Шлакоутворюючий брикет для виплавки сталі

Винахід відноситься до чорної металургії, зокрема до брикетованих шлакоутворюючих сумішів, використовуваним при виплавці сталі в мартенівських і електропечах, двованних сталеплавільних агрегатах і конвертерах. Відомий засіб виплавки сталі в мартенівській печі, що включає присадку у ванну відсіва шлаку виробництва вторинного алюмінію (алюмофлюса) (Деклараційний патент на винахід LJA №52312 КЛ Q21C3/00, 16.12.2002. Бюл. №12). Недоліком даного засобу є використання алюмофлюса без добавок, що стимулюють швидке розчинення матеріалу в пічному шлаку, що в сполученні з високою інтенсивністю пилоутворювання обмежує можливості його використання у всьому діапазоні тривалості рідких періодів сталеплавильного процесу. При цьому можливий час введення алюмофлюса й інтенсивність введення матеріалу повинні бути строго визначеними, що не відповідає реальним потребам сталеплавильного процесу через необхідність контролю швидкості шлакоутворення на всій тривалості періодів плавлення і доведення. Більш універсальним і технологічно застосовним через виключення пилоутворювання є брикет для зниження в'язкості металургійного шлаку (патент W001/16605 АІ World Intellectual Property Organization, C22B7/04 10.08.2000). Даний винахід є найбільш близьким до заявляємого по технічній сутності й ефекту , що досягається, завдяки використанню як зв'язуючого (1...3)% дисперсії полівінілацетату у водному розчині, причому щільність брикету складає (1500...5000)кг/м3. Завдяки використанню брикетів високої щільності, що занурюються під рівень шлаку, підвищується степінь використання основного матеріалу брикету. Однак, розчинення даного брикету в пічному (конвертерному) шлаку іде дифузійним шляхом, що приводить до низької швидкості засвоєння матеріалів, що вводяться, пічним шлаком. Це зв'язано з тим, що міцність зв'язуючого при температурі навколишнього середовища і при температурі рідкого шлаку залишається на тому самому рівні. Задачею даного винаходу є зниження собівартості сталі шляхом збільшення продуктивності сталеплавильного агрегату й оптимізації технологічних показників процесу на основі підвищення швидкості шлакоутворення шляхом використання брикету, що руйнується під дією високої температури й активних компонентів шлаку. Досягнення даної задачі обумовлене тим, що брикет, що заявляється, крім шлаку виробництва вторинного алюмінію додатково містить вуглецевмісний матеріал з концентрацією вуглецю (60...90)%, а як зв'язуючий брикет містить смолу кам'яновугільну препаровану з умовною в'язкістю (25...50)сек. , при наступному співвідношенні компонентів, масови частки, %: шлак виробництва 70...85; вторинного алюмінію вуглецевмісний матеріал 5...15; смола кам'яновугільна 5...15. препарована Наявність перерахованих вище ознак дозволяє класифікувати винахід, що заявляється, як відповідний критерієві «новизна», оскільки в жодному з відомих винаходів дана сукупність ознак не використовується. Проведений аналіз показав, що брикет, що заявляється, відповідає винахідницькому рівневі, оскільки навіть для фахівця дане технічне рішення явно не випливає з досягнутого на сьогоднішній день рівня техніки, винахід є результатом великомасштабного промислового і лабораторного дослідження, що дозволило виявити оптимальний склад брикету й оптимальні фізичні і хімічні характеристики його складових. Промислова застосовність брикету, що заявляється, підтверджується результатами його використання на найбільшому підприємстві чорної металургії України - Маріупольському металургійному комбінаті ім.Ілліча. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю відмітних ознак і ефектом, що досягається, полягає в наступному. Наявність у складі брикету вуглецевмісного матеріалу з високим рівнем концентрації вуглецю приводить до того, що при введенні брикету в сталеплавильний шлак з підвищеною кисневостю вуглець активно взаємодіє з киснями заліза шлаку, викликаючи турбулентність у зоні взаємодії брикету і шлаку. Інтенсивній взаємодії матеріалу брикету зі сталеплавильним шлаком значною мірою сприяє застосовуване зв'язуюче, котре швидко плавиться в шлаку, забезпечуючи розпад брикету на окремі дрібні фрагменти. Завдяки тому, що зв'язуюче є теж вуглецевмісний матеріал, окремі фрагменти брикету не мають адгезію один до одного через низьку кисневость шлакової фази на поверхні фронту розчинення фрагментів брикету. При концентрації вуглецю в вуглецевмісному матеріалі менш 60% не забезпечується досить активна турбулізація шлаку на межі розділу матеріалу брикету і пічного шлаку. Це не дозволяє домогтися істотного підвищення швидкості розчинення брикету, знижує швидкість шлакоутворення і погіршує технологічні показники процесу. При концентрації вуглецю в вуглецевмісному матеріалі більш 90% спостерігається процес флотації введеного матеріалу, тобто винос матеріалу брикету пухирцями окису вуглецю з обсягу шлаку на його поверхність. Це явище перешкоджає швидкому наведенню гомогенного шлаку, тобто є небажаним з погляду підвищення продуктивності