Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В КОНВЕРТЕРЕ

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к способам производства стали в кислородных конвертерах со сниженной долей чугуна или при использовании химически холодных чугунов.

Известен способ выплавки стали в конвертере (Патент РФ №2222605). Способ включает подачу в конвертер металлошихты в виде стального лома и жидкого чугуна, продувку расплава кислородом, подачу в конвертер шлакообразующих материалов и углеродсодержащего материала, причем углеродсодержащего материала подают в пределах 0,25-1,3 кг/т.

Известен также способ выплавки стали в конвертере (Патент РФ №2048533). Способ включает подачу в кислородный конвертер металлического лома, ввод в ванну углеродсодержащих теплоносителей - возвратную шихту печей графитизации (65-90 мас.%), шлакообразующих, заливку жидкого чугуна и продувку металла кислородом. При этом в качестве разжижителя шлака используют пыль электрофильтров электролизного производства алюминия (10-35 мас.%). Теплоноситель и разжижитель загружают в виде брикетов.

Известен способ выплавки стали с присадкой в ванну конвертера перед продувкой горючих сланцев (А.С. СССР №495359, МПК С 21 С 5128, 1974). Недостатком указанного способа является увеличенное содержание серы и оксида кремния.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому эффекту является способ выплавки стали с использованием в качестве углеродсодержащего материала антрацита, который вводят в конвертер в виде скрапоугольных пакетов или насыпью под лом через тракт сыпучих материалов (Баптизманский В.И., Бойченко Б.М., Черевко В.П. и др. Повышение доли металлолома в шихте кислородных конверторов при вводе твердого топлива в ванну, "Сталь", №4, 1976 г., с.306-309).

Недостатком использования антрацита в конвертерной плавке является ухудшение шлакового режима плавки, особенно в первые минуты продувки, и сравнительно небольшой тепловой эффект.

Технической задачей изобретения является улучшение шлакового режима плавки, снижение расхода науглероживающих материалов, повышение качества стали и снижение ее себестоимости.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что в соответствии со способом выплавки стали в конвертере, включающим загрузку металлического лома, заливку жидкого чугуна, ввод в ванну углеродсодержащих и шлакообразующих материалов, в качестве углеродсодержащего материала используют механическую смесь вторичных продуктов производства графитированных изделий, состоящую из термоизоляционного и углеродистого материала, при этом механическая смесь вторичных продуктов производства графитированных изделий и шлакообразующие материалы используют в брикетированном виде при следующем соотношении компонентов, мас.%

При использовании в конвертерной плавке вторичных продуктов производства графитированных изделий углерод, так как и углерод антрацита (по прототипу), снижает содержание оксидов железа в шлаке. Из-за незначительного содержания кремнезема увеличения вязкости шлака не происходит.

Относительно небольшое содержание серы в брикете (max 0,5%) позволяет улучшить качество стали и снизить расход материально-энергетических ресурсов на десульфурацию.

Так как и при использовании антрацита в виде топлива тепло выделяется за счет окисления свободного углерода.

2С+О₂=2СО_газ

ΔН=-204200 КДж/моль

За счет содержания карбида кремния в составе брикета, который не окисляется, а растворяется в металле по реакции

SiC+Fe=[Si]_Fe+[C]_Fe

Снижаются расходы науглераживателей и выделяется дополнительная энергия окисления кремния:

Si+O=SiO₂

ΔН=-909500 кДж/моль

При этом тепловой эффект от использования смеси вторичных материалов производства графитированных изделий в 1,1-1,25 раза превышает тепловой эффект антрацита.

Материалы углеродистые по ТУ 1914-01827208846-99 и ТУ 1914-00194042-26-01 содержат оптимальное соотношение углерода свободного и углерода, связанного в соединениях кремния, за счет их комплексного влияния обеспечивается синергетический принцип их действия. Дополнительное введение углерода высокотемпературной кальцинации в комбинации с карбидкремнийсодержащим материалом обеспечивает необходимое содержание углерода в стальной ванне.

Физико-химические показатели материалов углеродистых по ТУ 1914-01827208846-99 (МУ) и ТУ 1914-00194042-026-01 (МТ) приведены в табл.1.

Пределы содержания компонентов в составе смеси объясняются следующим.

Материал теплоизоляционный (МТ) (ТУ 1914-00194042-026-01) при его содержании в составе брикета менее 45% не обеспечивает достаточного содержания углерода в расплаве, а при содержании материала теплоизоляционного более 70% появляется избыток углерода в расплаве, что приводит к увеличению длительности процесса плавки и дополнительному расходу кислорода.

Материал углеродистый (МУ) (ТУ 1914-01827208846-99) при содержании в составе брикета менее 20% не обеспечивает достаточное выделение тепла, что ухудшает технологические параметры плавки. При содержании смеси углеродсодержащей в составе брикета более 45% увеличивается концентрация оксидов кремния в шлаке, что приводит к снижению его основности.

Шлакообразующие материалы - связующее - представляют собой оксидную систему CaO-SiO₂-Al₂O₃, которая характеризуется гидратным твердением, что позволяет изготовить брикеты достаточно высокой прочности. Наличие в составе брикетов свободного кремнезема приводит к взаимодействию его с СаО шлакообразующего материала - связующего и снижает температуру ее плавления. Постепенное оплавление шлакообразующего - связующего - предотвращает преждевременное окисление углерода и дозировано вводит его в расплав.

Таким образом, использование шлакообразующих веществ в качестве связующего в количестве - остальное (10 мас.%) обеспечивает достаточную прочность брикетов, способствует раннему шлакообразованию, снижает вязкость шлака и предотвращает раннее окисление углерода.

Пример конкретного выполнения.

После выпуска металла предыдущей плавки в конвертер загружали металлический лом в количестве 64 т и заливали жидкий чугун в количестве 202 т с температурой 1308°С, затем на чугун по тракту сыпучих материалов давали брикетированный теплоноситель, содержащий 50% материала теплоизоляционного, 40% материала углеродистого и 10% шлакообразующего материала - связующего. Интенсивность продувки составляла 7000-1000 м³/мин, длительность продувки 14,8 мин. В конце продувки получают металл с содержанием углерода 0,04% и серы 0,035%. Температура металла 1659°С. Выход жидкого металла - 94,1%. Указанная последовательность действий сохраняется при изменении состава теплоносителя в соответствии с заявляемыми пределами.

Полученные данные представлены в таблице 2 в сравнении с известным способом (прототип) выплавки стали с использованием антрацитов.

Анализ представленных данных подтверждает высокую эффективность предложенного способа. Использование в качестве теплоносителя вторичных продуктов производства графитированных изделий в заявляемых количествах по сравнению с известным способом позволяет сократить длительность продувки до 14,8 мин, что приводит к снижению расходов кислорода на додувке в среднем на 1-2%, при приблизительно равном удельном расходе кислорода повысить температуру металла в среднем на 24-61°С, снизить содержание серы до 0,03-0,035%, снизить угар железа и повысить выход жидкого металла до 94,1%.

Оптимальность процентных соотношений компонентов брикета и режимы их введения в плавильный агрегат подтверждены опытными плавками в конвертере. Анализ проведенных плавок по заявляемому способу показал снижение содержания серы в готовом металле, повышение температуры металла, снижение расходов кислорода на додувке.