвертера, по причине повышенной жидкоподвижности шлака.

Содержание MnO более 4,0% в агломерате снижает долю основных компонентов FeO и Fe₂O₃, что приводит к снижению общей эффективности использования агломерата в процессе плавки.

Содержание TiO₂ более 2,0% в агломерате снижает долю основных компонентов FeO и Fe₂O₃, что приводит к снижению общей эффективности использования агломерата в процессе плавки.

Содержание ZnO в агломерате более 14,0% соответствует тому, что содержание ZnO в цинкосодержащей пыли, используемой для производства агломерата, превышает 30,0-40,0%, что позволяет ее реализовывать как продукт, поэтому использование ее в агломерате становиться нецелесообразным.

Содержание FeO 2,0-20,0% - фактически минимально возможное содержание исходя из состава любых комбинаций компонентов шихтовки агломерата.

Более низкое содержание Fe₂O₃ чем 45,0% снижает технико-экономическую эффективность использования агломерата, в качестве охладителя и источника поступления железа взамен металлического лома. Получение содержания Fe₂O₃ более 70,0% экономически не целесообразно.

Содержание Na₂O до 2,0% и Ka₂O до 1,0% - максимально допустимое содержание данных компонентов в агломерационной шихте, превышение данных приделов негативно сказывается на состоянии футеровки сталеплавильного агрегата (приводит к снижению стойкости и, соответственно, компании агрегата). Источником поступления Na₂O и Ka₂O в агломерационную шихту является цинкосодержащая сталеплавильная пыль, поэтому данные компоненты являются лимитирующим фактором использования пыли в агломерационной шихте.

Присадка кальций и магнийсодержащих шлакообразующих материалов в количестве 20-30 кг/т стали до начала продувки расплава осуществляется с целью быстрого шлаконаведения и более полного протекания процесса дефосфорации жидкого металла.

По ходу или после окончания продувки расплава кислородом осуществляют присадку алюминийсодержащего материала (концентрата) в количестве 0,2-5,0 кг/т стали. Алюминийсодержащий материал используется для осаждения газошлаковой эмульсии (шлака) в процессе плавки с целью предотвращения выплескиваний шлака через горловину сталеплавильного агрегата. Расход алюминийсодержащего материала определятся объемом шлака и его окисленностью. Применение алюминия для осаждения шлака экономически не целесообразно.

Пример реализации способа.

Предложенный способ использования цинкосодержащего агломерата был реализован в условиях комбината полного цикла производства стали. Производился агломерат с использованием цинкосодержащей пыли сталеплавильного производства в количестве до 30% от состава агломерата.

Использование цинкосодержащего агломерата осуществлялось в процессе конвертерной плавки и производилось в зависимости от наличия избытка тепла теплового баланса плавки. Отдачу цинкосодержащего агломерата осуществляли по тракту подачи сыпучих материалов до начала продувки или/и начиная с 5 минуты продувки плавки до момента окончания интенсивного обезуглероживания (14-16 минуты продувки). Момент окончания интенсивного обезуглероживания определяли по снижению содержания в отходящих газах монооксида углерода и увеличению содержания в отходящих газах кислорода. Расход агломерата варьировался от 1 до 5 тонн на плавку. Осуществляли присадку кальций и магнийсодержащих материалов, а также алюминийсодержащего материала в заявленных диапазонах.

Было использовано около 10000 тонн цинкосодержащего агломерата, что позволило утилизировать порядка 3000 тонн цинкосодержащей пыли сталеплавильного производства, а также заместить металлический лом восстановленным железом из оксидов агломерата в количестве 800 тонн. Также была замещена часть извести, которая использовалась ранее в качестве охладителя конвертерной плавки. Выход годной стали увеличился в среднем на 0,15%.

Таким образом, использование заявленного способа выплавки стали в конвертере позволило утилизировать цинксодержащие отходы, снизить себестоимость производства стали и увеличить выход годной стали.