RU2031961C1

RU2031961C1 - Method for treatment of metal charge

Info

Publication number: RU2031961C1
Application number: SU4928274/02A
Authority: RU
Inventors: В.П. Мороков; Э.Г. Руденков; В.Ф. Чирихин; А.И. Агарышев
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Северсталь"
Priority date: 1991-01-11
Filing date: 1991-01-11
Publication date: 1995-03-27

Abstract

FIELD: production of steel. SUBSTANCE: during smelting stell carbon-containing powder is fed. The process is carried out when metal charge is heated to temperature being by 20-100 C more than its liquidus point. Ratio of quantity of said powder to surface of cross-section of its stream is within 1-10 kg/min·m².. EFFECT: improves efficiency of the method. 2 tbl

Description

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к производству стали в мартеновских печах скрап-процессом. The invention relates to ferrous metallurgy, and more particularly to the production of steel in open-hearth furnaces by scrap process.

Предлагаемое изобретение может быт применено при выплавке стали на предприятиях с мартеновскими цехами, в которых применение кислорода ни в ванну, ни в факел не имеет места и не планируется по объективным причинам. Число таких предприятий в народном хозяйстве весьма велико. Данное положение о применимости предлагаемого изобретения обусловлено тем, что заявляемый параметр режима реализации способа не может быть вне зависимости от применения кислорода в процессе выплавки, так как предельные значения этого параметра будут значительно отличаться в двух различных процессах выплавки стали - с применением и без применения кислорода. The present invention can be used in steelmaking at enterprises with open-hearth workshops in which the use of oxygen neither in the bath nor in the torch takes place and is not planned for objective reasons. The number of such enterprises in the national economy is very large. This provision on the applicability of the invention is due to the fact that the claimed parameter of the mode of implementation of the method cannot be independent of the use of oxygen in the smelting process, since the limiting values of this parameter will differ significantly in two different steel smelting processes - with and without oxygen.

Известен способ, включающий подачу углеродсодержащего порошка на лом в рассредоточенных струях кислорода (А. с. СССР N 968075, кл. С 21 С 5/28, 1981). A known method, including the supply of carbon-containing powder to scrap in dispersed jets of oxygen (A. S. the USSR N 968075, CL 21 C 5/28, 1981).

Недостатком известного способа является повышенный угар металлолома вследствие того, что для окисления углеродсодержащего порошка в кислородных струях необходим значительный избыток кислорода, который неизбежно будет окислять металл. The disadvantage of this method is the increased waste of scrap metal due to the fact that for the oxidation of the carbon-containing powder in oxygen jets, a significant excess of oxygen is needed, which will inevitably oxidize the metal.

Наиболее близким по технической сущности к достигаемому результату является способ выплавки стали, при котором стальной лом нагревают на 20-100^оС выше температуры ликвидус и затем подвергают обработке углеродсодержащим материалом с целью снижения окисленности расплавленной низкоуглеродистой части металлошихты (А.с. СССР N 1036753, кл. С 21 С 5/28, 1981).The closest in technical essence to the attainable result is a method of steelmaking, in which the steel scrap is heated at 20-100 ° C above ^the liquidus temperature and then treated carbonaceous material to reduce the oxidation of molten low-carbon portion of the metallic charge (AS USSR N 1036753, C. C 21 C 5/28, 1981).

Недостатком известного способа являются большие потери порошка, выносимого отходящими газами, и недостаточно высокая производительность печи. The disadvantage of this method is the large loss of powder carried by the exhaust gases, and the insufficiently high productivity of the furnace.

Целью настоящего изобретения является снижение потерь порошка с отходящими газами и повышение производительности сталеплавильного агрегата. The aim of the present invention is to reduce the loss of powder with exhaust gases and increase the productivity of the steelmaking unit.

Поставленная цель достигается тем, что в способе выплавки стали, включающем нагрев стального лома на 20-100^оС выше температуры ликвидус и затем обработку порошкообразным углеродсодержащим материалом, согласно изобретению отношение массовой скорости подачи углеродсодержащего порошка к площади поперечного сечения порошковогазовой струи на уровне встречи струи с металлошихтой находится в интервале 1-10 кг/мин м².The goal is achieved in that, the method comprising heating a steel scrap in steelmaking 20-100 ° C above ^the liquidus temperature, and then treating the powdery carbonaceous material according to the invention the ratio of the mass feed rate of the carbonaceous powder to the cross-sectional area of the jet stream poroshkovogazovoy level meeting with the metal charge is in the range of 1-10 kg / min m ² .

