Спосіб виплавки сталі у подовому сталеплавильному агрегаті

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способу выплавки стали в сталеплавильных агрегатах. Известен способ выплавки стали в двух-ванной печи, включающий подачу топлива и окислителя отдельным по ширине потоком в рабочее пространство одной из ванн в сторону пламенного окна, а также раздельными по высоте потоками с постепенным увеличением расхода топлива в направлении от крайнего потока со стороны передней стенки. Расход топлива в потоке вблизи передней стенки устанавливают равным 1,25-1,55 расхода топлива, в потоке вблизи задней стенки. Подачу окислителя осуществляют с соотношением расходов между вер хними и нижними потоками (1,3 - 1,5):1 по всей ширине печи [1]. Недостатком известного способа является низкая эффективность прогрева расплава из-за низкого коэффициента теплоотдачи из газовой фазы металлу при такой схеме перемещений факела. Известен способ выплавки стали в подовой печи, включающей заливку чугуна, подогрев ши хты в ванне, рассредоточенными вдоль рабочего пространства подаваемыми со свода печи топливно-кислородными факелами. Расход топлива в факелах постепенно уменьшается по направлению движения дымовых газов при соотношении его в каждой трети рабочего пространства 1:(0,7-0,8):(0,5:0,8). Продувку расплава ведут до содержания углерода 0,25 - 0,45% [2]. Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является способ выплавки высокоуглеродистой стали в двухванной печи, включающий продувку металла заглубленными струями кислорода, подогрев шлака топливно-кислородными горелками и предварительное раскисление металла. При содержании углерода в ходе продувки на 0,2 - 0,4% выше среднезаданного в готовой стали 20-30% от расходуемого на продувку кислорода подают над поверхностью шлака [3]. Однако диапазон технологических возможностей указанных способов недостаточно широк, а выход годных плавок качественных марок стали недостаточно высок. Задачей изобретения является усовершенствование способа выплавки стали в подовом сталеплавильном агрегате путем нагрева шлака в определенном временном и концентрационном пределах, обеспечивающего расширение технологических возможностей и, как результат, улучшение качества готового металла и повышение выхода годного. Поставленная задача достигается тем, что в способе выплавки стали в подовом сталеплавильном агрегате, включающем заливку чугуна на нагретую ши хту, расплавление шихты, продувку кислородом расплава до содержания углерода в металле 0,45%, нагрев окисленного шлака газо-кислородным факелом, согласно изобретению нагрев шлака газо-кислородным факелом осуществляют при достижении содержания углерода в металле 0,25 - 0,45% одновременно с продувкой расплава кислородом в течение последних 1530% длительности ее периода до заданного содержания углерода в металле при этом расход газа поддерживают в пределах 7-15 нм 3/ч на 1т металла при коэффициенте избытка кислорода 0,9 - 1,1. Нагрев шлака газо-кислородным факелом при достижении содержания углерода 0,25 - 0,45% определяется кинематическими условиями окисления углерода в расплаве, при содержании углерода выше указанных значений скоростью реакции обезуглероживания металла в высокопроизводительных агрегатах лимитируется подводом кислорода к фронту реагирования, причем чем выше скорость реакции обеуглероживания, тем эффективнее перемешивается шлак с металлом и ниже в нем активность кислорода. При содержании углерода ниже указанных значений процессы окисления углерода лимитируются кинематическими условиями доставки кислорода через шлаковую фазу. Концентрация кислорода в шлаковой фазе и в металле при этих условия х в значительной степени зависит от температуры шлаковой фазы. Увеличение температуры шлаковой фазы способствует снижению содержания кислорода, растворенного в шлаковой и металлической фазах. Увеличение содержания углерода в расплаве сверх 0 ,45%, после чего начинается подогрев шлаковой фазы, экономически нецелесообразно, так как это приводит к перерасходу топлива. Снижение содержания углерода в расплаве ниже 0,25%, после чего начинается нагрев шлака, приводит