Спосіб використання твердого грудкового вуглецевмісного палива у конвертерній плавці

Реферат: ТВЕРДОГО (72) Винахідник(и): Сущенко Андрій Вікторович (UA), Цкітішвілі Енвер Омарєвич (UA), Попов Євгєній Сєргєєвіч (RU), Лігус Микола Миколайович (UA), Орліченко Михайло Павлович (UA), Фєйєрейзен Ігор Олександрович (UA) (73) Власник(и): ПУБЛІЧНЕ АКЦІОНЕРНЕ ТОВАРИСТВО "МЕТАЛУРГІЙНИЙ КОМБІНАТ "АЗОВСТАЛЬ", вул. Лепорського, 1, м. Маріуполь, Донецька обл., 87500 (UA), Сущенко Андрій Вікторович, вул. Лютнева, 44, кв. 33, м. Маріуполь, Донецька обл., 87543 (UA), Цкітішвілі Енвер Омарєвич, вул. Старонаводницька, 13, кв. 116, м. Київ, 01001 (UA), Лігус Микола Миколайович, вул. Московська, 11, кв. 18, м. Алчевськ, Луганська обл., 94200 (UA), Орліченко Михайло Павлович, вул. Азовстальська, 99, кв. 37, м. Маріуполь, Донецька обл., 87529 (UA), Фєйєрейзен Ігор Олександрович, пр. Ілліча, 135, кв. 35, м. Маріуполь, 87535 (UA) (56) Перелік документів, взятих до уваги експертизою: UA 103857 C2, 25.11.2013 SU 1749237 A1, 23.07.1992 SU 594179 A, 25.02.1978 RU 2113498 C1, 20.06.1998 JP 63219517 A, 13.09.1988 JP 63219516 A, 13.09.1988 JP 63183114 A, 28.07.1988 Старков П.A., Наливайко А.П., Школьный С.H. Эффективность использования антрацита в 250-т конвертерах с верхней продувкой // Бюллетень НТИ. Черная металлургия. – 1990. - № 2. – С. 57 – 58 US 4818281 A, 04.04.1989 ГРУДКОВОГО ВУГЛЕЦЕВМІСНОГО ПАЛИВА У UA 109065 C2 (12) UA 109065 C2 Винахід належить до чорної металургії. Спосіб використання твердого грудкового вуглецевмісного палива у конверторній плавці включає завантаження палива з заданою витратою в конвертер на рідкий чавун до початку продувки і "запалювання" плавки та подачу кисню через продувальну фурму, причому завантажують частину палива у кількості, що знаходиться у заявленому діапазоні, потім здійснюють подачу кисню одночасно з завантаженням частини палива, що залишилася, причому загальна витрата палива, а також витрата кисню і висота фурми над рівнем ванни знаходяться у заявлених діапазонах відповідно. Винахід покращує процеси шлакоутворення і рафінування металу в конвертері, стабілізує дуттьовий режим плавки, зменшує вигар металошихти та поліпшує умови роботу футерівки конвертера. UA 109065 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до металургії, переважно до киснево-конвертерного виробництва сталі. Відомий спосіб використання твердого грудкового вуглецевмісного палива (ТГВП) у конвертерній плавці [1, С. 35], що включає завантаження ТГВП (вугілля - антрацит марки АС) з заданою витратою (14 кг/т сталі) в конвертер на металобрухт та подачу кисню через продувальну фурму для попереднього спалювання палива перед заливкою основної частини чавуну. При цьому з метою зниження втрат кисню в газовідвідний тракт, а також запобігання виносу ТГВП з конвертора витрата кисню на першій хвилині спалювання палива складає 50 % від його витрати при продувці плавки. При використанні відомого способу за рахунок теплоти, що виділяється при окисленні вуглецю та інших горючих елементів ТГВП киснем у процесі попереднього спалювання палива, відбувається нагрів металобрухту та має місце покращення теплового балансу плавки і, як наслідок, зниження питомої витрати рідкого чавуну у металошихті плавок. Крім того, покращується (прискорюється) процес "запалювання" плавки. Проте, внаслідок неоднорідності металобрухту процес його нагріву відбувається не рівномірно, що призводить до утворення ділянок, які містять рідкий метал у результаті інтенсивного оплавлення та окислення легковагого лому [1, С. 35], а завантажене паливо пересипається між шматками брухту та згорає лише частково. При заливанні чавуну в конвертер відбувається загоряння ТГВП, яке залишається після попереднього спалювання, та реагування його вуглецю з розплавом. Як наслідок, можливе сильне вибивання полум'я з горловини агрегату, що ускладняє процес заливання чавуну та робить його менш безпечним. Частина палива, що пересипається між шматками металобрухту у нижню частину конвертера, може блокуватися застиглим між металобрухтом чавуном. В процесі продувки плавки після розплавлення металобрухту і чавуну в указаній зоні це паливо стохастично (непередбачувано) надходить в основну частину конвертерної ванни, де інтенсивно реагує з розплавом та шлаком. Якщо до цього часу конвертерна ванна вже є достатньо нагрітою і окисленою, то це може призвести до бурхливої реакції окислення вуглецю і навіть до викидів металу з конвертера. Цей процес є практично не керований. Крім того, як зазначають у [1, С. 35], має місце підвищений знос футерівки конвертора, особливо у циліндричній частині та горловині. Внаслідок того, що попередній нагрів металобрухту складає 4-6 хвилин, тривалість плавки збільшується на 3 хвилини, що знижує продуктивність агрегату. Так як у вигляді ТГВП використовують антрацит з низьким вмістом летучих речовин (менш ніж 10 %, а саме 3,82 % [1]), то його використання як палива для попереднього нагріву металобрухту є нераціональним. Відомий спосіб використання ТГВП у конвертерній плавці [2, С. 29], що включає завантаження ТГВП (вугілля виду антрацит або коксу) в конвертер в період з 30-40 % до 70 % тривалості продувки плавки, порціями, з заданою загальною витратою не більше ніж 10 кг/т сталі. При використанні відомого способу при завантаженні ТГВП в конвертер у процесі продувки плавки відбувається інтенсивне перемішування шматків ТГВП кисневими струменями та газами, що