RU2048533C1

RU2048533C1 - Oxygen converter steel smelting method

Info

Publication number: RU2048533C1
Authority: RU
Inventors: Людмила Юрьевна Назюта; Юрий Николаевич Борисов; Владимир Андреевич Лыков; Александр Данилович Зражевский; Лев Михайлович Учитель; Аркадий Гергиевич Сасин; Сергей Сергеевич Бродский; Василий Сергеевич Харахулах
Original assignee: Мариупольский металлургический институт
Priority date: 1991-07-02
Filing date: 1991-07-02
Publication date: 1995-11-20

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy, steel smelting in steel-smelting aggregates with usage of lump carbon-bearing materials. SUBSTANCE: method provides for metal scrap charging, introduction of carbon-bearing heat carriers return charge of graphitization furnaces, slag forming, pouring of molten pig-iron and blowing of metal by oxygen. Dust of electrical filters of electrolysis production is used as slag thinner. Heat carrier and thinner are charged in the form of briquets after pig-iron pouring in following ratio of ingredients, mass graphitization furnaces return charge 65 90; dust of electrical filters of aluminum electrolysis production 10 35. EFFECT: increased productivity. 1 tbl

Description

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к способам выплавки стали в сталеплавильном агрегате с использованием кусковых углеродсодержащих материалов. The invention relates to ferrous metallurgy, and in particular to methods of steelmaking in a steelmaking unit using lumpy carbon-containing materials.

Известны способы выплавки стали, в которых для снижения расхода жидкого чугуна используют кусковые углеродсодержащие теплоносители: кокс, антрацит, графитовый бой и др. [1] Эти способы позволяют за счет тепла экзотермического окисления углерода повысить расход металлического лома из расчета 2,0-2,5 кг/кг вводимого теплоносителя и снизить расход жидкого чугуна на 16-25 кг/т стали. Known methods of steelmaking in which to reduce the consumption of molten iron use lumpy carbon-containing coolants: coke, anthracite, graphite fight, etc. [1] These methods allow due to the heat of exothermic oxidation of carbon to increase the consumption of scrap metal from the calculation of 2.0-2, 5 kg / kg of the introduced coolant and reduce the consumption of liquid iron by 16-25 kg / t of steel.

Это недостаточно для утилизации имеющихся запасов металлического лома. Кроме того, применение указанных теплоносителей в результате "холодного" начала процесса значительно ухудшает шлакообразование и качество готового металла, а также повышает потери металла с отходящими газами и шлаком. This is not enough to dispose of existing scrap metal stocks. In addition, the use of these coolants as a result of the "cold" start of the process significantly impairs slag formation and the quality of the finished metal, and also increases the loss of metal with exhaust gases and slag.

Известен способ выплавки стали, в котором для более глубокого снижения расхода жидкого чугуна и уменьшения потерь с отходящими газами используют углеродкарбидкремний, содержащий теплоноситель [2] Коэффициент замены жидкого чугуна металлическим ломом в этом способе составляет 3,0-3,2 кг/кг теплоносителя, экономия жидкого чугуна 30-45 кг/т стали, снижение пылевыносов 3,5-6,5 кг/т стали. A known method of steelmaking, in which to more deeply reduce the consumption of liquid cast iron and reduce losses with exhaust gases, silicon carbide containing silicon is used [2] The replacement rate of molten iron with scrap metal in this method is 3.0-3.2 kg / kg of coolant, saving cast iron of 30-45 kg / t of steel, reducing dust emissions of 3.5-6.5 kg / t of steel.

Отсутствие технических решений, направленных на улучшение процессов шлакообразования и их синхронизацию с тепловым режимом, не позволяет использовать этот способ при выплавке качественных марок стали, а постоянный контроль за составом теплоносителя ограничивает сырьевую базу и возможность применения известных отходов производства, в том числе используемой в данном и других способах возвратной шихты печей графитации. The lack of technical solutions aimed at improving the processes of slag formation and their synchronization with the thermal regime does not allow using this method for smelting high-quality steel grades, and constant monitoring of the composition of the coolant limits the raw material base and the possibility of using known production wastes, including those used in this and other methods of return charge of graphitization furnaces.

