RU2123053C1

RU2123053C1 - Process of steel melting in open-hearth furnace

Info

Publication number: RU2123053C1
Application number: RU98102666A
Authority: RU
Inventors: О.М. Сосонкин; Л.М. Васильев; Ю.В. Луканин; А.А. Смирнов; Н.Н. Крапивин; В.Б. Жиленко; Ю.Н. Кишкин; Ю.Г. Черневский; А.Л. Мясников; Г.М. Палий; В.П. Пляка
Original assignee: Московский государственный вечерний металлургический институт; Открытое акционерное общество "Северсталь"
Priority date: 1998-02-13
Filing date: 1998-02-13
Publication date: 1998-12-10

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy. SUBSTANCE: invention is related to ferrous metallurgy where such waste of production as slogs of converter operation, separated slogs, scale and so on are used as iron-carrying starting materials. In agreement with invention process is realized thanks to usage of 15% of metal scrap and 25% of liquid pig iron from charge of furnace. Full charge is obtained by injection of mixture containing iron- carrying starting material, coal and fluorite in proportion 1.0:0.4:0.15. This mixture in the amount of 2.0 t of scrap is loaded on to heated scrap, is heated additionally together with scrap to pouring of pig iron with coefficient of air excess not less than 1. After pouring of pig iron and melting of scrap the rest of mixture in the amount of 30.0-70.0 t/h is added simultaneously with oxygen blow-through of bath. Intensity of blow-through during this time is periodically changed from maximum one in the course of 15-25 s to minimum one in the course of 5-10 s. Feed of mixture is stopped after filling of bath due to reduction of iron and process is brought to final melting. EFFECT: improved quality of steel thanks to decreased fouling with non-ferrous impurities, improved ecological situation and reduced production cost. 1 cl

Description

Изобретение относится к черной металлургии для получения стали, где в качестве сырья используются отходы производства (шламы, сепарированные шлаки, окалина, просыпи руды, окатышей, агломерата и т.п.). The invention relates to ferrous metallurgy for the production of steel, where production waste (sludge, separated slag, scale, ore spills, pellets, sinter, etc.) are used as raw materials.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому способу является способ выплавки стали в мартеновской печи (В.А. Кудрин. Металлургия стали. М. , Металлургия, 1989, с. 284-318). Способ заключается в завалке металлического лома в количестве 40...50% от садки печи, прогреве его до среднемассовой температуры 1000. . .1200^oC, заливке жидкого чугуна, плавлении и доводке. В результате получают сталь заданного химического состава.The closest in technical essence to the proposed method is a method of steel smelting in an open-hearth furnace (V. A. Kudrin. Steel metallurgy. M., Metallurgy, 1989, S. 284-318). The method consists in filling up scrap metal in an amount of 40 ... 50% of the furnace charge, heating it to a weight average temperature of 1000.. .1200 ^o C, cast iron casting, smelting and lapping. The result is steel of a given chemical composition.

К недостаткам указанного способа выплавки стали, выбранного в качестве прототипа, следует отнести использование дорогостоящих шихтовых материалов (скрап и чугун), зачастую низкое качество стали по цветным примесям, главным образом меди, содержащимся в металлическом ломе. The disadvantages of this method of steel smelting, selected as a prototype, include the use of expensive charge materials (scrap and cast iron), often the low quality of the steel by color impurities, mainly copper contained in scrap metal.

Таким образом, низкое качество стали и высокая себестоимость являются недостатками прототипа. Thus, low quality steel and high cost are the disadvantages of the prototype.