виділяються із ванни, з шлако-газо-металевою емульсією. Це прискорює процеси нагріву, розчину та реагування ТГВП і зменшує вірогідність його скупчення та огрудковування. Проте, при завантаженні ТГВП в процесі продувки конвертерної плавки відбувається підвищене винесення частинок ТГВП дрібної фракції. Внаслідок нестачі кисню, який активно витрачається на процес вигорання вуглецю розплаву та виділення великої кількості відновлювальних газів, процес згорання (окислення) вуглецю палива є неповним (протікає з переважним утворенням СО), а ефективність його використання для підвищення теплового потенціалу конвертерної плавки є низькою. Крім того, наявність шару спіненого шлаку ускладнює процеси реагування шматків ТГВП з киснем дуття, розчину вуглецю ТГВП в металевому розплаві, та передачі теплоти, що виділяється при спалюванні ТГВП, до металевої ванни. Найбільш близьким до способу, що заявляється, за технічною суттю і результатом, що досягається, є спосіб використання твердого грудкового вуглецевмісного палива у конвертерній плавці [3, С. 57], що включає завантаження палива (вугілля - антрацит марки АС) з заданою витратою (до 22 кг/т сталі) в конвертер на рідкий чавун та подальшу подачу кисню через продувальну фурму для забезпечення початку продувки і "запалювання" плавки. При використанні відомого способу процес заливання чавуну спрощується та стає більш безпечним: відсутнє сильне вибивання полум'я з горловини агрегату. Крім того, знижується винесення дрібної фракції ТГВП, яке завантажується в конвертор. Процес спалювання ТГВП відбувається в основному у першій період продувки плавки, який характеризується низькою швидкістю окислення вуглецю розплаву, що сприяє підвищенню частки палива, яке спалюється 1 UA 109065 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 до СО2, а також підвищенню ступеня допалювання СО до СО 2 у порожнині конвертора. Як наслідок, підвищується ефективність використовування ТГВП. Проте, при використанні відомого способу мають місце наступні недоліки. Завантажене до початку продувки плавки однією порцією ТГВП (з достатньо великою витратою) скупчується та огрудковується на поверхні рідкого чавуну. У процесі "запалювання" плавки (при якому витрата кисню, як правило, є максимальною) внаслідок впливу потужних кисневих струменів дуття відбувається спучування ТГВП та винос його частинок дрібної фракції з агрегату (під дією димососу). Завантаження палива однією порцією на рідкий чавун до початку продувки призводить також до ускладнень процесу "запалювання" плавки. Спалювання ТГВП відбувається після "запалювання" плавки у процесі її продувки, яка супроводжується виділенням відновлювальних газів (переважно СО) з рідкої ванни, що значно знижує ефективність спалювання палива (має місце його неповне згорання). Наявність у процесі продувки шару шлаку також значно знижує ефективність використання палива. Крім того, наявність значної кількості ТГВП на поверхні ванни у першій період продувки призводить до погіршення процесів шлакоутворення, десульфурації та дефосфорації металу, а також до дестабілізації процесу продувки та динаміки фаз в агрегаті, підвищує вірогідність викидів шлакометалевої емульсії з конвертору. Крім того, відомо [2, С. 29], що при спалюванні ТГВП у процесі продувки плавки та витратах його, більших ніж 12-14 кг/т сталі, мають місце: погіршення показників якості металу, зниження стійкості футерівки конвертора та підвищення собівартості готової сталі. А також занадто збільшується частина палива, що не встигає прореагувати до кінця продувки плавки. В основу винаходу поставлено задачу удосконалити спосіб використання твердого грудкового вуглецевмісного палива у конвертерній плавці, у якому за рахунок введення нової операції попереднього (до початку продувки і "запалювання" плавки) спалювання ТГВП, оптимізації режиму завантаження та витрати ТГВП, а також режимів подачі кисню у процесі попереднього спалювання, підвищується ефективність використання ТГВП як додаткового теплоносія, поліпшуються тепловий баланс плавки, процеси шлакоутворення і рафінування металу в конвертері, стабілізується дуттьовий режим плавки (зменшується вірогідність появи викидів шлако-металевої емульсії та виносів металу з агрегату), зменшуються угар металошихти в шлак і "в дим", окисленість металу та шлаку, поліпшуються умови роботи футерівки конвертеру, зменшуються питомі витрати: рідкого чавуну, металошихти, додаткових теплоносіїв, феросплавів та розкислювачів, вогнетривів та матеріалів для ремонту футерівки, і, зрештою, знижується собівартість сталі, що виплавляється. Рішення поставленої задачі здійснюється за рахунок того, що у способі використання твердого грудкового вуглецевмісного палива у конвертерній плавці, що включає завантаження палива з заданою витратою в конвертер на рідкий чавун до початку продувки і "запалювання" плавки і подачу кисню через продувальну фурму, завантажують частину палива у кількості 1-5 кг/т сталі, але не більше ніж 0,5 від його загальної витрати, потім здійснюють подачу кисню одночасно з завантаженням частини палива, що залишилася, причому загальна витрата палива складає 2-11 кг/т сталі, витрату кисню підтримують у діапазоні 0,25-0,75 від його робочої витрати у процесі продувки плавки (в період інтенсивного зневуглецювання розплаву), а висоту фурми над рівнем ванни підтримують у діапазоні 0,9-1,2 від висоти фурми над рівнем ванни у процесі „запалювання" плавки. Крім