Наиболее близким по технической сущности и достигнутым результатам является способ выплавки стали, в котором для интенсификации шлакообразования и улучшения качества металла углеродкарбидкремний содержащий теплоноситель, вводят при определенном соотношении с разжижителем плавиковым шпатом [3] Соотношение расходов этих материалов изменяется в незначительных пределах и составляет 1 (0,75-0,85). Совместный ввод теплоносителя и разжижителя позволяет регулировать процессы шлакообразования и нагрева ванны по ходу продувки. The closest in technical essence and the achieved results is a method of steel smelting, in which, to intensify slag formation and improve the quality of the metal, carbon-silicon-silicon containing heat carrier is introduced at a certain ratio with a thinner using fluorspar [3] The expense ratio of these materials varies insignificantly and amounts to 1 (0 75-0.85). The combined input of the coolant and diluent allows you to adjust the processes of slag formation and heating of the bath during the purge.

Недостаточное снижение расхода жидкого чугуна (66,8-72,3% от массы шихты), скоротечность разжижающего действия плавикового шпата и высокая стоимость этого материала, несмотря на высокое качество готового металла ограничивает область его применения, повышают себестоимость стали. An insufficient reduction in the consumption of molten iron (66.8-72.3% of the mass of the charge), the transientity of the fluidizing action of fluorspar and the high cost of this material, despite the high quality of the finished metal limits its scope, increase the cost of steel.

Цель изобретения интенсификация шлакообразования при использовании углеродкарбидкремнийсодержащих теплоносителей, а также снижение потерь металла со шлаком и отходящими газами за счет синхронизации теплового и шлакового режимов процесса. The purpose of the invention is the intensification of slag formation when using carbon-silicon-silicon-containing coolants, as well as the reduction of metal losses with slag and exhaust gases due to synchronization of thermal and slag process conditions.

Поставленная цель достигается за счет того, что в способе выплавки стали в кислородном конвертере, включающем загрузку металлической части шихты, ввод в ванну возвратной шихты печей графитизации в виде углеродсодержащего теплоносителя, шлакообразующих и разжижителя шлака, заливку жидкого чугуна и продувку металла кислородом, в качестве разжижителя используют пыль электрофильтров электролизного производства алюминия. Теплоноситель и разжижитель шлака загружают после заливки жидкого чугуна в виде брикетов при следующем соотношении ингредиентов, мас. возвратная шихта печей графитизации 65-90; пыль электрофильтров электролизного производства алюминия 10-35. This goal is achieved due to the fact that in the method of steelmaking in an oxygen converter, which includes loading the metal part of the charge, introducing graphitization furnaces in the form of carbon-containing heat carrier, slag-forming and slag thinners into the bath, pouring molten iron and blowing metal with oxygen as a thinner use dust from electrostatic precipitators of electrolysis production of aluminum. The coolant and slag thinner is loaded after pouring liquid iron in the form of briquettes in the following ratio of ingredients, wt. return charge of graphitization furnaces 65-90; dust of electrostatic precipitators of electrolysis production of aluminum 10-35.