Задачей изобретения является повышение качества стали за счет снижения загрязненности стали цветными примесями, улучшения экологической ситуации и снижения себестоимости. The objective of the invention is to improve the quality of steel by reducing the pollution of steel by color impurities, improve the environmental situation and reduce costs.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе выплавки стали в мартеновской печи, включающем завалку металлического лома, прогрев, заливку жидкого чугуна, плавление и доводку, в завалку дают до 15% металлического лома от садки печи и после прогрева вводят из расчета 2 т на тонну лома смесь из железосодержащего сырья, угля и плавикового шпата в соотношении 1:0,4:0,15, которую дополнительно прогревают с коэффициентом избытка воздуха менее 1, а затем заливают до 25% от садки печи жидкого чугуна и после расплавления лома подают ту же смесь в количестве 30-70 т/ч с одновременной продувкой ванны кислородом, причем интенсивность продувки периодически изменяют от максимальной в течение 15...25 с до минимальной в течение 5...10 с, а после заполнения ванны за счет восстановления железа прекращают подачу смеси и проводят доводку плавки. The problem is solved due to the fact that in the method of steel smelting in an open-hearth furnace, including filling scrap metal, heating, pouring molten iron, melting and lapping, up to 15% of scrap metal from the furnace charge is fed into the filling and, after heating, 2 t is introduced per ton of scrap, a mixture of iron-containing raw materials, coal and fluorspar in a ratio of 1: 0.4: 0.15, which is additionally heated with an excess air coefficient of less than 1, and then poured up to 25% of the charge of the furnace of molten iron and after scrap is melted same mixture in to the amount of 30-70 t / h with simultaneous purging of the bath with oxygen, and the purge intensity is periodically changed from maximum for 15 ... 25 s to minimum for 5 ... 10 s, and after filling the bath due to reduction of iron, the mixture is stopped and carry out refinement of the heat.

Изобретение обладает новизной, что следует из сравнения с прототипом, изобретательским уровнем, так как явно не следует из существующего уровня техники; практически легко осуществимо в имеющихся мартеновских печах. The invention has novelty, which follows from a comparison with the prototype, inventive step, as it clearly does not follow from the existing level of technology; almost easily feasible in existing open-hearth furnaces.

Способ выплавки стали осуществляется следующим образом. The method of steelmaking is as follows.

На подину мартеновской печи после завалки сыпучих материалов (известь, доломит) заваливают металлический лом в количестве до 15% садки печи и прогревают его до среднемассовой температуры 1000^oC. Затем на прогретый лом дают смесь, составленную из железосодержащего сырья, включающего шламы конвертерного производства, сепарированный шлак, пыли газоочисток, окалина и т. п., угля и плавикового шпата в соотношении 1:0,4:0,15. Уголь в этой смеси играет роль восстановителя. На 1 кг железосодержащего сырья в смеси приходится 0,4 кг угля. Теоретически угля должно быть меньше, но поскольку создать восстановительную атмосферу в рабочем пространстве печи не удается, то необходим определенный избыток угля (восстановителя). Кроме того, последующая продувка ванны кислородом будет обезуглероживать металл. Включение в состав смеси 0,15 кг шпата на 1 кг железосодержащего сырья позволяет получить расплав смеси с низкой температурой плавления. Применение плавикового шпата в большем количестве экономически нецелесообразно.After filling bulk materials (lime, dolomite) on the hearth of the open-hearth furnace, scrap metal is poured in an amount of up to 15% of the furnace charge and heated to a mass average temperature of 1000 ^o C. Then, a mixture composed of iron-containing raw materials, including converter sludge, is produced on heated scrap. separated slag, dust from gas purification, scale, etc., coal and fluorspar in a ratio of 1: 0.4: 0.15. Coal in this mixture plays the role of a reducing agent. 0.4 kg of coal per 1 kg of iron-containing raw materials in the mixture. Theoretically, there should be less coal, but since it is not possible to create a reducing atmosphere in the working space of the furnace, a certain excess of coal (reducing agent) is required. In addition, subsequent purging of the bath with oxygen will decarburize the metal. The inclusion in the mixture of 0.15 kg of spar per 1 kg of iron-containing raw materials allows to obtain a melt of the mixture with a low melting point. The use of fluorspar in large quantities is not economically feasible.

