Результат интеллектуальной деятельности: Способ производства стали в кислородном конвертере

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к выплавке стали в кислородном конвертере, и связано с использованием в конвертерной плавке железосодержащего продукта переработки отвальных шлаков.

Известен способ производства стали в кислородном конвертере, включающий загрузку металлолома, извести, заливку чугуна, продувку ванны газообразным окислителем, причем дополнительно производят загрузку железосодержащего продукта переработки отвальных шлаков, состоящего из металлической и шлаковой составляющих (RU, №2169197, С21С 5/28, опубл. 1999). Известный способ позволяет увеличить содержание оксидов железа в конвертерной ванне и снизить, при необходимости, температуру металла в определенные периоды операции, ускорить шлакообразование и рафинирование металла.

Недостатком известного способа является низкая технологичность процесса, связанная с агрессивным воздействием на футеровку агрегата конвертерного шлака с повышенным содержанием оксидов железа, особенно в начале процесса, а также с образованием большого количества шлака, выбросами шлакометаллической эмульсии во время продувки ванны, необходимостью промежуточного скачивания шлака и, соответственно, дополнительными потерями железа, что приводит к снижению выхода годного.

Известен также способ выплавки стали в кислородном конвертере, включающий подачу в конвертер жидкого чугуна и металлолома, шлакообразующих материалов и продувку расплава кислородом сверху через фурму. В шихту дополнительно вводят железосодержащий продукт переработки отвальных шлаков в соотношении к количеству металлолома 2:1, а в составе шлакообразующих материалов используют известняк и доломит (RU, №2386703, С21С 5/28, опубл. 2009). Известный способ позволяет увеличить расход чугуна на выплавку стали и снизить расход металлошихты.

Недостатком известного способа является образование увеличенного объема шлака в конвертере, выбросы металла и шлака во время продувки плавки, необходимость остановки продувки и скачивание шлака, додувок и наведения нового шлака, при этом возрастают потери металла со шлаком, а также расход шлакообразующих материалов.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ производства стали в кислородном конвертере, включающий загрузку твердой металлошихты в виде металлолома и железосодержащего продукта переработки отвальных шлаков, состоящего из металлической и шлаковой составляющих, загрузку извести и магнезиального флюса, заливку чугуна, продувку ванны газообразным окислителем (RU, №2347819, С21С 5/28, опубл. 2008). Известный способ позволяет предотвратить выбросы металла и шлака во время продувки, снизить потери металла, расход металлошихты и шлакообразующих материалов.

Недостатком известного способа является низкий выход годного металла из-за невозможности восстановления оксидов железа из шлаковой составляющей железосодержащего продукта переработки отвальных шлаков и их потерь со шлаком.

Задачей изобретения является повышение выхода годного металла за счет восстановления железа из шлаковой составляющей железосодержащего продукта переработки отвальных шлаков.

Для решения поставленной задачи в способе производства стали в кислородном конвертере, включающем загрузку твердой металлошихты в виде металлолома и железосодержащего продукта переработки отвальных шлаков, состоящего из металлической и шлаковой составляющих, загрузку извести и магнезиального флюса, заливку чугуна, продувку ванны газообразным окислителем, согласно изобретению в процессе загрузки извести и магнезиального флюса дополнительно вводят углеродсодержащий материал, при соотношении масс углеродсодержащего материала и железосодержащего продукта переработки отвальных шлаков, равном 1:(5-10), и после заливки чугуна перед продувкой ванны газообразным окислителем перемешивают расплав смесью нейтрального газа и кислорода в соотношении 1:(0,3-1,0).

Технический результат, достигаемый предлагаемым способом производства стали в конвертере, заключается в том, что в конвертер загружают металлолом и железосодержащий продукт переработки отвальных шлаков, состоящий из металлической и шлаковой составляющих, загрузку извести, магнезиального флюса и углеродсодержащего материала, заливают чугун и перемешивают расплав смесью нейтрального газа и кислорода в соотношении 1:(0,3-1,0) для восстановления оксидов железа шлаковой составляющей железосодержащего продукта переработки отвальных шлаков углеродом чугуна и присаживаемых углеродсодержащих материалов, а также углеродсодержащими газами рабочего пространства агрегата и другими примесями чугуна.

