Брикетований флюс для виробництва сталі

Винахід відноситься до галузі чорної металургії і, зокрема, може використовуватись у сталеплавильному виробництві як флюс для поліпшення шлакоутворення при переділі низькомарганцевистих чавунів у кисневих конвертерах. Відомо, що застосування комплексних шлакоутворюючих матеріалів і природніх флюсів з підвищеним вмістом оксиду алюмінію (до 10%) доцільно при рафінуванні низькомарганцевистих чавунів шлаковим розплавом, нагрітого до 1600-1650°С (Югов П.И. и др. Рафинирование низкомарганцовистых чугунов в конвертере подготовленным шлаком, Металлург., 1978 , №10, с.37-38). Використання такого шлаку в кількості 160-350кг/т чавуну дозволило збільшити з 35% до 51-62% ступінь десульфурації сталі та забезпечити вміст фосфору в металі на рівні 0,008-0,016a% наприкінці продувки. Цей флюс не одержав широкого поширення через велику вартість і складність при використанні у виробництві. Крім того, для одержання шлакового розплаву використовуються дефіцитні компоненти (наприклад, оксид алюмінію). Відома тверда шлакоутворююча суміш для рафінування сталі (Патент РФ №2003702, кл. С21С7/076, 1993р.), що складається з наступних компонентів, мас.,%: Вапно 72-80; Плавиковий шпат 17-20; Пилоподібні відходи виробництва силуміну АК-17 3-8. До недоліків даної суміші відносяться: підвищений вміст вапна до 80%, що призводить до зайвих втрат тепла при формуванні шлаку; використання в суміші дефіцитного, дорогого та токсичного плавикового шпату. До того ж у процесі плавки відбувається винос компонентів суміші висхідними потоками. Найбільш близьким до пропонованого винаходу по технічній сутності і результату, що досягається, є флюс (а.с. СРСР №1739640, клас 321С7/064, 1990р.) у компактній формі з низькою температурою плавлення, до складу якого входять недефіцитні відходи алюмінієвого виробництва (шлам), вапно і додатково рідке натрієве скло при наступному співвідношенні компонентів у мас. %: Шлам від виробництва алюмінію 40-60; Рідке натрієве скло 5-20; Вапно решта. Десульфуруючу та дефосфоруючу здібність відомого флюсу перевіряли в 300кг лабораторному конвертері. При цьому викликає сумнів, що фізичні властивості флюсу забезпечать зниження пилогазовиділення у виробничих умовах. Недоліком відомого флюсу є і те, що він містить у своєму складі рідке натрієве скло, що може призвести до гідратації вапна і, як наслідок, до зниження рафінуючої здатності і порушення цілісності форми флюсу. Наявність у складі відомого флюсу 21-33% вуглецю, алюмо-фтористо-лужних компонентів (15% F, 8,3% Al, 9% Na і 2,7% К) припускає розробку і застосування різних способів продувки і конструкцій дуттьових засобів і газоочисток, що вимагає додаткових витрат при його використанні. В основу передбачуваного винаходу поставлена задача удосконалення флюсу для виробництва сталі шляхом використання алюмовмісних відходів, що не містять вуглецю та фтористо-лужних компонентів, і заміни рідкої зв'язки, при цьому формування флюсу здійснювали відомими засобами на пресі. Це забезпечує рафінуючу здатність шлаку при підтримуванні його в'язкості на необхідному рівні, зменшення кількості плавок з додувками на "шлак", поліпшення екологічної ситуації на виробництві, зниження собівартості сталі. Поставлене завдання вирішується тим, що в брикетованому флюсі для виробництва сталі, що включає алюмовмісний матеріал, вапно і зв'язку, згідно з винаходом в якості алюмовмісного матеріалу і зв'язки використовують ставролитовий концентрат і суглинок відповідно при наступних співвідношеннях компонентів, мас. %: Ставролитовий концентрат 60-75; Вапно 20-25; Суглинок 5-15. При цьому до складу ставролитового концентрату входять основні компоненти, мас. %: до 50 (АL2O3 + TiO2); 27 SiO2. Суглинок по основним компонентам містить, мас. %: 12,7 Аl2О3; 71 SiO2. Порівняння хімічного складу пропонованого брикетованого флюсу з відомим флюсом (табл.) показує, що при застосуванні суглинку додатково вводяться оксиди алюмінію і кремнію до основного компонента брикету ставролитового концентрату. Це дозволяє одержати трикомпонентний брикетований флюс системи СаО-SiO2Аl2О3+ТіО2, яка по своєму хімічному складу має основність близьку до основності шлаку в першій чверті конвертерної плавки і дуже низьку температуру плавлення, що поліпшує умови асиміляції вапна і підвищує рафінуючу дію брикетованого флюсу вже з самого початку продувки в конвертері. Внесена суглинком додаткова добавка діоксиду кремнію підвищує міцність брикету, приводить до зниження температури початку кристалізації первинного шлакового розплаву. У шлаковій системі діаграми СаО-SiO2-Аl2О3 область легкоплавких сполук має наступний хімічний склад, мас,%: СаО 20-40; SiO2 40-68; Аl2О3 12-21; Основність 0,3-1,0. Хімічний склад брикетованого флюсу по цих компонентах, мас. %: X) СаО - 28; SiO2 - 31; у перерахуванні на 100% Аl2О3 - 41. XX) Основність 1,2 X) СаО - вміст СаО без обліку втрат при прожарюванні (в.