Спосіб виплавки сталі в подових сталеплавильних агрегатах

Винахід відноситься до чорної металургії, а саме до способів виробництва сталі в подових сталеплавильних агрегатах. Відомий спосіб виплавки сталі в мартенівський печі, що містить присадку в ванну відходів виробництва вторинного алюмінію разом з вапняком та залізною рудою при наступному співвідношенні мас матеріалів (0,001...0,015):1:(4... 5). Відходи виробництва вторинного алюмінію мають в своєму складі (5...30)% алюмінію, (50...70)% глинозему, (2...8)% окислів натрію та калію (Авторское свидетельство СССР №1601132, кл. С21С5/04, 1990). Використання цього способу призводить до інтенсивного спінювання шлаку та прискоренню процесу дефосфорації сталі. Але цей спосіб має ряд суттєви х недоліків. Насамперед, використання вапна у вигляді вапняку призводить до підвищених витрат та зниженню продуктивності агрегату. Невизначеність між вмістом окислів лужних металів та вапна у присадженій суміші не дає змогу стабільно отримувати шлак з необхідними параметрами для швидкого розчинення вапна, що в свою чергу призводить до збільшення часу виплавки сталі та підвищеним енергетичним витратам на її виробництво. Найбільш близьким по технічній суті є спосіб виплавки сталі в подових сталеплавильних агрегатах, що містить присадку вапна і введення відходів виробництва вторинного алюмінію, що містять в своєму складі глинозем, причому присадка вапна здійснюється в період доведення металу через (5... 10) хвилин після введення відходів виробництва вторинного алюмінію у суміші з шлаком електрошлакової переплавкі (Авторское свидетельство СССР №1370148, кл. С21С5/04, 1988), взято за прототип. Цей спосіб дозволяє знизити в'язкість та температуру розплавлення пічного шлаку, прискорити розчинення вапна, але при цьому знижується продуктивність агрегату та підви щуються витрати за рахунок того, що введення вапна і матеріалів, що прискорюють розчинення вапна, здійснюється не одночасно. Крім того, спосіб не регламентує кількість присадженого металевого алюмінію та відношення між ним та іншими інгредієнтами, що приводить до підвищених витрат на нагрівання металу і не дозволяє з одного боку синхронізувати процеси підігріву металу та окислення вуглецю, а з другого - знизити окислення рідкого металу до необхідного рівня перед введенням феросплавів, що приводить до їх підвищеного вигару. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу виплавки сталі в подовому сталеплавильному агрегаті шляхом зміни режиму введення вапна і відходів виробництва вторинного алюмінію та додатковим введенням у суміші з ними металевого алюмінію, а також встановленням означеного оптимального співвідношення як між всіма присадженими компонентами, так і окремими їх складовими частинами між собою. Рішення цієї задачі дає змогу при виплавці сталі в подовому сталеплавильному агрегаті значно збільшити продуктивність агрегатів, суттєво підвищити рафінувальної здатність шлаку та ступінь засвоєння основних елементів при розкисленні, зменшити витрати розкислювачів і сумарної енергії при виробництві сталі. Суть винаходу полягає в тому, що в способі виплавки сталі в подових сталеплавильних агрегатах, який містить присадку вапна і введення відходів виробництва вторинного алюмінію, введення вапна і відходів виробництва вторинного алюмінію, що містять в своєму складі глинозем, окисли лужних металів та інші інгредієнти, здійснюється одночасно у суміші з металевим алюмінієм при наступному співвідношенні 1: (1,5...3,0):(1,0... 1,5), причому відношення між вмістом окислів лужних металів і вапна у суміші становить величину (0,1...0,5):1, а сумарні витрати суміші складають (0,15...0,45)% від ваги металу в агрегаті. Введення суміші вапна, відходів виробництва вторинного алюмінію і металевого алюмінію може здійснюватися у вигляді брикетів масою (0,005.,.0,500)кг . Загальними з прототипом суттєвими ознаками є: - присадка вапна; - введення відходів виробництва вторинного алюмінію. Відмітними від прототипу суттєвими ознаками є: - введення вапна і відходів виробництва вторинного алюмінію, які містять в своєму складі глинозем, окисли лужних металів та інші інгредієнти, здійснюється одночасно; - введення вапна і відходів