Спосіб подання вугілля по ходу конвертерної плавки

Реферат: Винахід належить до чорної металургії. Спосіб віддачі вугілля по ходу конвертерної плавки включає завантаження вугілля в конвертер у початковий період продувки, причому вугілля з витратою 1,0-4,5 кг/т сталі завантажують одночасно з вмиканням подачі кисню дуття при «запалюванні» плавки. Винахід дозволяє підвищити ефективність використання вугілля, поліпшити тепловий баланс плавки та знизити собівартість сталі. UA 103857 C2 (12) UA 103857 C2 UA 103857 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до металургії, переважно до киснево-конвертерного виробництва сталі. Відомий спосіб подання вугілля по ходу конвертерної плавки [1, стор. 57], що включає завантаження вугілля в конвертер на дно футерівки до завалки металобрухту чи на металобрухт перед заливкою чавуну. При цьому, за рахунок отриманої додаткової теплоти від окислення вуглецю вугілля киснем у процесі продувки плавки, має місце покращення теплового балансу плавки. Проте, у процесі заливання чавуну можливо сильне вибивання полум'я з горловини конвертеру в результаті прогріву кусків вугілля, різкого виділення з них летючих речовин та їх загорання, що ускладнює процес заливання чавуну та робить його небезпечним. Крім того, частина вугілля просипається між шматками металобрухту у нижню частину конвертера, де може блокуватися застиглим між металобрухтом чавуном. В процесі продувки плавки після розплавлення металобрухту і чавуну в указаних зонах це вугілля хаотично (непередбачувано) поступає в основну частину конвертерної ванни, де інтенсивно реагує з розплавом та шлаком. Якщо до цього часу конвертерна ванна вже перегріта і достатньо окислена, то це може призвести до бурхливої реакції окислення вуглецю і навіть до викидів металу з конвертера. Цей процес є практично не керований. Відомий спосіб подання вугілля по ходу конвертерної плавки [1, стор. 57], що включає завантаження вугілля в конвертер на рідкий чавун з витратою 22 кг/т сталі (по годному металу) до начала продувки плавки. При цьому, за рахунок отриманої додаткової теплоти від окислення вуглецю вугілля киснем у процесі продувки плавки, має місце покращення теплового балансу плавки, збільшується доля металобрухту в металошихті і зменшується питома витрата рідкого чавуну на плавку на ~ 3,2 кг/кг вугілля. Проте, у відомому способі подання вугілля по ходу конвертерної плавки витрата вугілля на плавку (22 кг/т сталі) є надмірно високою, що призводить до наступних негативних явищ: погіршенню процесу шлакоутворення (в наслідок відновлення оксидів заліза та марганцю в шлаку вуглецем вугілля), дестабілізації дуттьового режиму плавки (наявність виносів металу та викидів шлако-металевої емульсії із конвертера), перевитраті шлакоутворюючих матеріалів (через необхідність ошлакування золи вугілля), суттєвому погіршенню процесів десульфурації та дефосфорації метала в конвертері, перевитраті кисню дуття, подовженню процесу продувки плавки, посиленню заметалювання обладнання та ін. Віддача вугілля однією великою порцією на чавун до начала продувки погіршує процес „запалювання" плавки, призводить до утворювання грудок вугілля (що покриті скориночкою чавуну та шлаку), які починають інтенсивно реагувати тільки після п'ятої хвилини продувки. [1, стр. 58]. Відомий спосіб подання вугілля по ходу конвертерної плавки [2, стр. 18] – найближчий аналог, що включає завантаження вугілля в конвертер в початковий період продувки з витратою 4 кг/т сталі. При завантаженні вугілля в конвертер при продуванні плавки відбувається інтенсивне перемішування шматків вугілля кисневими струменями, що прискорює процеси нагріву, розчину та реагування вуглецю вугілля (одна частина його розчиняється в металевому розплаві з подальшим окисленням розчиненим або газоподібним киснем, друга частина окислюється в твердому вигляді киснем газової фази або шлаку, а третя частина виділяється у вигляді летючих у газову фазу, де доокислюється киснем дуття) і зменшує вірогідність його огрудковування. Крім того, у початковий період продувки плавки швидкість окислення вуглецю розплаву є малою, тому утворюються умови для поліпшення ступені допалювання СО до СО 2 у порожнині конвертеру і, як наслідок, підвищується ефективність використовування