Заваленную смесь прогревают до заливки чугуна. Поскольку процесс восстановления идет с поглощением тепла, то в этот период необходимо интенсивно отапливать печь, причем коэффициент избытка воздуха на горение топлива должен быть менее 1. В этом случае угар угля будет минимальным и он будет использоваться преимущественно как восстановить. Количество смеси, заваленной на прогретый лом, составляет 2 т на тонну металлолома. The littered mixture is heated until cast iron is poured. Since the recovery process involves absorption of heat, it is necessary to intensively heat the furnace during this period, and the coefficient of excess air for fuel combustion should be less than 1. In this case, coal fumes will be minimal and it will be used primarily as a way to recover. The amount of mixture dumped on heated scrap is 2 tons per ton of scrap metal.

После заливки чугуна ванну продувают кислородом по обычной технологии с тем, чтобы прошло плавление лома и нагрев металла. Чугун заливают в количестве до 25% от садки печи. При меньшем количестве жидкого чугуна затрудняется расплавление лома, так как не весь лом будет смачиваться жидким чугуном и использование кислорода для продувки ванны ограничивается ее недостаточной глубиной. Большее количество чугуна экономически нецелесообразно. After casting the cast iron, the bath is purged with oxygen according to the usual technology so that scrap is melted and the metal is heated. Cast iron is poured in an amount up to 25% of the furnace charge. With less liquid cast iron, melting of the scrap is difficult, since not all scrap will be wetted by liquid iron and the use of oxygen to purge the bath is limited by its insufficient depth. More iron is not economically feasible.

После продувки ванны кислородом и полного расплавления лома начинают подавать ту же смесь в количестве 30...70 т/ч и одновременно продувают ванну кислородом. При подаче смеси менее 30 т/ч падает производительность печи и растут энергетические затраты на единицу продукции, при количестве подаваемой смеси более 70 т/ч может прекратиться реакция восстановления железа из расплава из-за недостатка тепла. After purging the bath with oxygen and completely melting the scrap, the same mixture begins to be fed in an amount of 30 ... 70 t / h and at the same time the bath is purged with oxygen. When the mixture is supplied less than 30 t / h, the productivity of the furnace decreases and energy costs per unit of production increase; when the amount of the mixture is more than 70 t / h, the reaction of reduction of iron from the melt may stop due to lack of heat.

Таким образом, интервал 30...70 т/ч определяется и производительностью печи и способом подвода тепла в зону реакции восстановления. Продувку ванны кислородом проводят таким образом, что ее интенсивность периодически и ступенчато изменяют от максимальной в течение 15...25 с до минимальной в течение 5....10 с. При максимальном расходе кислорода температура металла в зоне контакта со струей достигает температуры кипения в течение 15...25 с за счет окисления углерода, кремния, железа. Время достижения температуры кипения металла зависит от начальной температуры, состава металла, условий перемешивания, количества и состава шлака. Если максимальный расход кислорода поддерживать более 25 с, то металл в "горячем пятне" (зона контакта со струей кислорода) закипит и выделяющееся тепло расходуется на испарение, что ведет к дополнительному угару металла и расходу кислорода. Thus, the interval 30 ... 70 t / h is determined by the productivity of the furnace and the method of supplying heat to the recovery reaction zone. The bath is purged with oxygen in such a way that its intensity is periodically and stepwise changed from maximum for 15 ... 25 s to minimum for 5 .... 10 s. At the maximum oxygen consumption, the metal temperature in the zone of contact with the jet reaches the boiling point within 15 ... 25 s due to the oxidation of carbon, silicon, and iron. The time to reach the boiling point of the metal depends on the initial temperature, the composition of the metal, mixing conditions, the amount and composition of the slag. If the maximum oxygen flow rate is maintained for more than 25 s, then the metal in the “hot spot” (the zone of contact with the oxygen stream) will boil and the heat generated will be consumed by evaporation, which leads to additional metal waste and oxygen consumption.

Затем, при резком снижении расхода кислорода до минимума, тепло "горячего пятна" расходуется на поддержание реакции восстановления железа, которая является эндотермической. Температура металла в "горячем пятне" снова падает в течение 5...10 с в зависимости от количества расплава железосодержащего сырья, контактирующего с этим пятном. Затем цикл повторяется. Then, with a sharp decrease in oxygen consumption to a minimum, the heat of the "hot spot" is spent on maintaining the iron reduction reaction, which is endothermic. The temperature of the metal in the "hot spot" falls again within 5 ... 10 s, depending on the amount of molten iron-containing raw materials in contact with this spot. Then the cycle repeats.