Предлагаемый материал содержит отходы алюминиевого производства, в т.ч. глинозем, а также комплексные фториды натрия и алюминия (например Na₃AlF₆), разжижающее действие которых в отличие от плавикового шпата сохраняется на большем протяжении периода продувки. Использование этих разжижителей позволит снизить требования, предъявляемые к теплоносителям, в том числе снять ограничения по химическому составу и зольности. Применяемая в составе брикетов возвратная шихта печей графитации электродного производства не нуждается в дополнительной подготовке (ограничению по содержанию SiC, золы и соотношению C SiC), а ее применение не окажет негативного влияния на процессы шлакообразования. Совместное использование двух ингредиентов, один из которых является высоко калорийным теплоносителем (удельная теплота сгорания возвратной шихты печей графитации составляет 28-30 МДж/кг), другой разжижителем сталеплавильного шлака, позволяет интенсифицировать процесс шлакообразования за счет синхронизации теплового и шлакового режимов. В отличие от известных оба эти материалы имеют относительно длительный и стабильный период взаимодействия с металлической ванной и шлаком, а брикетирование в заявляемых количествах повышает их активность и придает готовому продукту новые свойства, которые в условиях конвертерного производства обеспечивают синхронизацию теплового и шлакового режима процесса в различном диапазоне изменения фазового и химического состава металлошихты. Угар железа и его потери с отходящими газами и шлаком снижаются до уровня традиционного автотермического процесса с расходом металлического лома ниже 25
При недостаточном содержании в теплоносителе возвратной шихты печей графитации притока тепла от окисления компонентов этого материала и, особенно, карбида кремния, окисление которого происходит на начальных этапах продувки в период формирования начального шлака, будет недостаточно для требуемого прогрева ванны. Поступление в холодный шлак значительного количества разжижителей увеличит его склонность к вспениванию, повысит потери металла с отходящими газами и в результате резкого снижения коэффициента теплопроводности дестабилизируют тепловой и шлаковый режим процесса. Для осаждения пенистого шлака потребуется избыточное количество шлакообразующих и уменьшение скорости подачи окислителя. В совокупности это будет сопровождаться снижением производительности агрегата и увеличением потерь металла со шлаком и отходящими газами, т.е. противоречит достижению поставленной цели.The proposed material contains aluminum waste, including alumina, as well as complex sodium and aluminum fluorides (for example, Na ₃ AlF ₆ ), the liquefying effect of which, unlike fluorspar, remains for a longer period of purging. The use of these thinners will reduce the requirements for coolants, including removing restrictions on the chemical composition and ash content. The return charge used in briquettes as part of electrode graphitization furnaces does not need additional preparation (restriction on SiC, ash content and C SiC ratio), and its use will not adversely affect slag formation processes. The joint use of two ingredients, one of which is a high-calorific heat carrier (specific heat of combustion of the return charge of graphitization furnaces is 28-30 MJ / kg), the other with a thinner of steelmaking slag, makes it possible to intensify the process of slag formation due to synchronization of thermal and slag modes. Unlike the known, both of these materials have a relatively long and stable period of interaction with the metal bath and slag, and briquetting in the claimed amounts increases their activity and gives the finished product new properties, which in the conditions of converter production provide synchronization of the thermal and slag process in a different range changes in the phase and chemical composition of the metal charge. Iron burning and its losses with exhaust gases and slag are reduced to the level of a traditional autothermal process with scrap metal consumption below 25
If the return charge of the graphitization furnaces in the coolant is insufficient, the heat influx from oxidation of the components of this material and, especially, silicon carbide, which oxidizes at the initial stages of purging during the initial slag formation, will not be sufficient for the required heating of the bath. The receipt of a significant number of thinners in cold slag will increase its tendency to foaming, increase the loss of metal with exhaust gases and, as a result of a sharp decrease in the thermal conductivity, will destabilize the thermal and slag conditions of the process. For the deposition of foamy slag will require an excessive amount of slag-forming and a decrease in the feed rate of the oxidizing agent. In aggregate, this will be accompanied by a decrease in unit productivity and an increase in metal losses with slag and exhaust gases, i.e. contrary to the achievement of the goal.

При избыточном содержании в теплоносителе возвратной шихты печей графитации (недостаточном содержании фторсодержащих отходов алюминиевого производства) поставленная цель не достигается по другим причинам, из которых основной является резкое ухудшение шлакообразования в результате дополнительного притока кремнезема и дефицита разжижителей. Это наблюдается на фоне интенсивного нагрева ванны за счет окисления карбида кремния и сопровождается повышенными выбросами и выносами металла с отходящими газами. With excessive content of graphite furnaces in the return charge (insufficient content of fluorine-containing waste from aluminum production), the goal is not achieved for other reasons, the main one being a sharp deterioration of slag formation as a result of additional influx of silica and a deficiency of thinners. This is observed against the background of intense heating of the bath due to oxidation of silicon carbide and is accompanied by increased emissions and outflows of metal with exhaust gases.

