Спосіб виплавки сталі в мартенівській печі

Винахід відноситься до чорної металургії, зокрема, до способів виплавки сталі в мартенівській печі з використанням твердих теплоносіїв у періоди плавлення й доведення. Відомий спосіб виплавки стали в мартенівській печі, по якому у ванну в період 0,4-0,7 тривалості продувки вводять шлаки виробництва вторинного алюмінію. [Авт. свид. СРСР №1439128, 1988р.]. Недоліком відомого способу є введення у ванну непідготовленого матеріалу з непередбаченими властивостями. Найбільш близьким до заявляемого по технічній сутності й досягаемому ефекту є спосіб виплавки етапі в мартенівській печі, по якому у ванну вводять брикети твердого теплоносія із щільністю 0,5-1,2 від щільності пічних шлаків [Деклараційний патент UA52312, С21С/00, 2002р.]. Недолік відомого способу - низька ефективність, що є наслідком того, що низька щільність теплоносія приводить до його повного окислювання в пічному шлаку, блокуванню надходження кисню у ванну, призупиненню барботажа ванни й, як наслідок, припиненню її нагрівання конвективними потоками металу від поверхні до об'єму. В основу винаходу покладене завдання форсованого нагрівання ванни твердим теплоносієм шляхом занурення твердого теплоносія в об'єм металу без зниження окисленості шлаків і збереження інтенсивної конвекції, що забезпечує теплопередачу від факела до ванни. Сутність винаходу полягає в тім, що по способу виплавки сталі в мартенівській печі, що включає введення у ванну агрегату в періоди плавлення й доведення твердого теплоносія у вигляді брикетів з відсівань екзотермічних феросплавів, щільність брикету встановлюють рівною 1,3-1,8 щільності пічних шлаків в період вводу брикетів, а відкриту пористість брикету підтримують на рівні 30-40%, причому співвідношення масових часток марганцю в брикеті та в металі в момент присадки брикетів становите 60-180, а масова витрата брикетів становить 0,4-0,8 від маси вуглецю в металі в момент присадки. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю відмітних ознак і досягаємим ефектом полягає в наступному. Екзотермічний брикет з високою щільністю проникає через шлак на поверхню металу, причому, внаслідок високої пористості, швидко розчиняється в металі. Збереження високої окисленості забезпечує підтримку пічних шлаків у рідкоплинному стані з високою теплопровідністю й проникністю для кисню. Це приводить до швидкого окислювання екзотермічних елементів в об'ємі металу без припинення перемішування вмісту ванни бульбашками окису вуглецю й забезпечує форсоване нагрівання металу. Установлення щільності брикету залежно від щільності пічних шлаків (або введення брикету у ванну в момент, коли співвідношення щільності пічних шлаків і брикету досягає оптимального значення) забезпечує реалізацію схеми процесу, по якій окисленість шлаків за час обробки ванни екзотермічними брикетами практично не змінюється. При співвідношенні щільності брикету й щільності шлаків менш 1,3 швидкість занурення брикету в шлаки знижується до значень, при яких значна частина брикету розчиняється в шлаку до того, як досягне границі розділу шлак-метал, що приводить до розкислення шлаків й уповільненню нагрівання ванни. При щільності брикету більше 1,8 від щільності шлаків в момент присадки швидкість проходження матеріалу через шлаки перевищує значення, необхідні для прогріву брикету до температури, що потрібна для запобігання утворення на поверхні брикету метало-шлакового конгломерату, що перешкоджає: розчиненню матеріалу, що вводять, у рідкій ванні. Швидкість нагрівання металу при цьому також знижується. При вихідній пористості матеріалу меншої чим 30% сповільнюється розчинення брикету в металі внаслідок низького ступеня розвиненості поверхні контакту «введений матеріал - рідкий метал». При пористості брикету більше 40% розчинення брикету в значній мірі протікає в об'ємі шлака. В обох випадках швидкість нагрівання метала знижується. Контрольоване співвідношення масової частки марганцю в брикеті й масової частки марганцю в металі в момент присадки забезпечує запобігання глибокого розкислення ванни по ходу процесу, тобто служить для запобігання зниження швидкості об'ємного нагрівання металу конвективними потоками, ініційованими бульбашками окису вуглецю. При співвідношенні масових часток марганцю в брикеті й у ванні менш 60 не досягається помітного прискорення нагрівання металу через низьку екзотермічність брикету. При значенні даного співвідношення більше 180 припиняється кипіння ванни, а швидкість нагрівання знижується через відсутність конвективної складової процесу теплопередачі від факела до ванни. Контрольоване співвідношення маси вуглецю у ванні й маси брикетів, що вводять, забезпечує підтримку необхідного балансу тепла в процесі, тобто перешкоджає перегріву металу в локальні відрізки часу, забезпечуючи відповідність швидкості видалення вуглецю швидкості нагрівання металу. Завдяки такому контролю не припускається як недогрів, так і перегрів плавки, а температура металу постійно підтримується на 60-100°С вище лінії ліквідує у цей момент часу. При співвідношенні маси вуглецю в металі й маси матеріалу, що вводять, менш 0,4 не забезпечується істотне прискорення нагрівання металу через недостатню кількість введеного матеріалу. При значенні співвідношення більше 0,8 присадка не ефективна внаслідок того, що в цих умовах відбувається припинення кипіння ванни й знижується швидкість нагрівання металу. Приклад Сталь марки ЗКП виплавляли в 650т мартенівській печі, що працює скрап-рудним процесом із продувкою ванни газоподібним киснем. По ходу плавлення й доведення у ванну вводили брикети різної щільності й хімічного складу при різних значеннях щільності пічних шлаків і змісту вуглецю у ванні. Результати досвідчених плавок наведені в таблиці. Аналіз отриманих експериментальних даних показав, що ефект істотного прискорення нагрівання металу досягається при використанні заявляемої технології і повній відповідності параметрів процесу знайденим експериментально оптимальним значенням співвідношення щільності брикетів і шлаків, пористості брикету, співвідношення масових часток марганцю в металі й брикеті, співвідношення мас вуглецю у ванні й брикетів, що вводять. При виході хоча б одного з параметрів за зазначені межі ефект прискорення нагрівання істотно знижується й не виходить за рамки звичайного розкиду значень швидкості нагрівання від плавки до плавки.