Таким образом, ступенчатое периодическое изменение расхода кислорода является способом ввода тепла в зону реакции восстановления железа и, с другой стороны, позволяет снизить угар металла и расход кислорода. Thus, a stepwise periodic change in the oxygen consumption is a way of introducing heat into the reaction zone of the reduction of iron and, on the other hand, can reduce the waste of metal and oxygen consumption.

После наполнения ванны за счет железа, восстановленного из расплава железосодержащего сырья, прекращают подачу смеси и проводят доводку плавки по обычной технологии. After filling the bath due to the iron recovered from the melt of iron-containing raw materials, the flow of the mixture is stopped and the smelting is refined using conventional technology.

Поскольку количество металлического лома, используемого в предлагаемом способе, значительно меньше, чем при обычной технологии, то снижается содержание примесей цветных металлов, особенно меди, что повышает качество стали. Кроме того, уменьшается расход жидкого чугуна. Эти факторы снижают себестоимость стали. Извлечение железа из отходов металлургического производства позволяет прекратить увеличение отвалов, а в перспективе и избавиться от них, что благоприятно отразится на экологической обстановке в зоне расположения металлургических производств. Since the amount of scrap metal used in the proposed method is significantly less than with conventional technology, the content of non-ferrous metals, especially copper, is reduced, which improves the quality of steel. In addition, the consumption of molten iron is reduced. These factors reduce the cost of steel. Extraction of iron from metallurgical production wastes allows to stop the increase of dumps, and in the future to get rid of them, which will have a favorable effect on the environmental situation in the area of metallurgical production.

Пример осуществления способа выплавки стали в мартеновской печи садкой 600 т. An example of the method of steelmaking in an open-hearth furnace with a furnace charge of 600 tons

По обычной технологии проводят заправку печи, завалку сыпучих материалов и металлического лома в количестве 90 т. Прогревают лом до среднемассовой температуры 1100^oC. Затем снижают расход воздуха на горение топлива так, чтобы коэффициент избытка воздуха составил 0,9, и заваливают смесь (шламов конвертерного производства, сепарированных шлаков), (угля) и (плавикового шпата) в соотношении 1:0,4:0,15 в количестве 180 т. Прогревают смесь и лом в течение 0,25 ч и заливают жидкий чугун в количестве 150 т. Продувают ванну кислородом по обычной технологии до полного расплавления металлического лома. Затем начинают подавать смесь железосодержащего сырья, угля и плавикового шпата в количестве 60 т/ч с одновременной продувкой ванны кислородом через две фурмы, расположенные напротив 2-го и 4-го завалочных окон. Интенсивность продувки периодически изменяют от 2500 м³/ч в течение 20 с до 500 м³/ч в течение 5 с. Уменьшать расход кислорода до нуля нельзя, так как в этом случае кислородные отверстия фурмы забьются шлаком.According to the usual technology, the furnace is refueled, bulk materials and scrap metal are filled in an amount of 90 tons. The scrap is heated to a mass average temperature of 1100 ^o C. Then, the air consumption for fuel combustion is reduced so that the excess air coefficient is 0.9, and the mixture is buried (sludge converter production, separated slag), (coal) and (fluorspar) in a ratio of 1: 0.4: 0.15 in the amount of 180 tons. The mixture and scrap are heated for 0.25 hours and 150 tons of molten iron are poured. The bath is purged with oxygen according to conventional technology to a full th melting of scrap metal. Then they begin to feed a mixture of iron-containing raw materials, coal and fluorspar in the amount of 60 t / h with simultaneous purging of the bath with oxygen through two tuyeres located opposite the 2nd and 4th filling windows. The purge rate is periodically changed from 2500 m ³ / h for 20 s to 500 m ³ / h for 5 s. It is impossible to reduce the oxygen consumption to zero, since in this case the oxygen holes of the tuyere become clogged with slag.