виробництва вторинного алюмінію здійснюється у суміші з металевим алюмінієм при наступному співвідношенні 1: (1,5...3,0): (1,0...1,5); - відношення між вмістом окислів лужних металів і вапна у суміші становить величину (0,1...0,5):!; - сумарні витрати суміші складають (0,15...0,45)% від ваги металу в агрегаті. Додатковими суттєвими ознаками є: введення суміші вапна, відходів виробництва вторинного алюмінію і металевого алюмінію у вигляді брикетів масою (0,005...0,500)кг. Наведені вище ознаки є необхідними й достатніми для всіх випадків, на які розповсюджується область застосування винаходу. Між суттєвими ознаками і технічним результатом - значним збільшенням продуктивності агрегатів, суттєвим підвищенням рафінувальної здатності шлаку та ступеня засвоєння основних елементів при розкисленні, зменшенням витрат розкислювачів і сумарної енергії при виробництві сталі - існує причинно-наслідковий зв'язок, який пояснюється наступним чином. При одночасному введенні в рідку ванну подового сталеплавильного агрегату суміші вапна, відходів виробництва вторинного алюмінію, які містять в своєму складі глинозем, окисли лужних металів та інші інгредієнти, і металевого алюмінію при наступному співвідношенні 1: (1,5...3,0) : (1,0...1,5), спочатку відбувається інтенсивне короткочасне спінювання шлаку за рахунок надходження в шлак присутніх в суміші окислів лужних металів, які приводять до зниження поверхневого натягу на міжфазній границі шлак бульбашки оксиду вуглецю. Під час спінювання шлаку відбувається прискорена асиміляція вапна і воно швидко розчиняється в шлаку, підвищуючи його ра фінувальну здатність. Глинозем, який міститься в складі відходів виробництва вторинного алюмінію, дозволяє стабілізувати в'язкість шлаку на необхідному рівні для підтримання такої його консистенції, щоб вспливаючі шкідливі елементи та неметалеві включення швидко асимілювались шлаком і залишалися в ньому. Наявність в складі суміші металевого алюмінію в означеній кількості дозволяє прискорити процес нагрівання металу, синхронізувати процеси підігріву металу та окислення вуглецю, забезпечуючи виплавку заданої сталі в найкоротший термін з високими показниками продуктивності агрегату і низькими витратами енергії. Металевий алюміній також дозволяє знизити окислення рідкого металу до необхідного рівня перед введенням феросплавів, що приводить до зменшення їхнього вигару, суттєвого підвищення ступеня засвоєння основних елементів при розкисленні та зниженню витрат розкислювачів. При співвідношенні в складі суміші між вапном та відходами виробництва вторинного алюмінію більш, ніж 1:1,5 шлак буде занадто швидкоплинним і вспливаючі шкідливі елементи та неметалеві включення не встигатимуть асимілюватись шлаком. При співвідношенні в складі суміші між вапном та відходами виробництва вторинного алюмінію менш, ніж 1:3,0 не забезпечуватиметься необхідний рівень в'язкості шлаку та необхідна його консистенція, щоб вспливаючі шкідливі елементи та неметалеві включення швидко асимілювались та залишалися в шлаку. При співвідношенні в складі суміші між вапном та металевим алюмінієм більш, ніж 1: 1,0 не будуть ви тримані в часі процеси рафінування металу, його нагрівання та попереднього розкислення, що затримає термін виплавки сталі. При співвідношенні в складі суміші між вапном та металевим алюмінієм менш, ніж 1: 1,5 велика частка теплової енергії від окислення алюмінію буде витрачатись на компенсацію тепла, яке потрібно для асиміляція вапна, це підвищить сумарне витрачання енергії при виробництві сталі. В складі відходів виробництва вторинного алюмінію може міститися різна кількість окислів лужних металів, але відношення між вмістом окислів лужних металів і вапна у суміші повинно складати величину (0,1...0,5):1. При відношенні вмісту окислів лужних металів до вапна менш, ніж 0,1:1 відбувається збільшення поверхневого натягу на міжфазній границі шлак бульбашки оксиду вуглецю, при цьому інтенсивність спінювання шлаку буде низькою й процес асиміляції вапна буде довготривалим. При відношенні вмісту окислів лужних металів до вапна більш, ніж 0,5 :1 зниження поверхневого натягу відбувається дуже швидко, внаслідок чого спінювання шлаку буде занадто різким й може привести