того, в період подачі кисню до початку продувки і "запалювання" плавки витрату кисню та висоту фурми над рівнем ванни регулюють відповідно до складу конвертерних газів, що відходять, забезпечуючи максимальний вміст СО 2 в них, та запобігаючи передчасному "запалюванню" плавки. А також, як ТГВП, що завантажують до подачі кисню через продувальну фурму, використовують вугілля та/чи продукти його переробки з вмістом летючих речовин, меншим ніж 10 %. Крім того, як ТГВП, що завантажують у період подачі кисню до початку продувки і "запалювання" плавки, використовують вугілля та/чи продукти його переробки з вмістом летючих речовин, більшим ніж 10 %. А також, після "запалювання" плавки в конвертер завантажують не менше одної додаткової порції ТГВП, причому сумарну витрату його за плавку встановлюють такою, що дорівнює 3-15 кг/т сталі, а як ТГВП, що завантажують після "запалювання" плавки, використовують вугілля та/чи продукти його переробки зі вмістом летючих речовин, меншим ніж 10 %. Завантаження в конвертер на рідкий чавун до початку подачі кисню через продувальну фурму частини ТГВП у кількості 1-5 кг/т сталі, але не більше ніж 0,5 від його загальної витрати, дозволяє утворити на поверхні рідкого чавуну захисний шар (суцільний або у вигляді локальних 2 UA 109065 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 зон), який стримує процеси реагування кисню (що потім подається через продувальну фурму) з поверхнею металевого розплаву: інтенсивного його окиснення, утворення первинного переокисненого шлаку та випаровування заліза і його оксидів з реакційної зони (утворення "бурого" диму), які призводять до підвищення втрат металошихти. При цьому основна частина ТГВП, що завантажується до початку подачі кисню через продувальну фурму встигає прореагувати з киснем дуття до початку продувки та "запалювання" плавки (у період попереднього спалювання ТГВП). За витрати ТГВП, що завантажується в конвертер на рідкий чавун до початку продувки і "запалювання" плавки, меншої ніж 1 кг/т сталі площа та товщина захисного шару в підфурменій зоні є занадто малою, внаслідок чого може мати місце передчасне "запалювання" плавки, особливо при значеннях витрати кисню і висоти фурми над рівнем ванни (у процесі попереднього спалювання палива), що знаходяться ближче до верхньої та нижньої меж із указаних діапазонів відповідно. Це призведе до необхідності негайно почати процес продувки плавки (шляхом підвищення витрати кисню і зменшення висоти фурми над рівнем ванни). Як наслідок, спалювання палива буде здійснюватися після "запалювання" плавки і буде менш ефективним. Якщо у випадку передчасного "запалювання" плавки подовжити процес спалювання палива при витраті кисню і висоті фурми над рівнем ванни, що знаходяться у заявлених діапазонах, це призведе до швидкого утворення високоокисненного залізистого шлаку і появи інтенсивних викидів шлако-газо-металевою емульсії з конвертеру на перших хвилинах продувки плавки. Якщо вказана витрата палива буде більше ніж 5 кг/т сталі або 0,5 відйого загальної витрати, то основна частина палива буде спалюватися не в кисневих струменях (у киснево-паливному факелі, що спрямований на ванну), а у шару ТГВП, що лежить на поверхні ванни, тобто з меншою ефективністю. При цьому, внаслідок малої міжфазної поверхні, низької швидкості згорання та скупчення і огрудкування палива, збільшується його частка, що не встигає прореагувати з киснем дуття до початку продувки та "запалювання" плавки. У свою чергу це призводить до дестабілізації процесу продувки плавки та динаміки фаз в агрегаті (інтенсифікації спінювання шлаку та викидів шлако-металевої емульсії з конвертера), уповільнення шлакоутворення, а також погіршення процесів дефосфорації та десульфурації металу. Крім того, спалювання ТГВП відбувається здебільшого після "запалювання" плавки у процесі її продувки (при інтенсивному виділенні з ванни відновлювальних газів та за наявності шару шлаку на поверхні ванни), що, як було показано раніше, значно знижує ефективність використання палива. Подача кисню одночасно з завантаженням частини ТГВП, що залишилася, забезпечує ежекцію частинок та дрібних шматків палива у кисневі струмені, швидке займання палива, утворення потужного турбулентного киснево-паливного факелу (що складається із окремих факелів, кількість яких дорівнює числу сопел у продувальній фурмі), який омиває поверхню ванни, забезпечує спалювання ТГВП, що знаходиться на ній, та інтенсивну теплопередачу (випромінюванням і конвекцією) до рідкої ванни та шматків металобрухту, що виступають над нею. Все це сприяє збільшенню ступеня повного спалювання палива (коли його горючі елементи, у тому числі вуглець, окислюються до вищих оксидів) - ηпс та підвищенню ступеня корисного використання теплоти, яка отримана за рахунок спалювання палива, металошихтою ηQ. Подовження подачі кисню після завантаження ТГВП до початку продувки і "запалювання" плавки дозволяє ефективно спалювати паливо, що залишилося на поверхні ванни, особливо при більшій (з заявленого діапазону) витраті палива, що завантажують у конвертер на рідкий чавун до початку подачі кисню через продувальну фурму. При цьому зменшується частка ТГВП, що залишається і спалюється після "запалювання" плавки з меншою ефективністю. За загальної витрати ТГВП, яка складає 2-11 кг/т сталі має місце суттєвий ефект від використання запропонованого технічного рішення без побічних негативних явищ. При загальній витраті