В таком режиме процесс идет в течение 5 ч. К этому моменту ванна заполнится металлом. После этого прекращают подачу смеси и проводят доводку плавки по обычной технологии, т.е. доводят по химическому составу и температуре. In this mode, the process takes 5 hours. At this point, the bathtub will be filled with metal. After that, the flow of the mixture is stopped and the melting is refined according to the usual technology, i.e. adjusted by chemical composition and temperature.

Известно, что в металлургическом производстве образуются отходы: пыль газоочисток, шламы доменного, мартеновского, конвертерного, электросталеплавильного производств, окалина прокатного производства; просыпи руды, окатышей, агломерата и т.п., использование которых в качестве железосодержащего сырья пока не находит широкого применения. Часть этих отходов поступает в отвалы, являющиеся источником загрязнения окружающей среды, занимает огромные площади. It is known that in metallurgical production waste is generated: gas purification dust, sludge from blast furnace, open-hearth furnace, converter, electric steelmaking, mill scale; spills of ore, pellets, agglomerate, etc., the use of which as iron-containing raw materials is not yet widely used. Part of these wastes goes to dumps, which are a source of environmental pollution, occupying vast areas.

Как показано в примере осуществления способа, на плавку израсходовано только 90 т металлического лома вместо обычных 300 т и 150 т чугуна вместо обычных 300 т. При этом следует ожидать снижения содержания меди в готовом металле почти в три раза, так как в завалку дали металлического лома, содержащего медь, в три раза меньше, чем по обычной технологии. As shown in the example implementation of the method, only 90 tons of scrap metal was consumed for smelting instead of the usual 300 tons and 150 tons of cast iron instead of the usual 300 tons. In this case, a reduction of the copper content in the finished metal by almost three times is expected, since scrap metal was fed into the filling containing copper, three times less than conventional technology.

При цене лома 420 руб/т и цене жидкого чугуна 820 руб/т экономия на металлической части шихты составит 211200 руб. Стоимость смеси составляет 50 руб/т и затраты на смесь 35000 руб. Таким образом, экономический эффект применения нового способа 176200 руб на плавку или 293 руб/т. With a scrap price of 420 rubles / ton and a price of molten iron of 820 rubles / ton, the savings on the metal part of the charge will amount to 211200 rubles. The cost of the mixture is 50 rubles / ton and the cost of the mixture is 35,000 rubles. Thus, the economic effect of applying the new method is 176200 rubles for smelting or 293 rubles / t.

При производительности печи 1500 т/сутки будет переработано около 0,5 млн. т в год железосодержащего сырья, что позволит использовать не только отходы текущего производства, но и перерабатывать отвалы железосодержащего сырья. Таким образом будет улучшаться экологическая ситуация в зоне расположения металлургического производства и снижаться плата за природопользование. With a furnace capacity of 1,500 tons / day, about 0.5 million tons of iron-containing raw materials will be processed per year, which will make it possible to use not only waste from current production, but also to process dumps of iron-containing raw materials. Thus, the environmental situation in the area of metallurgical production will improve and the payment for environmental management will decrease.

Claims

1. The method of steelmaking in open-hearth swords, including the filling of scrap metal, heating, pouring molten iron, melting and lapping, characterized in that up to 15% of the scrap metal is fed into the filling from the furnace charge and after heating is introduced at the rate of 2 t per 1 t scrap mixture of iron-containing raw materials, coal and fluorspar in a ratio of 1: 0.4: 0.15, which is additionally heated with an excess air coefficient of less than 1, and then poured up to 25% of the charge of the furnace of molten iron and after the melting of the scrap serves the same mixture in an amount of 30-70 t / h at the same time by purging the bath with oxygen, and the purging intensity is periodically changed from maximum for 15–25 s to minimum for 5–10 s, and after filling the bath due to reduction of iron, the mixture is discontinued and melting is finished.

2. The method according to p. 1, characterized in that as the iron-containing raw materials use sludge converter production, scale, separated slag, agglomerate.