При подаче порошка на оплавленную поверхность металлошихты имеют место следующие процессы:
- внедрение частиц порошка в поверхностный пленочностекающий слой оплавленной металлошихты, растворение углерода частиц в жидком слое металла;
- переход углерода из науглероженного жидкого слоя оплавляющейся металлошихты в твердую фазу металлошихты с ускорением ее плавления;
- диффузия углерода из твердых частиц в твердый металл с ускорением его плавления и в жидкий поверхностный пленочный слой оплавленной металлошихты с увеличением перегрева металлической фазы пленочного слоя над температурой плавления.When powder is supplied to the melted surface of the metal charge, the following processes take place:
- the introduction of powder particles into the surface film-flowing layer of the molten metal charge, the dissolution of carbon particles in the liquid metal layer;
- the transition of carbon from the carburized liquid layer of the melted metal charge into the solid phase of the metal charge with the acceleration of its melting;
- diffusion of carbon from solid particles into a solid metal with acceleration of its melting and into the liquid surface film layer of the melted metal charge with increasing overheating of the metal phase of the film layer above the melting temperature.

Параметр, заявленный в формуле (отношение массовой скорости подачи углеродсодержащего порошка к площади поперечного сечения порошково-газовой струи на уровне встречи струи с металлошихтой), определяет режим пневмотранспорта в связи с конструкцией фурменного устройства. The parameter stated in the formula (the ratio of the mass flow rate of the carbon-containing powder to the cross-sectional area of the powder-gas jet at the level of the meeting of the jet with the metal charge) determines the pneumatic transport mode in connection with the design of the tuyere device.

Использование в заявляемом способе параметра "площадь поперечного сечения порошковогазовой струи на уровне встречи струи с металлошихтой" объясняется следующими соображениями. Подача порошка на оплавленную поверхность металлошихты эффективно реализуется в том случае, если "приход" частиц порошка балансируется с их "расходом" в оплавленном слое. "Приход" частиц определяется величиной массовой скорости подачи порошка на единицу поверхности оплавленной металлошихты, а "расход" - скоростью процессов отвода частиц с единицы поверхности или, вернее, скоростью процессов формирования единицы поверхности оплавленной шихты, способной поглощать вновь поступившие частицы. Этими процессами являются следующие: смачивание частиц, растворение углерода, ассимиляция зольных составляющих, унос частиц стекающих оплавленным слоем. The use in the claimed method of the parameter "cross-sectional area of the powder-gas jet at the level of the meeting of the jet with the metal charge" is explained by the following considerations. The supply of powder to the melted surface of the metal charge is effectively realized if the "arrival" of powder particles is balanced with their "flow" in the molten layer. The “arrival” of particles is determined by the mass flow rate of the powder per unit surface of the molten metal charge, and the “flow” is determined by the rate of particle removal from a surface unit, or rather, the rate of formation of a unit surface of the molten charge capable of absorbing newly arrived particles. These processes are the following: wetting of particles, dissolution of carbon, assimilation of ash components, entrainment of particles flowing down in a melted layer.

Учитывая, что тепловые нагрузки в мартеновских печах, работающих без применения кислорода, устанавливаются пропорционально площади подачи печи на уровне завалочных окон, а также тот факт, что поверхность оплавленной металлошихты при скрап-процессе имеет во всех случаях примерно одинаковую выпуклую форму эллипсоида вращения, можно сделать вывод, что параметр "площадь поперечного сечения порошковогазовой струи на уровне встречи струи с металлошихтой" с определенной поправкой на постоянную кривизну эллипсоида позволит достаточно точно оценить величину площади поверхности оплавленной металлошихты. Considering that thermal loads in open-hearth furnaces operating without oxygen are set in proportion to the furnace feed area at the level of filling windows, and also the fact that the surface of the melted metal charge in the scrap process has in all cases approximately the same convex shape of a rotation ellipsoid, we can make the conclusion is that the parameter "cross-sectional area of a powder-gas jet at the level of the jet-metal charge" with a certain correction for the constant curvature of the ellipsoid will allow quite accurately estimate the surface area of the melted metal charge.