ТГВП менше 2 кг/т сталі організація процесу попереднього спалювання палива є нераціональною внаслідок того, що отриманий тепловий ефект є відносно невеликий, а додаткові витрати часу залишаються суттєвими (не менш ніж 0,5 хв.). Якщо загальна витрата ТГВП більше ніж 11 кг/т сталі, то, з урахуванням обмеженості тривалості процесу попереднього спалювання палива (до початку продувки і "запалювання" плавки), це призведе до суттєвого збільшення частки палива, що не встигне прореагувати з киснем дуття до "запалювання" плавки, що, у свою чергу, приведе до цілого комплексу негативних явищ, що вказані вище. За умови, що у процесі попереднього спалювання палива витрату кисню через продувальну фурму та її висоту над рівнем ванни підтримують у заявлених діапазонах, має місце 3 UA 109065 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 оптимальна організація (довжина, площа контакту з шаром палива на ванні, швидкісний напір та ін.) киснево-паливного факелу, за якої дрібна фракція ТГВП встигає ефективно згоріти у кисневих струменях, мають місце її мінімальні виноси з відхідними газами, інтенсивне горіння поверхневого шару палива з максимальним утворенням вищих оксидів його горючих елементів (у тому числі СО2) та інтенсивний теплообмін високотемпературного факелу з металошихтою (рідкою ванною та шматками металобрухту, що сторчать над нею). При цьому швидкісний напір киснево-паливного факела у місці зустрічі з ванною є недостатнім для швидкого "запалювання" плавки, так що згорання палива відбувається без виділення відновлювальних газів із металевого розплаву і є більш ефективним. При витраті кисню, меншій ніж 0,25 від його робочої витрати, у процесі продувки плавки або/та висоті фурми над рівнем ванни, більшій ніж 1,2 від висоти фурми над рівнем ванни у процесі "запалювання" плавки, питомий імпульс кисневих струменів (киснево-паливного факелу) у місці зустрічі з ванною є занадто малий, що призводить до погіршення процесів спалювання ТГВП та передачі теплоти від факелу до металошихти. Крім того, при цьому суттєво збільшуються втрати кисню дуття з газами, що відходять (внаслідок масообміну наповерхні кисневих малопотужних струменів з навколишнім середовищем). При суттєвому відхиленні значень вказаних параметрів від їх оптимальних (що заявлені) значень має місце занадто короткий факел, що практично не достає до ванни, а тільки переокиснює шматки металобрухту, що сторчать над нею. Крім того, при малій витраті кисню необхідно занадто збільшувати тривалість процесу попереднього спалювання ТГВП. Якщо витрата кисню більше ніж 0,75 від його робочої витрати у процесі продувки плавки або/та висота фурми над рівнем ванни менше ніж 0,9 від висоти фурми над рівнем ванни у процесі "запалювання" плавки, то має місце надмірно великий імпульс кисневих струменів (киснево-паливного факела) у місці зустрічі з ванною, що призводить до різкого підвищення вірогідності передчасного "запалювання" плавки. За умови, що в період подачі кисню до початку продувки і „запалювання" плавки витрату кисню та висоту фурми над рівнем ванни регулюють (змінюючи в рамках заявлених діапазонів) відповідно до складу конвертерних газів, що відходять, забезпечуючи максимальний вміст СО 2 в них, та запобігаючи передчасному "запалюванню" плавки, має місце найбільш ефективне спалювання ТГВП (максимальні значення параметрів ηпс та ηQ). Якщо як ТГВП, що завантажують до подачі кисню через продувальну фурму, використовують вугілля та/чи продукти його переробки з вмістом летючих речовин, меншим ніж 10 % (наприклад, антрацит, кокс, відсів коксу), то захисний шар із ТГВП на поверхні металевої ванни є більш стійким. Він гарантовано стримує процес передчасного "запалювання" плавки навіть при тривалому періоді попереднього спалювання палива. При використанні для цього вугілля та/чи продуктів його переробки з вмістом летючих речовин, більшим ніж 10 % (наприклад, газове вугілля, брикети з відсіву газового вугілля), внаслідок швидкого виділення з нього (при нагріванні у порожнині конвертера) та спалахування великої кількості летючих речовин, відбувається швидке займання та інтенсивне горіння захисного шару із ТГВП, і має місце значно менша маса "твердого коксового" залишку на поверхні ванни, що підвищує імовірність передчасного "запалювання" плавки. Якщо як ТГВП, що завантажують у період подачі кисню до початку продувки і "запалювання" плавки, використовують вугілля та/чи продукти його переробки з вмістом летючих речовин, більшим ніж 10 %, це дозволить створити більш сприятливі умови для його швидкого займання та більш повного згорання у струменях кисню, що, як показано раніше, призведе до збільшення значень ηпс та ηQ, тобто до підвищення ефективності використання палива. При використанні для цього вугілля та/чи продуктів його переробки з вмістом летючих речовин, меншим ніж 10 %, внаслідок збільшення часу необхідного для займання його шматків (особливо великої фракції), зменшиться частина ТГВП, яка буде згорати у киснево-паливному факелі, тобто зменшиться ефективність використання палива. Завантаження в конвертер після "запалювання" плавки однієї чи декількох додаткових порцій ТГВП дозволяє, з урахуванням обмеженості тривалості періоду попереднього спалювання палива, збільшити кількість завантаженого на плавку палива (сумарну його витрату) та додатково збільшити приходну частину теплового балансу, що особливо важливо в умовах надмірно "холодних" шихтовок плавок. Крім того, в умовах обмеженості часу (при інтенсивній роботі конвертера) це також дозволяє за рахунок зменшення загальної витрати палива (що завантажується до початку продувки плавки) при забезпеченні необхідної величини сумарної витрати палива зменшити тривалість періоду попереднього спалювання палива і плавки в цілому, тобто підвисити продуктивність агрегату. 