к недостаточному снижению содержания кислорода в шлаковой и металлической фазах и к ухудшению качества металла. Длительность нагрева шлака в конце продувки определяет содержание газов, растворенных в металле. Продолжительность нагрева шлака более 30% периода продувки экономически нецелесообразна, так как ухудшаются технико-экономические показатели процесса выплавки стали. Продолжительность нагрева шлака менее 15% периода продувки недостаточна для обеспечения необходимого эффекта газоудаления из качественного металла. Расход газа на 1 т металла в период нагрева шлака определяет скорость повышения температуры шлаковой фазы и соответственно скорость протекания тепломассорбменных процессов в шлаковой фазе. Увеличение расхода газа выше 15 нм 3/ч на 1 т металла экономически нецелесообразно, так как при высоких скоростях теплообменных процессов процессы выплавки стали в конце плавки будут лимитироваться массообменными процессами. Снижение расхода газа ниже 7 нм 3/ч на 1т стали приведет к тому, что процессы выплавки стали будут лимитироваться теплообменными процессами. Коэффициент избытка кислорода во время нагрева шлака определяет условия передачи кислорода от газовой фазы к металлической. Снижение коэффициента избытка кислорода на окисление топлива ниже 0,9 экологически нецелесообразно, так как приводит к увеличению содержания окиси углерода в отходящи х газах. Увеличение коэффициента избытка кислорода выше 1,1 приводит к увеличению содержания кислорода в шлаковой и металлической фазах. Способ выплавки стали осуществляется следующим образом. В одну из ванн подового сталеплавильного агрегата загружают металлошихту и начинают ее прогрев газо-кислородными фурмами до 1100-1250°С, после чего фурмы отключают и в ванну заливают чугун и начинают продувку расплава через кислородные фурмы с интенсивностью 0,17 - 0,50 нм 3/мин на 1 т стали, при этом содержание углерода и кислорода и температуры непрерывно измеряют датчиками. При содержании углерода 0,25-0,45% начинают нагрев шлака газокислородными горелками, устанавливают расход топлива 7-15 нм 3/ч на 1 т стали и коэффициент избытка кислорода 0,9-1,1, при достижении заданного содержания углерода в расплаве процесс выплавки стали прекращают. Пример. В плавильную ванну сталеплавильного агрегата садкой 300 т после выпуска предыдущей плавки, заправки печи заваливают 100 т металлолома, содержащего мас. %: углерод 0,16. марганец 0,52, кремний 0,17, сера 0,038, фосфор 0,18, 20 т извести. Во время заправки расход природного газа на сводовые горелки составляет 2000 м 3/ч, во время заливки и прогрева 3000 м 3/ч. После этого в ванну заливают 200 т чугуна, содержащего; мас.%: углерод 3,82, кремний 1,03, марганец 0,89, сера 0,048, фосфор 0,024. Во время заливки чугуна расход природного газа на сводовые горелки составляет 2000 м 3/ч. Расплав продувают через кислородные фурмы с интенсивностью 30000 м 3/ч в течение 2,5 ч до содержания углерода 0,25%. Затем греют шлак сводовыми горелками при расходе природного газа на них 2000 м 3/ч, а кислорода 3600 м 3/ч. Технико-экономические показатели процесса выплавки стали приведены в таблице. Из приведенных данных видно, что увеличение интенсивности продувки расплава кислородом в период, когда лимитирующим звеном является подвод окислителя к фронту реагирования, при концентрации углерода в расплаве больше 0,25-0.45% приводит к снижению содержания окислов железа в шлаке, нагрев шлака газокислородным факелом при низких концентрациях углерода в стали позволяет не только поддерживать низкие концентрации окислов железа (FeO) в шлаке, но и снизить концентрации растворенного в металле кислорода в 1,3 - 1,8 раза, азота - в 1,1 - 1,6 раза водорода в 1,1 - 1,25 раза, что позволяет расширить технологические возможности сталеплавильных агрегатов, работающи х с высокой производительностью, исключив при этом операцию внепечной обработки стали инертными газами. Применение способа выплавки стали в двухванном сталеплавильном агрегате позволит улучши ть качество выплавляемых сталей до среднелегированных марок, повысить выход годного на 0,5%, снизить расход раскислителей на 15-30%.