Определение площади поперечного сечения струи осуществляется путем определения контура струи без подачи топливного факела и при подаче факела. The definition of the cross-sectional area of the jet is carried out by determining the contour of the jet without supplying a fuel torch and when feeding the torch.

Выбор периода подачи порошка на оплавленную поверхность - после оплавления твердого чугуна - обусловлен тем, что в мартеновском скрап-процессе перед завалкой чугуна температура нагрева поверхности металлошихты недостаточна для образования оплавленного слоя, верхняя поверхность металлошихты еще не приняла форму единой поверхности эллипсоида, при этом порошок может просыпаться между отдельными частями металлолома, накапливаться там и затем эти скопления порошка, будучи покрыты шлаком, длительное время плавают по ванне и способствуют вспениванию шлака, ухудшая технологические показатели процесса, в том числе снижают производительность печи. The choice of the period of supply of the powder to the melted surface — after the melting of solid cast iron — is determined by the fact that in the open-hearth scrap process before filling the cast iron, the heating temperature of the surface of the metal charge is insufficient to form a melted layer, the upper surface of the metal charge has not yet taken the form of a uniform surface of an ellipsoid, while the powder may wake up between separate parts of scrap metal, accumulate there and then these accumulations of powder, being covered with slag, float in the bath for a long time and contribute to foaming of slag, worsening the technological parameters of the process, including reducing furnace productivity.

Чушковый чугун, заваленный поверх прогретого металлолома, оплавляясь, немедленно формирует вышеупомянутую поверхность. Pig iron, littered over heated scrap metal, being fused, immediately forms the aforementioned surface.

Уменьшение отношения массовой скорости подачи углеродсодержащего порошка к площади поперечного сечения порошковогазовой струи на уровне встречи струи с металлошихтой менее 1 кг/мин м² нецелесообразно, так как менее интенсивные режимы могут быть реализованы при высоком положении фурмы, что приводит к потерям порошка вследствие его уноса из струи потоками отходящих газов и снижению производительности печи в результате удлинения периода плавления металлозавалки. Таким образом достижение поставленной цели становится невозможным.Reducing the ratio of the mass flow rate of carbon-containing powder to the cross-sectional area of the powder-gas jet at the level of the jet’s meeting with the metal charge of less than 1 kg / min m ^{2 is} impractical, since less intensive modes can be realized when the tuyere is high, which leads to powder loss due to its entrainment from jet streams of exhaust gases and a decrease in furnace productivity as a result of lengthening the melting period of the metal filling plant. Thus, achieving the goal becomes impossible.

Увеличение заявленного отношения более 10 кг/мин м² также нецелесообразно, так как при этом количество порошка, подаваемого на оплавленный слой, больше, чем может раствориться, ассимилироваться и быть унесено стекающим слоем в единицу времени, в результате чего значительная часть порошка выносится из слоя отходящими газами, потому что не смачивается оплавленным слоем вследствие слишком большой скорости поступления порошка и большой толщины слоя порошка, в связи с чем достижение поставленной цели оказывается невозможным. Кроме того, часть порошка попадает в шлак и вспенивает его, что приводит к снижению скорости нагрева и обезуглероживанию металла и, в конечном итоге, к снижению производительности агрегата.An increase in the claimed ratio of more than 10 kg / min m ^{2 is} also impractical, since the amount of powder supplied to the melted layer is more than it can dissolve, assimilate and be carried away by the flowing layer per unit time, as a result of which a significant part of the powder is removed from the layer exhaust gases, because it is not wetted by the molten layer due to the too high speed of the powder and the large thickness of the powder layer, and therefore achieving this goal is impossible. In addition, part of the powder enters the slag and foams it, which leads to a decrease in the heating rate and decarburization of the metal and, ultimately, to a decrease in the productivity of the unit.

На основании изложенного считаем, что ввод порошка на поверхность металлозавалки в режиме изобретения позволяет уменьшить потери порошка и увеличить производительность сталеплавильного агрегата, по сравнению с прототипом, что доказывает соответствие соответствие предлагаемого технического решения критерию "положительный эффект". Based on the foregoing, we believe that the introduction of powder on the surface of the metal filling in the mode of the invention allows to reduce the loss of powder and increase the performance of the steelmaking unit, compared with the prototype, which proves the compliance of the proposed technical solution with the criterion of "positive effect".