При заявляемом составе теплоносителя технологический процесс характеризуется высокой регулируемостью показателей, в том числе синхронизацией теплового и шлакового режимов. Последнее обеспечивает мягкую продувку металла и не сопровождается характерным для плавок с повышенным содержанием лома угаром железа и его выносом с отходящими газами. With the claimed composition of the coolant, the technological process is characterized by high adjustable indicators, including synchronization of thermal and slag modes. The latter provides a soft purge of the metal and is not accompanied by iron fumes characteristic of melts with a high content of scrap and its removal with exhaust gases.

Учитывая высокую дисперсность используемых в составе теплоносителя ингредиентов и, особенно, пыли электрофильтров электролизного получения алюминия, в предлагаемом техническом решении заявляемый состав теплоносителя обеспечивается брикетированием используемых материалов. Помимо усреднения химического состава, брикетирование исключает выносы высокодисперсных частиц отходящими газами и гарантирует стабильность состава независимо от срока эксплуатации и режима загрузки теплоносителя. Given the high dispersion of the ingredients used in the coolant and, especially, dust of electrostatic precipitators for the electrolysis of aluminum, in the proposed technical solution, the inventive composition of the coolant is provided by briquetting of the materials used. In addition to averaging the chemical composition, briquetting eliminates the removal of finely dispersed particles by exhaust gases and guarantees the stability of the composition regardless of the operating life and the mode of loading of the coolant.

Совместное брикетирование углеродкарбидкремнийсодержащих материалов с шлакообразующими компонентами за счет начального прогрева и термической обработки резко повышает активность последних в период взаимодействия с конвертерным шлаком и предотвращает образование тугоплавких соединений ортосиликата кальция. Это ускоряет процесс шлакообразования и повышает гомогенность шлакового расплава. Поэтому предлагаемый способ не содержит признаков, характеризующих расход и режим загрузки теплоносителя и может быть использован в широком диапазоне фазового и химического состава металлошихты. Joint briquetting of carbon-silicon-silicon-containing materials with slag-forming components due to initial heating and heat treatment sharply increases the activity of the latter during the period of interaction with converter slag and prevents the formation of refractory calcium orthosilicate compounds. This accelerates the process of slag formation and increases the homogeneity of the slag melt. Therefore, the proposed method does not contain signs characterizing the flow rate and load of the coolant and can be used in a wide range of phase and chemical composition of the metal charge.

Способ отработан в 250-тонных конвертерах Днепровского металлургического комбината. В качестве теплоносителей использовали брикетированные отходы электродного и алюминиевого производств. Брикетирование производили в условиях Днепровского электродного завода. В составе брикетов использовали возвратную шихту печей графитации электродного производства (содержащую 50-85 углерода, 10-35 карбида кремния и 20-40 золы с размером частиц 1-10 мм) и пыль электрофильтров электролизного производства алюминия (содержащую 50-65 глинозема, 15-35 фторидов натрия и алюминия в виде NaF, AlF₆, Na₃AlF₆ и 5-10 сажистого углерода; размер частиц 0,05-1 мм).The method worked out in 250-ton converters of the Dnieper Metallurgical Combine. As heat carriers used briquetted waste electrode and aluminum production. Briquetting was carried out in the conditions of the Dnieper electrode plant. The briquettes used a return charge of graphitization furnaces of electrode production (containing 50-85 carbon, 10-35 silicon carbide and 20-40 ash with a particle size of 1-10 mm) and dust from electrostatic precipitators of aluminum electrolysis production (containing 50-65 alumina, 15- 35 sodium and aluminum fluorides in the form of NaF, AlF ₆ , Na ₃ AlF ₆ and 5-10 carbon black; particle size 0.05-1 mm).

