Патент на изобретение №2205231

(54) СПОСОБ ПЕРЕДЕЛА ЧУГУНА В КОНВЕРТЕРЕ

(57) Реферат:

Предложенный способ относится к черной металлургии, конкретнее к способам выплавки стали в кислородных конвертерах из чугуна с низким содержанием кремния и марганца. Способ передела чугуна в конвертере включает завалку лома, подачу твердого углеродсодержащего топлива, предварительный нагрев лома, заливку чугуна, продувку с изменением положения фурмы и расхода кислорода, рассредоточенный ввод извести и марганецсодержащих материалов по ходу продувки, выпуск расплава и раскисление в ковше. В качестве чугуна используют чугун с содержанием одновременно кремния и марганца не более 0,35%. Нагрев лома производят с подачей антрацита и газового угля при соотношении 1: (0,2-0,5) и расходе кислорода 0,3-0,5 м³/кг топлива. 70-85% общего расхода антрацита подают на первой минуте нагрева, а остальное количество – в процессе основной кислородной продувки. Марганецсодержащие материалы вводят в количестве 0,6-1,5% от расхода чугуна, причем 45-65% общего расхода марганецсодержащих материалов вводят на первой минуте кислородной продувки, а остальное – в течение 50-80% продолжительности продувки. Технический результат – снижение расхода извести на 10,5 кг/т, повышение на 0,12% остаточного содержания марганца в металле по окончании продувки и увеличение выхода стали на 1,0%.

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к способам выплавки стали в кислородных конвертерах из чугуна с низким содержанием кремния и марганца.

Известен способ передела низкомарганцовистого чугуна, включающий завалку лома, заливку чугуна, продувку газообразным окислителем с переменным положением фурмы, ввод извести и марганецсодержащих материалов в процессе продувки, в котором карбонатную марганцевую руду вводят при содержании углерода в металле 0,03-0,07% в количестве 1,0-15 кг/т (патент РФ 1130608, МКИ С 21 С 5/28. Опубл. Бюл. 2 от 15.01.85).

Недостатком этого способа является низкий выход стали из-за больших потерь металла со шлаком. Это объясняется тем, что ввод карбонатной марганцевой руды приводит к увеличению количества образующегося шлака в конвертере и потере металла со шлаком. Кроме того, это ухудшает тепловой баланс плавки из-за высокой охлаждающей способности карбонатной марганцевой руды, что предопределяет необходимость увеличения доли чугуна в металлозавалке и увеличению себестоимости выплавляемой стали.

Известен способ передела низкомарганцовистого чугуна в конвертере, включающий завалку металлического лома, заливку чугуна, ввод шлакообразующих материалов, продувку кислородом и подачу твердого углеродсодержащего топлива, в котором подачу топлива осуществляют после ввода на дно конвертера шлакообразующих материалов в количестве 50-200 кг/м² поверхности ванны, а продувку производят с интенсивностью расхода 15-30 м³ кислорода на 1 м² поверхности ванны (патент РФ 1006496, МКИ С 21 С 5/28. Опубл. Бюл. 11 oт 23.03.83).

Недостатком этого способа является то, что данный способ не обеспечивает необходимые условия для растворения извести в конвертере в начале продувки при переделе низкомарганцовистого чугуна. В связи с малым удельным весом топлива по отношению к металлу топливо всплывает на поверхность металлической ванны, что еще более сдерживает условия растворения извести вследствие расселяющего действия углерода топлива на шлак. Это приводит к увеличению выноса металла из конвертера и снижению выхода стали.

Известен способ передела чугуна с низким содержанием кремния с использованием малого количества шлакообразующих, в котором чугун с содержанием примесей (в %) кремния – следы, фосфора и серы менее 0,02 каждого продували кислородом, а шлак, поддерживая в расплавленном состоянии, оставляли в конвертере и использовали повторно (заявка 58-16012 Япония, МКИ С 21 С 5/28. Опубл. 29.01.1983).

Недостатком этого способа является необходимость предварительной обработки чугуна с целью десиликонизации, дефосфорации и десульфурации металла, что предопределяет его потери с использованием дорогостоящих материалов, оборудования и целого производства при его реализации.