4 UA 109065 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 При сумарній витраті ТГВП, меншій ніж 3 кг/т сталі, ефективне і достатньо повне його спалювання забезпечується при мінімальній тривалості періоду попереднього спалювання палива (близько 0,5 хвилини), тобто завантаження частини вказаної сумарної витрати ТГВП в конвертер після "запалювання" плавки практично не призведе до зменшення її тривалості і є нераціональним. Якщо сумарна витрата ТГВП більше ніж 15 кг/т сталі, то, навіть при максимальній загальній витраті палива (що завантажується до початку продувки і "запалювання" плавки) та достатньому розосередженні ТГВП, що завантажується у конвертер після "запалювання" плавки, суттєво збільшується частка палива, що не встигне прореагувати (з киснем дуття, металом та шлаком) до закінчення продувки плавки. Це призводить до зниження коефіцієнта корисного використання палива, сильного спінювання шлаку після завалки конвертера та ускладнення проведення операцій заміру температури і відбору проб металу та шлаку. Крім того, при сумарній витраті ТГВП більше ніж 15 кг/т сталі суттєво погіршуються процеси шлакоутворення, десульфурації та дефосфорації металу та дестабілізується процес продувки плавки, значно підвищується вірогідність викидів шлако-металевої емульсії з конвертора. Якщо як ТГВП, що завантажують в конвертер після "запалювання" плавки використовують вугілля та/чи продукти його переробки з вмістом летючих речовин, меншим ніж 10 %, то забезпечуються мінімальні втрати теплоти на дисоціацію летючих, а також з газами, що відходять (так як летючі палива та продукти їх розкладення у процесі продування плавки не окислюються, а нагріваються і видаляються разом з конвертерним газом). А також зменшуються кількість водню, що переходить з летючих до рідкого металу, інтенсивність спінювання шлако-металевої емульсії та вірогідність викидів її з агрегату. Спосіб здійснюється таким чином. Машиніст дистрибутора (оператор конвертера) на основі інформації про шихтування плавки, що має відбутися (маса, температура та хімічний склад рідкого чавуну, маса і вид металобрухту або його замінників та ін.), та користуючись відомими даними (таблицями або номограмами, або результатами розрахунків з використанням програмного забезпечення на ЕОМ) визначає величину теплового потенціалу ПQ (МДж/т сталі чи МДж/т металошихти) та тип шихтовки плавки для конкретних умов виробництва. При недостатньому ("напруженому") тепловому балансі (низькі значення: питомої витрати рідкого чавуну, температури, вмісту кремнію та марганцю в чавуні; тривалий простій між плавками; необхідність отримання високої температури металу після продувки і т.п.), тобто при "холодній" шихтовці, оператор конвертора приймає рішення про застосування запропонованої технології використання ТГВП для поліпшення теплового балансу плавки. Спочатку (перед плавкою) він визначає загальну витрату ТГВП (Мз.в.) із заявленого діапазону її оптимальних значень (М з.в. = 2-11 кг/т сталі) в залежності від теплового потенціалу шихтовки плавки: чим менше величина ПQ, тим більше загальна витрата ТГВП, і навпаки. Потім визначає величину витрати палива, яке буде завантажуватися до початку подачі кисню через продувальну фурму, (М 0) із заявленого діапазону її оптимальних значень (М0=1-5 кг/т сталі, але не більше ніж 0,5 Мз.в.), в залежності від: величини Мз.в, запланованої тривалості періоду попереднього спалювання палива (τ п.с), а г також від вмісту летючих речовин (V ) у ТГВП, що завантажується до початку подачі кисню - чим г більше значення Мз.в., τп.с. та V , тим більше значення М0, і навпаки. Після завантаження металобрухту та заливання рідкого чавуну в конвертер його встановлюють у вертикальне положення. Оператор завантажує на поверхню ванни (з промбункера через тракт подачі сипучих матеріалів) однією порцією ТГВП з витратою М0. Встановлює продувальну фурму на висоті Нф над рівнем ванни, яка становить 0,9-1,2 від висоти фурми над рівнем ванни у процесі "запалювання" плавки Ηф 3 та вмикає подачу кисню з витратою VО2, яка знаходиться у діапазоні 0,25-0,75 від робочої витрати кисню у процесі продувки плавки VО2,Р. Одночасно з подачею кисню оператор завантажує у конвертер ТГВП, що залишилось, (з витратою, що дорівнює різниці Мз.в – М0) з терезів по тракту подачі сипучих матеріалів (паливо зсипається безперервно розосередженим "струмочком" над зоною кисневих струменів, що витікають із сопел фурми, і опісля ежектується цими струменями з утворенням киснево-паливного факела). При цьому величину VO2 вибирають із заявленого діапазону оптимальних значень, в залежності від г величин: Мз.в, (тим більше, чим більше Мз.в), V та фракційного складу ТГВП, що подається г одночасно з подачею кисню (тим більше, чим більше V , та тим менше, чим більше дрібної фракції у паливі). Величину Н ф підтримують у діапазоні заявлених значень, насамперед, в залежності від величини VO2 (чим більше VО2, тим менше Нф, і навпаки). Після закінчення зсипання ТГВП, в залежності від величини Мз.