П р и м е р. После скачивания шлака предыдущей плавки в конвертер загружают 90 т металлического лома, 8 т извести и заливают жидкий чугун с содержанием 0,79 кремния, 0,48 марганца, 0,038 серы с температурой 1330^оС в количестве 180 т. Затем вводят 3,0 т брикетированного теплоносителя, содержащего 80 возвратной шихты печей графитации и 20 пыли электрофильтров электролизного производства алюминия. Начинают продувку металла кислородом с интенсивностью 800-1000 м³/мин. Оставшееся количество извести (9 т) вводят в агрегат до начала интенсивного окисления углерода. Длительность продувки составляет 15-16 мин. В конце продувки получают металл с содержанием углерода 0,06 марганца 0,10 и серы 0,024 Температура металла 1640^оС. Окисленность конечного шлака 17,8 Выход жидкого металла 91,8 Указанная последовательность действий сохраняется при изменении состава теплоносителя в соответствии с формулой изобретения. Полученные данные представлены в таблице в сравнении с известным способом выплавки стали с использованием отработанной угольной футеровки алюминиевых электролизеров.PRI me R. After slag from the previous heat to the converter are charged 90 tons of scrap, 8 tons of lime and pour the liquid iron with a content of 0.79 silicon, 0.48 manganese, 0.038 sulfur at a temperature ^of 1330 C in an amount of 180 t. Then introduced 3.0 m briquetted heat carrier containing 80 return charge of graphitization furnaces and 20 dust of electrostatic precipitators of electrolysis production of aluminum. They begin to purge the metal with oxygen with an intensity of 800-1000 m ³ / min. The remaining amount of lime (9 t) is introduced into the aggregate before intensive carbon oxidation begins. The purge time is 15-16 minutes. After purging prepared metal with a carbon content of 0.06 manganese 0.10 and 0.024 sulfur metal temperature 1640 ^° C oxidation final slag of the molten metal Yield 17.8 91.8 The above sequence of operations is preserved when changing the coolant composition in accordance with the claims. The data obtained are presented in the table in comparison with the known method of steel smelting using the spent coal lining of aluminum electrolysis cells.

Анализ представленных данных подтвердил высокую эффективность предложенного способа. Использование в качестве теплоносителя брикетированных отходов электродного и алюминиевого производств в заявляемых количествах по сравнению с известным способом позволяет за счет интенсификации шлакообразования на 15-25 повысить рафинирующую способность шлака и на 0,002-0,004 абс. снизить остаточное содержание серы в готовом металле, а также в результате синхронизации теплового и шлакового режимов процесса предотвратить угар железа и снизить его потери с отходящими газами (на 2-4 кг/т) и шлаком (на 1-5 кг/т). Это позволяет на 2,5-10 отн. повысить производительность агрегата и на 0,4-0,8 абс. повысить выход жидкого металла. Analysis of the data presented confirmed the high efficiency of the proposed method. Using as a heat carrier briquetted waste electrode and aluminum production in the claimed amounts in comparison with the known method, due to the intensification of slag formation by 15-25 increase the refining ability of the slag and 0,002-0,004 abs. to reduce the residual sulfur content in the finished metal, as well as by synchronizing the thermal and slag modes of the process, to prevent iron burning and reduce its loss with exhaust gases (by 2-4 kg / t) and slag (by 1-5 kg / t). This allows for 2.5-10 rel. increase the productivity of the unit and by 0.4-0.8 abs. increase the yield of liquid metal.

Claims

METHOD FOR STEEL Smelting in an OXYGEN CONVERTER, including loading scrap metal, introducing graphitization furnaces in the form of a carbon-containing heat carrier, slag-forming and slag thinner into the bath, pouring liquid cast iron and metal blowing with oxygen, which is used as an electrolyte aluminum, while the coolant and the slag thinner is loaded after pouring liquid iron in the form of briquettes in the following ratio of ingredients, wt.

Return charge of graphitization furnaces 65 90
Dust of electrostatic precipitators of electrolysis production of aluminum 10 35