вугілля як додаткового теплоносія. Проте, у відомому способі подання вугілля по ходу конвертерної плавки не визначений діапазон оптимальних значень витрати вугілля на плавку, що не дозволяє гнучко та максимально ефективно використовувати технологію введення додаткового теплоносія в конвертер для поліпшення теплового балансу плавки в залежності від різних шихтових та виробничих умов конвертерного процесу. Крім того, у відомому способі не використовується можливість присадки вугілля в конвертер для прискорення процесу "запалювання" плавки - при одночасному виконанні операцій завантаження вугілля в конвертер і вмикання подачі кисню дуття, що особливо важливо для плавок з напруженим тепловим балансом, при великій частки металобрухту (особливо легковагового) в шихті, на яких процес "запалювання", як правило, суттєво подовжується, збільшується вигар металу в шлак і в дим. В основу винаходу поставлена задачу вдосконалити спосіб подання вугілля по ходу конвертерної плавки, в якому за рахунок оптимізації витрати та режиму завантаження вугілля в конвертер у початковий період продувки плавки прискорюється процес "запалювання" плавки, 1 UA 103857 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 підвищується ефективність використання вугілля як додаткового теплоносія, поліпшується тепловий баланс плавки і процес шлакоутворення, стабілізується дуттьовий режим плавки (зменшується вірогідність появи викидів шлако-металевої емульсії та виносів металу з конвертеру), зменшуються вигар металошихти в шлак і в дим, окисленість металу та шлаку, поліпшуються умови роботи футерівки конвертеру, зменшуються питомі витрати рідкого чавуну, металошихти, додаткових теплоносіїв, феросплавів та розкислювачів, вогнетривів та матеріалів для ремонту футерівки, і, зрештою, знижується собівартість сталі, що виплавляється. Для вирішення поставленої задачі в способі подання вугілля по ходу конвертерної плавки, що включає завантаження вугілля в конвертер у початковий період продувки, вугілля з витратою 1,0-4,5 кг/т сталі завантажують одночасно з вмиканням подачі кисню дуття при „запалюванні" плавки. Крім того, після стійкого "запалювання" плавки завантажують не менше одної додаткової порції вугілля, причому загальна витрата вугілля за плавку дорівнює 2,0-12,0 кг/т сталі. Крім того, вугілля завантажують в суміші з іншими сипучими матеріалами, що використовують у конвертерній плавці. А також, суміш вугілля з іншими сипучими матеріалами, що використовують у конвертерній плавці, завантажують у вигляді брикетів. При завантаженні вугілля з витратою 1,0-4,5 кг/т сталі одночасно з вмиканням подачі кисню дуття при "запалюванні" плавки в наслідок швидкого протіканні процесів: прогрівання (за рахунок випромінювання від розпеченої футерівки та чавуну, а також прямого контакту з чавуном та відхідними газами в порожнині конвертера) частинок та шматків вугілля (особливо дрібної фракції), виділення з них летючих, загорання прогрітих летючих та самих частинок вугілля у контакті з киснем дуття і виділення при цьому додаткової кількості теплоти пришвидшується процес "запалювання" плавки. Частина вугілля при цьому ежектується струминами кисню і переноситься з ним у зону реагування кисню дуття з розплавом (чавуном), що також сприяє пришвидшенню "запалювання" плавки. Скорочення тривалості процесу "запалювання" плавки призводить до зменшення кількості "бурого" диму, що утворюється, зменшення вигару металу в шлак і в дим, стабілізації дуттьового та шлакового режимів плавки, поліпшенню умов роботи футерівки конвертеру, та скороченню тривалості плавки в цілому. У період "запалювання" плавки витрата та швидкість конвертерних газів, що відходять, є мінімальними (у порівнянні з іншими періодами плавки), а окислювальний потенціал газової фази є максимальним; це сприяє мінімальному виносу частинок вугілля із порожнини конвертеру, швидкому їх згоранню та максимальній ефективності використання теплового потенціалу вугілля (максимальній ступені окислення вуглецю вугілля до СО 2) для поліпшення теплового балансу плавки. Якщо при завантаженні одночасно з вмиканням подачі кисню дуття при "запалюванні" плавки витрата вугілля є меншою, ніж 1,0 кг/т сталі, то кількість вугілля є недостатньою для гарантованого