в поточної тривалості процесу попереднього спалювання палива, а також наявності ознак початку передчасного (мимовільного) "запалювання" плавки, оператор приймає рішення відносно подовження періоду попереднього спалювання палива. При позитивному рішенні він подовжує подачу кисню при 5 UA 109065 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 вказаних значеннях VO2 та Нф до досягнення запланованої величини τ п.с., яка визначається в залежності від Мз.в., VО2, а також інтенсивності роботи конвертера (наявності резерву часу). Звичайно величина τп.с. знаходиться у діапазоні 0,5-2,5 хвилини. При появі (у процесі попереднього спалювання палива) ознак передчасного "запалювання" плавки (характерні: світіння факелу над горловиною конвертера, шум та винос крапель шлаку), чи при необхідності почати процеси "запалювання" і продування плавки оператор конвертера плавно підвищує витрату кисню і зменшує висоту фурми над рівнем ванни до регламентованих (у відповідності до діючої технологічної інструкції - ТІ) їх значень у період "запалювання" плавки. Реалізується швидке "запалювання" плавки і далі вона продовжується згідно з ТІ. При наявності на пульті керування конвертером пристрою, що показує склад газів, які відходять з агрегату, у реальному часі, оператор, в період подачі кисню до початку продувки і "запалювання" плавки, витрату кисню та висоту фурми над рівнем ванни регулює (в межах заявлених діапазонів значень) відповідно до складу конвертерних газів, забезпечуючи максимальний вміст СО2 в них, та запобігаючи передчасному "запалюванню" плавки. При наявності у цеху (у бункерах системи подачі сипучих матеріалів у конвертер) декількох видів ТГВП (з різним вмістом летючих речовин) їх використовують оптимально: паливо з г низьким значенням V завантажують у конвертер з витратою М0 до початку подачі кисню через г продувальну фурму, а паливо з більшим значенням V - завантажують одночасно з подачею кисню до початку продувки та "запалювання" плавки. За необхідності зменшення тривалості періоду попереднього спалювання ТГВП (при інтенсивній роботі конвертера) зменшують частину палива, що завантажують до початку продувки та "запалювання" плавки - М3.в., а для відповідної компенсації теплоти у конвертер завантажують додаткову(ї) порцію(ї) ТГВП після початку продувки та "запалювання" плавки. Крім того, завантаження додаткової(их) порції(ій) ТГВП здійснюють у випадку занадто низького теплового потенціалу шихтовки плавки, для якої максимальна витрата палива М з.в є недостатньою, а також у випадках використання на плавку великої витрати ТГВП крупної фракції та/або з низьким вмістом летючих речовин (для зменшення кількості палива, що залишається на ванні перед початком продувки плавки за рахунок зменшення М з.в.). При цьому сумарну витрату ТГВП (Мс.в.) із заявленого діапазону її оптимальних значень (Мс.в. = 3-15 кг/т сталі) оператор визначає разом з Мз.в та М0 до початку плавки, в залежності від теплового потенціалу шихтовки плавки, характеристик ТГВП, що використовується, та інтенсивності роботи конвертеру. При цьому за наявності у цеху декількох видів ТГВП, як паливо, що завантажують після "запалювання" плавки, використовують ТГВП з більш низьким вмістом летючих речовин. Приклад 1 конкретної реалізації способу використання твердого грудкового вуглецевмісного палива у конверторній плавці в 350-т кисневому конвертері ПАТ "Металургійний комбінат "Азовсталь" (м. Маріуполь, Україна). Перед черговою плавкою машиніст дистрибутора отримав інформацію про її шихтовку (параметри рідкого чавуну: маса - 280 т, температура -1280 °C, вміст кремнію та марганцю відповідно: 0,50 % та 0,25 %; маса середньовагового металобрухту - 95 т) та призначені (майстром виробництва) параметри металу після продувки (температура - 1640 °C, вміст вуглецю - 0,05 %). З використанням таблиць для визначення величини теплового потенціалу шихтовки плавки отримав, що величина ΠQ склала 1665 МДж/т сталі. Для даних умов виробництва діапазон "холодних" по теплу шихтовок плавок знаходиться в межах Π Q=1595-1750 МДж/т сталі. На основі отриманої інформації оператор прийняв рішення застосувати запропоновану технологію використання ТГВП (наявного в цеху його виду - вугілля виду г антрацит марки А сорту АКО, V = 5 %) для поліпшення теплового балансу та технікоекономічних показників плавки. Він визначив величини Мз.в. = 7,5 кг/т сталі (2,5 т/плавку) та Мо = 3 кг/т сталі (1 т/плавку). З урахуванням величини Мз.в., інтенсивності роботи конвертера, виду ТГВП та показників аналогічних попередніх плавок, запланував тривалість періоду попереднього спалювання палива τп.с. = 1,5 хвилини. Після завантаження металобрухту, заливання рідкого чавуну та підйому конвертера у вертикальне положення оператор завантажив на поверхню ванни однією порцією з промбункера 1 т вугілля, встановив продувальну фурму на висоті (над рівнем ванни, по показаннях сельсину) Нф = 4,8 м (при 3 величині Нфз. = 4,5 м), та ввімкнув подачу кисню з витратою V0=500 м /хв. (при величині V0, Р = 3 1200 м /хв.). Одночасно з подачею кисню почав завантажувати в конвертер вугілля, що залишилось (з витратою 2,5-1=1,5 т/плавку) з терезів тракту сипучих матеріалів. У процесі попереднього спалювання вугілля оператор підтримував параметри Н ф та VО2 у діапазонах 3 відповідно: 4,5-4,8 м та 450-600 м /хв. (контролюючи процес горіння антрациту по формі, кольору та світінню факелу над горловиною конвертору). Після закінчення зсипання вугілля 6 UA 109065 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 (поточна тривалість процесу попереднього спалювання палива склала 1,25 хв.) оператор не виявив ознак початку передчасного "запалювання" плавки та прийняв рішення продовжити період попереднього спалювання палива з поточними значеннями VО2 та Нф. Після досягнення 3 τп.