Наиболее близким техническим решением к предложенному способу является известный способ передела чугуна в конвертере, включающий завалку лома, подачу твердого углеродсодержащего топлива, в частности, газового угля, предварительный нагрев лома, загрузку на него извести, в частности из расчета 40-50% от общего расхода на плавку, заливку чугуна и продувку кислородом с изменением положения фурмы и расхода кислорода, рассредоточенный ввод извести по ходу продувки в количестве из расчета получения основности конечного шлака не ниже 2,8, присадку марганецсодержащих материалов осуществляют либо полностью в завалку, либо по ходу продувки с общим расходом не более 5 тонн, выпуск расплава и раскисление в ковше (Выплавка стали в 350-т конвертерах ТИ – 105-СТ.КК.-06-87. Череповецкий металлургический комбинат, 1987, с.8-19).

Недостатком этого способа является низкая эффективность предварительного нагрева лома газовым углем из-за выноса его из конвертера в ходе прогрева. Повышенный расход извести и марганецсодержащих материалов для получения высокой основности конечного шлака приводит к резкому увеличению количества образующегося конвертерного шлака, увеличению потерь металла со шлаком и снижению выхода стали.

Задачей настоящего изобретения является разработка технологии выплавки стали в кислородных конвертерах из чугуна с низким содержанием кремния и марганца.

Ожидаемый технический результат – снижение расхода извести, увеличение остаточного содержания марганца по окончании кислородной продувки и увеличение выхода стали.

Технический результат достигается следующим образом. В известном способе передела чугуна в конвертере, включающем завалку лома, подачу твердого углеродсодержащего топлива, предварительный нагрев лома, заливку чугуна, продувку с изменением положения фурмы и расхода кислорода, рассредоточенный ввод извести и марганецсодержащих материалов по ходу продувки, выпуск расплава и раскисление в ковше, в котором по изобретению в качестве чугуна используют чугун с содержанием одновременно кремния и марганца не более 0,35%, а нагрев лома производят с подачей антрацита и газового угля при соотношении 1: (0,2-0,5) и расходе кислорода 0,3-0,5 м³/кг топлива, при этом 70-85% общего расхода антрацита подают на первой минуте нагрева, а остальное количество в процессе основной кислородной продувки и марганецсодержащие материалы вводят в количестве 0,6-1,5% от расхода чугуна, причем 45-65% общего расхода марганецсодержащих материалов вводят на первой минуте кислородной продувки, а остальное в течение 50-80% продолжительности продувки.

При создании настоящего изобретения исходили из положения, что при переделе чугуна с низким содержанием кремния и марганца необходимо создать условия для ускоренного растворения извести и образованию необходимого количества жидкоподвижного шлака в конвертере в начальный период кислородной продувки. Высокая стоимость чугуна по отношению к лому в Российской Федерации обуславливает необходимость повышения доли лома при выплавке стали сверх необходимого его расхода для обеспечения получения заданной температуры металла на выпуске. Кроме того, высокая стоимость и дефицитность марганцевых сплавов вызывает необходимость получения повышенного остаточного содержания марганца по окончании кислородной продувки, что весьма затруднительно при использовании чугуна с низким содержанием марганца.

Подача антрацита и газового угля в определенном соотношении с регламентированным расходом кислорода при предварительном нагреве лома и подача антрацита с определенным расходом на предварительный нагрев лома и в период основной кислородной продувки обеспечивает эффективное использование топлива, а определенный расход марганцевого агломерата к расходу чугуна и его ввод в конвертер в определенное время в необходимом количестве позволяет быстро навести первичный жидкоподвижный шлак и повысить остаточное содержание марганца в металле по окончании продувки.

Нагрев лома необходимо производить с подачей антрацита и газового угля при соотношении 1:(0,2-0,5) и расходом кислорода 0,3-0,5 м³/кг топлива. При подаче антрацита и газового угля при соотношении менее чем 1:0,2 и расходом кислорода менее 0,3 ³/кг топлива невозможен достаточный прогрев лома из-за малого количества кислорода для сгорания топлива. Низкий расход газового угля при нагреве лома не позволяет эффективно его использовать для объемного прогрева лома. При подаче антрацита и газового угля при соотношении более чем 1: 0,5 и расхода кислорода более 0,5 м³/кг топлива для предварительного нагрева лома не обеспечивается эффективное использование топлива из-за потерь его с выносами, а также снижения усвоения тепла прогретым ломом при увеличении температуры его нагрева.