П р и м е р. В 100-тонной мартеновской печи производят завалку 83 т металлолома, по ходу которой с предварительным прогревом заваливают 6 т известняка. После окончания завалки лом прогревают в течение 20 мин и заливают чугун в количестве 30 т. Через 30 мин после завалки чугуна начинают подачу коксовой пыли через две сводовые односопловые фурмы. PRI me R. In a 100-ton open-hearth furnace, 83 tons of scrap metal are filled, along which 6 tons of limestone are heaped up with preliminary heating. After filling, the scrap is heated for 20 minutes and cast iron is added in an amount of 30 tons. 30 minutes after the filling of cast iron, coke dust is fed through two single-nozzle vaults.

Режим нагрева металлошихты до и после подачи порошка полностью совпадает с классической технологией скрап-процесса: отопление - мазутное, во время завалки лома и чугуна нагрев осуществляется с расходом мазута 220-260 кг/т, после окончания завалки - в первом периоде плавления - 200-240 кг/т, во втором периоде - 180-220 кг/т. The mode of heating the metal charge before and after the powder supply completely coincides with the classical technology of the scrap process: heating is fuel oil, during the filling of scrap and cast iron heating is carried out with a fuel oil consumption of 220-260 kg / t, after filling is completed, in the first melting period - 200- 240 kg / t, in the second period - 180-220 kg / t.

Порошок подают после достижения перегрева поверхности металлошихты над температурой ликвидус 20-100^оС. Это происходит через 30 мин - в условиях примера.Powder is fed after the superheating surface metal charge liquidus temperature of 20-100 ^C. This occurs after 30 minutes - in the conditions of example.

Варианты конкретного выполнения приведены в табл. 1 и 2. Options for specific performance are given in table. 1 and 2.

Внедрение предлагаемого изобретения позволит, по сравнению с прототипом, снизить потери порошка и повысить производительность сталеплавильного агрегата. The implementation of the invention will allow, in comparison with the prototype, to reduce the loss of powder and improve the performance of the steelmaking unit.

В порядке объяснения параметров, приведенных в данной таблице, следует отметить, что увеличение перегрева температуры поверхности металлошихты до 100^оС и более сопровождается интенсивным прогревом шихты по всему объему, оседанием ее и плавлением, в связи с чем продолжительность пребывания шихты, поверхность которой перегрета на 100^оС, выше зеркала ванны расплавленного металла крайне мала, а более чем на 100^оС - равна нулю, т.е. соответственно мало или равно нулю время обработки порошком и масса порошка.The explanation of the parameters given in this table, it should be noted that increasing the temperature of metal charge surface overheating ^to 100 ° C or more by intensive heating of the charge over the whole volume settling it, and melting, and therefore the residence time of the charge, whose surface is overheated on 100 ^о С, above the molten metal bath mirror it is extremely small, and more than 100 ^о С - it is equal to zero, i.e. accordingly, the powder treatment time and the mass of the powder are small or zero.

Уменьшение перегрева менее 20^оС обусловливает низкую скорость плавления и низкую интенсивность ассимиляции порошка расплавом, стекающим с поверхности металлошихты.Reduction of superheat less than 20 ^{° C} causes a low melting rate and a low rate of assimilation melt powder flowing down from the surface of the metal charge.

Применение заявленного способа по сравнению с прототипом позволяет увеличить производительность агрегата на 0,93 т/час и вводить с низкими потерями до 2 т коксовой пыли на 100-тонную печь, при этом снижение расхода чугуна составит до 100 кг/т. The application of the claimed method in comparison with the prototype allows to increase the productivity of the unit by 0.93 tons / hour and to introduce with low losses up to 2 tons of coke dust per 100-ton furnace, while reducing the consumption of cast iron will be up to 100 kg / t.

Claims

METHOD OF PROCESSING A METAL SHEET, including filling a metal charge into a steel-smelting unit, heating it at a temperature of 20-100 ^{° C.} above a liquidus temperature, supplying a powdery carbon-containing material, characterized in that, in order to reduce powder losses and increase the performance of the steel-smelting unit, the powdery carbon-containing material is supplied at a ratio mass velocity of the powder to the cross-sectional area of the gas-powder jet at the level of the meeting of the jet with the metal charge, equal to 1 - 10 kg / min · m ² .