с. = 1,5 хв. оператор конвертера плавно підвищив витрату кисню до 1400 м /хв. і зменшив висоту фурми над рівнем ванни до 4,5 м; при цьому "запалювання" плавки відбулося практично 3 миттєво (при VО2=950-1000 м /хв.). Далі плавка проводилася згідно з діючою ТІ. У порівнянні з плавкою, яка була спеціально проведена в аналогічних шихтових умовах з витратою ТГВП г (вугілля виду антрацит марки А сорту АКО, V = 5 %), що склала 7,5 кг/т сталі (2,5 т/плавку) по технології найближчого аналогу (вугілля завантажували в конвертер однією порцією на рідкий чавун, та одразу починали подачу кисню через продувальну фурму для забезпечення початку 3 = продувки і "запалювання" плавки, при VО2=1400 м /хв., Нф.з. 4,5 м, згідно з ТІ) були отримані наступні позитивні результати: дуттьовий, шлаковий та температурний режими плавки були більш стабільними, покращилась керованість плавкою, значно зменшилися спінювання шлаку та переливи його через горловину агрегату, підвищився ступінь асиміляції вапна шлаком (при практично однаковій витраті вапна основність кінцевого шлаку була більшою на 0,15), коефіцієнт дефосфорації металу в конвертері (ηΡ) збільшився на 3 % (при приблизно однаковому значенні коефіцієнту десульфурації - ηs) за рахунок зменшення вигару металу питома витрата металошихти знизилася на 4,7 кг/т сталі. Приклад 2 конкретної реалізації способу використання твердого грудкового вуглецевмісного палива у конверторній плавці в 350-т кисневому конвертері ПАТ "Металургійний комбінат "Азовсталь" (м. Маріуполь, Україна). r При проведенні плавки з використанням ТГВП (антрацит марки А сорту АКО, V =5 %), у відповідності до способу, що заявляється, в шихтових умовах, близьких до наведених у прикладі 1, при ПQ=1668 МДж/т сталі, та аналогічних величинах: Мз.в. = 7,5 кг/т сталі (2,5 т/плавку) та М0=3 кг/т сталі (1 т/плавку), ττ п.с. = 1,5 хвилини і початкових значеннях Н ф = 4,8 м та 3 Vo=500 м /хв., оператор конвертера у процесі попереднього спалювання вугілля (в період подачі кисню до початку продувки і "запалювання" плавки) витрату кисню та висоту фурми над рівнем 3 ванни регулював (в межах VО2=400-700 м /хв., Нф = 4,1-4,8 м) відповідно до складу конвертерних газів (який визначався з дискретністю 4 с за допомогою системи газового аналізу "ГРАНАТ"), намагаючись забезпечити максимальний вміст СО 2 в них, та запобігти передчасному "запалюванню" плавки. При цьому максимальний вміст СО 2 в конвертерних газах, що безперервно відбирались для газового аналізу з тракту охолоджувача конвертерних газів - ОКГ (з підсмоктуванням навколишнього повітря через зазор між конвертером і ОКГ), досягав 9 %, фактична тривалість періоду попереднього спалювання палива склала 1,9 хв. (до появи ознак мимовільного "запалювання" плавки). Далі оператор конвертера підвищив витрату кисню (для прискорення процесу "запалювання") і продовжив плавку згідно з діючою ТІ. У порівнянні з плавкою, здійсненою за запропонованою технологією, результати якої наведені у прикладі 1, було отримано збільшення приходної частки теплового балансу та додаткове зменшення питомої витрати металошихти на 1,2 кг/т сталі. Приклад 3 конкретної реалізації способу використання твердого грудкового вуглецевмісного палива у конверторній плавці в 350-т кисневому конвертері ПАТ "Металургійний комбінат "Азовсталь" (м. Маріуполь, Україна). Перед плавкою машиніст дистрибутора отримав інформацію про її шихтовку (параметри рідкого чавуну: маса - 272 т, температура - 1250 °C, вміст кремнію та марганцю відповідно: 0,50 % та 0,25 %; маса змішаного (легковагового та важковагового металобрухту - 103 т) та призначені (майстром виробництва) параметри металу після продувки (температура -1620 °C, вміст вуглецю - 0,04 %). З використанням таблиць для визначення величини теплового потенціалу шихтовки плавки отримав, що величина ПQ склала 1602 МДж/т сталі, тобто шихтовка плавки є дуже "холодною". На основі результатів розрахунку теплового балансу плавки (з використанням спеціального програмного забезпечення на ЕОМ), а також накопиченого досвіду (по показникам попередніх плавок) оператор визначив, що оптимальна витрата ТГВП на плавку складає 4,0 т (12 кг/т сталі), що є більше верхньої межі з діапазону оптимальних значень М зв. З урахуванням отриманої інформації, а також за умови необхідності збільшення продуктивності конвертеру (зменшення величини τ π с. та тривалості плавки) і наявності в цеху ТГВП - вугілля г антрацит марки А сорту АКО (V = 5 %), оператор визначив величини: Мс.в. = 12 кг/т сталі (4 = т/плавку), Мз…в. 9 кг/т сталі (3 т/плавку) та М0=3 кг/т сталі (1 т/плавку), запланована τ п.