По изобретению 70-85% общего расхода антрацита необходимо подавать на первой минуте нагрева, а остальное количество в процессе основной кислородной продувки. При подаче антрацита на предварительный нагрев менее чем 70% его общего расхода невозможно достичь необходимой температуры прогрева лома, а при подаче антрацита более чем 85% от общего расхода резко снижается его эффективность из-за низкого усвоения тепла ломом. Антрацит необходимо подавать на первой минуте предварительного нагрева лома, то есть на первой минуте подачи кислорода на нагрев лома. В противном случае условия сгорания топлива и его усвоение при нагреве лома резко ухудшаются. Остальное количество антрацита необходимо подавать в процессе основной кислородной продувки.

Марганецсодержащие материалы необходимо вводить в количестве 0,6-1,5% от расхода чугуна. При вводе марганецсодержащих материалов в количестве менее чем 0,6% от расхода чугуна не обеспечиваются условия для получения повышенного остаточного содержания марганца по окончании продувки из-за низкого содержания окислов марганца в конвертерном шлаке, а при его расходе более 1,5% от расхода чугуна резко увеличивается количество образующегося конвертерного шлака и потерь металла со шлаком, что снижает выход металла без существенного увеличения содержания марганца по окончании продувки. По изобретению 45-65% общего расхода марганецсодержащих материалов необходимо вводить на первой минуте кислородной продувки, а остальное в течение 50-80% продолжительности продувки. При вводе марганецсодержащих материалов менее 45% общего расхода на плавку невозможно получение жидкоподвижного первичного шлака необходимого количества, что приводит к выносам металла из конвертера в ходе продувки и снижению выхода металла, а при вводе марганецсодержащих материалов более 65% общего расхода затрудняется возможность получения повышенного остаточного содержания марганца по окончании продувки. При вводе марганецсодержащих материалов до начала или после одной минуты продувки происходит запаздывание образования первичного шлака в конвертере и снижается выход стали. Ввод оставшейся части марганецсодержащих материалов до истечения 50% продолжительности продувки не обеспечивает условия для восстановления марганца и получения повышенного остаточного содержания марганца в металле, а при вводе материалов по истечении 80% продолжительности продувки недостаточно времени для усвоение его шлаком и не создаются условия для восстановления марганца из шлака.

Пример 1. В 160-т конвертер завалили 46 т лома. На первой минуте подачи кислорода на предварительный нагрев лома присадили 2,0 т (или 80% общего расхода антрацита на плавку) антрацита и на третьей минуте прогрева 0,8 т газового угля(соотношение антрацита и газового угля как 1:0,4), а подачу кислорода в конвертер осуществляли с общим расходом на нагрев лома 1120 м³ или 0,4 м³/кг топлива. После предварительного нагрева лома провели заливку 112 т чугуна с содержанием 0,24% марганца, 0,30% кремния, 0,025% серы и 0,14% фосфора при температуре чугуна 1360^oС. По окончании слива чугуна в конвертер ввели 2,5 т извести и осуществляли основную кислородную продувку с интенсивностью расхода кислорода 400-450 м³/мин при положении фурмы над уровнем спокойной ванны 4,0-3,5 м в период наведения первичного шлака и 1,5-1,6 м в рабочем положении. На первой минуте основной кислородной продувки ввели 0,56 т (50% общего расхода) марганцевого агломерата, 2,0 т извести и 0,5 т антрацита (20% от общего расхода). Остальное количество марганцевого агломерата порциями по 0,28 т ввели на 14 (0,67% продолжительности продувки) и 16 минутах (0,76% продолжительности продувки) продувки. На 6, 9, 11, 13, 15 и 17 минутах ввели по 0,5 т извести. Общий расход марганцевого агломерата составил 1,12 т или 1,0% от расхода чугуна, антрацита – 2,5 т, газового угля – 0,8 т, а извести составил 7,5 т. По окончании продувки получили металлический расплав при температуре 1620^oС при содержании 0,09% углерода, 0,25% марганца, 0,018% серы, 0,017% фосфора. Раскисление металла проводили в процессе выпуска металла из конвертера присадками в ковш FeSi 65 – 90 кг, FeSiMn – 650 кг и коксика – 280 кг. Получили сталь марки 3пс следующего химического состава: 0,18% углерода, 0,09% кремния, 0,51% марганца, 0,018% серы и 0,017% фосфора. Выход стали составил 94,96%.