Для рассматриваемых условий и характерных температур возможно развитие как твердофазного восстановления, когда восстановление оксидов железа шлаковой составляющей железосодержащего продукта переработки отвальных шлаков протекает в твердой фазе с последующим плавлением и довосстановлением оксидов железа из расплава, так и жидкофазного восстановления с восстановлением оксидов железа шлаковой составляющей железосодержащего продукта переработки отвальных шлаков из расплава.

При твердофазном восстановлении развитие реакций в сторону восстановления оксидов железа возможно только в том случае, когда фактическая температура процесса выше температуры начала восстановления оксидов железа, что также обеспечивается в предлагаемых условиях. При жидкофазном восстановлении на кинетических параметрах процесса благоприятно сказывается повышение температуры ванны и интенсивности перемешивания расплава.

Соотношение масс углеродсодержащего материала и железосодержащего продукта переработки отвальных шлаков 1:(5-10) определяется условиями обеспечения эффективного восстановления оксидов железа шлаковой составляющей железосодержащего продукта переработки отвальных шлаков для увеличения выхода годного металла и получения требуемых технологических и технико-экономических показателей процесса.

При превышении этого соотношения не обеспечиваются условия для развития процессов восстановления оксидов железа из шлаковой составляющей железосодержащего продукта переработки отвальных шлаков. В этом случае реализуется только твердофазное восстановление оксидов железа, преимущественно примесями чугуна, с образованием незначительного количества газообразных продуктов восстановления, что исключает возможность значительного повышения скорости восстановительных процессов и не позволяет значительно повысить выход годного металла.

При соотношении масс углеродсодержащего материала и железосодержащего продукта переработки отвальных шлаков менее 1:(5-10) восстановление оксидов железа из шлаковой составляющей железосодержащего продукта будет развиваться без участия примесей чугуна, что приведет к понижению температуры в локальных объемах расплава, заметалливанию железосодержащего продукта переработки отвальных шлаков и снижению скорости восстановительных процессов, что не позволит в необходимой степени повысить выход годного металла.

Перемешивание расплава перед продувкой ванны газообразным окислителем смесью нейтрального газа и кислорода в соотношении 1:(0,3-1,0) необходимо для интенсивного перемешивания и обеспечения необходимой степени восстановления оксидов железа шлаковой составляющей железосодержащего продукта переработки отвальных шлаков.

Соотношение расходов нейтрального газа и кислорода в перемешивающем газе не должно быть больше 1:(0,3-1,0), иначе изменение окислительного потенциала газовой фазы в условиях избытка кислорода приведет к снижению эффективности процесса восстановления железа из шлаковой составляющей железосодержащего продукта переработки отвальных шлаков и не позволит в необходимой степени повысить выход годного металла.

Уменьшение соотношения расходов нейтрального газа и кислорода в перемешивающем газе менее 1:(0,3-1,0) приведет к снижению фактической температуры процесса ниже температуры начала восстановления оксидов железа, развитие реакций в сторону восстановления оксидов железа будет невозможно, что не позволит повысить выход годного металла.

Пример. В 160-т конвертер загружают металлический лом в количестве 30 т, шлакостальные коржи - 12 т, уголь ТОМ - 2 т, известь - 7,5 г и флюс ФОМИ - 0,8 т. Заливают чугун в количестве 118 т. Температура заливаемого чугуна 1360°С; химический состав, масс.%: 4,2 углерода; 0,52 кремний; 0,45 марганца; 0,016 серы; 0,095 фосфора. При этом соотношение расхода угля ТОМ (углеродсодержащий материал) и шлакостальных коржей (железосодержащий продукт переработки отвальных шлаков) составляет 1:6. Агрегат переводят в рабочее положение, опускают кислородную фурму и начинают перемешивать конвертерную ванну смесью азота (нейтральный газ) (350 м³/мин) и кислорода (150 м³/мин) (соотношение 1:0,43). Перемешивание ванны осуществляют в течение 7 мин, после чего переходят на продувку металла кислородом (газообразный оксилитель) (21 мин). Температура металла на повалке составляет 1650°С, металл содержит, масс.%: 0,10 углерода, 0,10 марганца, 0,014 серы, 0,011 фосфора. Основность шлака составляет 2,4; содержание FeO - 26,1%. Выход жидкого металла составляет 98,2%.

Способ производства стали промышленно применим при выплавке стали в кислородных конвертерах.