поліпшення та пришвидшення процесу "запалювання" плавки (частина вугілля може блокуватися металобрухтом, що знаходиться над ванною, та застиглим між його шматками чавуном, частина вугілля може попасти віддалено від зон контакту кисневих струменів з розплавом), а кількість теплоти, що виділяється при згоранні цього вугілля є недостатньою для помітного поліпшення теплового балансу конвертерної плавки. Якщо при завантаженні одночасно з вмиканням подачі кисню дуття при „запалюванні" плавки витрата вугілля є більшою, ніж 4,5 кг/т сталі, то при подання такою великою порцією вугілля погано прогрівається та загорається у порожнині конвертеру, може блокувати поверхню рідкого чавуну у зоні його контакту зі струминами кисню, що не тільки не сприяє прискоренню процесу "запалювання" плавки, а, навпаки, призводить до його уповільнення. При цьому можуть утворюватись грудки вугілля, які покриваються скориночкою чавуну та шлаку, які починають інтенсивно реагувати з розплавом та киснем тільки після деякого часу продувки, що призводить до хаотичної зміни витрати газів, що відходять, та швидкості зневуглецювання розплаву, дестабілізації дуттьового режиму плавки та погіршенню керованості процесом. Також уповільнюється та погіршується процес шлакоутворення (ускладнюється утворення оксидів заліза, необхідних для асиміляції вапна та інших шлакоутворюючих матеріалів), погіршуються процеси десульфурації та дефосфорації метала в конвертері. Завантаження в конвертер додаткової(их) порції(й) вугілля після стійкого "запалювання" плавки у початковий період продувки, при загальній витраті вугілля за плавку 2,0-12 кг/т сталі, дозволяє ефективно використовувати тепловий та вуглецевий потенціали вугілля для поліпшення теплового балансу та інших техніко-економічних показників плавки. При цьому мають місце: незначна частка вугілля, що виноситься з відхідними газами, стабільне протікання процесів шлакоутворення, засвоєння та горіння вугілля, та достатньо висока ступінь окислення 2 UA 103857 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 вуглецю вугілля до СО2. Завдяки присадкам додаткових порцій вугілля у конвертер додатково поліпшується тепловий баланс плавки, зменшуються вигар металошихти в шлак і в дим, окисленість металу та шлаку, поліпшуються умови роботи футерівки конвертеру, зменшуються питомі витрати рідкого чавуну, металошихти, додаткових теплоносіїв, феросплавів та розкислювачів, вогнетривів та матеріалів для ремонту футерівки. При цьому конкретне значення загальної витрати вугілля на плавку вибирається із заявленого діапазону його оптимальних значень (2,0-12 кг/т сталі) в залежності від шихтових та виробничих умов проведення цієї плавки. При недостатньому ("напруженому") тепловому балансі (низькі значення: питомої витрати рідкого чавуну, температури, вмісту кремнію та марганцю чавуну; тривалий простій між плавками; тонка футерівка стін конвертеру; необхідність отримання високої температури металу після продувки і т.і.) значення вказаної величини вибирається ближче до верхньої границі із вказаного діапазону і навпаки. Якщо при завантаженні в конвертер вугілля не менш ніж двома порціями по ходу продувки плавки загальна витрата вугілля за плавку є меншою, ніж 2,0 кг/т сталі, то, навіть при мінімальній витраті вугілля, що завантажується одночасно з вмиканням подачі кисню дуття при "запалюванні" плавки, витрата вугілля у додатковій його порції буде меншою, ніж 1,0 кг/т сталі. Це призведе до посилення виносу частини вугілля (особливо його дрібної фракції) з конвертера та, враховуючи обмеженість вагового обладнання тракту подачі сипких матеріалів, до суттєвого утруднення подання всіх шлакоутворюючих матеріалів у перший період продувки плавки. Якщо загальна витрата вугілля за плавку є більшою, ніж 12 кг/т сталі, то мають місце такі негативні явища та недоліки: погіршується процес засвоєння вугілля ванною, частина вугілля може не прореагувати з розплавом і киснем до кінця продувки плавки (і видаляється з конвертеру разом зі шлаком, що зливається); суттєво погіршується процес шлакоутворення (в наслідок надмірного відновлення оксидів заліза та марганцю в шлаку вуглецем вугілля і уповільнення швидкості асиміляції вапна та інших шлакоутворюючих матеріалів шлаком), дестабілізація