сталеплавильного агрегату. При використанні як зв'язуючого смоли кам'яновугільної препарованої з в'язкістю менш 25сек в інтервалі температур 60...80°С не забезпечується достатня механічна міцність брикету, що знижує його транспортабільність та приводить до руйнування брикету до вводу в металургійний агрегат. При в'язкості смоли більш 50 сек не забезпечується достатньо інтенсивне проникнення зв'язуючого в шпори основного матеріалу, при цьому брикет теж. не володіє достатньою міцністю, що приводить до погіршення технологічних параметрів сталеплавильного процесу. При концентрації в брикеті менш 70% шлаку виробництва вторинного алюмінію технологічні параметри плавки, у тому числі і продуктивність агрегату, знижуються через недостатню кількість глинозему в одиниці об'єму матеріалу, що вводиться. При концентрації в брикеті більш 85% шлаку виробництва вторинного алюмінію у ванну вводиться надлишкова кількість алюмінію. Це блокує надходження кисню в металеву ванну і знижує інтенсивність барботажу, у результаті чого зменшується швидкість нагрівання і десульфураці металу , що в остаточному підсумку приводить до погіршення технологічних показників процесу (підвищенню витрати палива, вапна, інших флюсів, підвищенню кисневісті кінцевого шлаку, до росту витрати феросплавів, зниженню продуктивності агрегату). При концентрації в брикеті менш 5% вуглецевмісного матеріалу не досягається повномасштабної турбулізації пічного шлаку матеріалом брикету. Це є наслідком того, що, незважаючи на високу турбулентність у зоні взаємодії вуглецю, уведеного з матеріалом брикету, в обсязі шлаку недостатньо зон турбулізації, тобто позитивний ефект застосування брикету, що заявляється, не виявляється повною мірою. При концентрації в брикеті більш 15% вуглецевмістного матеріалу спостерігається інтенсивне вспінювання шлаку, тобто знижується швидкість нагріву металу з відповідним зниженням усіх техніко-економічних показників процесу. При концентрації в брикеті менш 5% смоли кам'яновугільної препарованої знижується механічна міцність брикету, що приводить до втрати його об'ємно - просторової конфігурації до введення в агрегат. Це погіршує технологічні параметри плавки через винос матеріалу з печі і необхідність додаткового введення брикетів, що погіршує економічні показники процесу. При концентрації в брикеті більш 15% смоли кам'яновугільної препарованої відбувається іі коксування на межах окремих зерен алюмофлюсу. Це приводить до одержання тугоплавкого конгломерату в обсязі шлаку, негативно позначається на швидкості шлакоутворення і, в остаточному підсумку, на техніко-економічних показниках процесу. Таким чином, у результаті проведених досліджень визначен якісний і кількісний склад брикету, що забезпечує максимальне прискорення шлакоутворювання і досягнення на цій основі поліпшення технологічних і економічних показників сталеплавильного процесу. Приклад. Сталь марки ст.3СП виплавляли в 600т мартенівській печі, що працює скрап-рудним процесом із продувкою ванни киснем з інтенсивністю 3600м3/год. На всіх досвідчених плавках питома витрата чавуна складає 650кг/т сталі, витрата вапняку 80кг/т стали, концентрація вуглецю перед випуском складала 0,18%, температура металу 1620°С. Брикети що заявляються і суміжних складів вводили у ванну в період доведення. Застосування брикетів впливає одночасно на цілий ряд показників плавки, у тому числі на витрату вапна , флюсів, кисню , розкислювачів, палива, шлакоутворюючі суміші в ківш, а також на тривалість плавки, вихід рідкої сталі, вихід придатного металу, кількість браку з причин металургійного характеру. Одночасна зміна великого числа показників привела до необхідності використання для оцінки ефективності застосування різних брикетів єдиного інтегрального показника, у якості якого була обрана собівартість виплавленої сталі, розрахована за цінами, що під час проведення дослідження не змінювалися. Результати проведених досліджень приведені в таблиці 1. Таблиця 1 Результати промислового застосування шлакоутворюючих брикетів різного складу Параметри брикету Концентрація В'язкість смоли Співвідношення в брикеті, масових %: вуглецю в кам'яновугіль ної шлак смола вуглецевмістному в інтервалі виробництва вуглецевмісний кам'яновугільна матеріалі, температур матеріал вторинного препарована масових % 60...80°С алюмінія 50 25 90 3 7 60 25 85 5 10 70 ЗО 80 10 10 80 40 75 12 13 90 50 70 15 15 95 60 60 38 2 70 25 70 15 15 100 30 80 5 15 70 40 85 10 5 80 50 85 5 10 80 20 70 15 15 80 20 80 5 25 80 60 85 10 5 80 60 70 15 15 80 60 85 5 10 Прототип Собівартість сталі, грн/т 730 686 682 684 688 740 684 740 680 682 750 738 741 740 739 720 При аналізі собівартості виплавленої сталі параметри, що не відносяться безпосередньо до технології виплавки сталі (зарплата, загальноцехові і загальнозаводські витрати), приймалися постійними. Приведені в таблиці дані свідчать про те, що використання брикету з параметрами ознак, що заявляються, забезпечує істотне зниження собівартості сталі за рахунок оптимізації технологічних показників плавки.