п.п.) XX) (СаО+0.53 СаСО3)/SiO2 основність з обліком в.п.п.1,15-1,2. Як видно з приведеного вище, хімічний склад пропонованого брикетованого флюсу має значний «запас» плавнів по концентраціях Аl2О3 і SiO2, а це в динаміці процесу шлакоутворення в конвертері (збільшення СаО в шлаці) означає, що його вплив на формування кінцевого шлаку може відбуватися практично від початку і до кінця продування плавки. Рафінуюча здатність конвертерних шлаків, (В.И.Явойский «Теория процессов производства стали», Металлургия, 1967г. с.172, рис.64) істотно зростає при вмісті в шлаці 5-7% Аl2О3. Звідси можливо розрахувати витрату брикетованого флюсу на плавку будь-якої садки конвертера. Знаючи, що вміст Аl2O3 коливається в межах 31,1-37,6% і в середньому досягає 34,6%, витрати брикетованого флюсу складуть 10-12кг/т сталі при досягненні в кінцевому шлаці 5-7% Аl2O3. До складу брикетованого флюсу входять 12,9-14,2% в.п.п., які при випалі СаСО3 ® (CaO+СO2) додатково збільшують масову частку СаО в брикеті, а СO2, що виділяється, створює додатковий барботаж, це сприяє прискоренню асиміляції вапна в початковій стадії продувки, коли ще не почалося інтенсивне зневуглецювання ванни. Внесений ставролитовим концентратом діоксид кремнію сприяє зниженню в'язкості і температури початку кристалізації шлакового розплаву, що формується, а високий вміст Аl2O3 викликає підвищення активності оксиду кальцію в рідкорухомому розплаві, збільшуючи ступінь десульфурації і дефосфоризації металу. При вмісті в брикеті менш 60% ставролитового концентрату не досягається оптимальний рівень окислення шлаку, знижується його десульфуруюча здатність. При вмісті в брикеті більш 75% ставролитового концентрату підвищується вміст діоксиду кремнію в шлаці, що погіршує його рафінуючі властивості. Міцність брикету 30-50кг.с/см2 в пропонованому способі досягається тим, що суглинок, який вводиться в кількості не менш 5%, є сполучним між частками вапна і ставролитового концентрату. При збільшенні кількості суглинку до 15%, механічна міцність брикету зростає до - 60-70кг.с/см2. Подальше підвищення вмісту суглинку більш 15% є недоцільним через відсутність необхідності в підвищенні механічної міцності брикету, а вміст менш 5% різко знижує міцність брикету, що призводить до виносу компонентів суміші висхідними потоками в процесі плавки. При вмісті вапна в брикеті менш 20% знижується основність розплаву, що погіршує його фізико-хімічні властивості і знижує ступінь асиміляції неметалічних включень і десульфурації рідкої сталі. При вмісті вапна в брикеті більш 25% збільшуються втрати тепла при формуванні шлаку. Це призводить до нестабільності процесу обробки металу розплавом брикету. Приклад. У 250 тонний конвертер завантажили 60т брухту і залили 190т чавуну, що містить 0,8% кремнію і 0,036% сірки. Продувку киснем здійснювали з витратою 800м3/хв. На плавку витрачали 0,6-2,0т брикетів. Розрахункова основність шлаку складала 3,05, фактична 3,09, вміст сірки в металі 0,02%. Оцінку доцільності застосування брикету здійснювали по ступеню десульфурації металу за період доведення (відношення кількості сірки, вилученої в період доведення, до вмісту сірки в металі по розплавлюванні) і ступеню засвоєння вапна (табл.). Економічна ефективність використання пропонованого брикету досягається за рахунок підвищення продуктивності конвертера шляхом зниження кількості додувок і підвищення десульфуруючої здатності шлаку. З представлених у таблиці результатів випробування випливає, що максимальні значення ступеня десульфурації сталі досягаються при використанні брикетів із зазначеним співвідношенням компонентів. При відхиленні хоча б одного з компонентів від зазначених у таблиці оптимальних значень різко знижується сіркопоглинальна здатність шлаку. Таблиця даних опробования різних варіантів складу брикетованого флюсу № п. п. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. В’язкіс Температ ть, Ступінь Міцніс ура Па.с засвоюва ть, Штам від Рідке ння при 2 плавленн Ставролит виробниц натріє Вап Сугли Fe2 Na2O+K Al2 Si CaO+M CaO+MgO/ в.п. кг/см я, °С t=1300 вапна, % овий C O3 O2 gO но нок O3 SiO2 п. тва ве 2O °С концентрат алюмінію скло Прототип 120036, 50 12,5 37,5 16,1 8,0 5,1 34,5 6,8 - 25,30 0,8 82 1250 3 Пропонований флюс 31, 27, 13, 25 60 15 2,8