дуттьового режиму плавки (наявність виносів металу та викидів шлако-металевої емульсії із конвертера), перевитрата шлакоутворюючих матеріалів (через зниження ступені їх засвоєння та необхідність ошлакування додаткової золи вугілля), суттєве погіршення процесів десульфурації та дефосфорації метала в конвертері, перевитрата кисню дуття, подовження процесу продувки плавки, посилення заметалювання обладнання (фурми, горловини конвертера та нижньої частини охолоджувача конвертерних газів). Крім того, при цьому підвищується вірогідність утворення грудок вугілля на поверхні ванни, та ускладнюється процес подання сипких матеріалів у перший період продувки плавки. При завантаженні в конвертер вугілля в суміші з іншими сипучими матеріалами, що використовуються у конвертерній плавки (вапно, вапняк, магнезіальні флюси і т.і.) полегшується процес подання сипких матеріалів (шлакоутворюючих матеріалів, додаткових теплоносіїв, металоохолоджувачів і т.і.) у конвертер у перший період продувки плавки, особливо при малій кількості завантажувальних бункерів та/або при малій швидкодії вагового обладнання. Крім того, при цьому прискорюється та поліпшується процес шлакоутворення. Для прискорення процесу „запалюванні" плавки першу порцію вугілля, яку завантажують одночасно з вмиканням подачі кисню дуття при "запалюванні" плавки (з витратою 1,0-4,5 кг/т сталі), завантажують у "чистому вигляді" (без змішування з іншими сипучими матеріалами). Якщо суміш вугілля з іншими сипучими матеріалами, що використовуються у конвертерній плавки, має вигляд брикетів, то це дозволяє покращити дозування компонентів суміші, облегшити та прискорити процеси підготовки суміші матеріалів і завантаження їх в конвертер по ходу продувки плавки. Крім того, при виготовлені брикетів на спеціальному обладнанні їм можливо придати додаткові корисні властивості (за рахунок формування структури брикету, додавання інших матеріалів), наприклад, прискорення запалювання при потраплянні у порожнину конвертеру і т.і. Приклад 1 конкретної реалізації способу подання вугілля по ходу конвертерної плавки в 350т кисневому конвертері верхнього дуття ПАТ "Металургійний комбінат "Азовсталь" (м. Маріуполь, Україна). Перед черговою плавкою машиніст розподільника отримав інформацію про шихтування плавки (маса чавуну - 295 т, температура чавуну - 1300 °C, вміст кремнію, марганцю, фосфору і сірки в чавуні відповідно: 0,60 %, 0,30 %, 0,01 %, 0,01 %; маса металобрухту - 75 т, вид металобрухту - середньоваговий) та призначені (майстром виробництва) параметри металу після продувки (температура - 1640 °C, вміст вуглецю -0,05 %). З урахуванням даних про стан футерівки конвертера (перший період кампанії по футерівці конвертера - робочий шар футерівки зношений приблизно на 15 %, тривалість простою конвертера між плавками - 10 хвилин), кількості вапна та магнезіальних флюсів, що будуть використовуватися (визначаються 3 UA 103857 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 на основі діючих технологічних інструкцій - по відомим таблицям чи номограмам), а також даних попередніх плавок, машиніст розподільника визначив, що тепловий баланс плавки, що планується, є нормальним, тому застосування вугілля на плавку призначається, перш за все, для прискорення процесу "запалювання" плавки, зменшенню вигару металу в шлак і в дим, та уповільненню зносу футерівки конвертера. Прийнято рішення: вугілля потрібно віддавати у конвертер однією порцією, одночасно з вмиканням подачі кисню дуття при "запалюванні" плавки; при цьому значення загальної витрати вугілля на плавку вибрано із діапазону її можливих значень (1,0-4,5 кг/т сталі) ближче до нижньої границі, рівним 1,5 кг/т сталі (~ 0,5 т). При проведенні плавки по вказаному вище алгоритму було отримано, що процес "запалюванні" плавки склав 30 секунд (для порівняння: за аналогічних шихтових умов на плавках без подання вугілля одночасно з вмиканням подачі кисню дуття процес "запалюванні" плавки складав 40-65 секунд), а тепловий баланс плавки в цілому поліпшився на величину, еквівалентну зниженню питомої витрати рідкого чавуну у шихті плавки на 5,2 кг/т сталі. Приклад 2 конкретної реалізації способу подання вугілля по ходу конвертерної плавки в 350т кисневому конвертері верхнього дуття