до його викидів через завалювальні вікна на робочу площадку, при цьому не відбувається прискорення асиміляції вапна. Для отримання найкращих те хнологічних показників сумарні витрати суміші повинні становити 0,15...0,45% від ваги металу в агрегаті. Якщо витрати будуть меншими, ніж 0,15% не буде забезпечуватися необхідна рафінувальна здатність шлаку, а якщо витрати будуть більш, ніж 0,45% не буде забезпечуватися синхронізація процесів підігріву металу та окислення вуглецю, що приведе до зниження продуктивності агрегату та підвищеним витратам енергії. Введення суміші вапна, відходів виробництва вторинного алюмінію і металевого алюмінію може здійснюватися у вигляді брикетів масою (0,005...0,500)кг . Така маса брикетів забезпечує найнижчі витрати суміші вапна, відходів виробництва вторинного алюмінію та металевого алюмінію на обробку металу. Таким чином, щоб значно збільшити продуктивність агрегатів, суттєво підвищити ра фінувальну здатність шлаку та ступінь засвоєння основних елементів при розкисленні, зменшити витрати розкислювачів і сумарної енергії при виробництві сталі, необхідно використовувати запропонований спосіб виплавки сталі в подовому сталеплавильному агрегаті зі всіма вказаними параметрами та співвідношеннями як між всіма присадженими компонентами, так і окремими їх складовими частинами між собою. На одному з металургійних комбінатів проведені випробування запропонованого способу. В 900- тонній мартенівській печі виплавляють сталь марки 3кп. В період доведення металу в рідку ванну вводять брикети суміші вапна, відходів виробництва вторинного алюмінію та металевого алюмінію, співвідношення між якими становить 1:1,8:1,2. Витрати суміші складають 2,7т (0,30% від ваги металу в агрегаті), вага брикетів (10. . .20)г. Вміст окислів лужних металів в відходах виробництва вторинного алюмінію складає 10 %, відношення між вмістом окислів лужних металів і вапна у суміші становить величину 0,25:1. Було проведено 10 плавок з використанням запропонованого способу. Присадка суміші здійснювалась за 20 хвилин до випуску при температурі рідкого металу 1560°С (температура випуску 1600°С) і вмісту вуглецю в сталі 0,20% (на випуску потрібно 0,17%). Після присадки суміші відбувалось підвищення температури, синхронізація процесів підігріву металу та окислення вуглецю й таким чином метал випускався в зазначений термін. При цьому окислення ванни знижувалась з 200ppm до 50ppm, шлак швидко набував необхідної консистенції та рафінувальної здатності й вспливаючі шкідливі елементи та неметалеві включення швидко асимілювались та залишалися в шлаку. Тривалість рідких періодів на проведених плавках становила 5.1 години, продуктивність агрегату - 90т/год., витрати умовного палива (енергетичні витрати) в рідкі періоди склали 105 кг/т, ступінь засвоєння основних елементів (марганцю та кремнію) при розкисленні становив 92%, вибраковка металу - 0,23%. На цьому ж комбінаті В 900- тонній мартенівській печі проведено 10 плавок сталі марки 3кп по способу прототипу. Присадка відходів виробництва вторинного алюмінію (1215кг - еквівалентна кількість способу, яки заявляється) у суміші з шлаком електрошлакового переплавку вапна здійснювалась за 20 хвилин до запланованого випуску при температурі рідкого металу 1560°С (температура випуску 1600°С) і вмісту вуглецю в сталі 0,20% (на випуску потрібно 0,17%). Через 8 хвилин здійснювалась присадка вапна (675кг - еквівалентна кількість способу, який заявляється). Після присадки суміші не відбувалось підвищення температури й синхронізації процесів підігріву металу та окислення вуглецю й таким чином, щоб випустити метал з зазначеними параметрами знадобилось додаткових 30 хвилин. При цьому окислення ванни залишалась на рівні 200ppm, шлак набував необхідної консистенції та рафінувальної здатності не одразу й не всі вспливаючі шкідливі елементи та неметалеві включення асимілювались та залишалися в шлаку. Тривалість рідких періодів на проведених порівнювальних плавках становила 5,4 години, продуктивність агрегату - 86т/год., витрати умовного палива в рідкі періоди склали 114кг/т, ступінь засвоєння основних елементів (марганцю та кремнію) при розкисленні становив 61%, вибраковка металу - 2,53%.