с. = 1,8 хвилини. Після завантаження металобрухту, заливання рідкого чавуну та підйому конвертера у вертикальне положення оператор встановив продувальну фурму на висоті (над рівнем ванни, по показаннях сельсину) Нф = 4,8 м, завантажив на поверхню ванни однією порцією з 3 промбункера 1 т вугілля, ввімкнув подачу кисню з витратою VО2=500 м /хв. і одночасно (з 7 UA 109065 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 подачею кисню) продовжив завантажувати в конвертер вугілля, що залишилось (з витратою 31=2 т/плавку) з терезів тракту сипучих матеріалів. У процесі попереднього спалювання вугілля оператор конвертора витрату кисню та висоту фурми над рівнем ванни регулював (в межах 3 VО2=500-700 м /хв., Нф = 4,3-5,1 м) відповідно до складу конвертерних газів (який визначався за допомогою системи газового аналізу "ГРАНАТ"), аналогічно прикладу 2. Фактична тривалість періоду попереднього спалювання палива склала 1,8 хв. (закінчилося зсипатися вугілля і оператор шляхом підвищення витрати кисню через фурму прискорив початок процесу "запалювання" плавки). Дві додаткові порції вугілля (з витратою по 0,5 т) оператор завантажив у конвертер на 3-ій та на 5-ій хвилинах продування плавки (відлік від моменту стійкого "запалювання" плавки), коли вже прореагувала більша частина палива, що залишилося на ванні до початку продувки і "запалювання" плавки, але ще не настав період інтенсивного зневуглецювання розплаву ванни, у якому ефективність використання палива суттєво зменшується. У порівнянні з плавкою, яка була спеціально проведена в близьких шихтових г умовах з витратою ТГВП (вугілля виду антрацит марки А сорту АКО, V = 5 %), що склала 12 кг/т сталі (4 т/плавку), по технології найближчого аналогу (вугілля завантажували в конвертер однією порцією на рідкий чавун, та одразу починали подачу кисню через продувальну фурму для забезпечення початку продувки і "запалювання" плавки, при значеннях V О2 та Нф.з. згідно з ТІ) були отримані наступні позитивні результати: значно більш стабільні дуттьовий, шлаковий та температурний режими плавки, відсутність інтенсивних викидів шлако-металевої емульсії з конвертера, збільшення ступеня засвоєння вапна шлаком на 2 %, коефіцієнтів ηР та ηS на 3 та на 3,5 % відповідно, зменшення питомої витрати металошихти на 6,5 кг/т сталі. Застосування запропонованого способу використання твердого грудкового вуглецевмісного палива у конвертерній плавці, за рахунок оптимізації витрати та режиму завантаження його в конвертер, а також режиму подачі кисню у процесі попереднього спалювання палива, дозволить підвищити ефективність використання ТГВП як додаткового теплоносія, поліпшити тепловий баланс плавки, процеси шлакоутворення і рафінування металу в конвертері, стабілізувати дуттьовий режим плавки (зменшити вірогідність появи викидів шлако-металевої емульсії та виносів металу з агрегату), зменшити вигар металошихти в шлак і "в дим", окисленість металу та шлаку, поліпшити умови роботи футерівки конвертеру, зменшити питомі витрати: рідкого чавуну, металошихти, додаткових теплоносіїв, феросплавів та розкислювачів, вогнетривів та матеріалів для ремонту футерівки, і, зрештою, знизити собівартість сталі, що виплавляється. Джерела інформації: 1. Освоение технологии выплавки металла для производства рельсов с предварительным нагревом лома. / В.В. Лапицкий, В.В. Смоктий, В.А. Махницкий и др. // Бюллетень НТИ. Черная металлургия. - 1988. - № 10. - С. 35-36. 2. Айзатулов Р.С. Выплавка стали в 350-т конвертерах с применением углеродсодержащих материалов. // Сталь. - 1989. - №2. - С.29-30. 3. Старков П.Α., Наливайко А.П., Школьный С.Η. Эффективность использования антрацита в 250-т конвертерах с верхней продувкой. // Бюллетень НТИ. Черная металлургия. - 1990. - № 2. - С. 57-58. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 50 55 1. Спосіб використання твердого грудкового вуглецевмісного палива у конверторній плавці, який включає завантаження палива з заданою витратою в конвертер на рідкий чавун до початку продувки і "запалювання" плавки та подачу кисню через продувальну фурму, який відрізняється тим, що завантажують частину палива у кількості 1-5 кг/т сталі, але не більше ніж 0,5 від його загальної витрати, потім здійснюють подачу кисню одночасно з завантаженням частини палива, що залишилася, причому загальна витрата палива складає 2-11 кг/т сталі, витрату кисню підтримують у діапазоні 0,25-0,75 від його робочої витрати у процесі продувки плавки, а висоту фурми над рівнем ванни підтримують у діапазоні 0,9-1,2 від висоти фурми над рівнем ванни у процесі "запалювання" плавки. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що в період подачі кисню до початку продувки і "запалювання" плавки витрату кисню та висоту фурми над рівнем ванни регулюють відповідно до складу конвертерних газів, що відходять, забезпечуючи максимальний вміст СО 2 в них, та запобігаючи передчасному "запалюванню" плавки. 3. Спосіб за п. 1 або за 2, який відрізняється тим, що як тверде грудкове вуглецевмісне паливо, що завантажують до подачі кисню через продувальну фурму, використовують вугілля та/або продукти його переробки з вмістом летючих речовин, меншим ніж 10 %. 8 UA 109065 C2 5 10 4. Спосіб за будь-яким з пп. 1-3, який відрізняється тим, що як тверде грудкове вуглецевмісне паливо, що завантажують у період подачі кисню до початку продувки і "запалювання" плавки, використовують вугілля та/або продукти його переробки з вмістом летючих речовин, більшим ніж 10 %. 5. Спосіб за будь-яким з пп. 1-4, який відрізняється тим, що після "запалювання" плавки в конвертер завантажують не менше одної додаткової порції твердого грудкового вуглецевмісного палива, причому сумарну витрату його за плавку встановлюють такою, що дорівнює 3-15 кг/т сталі, а як паливо, що завантажують після "запалювання" плавки, використовують вугілля та/або продукти його переробки з вмістом летючих речовин, меншим ніж 10 %. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 9