ПАТ "Металургійний комбінат "Азовсталь" (м. Маріуполь, Україна). Перед черговою плавкою машиніст розподільника отримав інформацію про шихтування плавки (маса чавуну - 260 т, температура чавуну - 1270 °C, вміст кремнію, марганцю, фосфору і сірки в чавуні відповідно: 0,60 %, 0,30 %, 0,01 %, 0,01 %; маса металобрухту - 110 т, вид металобрухту - легковаговий) та призначені (майстром виробництва) параметри металу після продувки (температура - 1650 °C, вміст вуглецю -0,04 %). З урахуванням даних про стан футерівки конвертера (заключний період кампанії по футерівці конвертера - робочий шар футерівки зношений приблизно на 80 %, тривалість простою конвертера між плавками - 10 хвилин), кількості вапна та магнезіальних флюсів, що будуть використовуватися (визначаються на основі діючих технологічних інструкцій - по відомим таблицям чи номограмам), а також даних попередніх плавок, машиніст розподільника визначив, що тепловий баланс плавки, що планується, є недостатнім ("напруженим"), тому застосування вугілля на плавку призначається як для прискорення процесу "запалювання" плавки, так і для суттєвого поліпшення теплового балансу плавки. Прийнято рішення: вугілля потрібно віддавати уконвертер двома порціями: першу порцію - одночасно з вмиканням подачі кисню дуття при "запалюванні" плавки, другу порцію - після стійкого "запалювання" плавки; при цьому значення загальної витрати вугілля на плавку вибрано із діапазону її можливих значень (2,0-12 кг/т сталі), ближче до верхньої границі, рівним 10 кг/т сталі (~ 3,4 т); витрата вугілля у першій порції - 3 кг/т сталі (~ 1 т), у другій - 7 кг/т сталі (~ 2,4 т). При проведенні плавки по вказаному вище алгоритму було отримано, що процес "запалюванні" плавки склав 40 секунд (для порівняння: за аналогічних шихтових умов на плавках без подання вугілля одночасно з вмиканням подачі кисню дуття процес "запалюванні" плавки складав 55-85 секунд), а тепловий баланс плавки в цілому поліпшився на величину, еквівалентну зниженню питомої витрати рідкого чавуну у шихті плавки на 31 кг/т сталі. Застосування запропонованого способу подання вугілля по ходу конвертерної плавки, за рахунок оптимізації витрати та режиму завантаження вугілля в конвертер у початковий період продувки плавки, дозволяє прискорити процес "запалювання" плавки, підвищити ефективність використання вугілля як додаткового теплоносія, поліпшити тепловий баланс плавки і процес шлакоутворення, стабілізувати дуттьовий режим плавки (зменшити вірогідність появи викидів шлако-металевої емульсії та виносів металу з конвертеру), зменшити вигар металошихти в шлак і в дим, окисленість металу та шлаку, поліпшити умови роботи футерівки конвертеру, зменшити питомі витрати рідкого чавуну, металошихти, додаткових теплоносіїв, феросплавів та розкислювачів, вогнетривів та матеріалів для ремонту футерівки, і, зрештою, знизити собівартість сталі, що виплавляється. Джерела інформації: 1. Старков П. А., Наливайко А. П., Школьный С. Н. Эффективность использования антрацита в 250-т конвертерах с верхней продувкой. //Бюллетень НТИ. Черная металлургия.1990. - № 2. - С. 57-58. 2. Экономическая эффективность снижения расхода чугуна при выплавке стали в конвертерах. / А. М. Поживанов, А. А. Козаков, Д. А. Дюдкин и др. // Сталь.-1988. -№9.-С. 18-20. 4 UA 103857 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 1. Спосіб подачі вугілля по ходу конвертерної плавки, що включає завантаження вугілля в конвертер у початковий період продувки, який відрізняється тим, що вугілля з витратою 1,0-4,5 кг/т сталі завантажують одночасно з вмиканням подачі кисню дуття при "запалюванні" плавки. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що після стійкого "запалювання" плавки завантажують не менше одної додаткової порції вугілля, причому загальна витрата вугілля за плавку дорівнює 2,0-12,0 кг/т сталі. 3. Спосіб за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що вугілля завантажують в суміші з іншими сипучими матеріалами, що використовують у конвертерній плавці. 4. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що суміш вугілля з іншими сипучими матеріалами, що використовують у конвертерній плавці, завантажують у вигляді брикетів. 15 Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5