Пример 2. В 160-т конвертер завалили 46 т лома. На первой минуте подачи кислорода на предварительный нагрев лома присадили 2,0 т ( или 80% общего расхода антрацита на плавку) антрацита и на третьей минуте прогрева 0,8 т газового угля(соотношение антрацита и газового угля как 1:0,4), а подачу кислорода в конвертер осуществляли с общим расходом на нагрев лома 1120 м³ или 0,4 м³/кг топлива. После предварительного нагрева лома провели заливку 112 т чугуна с содержанием 0,24% марганца, 0,30% кремния, 0,025% серы и 0,14% фосфора при температуре чугуна 1360^oС. По окончании слива чугуна в конвертер ввели 2,5 т извести и осуществляли основную кислородную продувку с интенсивностью расхода кислорода 400-450 м³/мин при положении фурмы над уровнем спокойной ванны 4,0-3,5 м в период наведения первичного шлака и 1,5-1,6 м в рабочем положении. На первой минуте основной кислородной продувки ввели 0,56 т (50% общего расхода) марганцевого агломерата, 2,0 т извести и 0,5 т антрацита (20% от общего расхода). Остальное количество марганцевого агломерата порциями по 0,28 т ввели на 14 (0,67% продолжительности продувки) и 16 минутах (0,76% продолжительности продувки) продувки. На 6, 9, 11, 13, 15 и 17 минутах ввели по 0,5 т извести. Общий расход марганцевого агломерата составил 1,12 т или 1,0% от расхода чугуна, антрацита – 2,5 т, газового угля – 0,8 т, а извести составил 7,5 т. По окончании продувки получили металлический расплав при температуре 1620^oС при содержании 0,09% углерода, 0,25% марганца, 0,018% серы, 0,017% фосфора. Раскисление металла проводили в процессе выпуска металла из конвертера присадками в ковш FeSi 65-90 кг, FeSiMn – 650 кг и коксика -280 кг. Получили сталь марки 3пс следующего химического состава: 0,18% углерода, 0,09% кремния, 0,51% марганца, 0,018% серы и 0,017% фосфора. Выход стали составил 94,9%.

Пример 3. В 160-т конвертер завалили 46 т лома. В процессе предварительного нагрева лома присадили 3 т газового угля и 1,5 т марганцевого агломерата и подавали кислород с общим расходом на нагрев 1500 м³. Затем присадили 4 т извести, слили 112 т чугуна с содержанием 0,24% марганца, 0,30% кремния, 0,025% серы, 0,14% фосфора при температуре 1360^oС и продували кислородом с интенсивностью расхода 400-450 м³/мин при положении фурмы над уровнем спокойной ванны 4,0-3,5 м в период наведения первичного шлака и 1,5-1,6 м в рабочем положении. В процессе основной кислородной продувки на 6, 9, 11, 13, 15 минутах ввели по 1 т извести. Общий расход марганцевого агломерата составил 1,5 т, извести – 9 т, газового угля 3,0 т. По окончании кислородной продувки получили металлический расплав при температуре 1615^oС при содержании 0,07% углерода, 0,13% марганца, 0,019% серы, 0,018% фосфора. Раскисление металла проводили в процессе выпуска металла из конвертера присадками в ковш FeSi 65-85 кг, FeSiMn – 680 кг и коксика – 280 кг. Получили сталь марки 3пс следующего химического состава: 0,16% углерода, 0,09% кремния, 0,42% марганца, 0,019% серы, 0,017% фосфора. Выход стали составил 93,9%.

Данные проведенных плавок показывают, что применение предложенного способа передела чугуна в конвертере позволяет снизить расход извести на 10,5 кг/т, повысить на 0,12% остаточное содержание марганца в металле по окончании продувки и увеличить выход стали на 1,0%.

Заявленный способ передела чугуна в конвертере из низкокремнистого чугуна с пониженным содержанием марганца применим в кислородно-конвертерном производстве.

Формула изобретения

Способ передела чугуна в конвертере, включающий завалку лома, подачу твердого углеродсодержащего топлива, предварительный нагрев лома, заливку чугуна, продувку с изменением положения фурмы и расхода кислорода, рассредоточенный ввод извести и марганецсодержащих материалов по ходу продувки, выпуск расплава и раскисление в ковше, отличающийся тем, что в качестве чугуна используют чугун с содержанием одновременно кремния и марганца не более 0,35%, нагрев лома производят с подачей антрацита и газового угля при соотношении 1: (0,2-0,5) и расходе кислорода 0,3-0,5 м³/кг топлива, при этом 70-85% общего расхода антрацита подают на первой минуте нагрева, а остальное количество – в процессе основной кислородной продувки, а марганецсодержащие материалы вводят в количестве 0,6-1,5% от расхода чугуна, причем 45-65% общего расхода марганецсодержащих материалов вводят на первой минуте кислородной продувки, а остальное в течение 50-80% продолжительности продувки.