RU2185447C2

RU2185447C2 - Method of blowing metal of converter and tuyere for method embodiment

Info

Publication number: RU2185447C2
Application number: RU2000117421A
Authority: RU
Inventors: С.Н. Бюльгер; Л.Н. Канаплин; А.Б. Лятин; М.В. Филатов; А.Б. Шагалов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Северсталь"
Priority date: 2000-07-03
Filing date: 2000-07-03
Publication date: 2002-07-20

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy; converter steelmaking at top blowing with oxygen through tuyere. SUBSTANCE: method includes delivery of oxidizing gas to melt through tuyere nozzles; angle of inclination of jets of said gas is increased from 13 to 18 deg in the course of converter campaign. Angle of inclination of jets is also regulated depending on quality of steel being made; it is reduced in blowing low-carbon steels. Tuyere nozzles are so made that axis of inner surface of nozzle intersects axis of its outer surface at angle β, equal to 0.5-4 deg. Each nozzle is rotatable around axis of its outer surface and is secured in end head at any angle of inclination at α±β within range of 13 - 18 deg, where α is angle of inclination of outer surface of nozzle to longitudinal axis of tuyere. EFFECT: enhanced resistance of lining; reduced melting losses; increased degree of assimilation of slag-forming materials due to optimization of blow jets in the course of converter campaign. 3 cl, 3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к конвертерному производству, и может быть использовано в продувочных кислородных фурмах для подачи газа сверху в конвертер. The invention relates to ferrous metallurgy, namely to converter production, and can be used in oxygen purge lances for supplying gas from above to the converter.

Известен способ продувки расплавов металлов окислительным газом и фурма для его осуществления (патент РФ 2068001 МПК С 21 С 5 5/48, 1996 г.). A known method of purging metal melts with oxidizing gas and tuyere for its implementation (RF patent 2068001 IPC C 21 C 5 5/48, 1996).

Способ позволяет по мере износа футеровки конвертера регулировать критическое сечение сопла за счет замены сменных насадок с критическим сечением. The method allows, as the lining of the converter is worn, to adjust the critical section of the nozzle by replacing interchangeable nozzles with a critical section.

Основным недостатком этого способа является необходимость иметь большое количество сменных насадок, трудность продувки металла газом, с целью получения некоторых марок низкоуглеродистых сталей (08Ю), низкофосфористых (22ГЮ) из-за невозможности изменения угла наклона сопел. The main disadvantage of this method is the need to have a large number of interchangeable nozzles, the difficulty of blowing metal with gas, in order to obtain some grades of low carbon steels (08Yu), low phosphorus (22GY) due to the impossibility of changing the angle of the nozzles.

Известна фурма для продувки металла (патент РФ 2083682 МПК С 21 С 5 5/48, 1997 г. ), в которой для повышения производительности и стабильности процесса оси входного и выходного участков сопла выполнены под углом друг к другу, что по мнению заявителя позволяет при такой конструкции фурмы создать на периферийных участках струи зоны завихрения, где окислитель будет иметь меньшую скорость и будет проникать в металл на меньшую глубину, что приводит к увеличению доли углерода, окисляющегося по двухстадийной схеме. Known lance for purging metal (RF patent 2083682 IPC С 21 С 5 5/48, 1997), in which, to increase the productivity and stability of the process, the axis of the inlet and outlet sections of the nozzle are made at an angle to each other, which, according to the applicant, allows create tuyeres of this design on the peripheral sections of the jet in the swirl zone, where the oxidizing agent will have a lower velocity and penetrate into the metal to a shallower depth, which will lead to an increase in the fraction of carbon oxidized in a two-stage scheme.

Недостатком этой конструкции является то, что она не позволяет изменить угол наклона сопел в процессе кампании конвертера, не полностью используется кинетическая энергия струи, т.к. конструкция сопла с пересекающимися осями входной и выходной части не позволяет получить сопло Лаваля в чистом его виде. The disadvantage of this design is that it does not allow you to change the angle of the nozzles during the campaign of the Converter, the kinetic energy of the jet is not fully used, because the design of the nozzle with intersecting axes of the input and output parts does not allow to obtain a Laval nozzle in its pure form.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип изобретения, является способ выплавки стали в конвертере (SU 1504262 А1,С 21 С 5/28,30.08.89), при котором по ходу кампании конвертера увеличивают угол наклона струй окислительного газа в диапазоне от 18,5 до 28,5^o, сохраняя соотношение диаметра окружности, описывающей зоны воздействия кислородных струй на ванну к диаметру ванны по футеровке, равным 0,56-0,62, при этом достигают сокращение продолжительности продувки, снижения расхода шлакообразующих и увеличения стойкости футеровки.The closest analogue adopted for the prototype of the invention is a method of steel smelting in a converter (SU 1504262 A1, C 21 C 5 / 28,30.08.89), in which, during the course of the converter, the angle of inclination of the jets of oxidizing gas is increased in the range from 18.5 up to 28.5 ^o , while maintaining the ratio of the diameter of the circle describing the zone of influence of oxygen jets on the bath to the diameter of the bath along the lining, equal to 0.56-0.62, while achieving a reduction in the duration of purging, reducing the consumption of slag-forming and increasing the durability of the lining.

Недостатком этого способа является то, что изменение угла наклона кислородных струй не согласуется с выплавляемой маркой стали, и то, что указанные в описании величины углов наклона сопел продувочных фурм в современных большегрузных конвертерах (350 т и более) не применяются из-за опасности быстрого износа футеровки. The disadvantage of this method is that the change in the angle of inclination of the oxygen jets is not consistent with the melted steel grade, and that the angles of inclination of the nozzles of the blowing tuyeres described in the description are not used in modern heavy-duty converters (350 tons or more) because of the risk of rapid wear lining.

Техническим результатом изобретения является оптимизация направления продувочных струй по ходу кампании конвертера и выплавке определенного сортамента стали, т. е. улучшение технико-экономических показателей процесса выплавки стали (повышение стойкости футеровки, уменьшение угара металла, увеличение степени усвоения шлакообразующих материалов). The technical result of the invention is to optimize the direction of the purge jets during the campaign of the converter and the smelting of a certain steel grade, i.e., to improve the technical and economic indicators of the steel smelting process (increase the lining resistance, reduce the loss of metal, increase the degree of assimilation of slag-forming materials).

Указанный технический результат достигается тем, что в способе продувки металла при выплавке стали в конвертере, включающем подачу в расплав металла через сопла фурмы струй окислительного газа с увеличением по ходу кампании конвертера их угла наклона, образованного продольной осью фурмы и осью струй, угол наклона струй окислительного газа по ходу кампании конвертера увеличивают от 13 до 18^o путем поворота сопел, кроме того, величину угла наклона струй окислительного газа дополнительно регулируют в зависимости от марки выплавляемой стали, при этом угол наклона уменьшают при продувке металла на низкоуглеродистые марки стали.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of blowing metal during steelmaking in a converter, comprising supplying oxidizing gas jets into the molten metal through nozzles of the tuyere of the jet with increasing along the campaign angle of their inclination formed by the longitudinal axis of the tuyere and the axis of the jets, the angle of inclination of the oxidizing jets gas during the campaign of the Converter is increased from 13 to 18 ^o by turning the nozzles, in addition, the angle of inclination of the jets of oxidizing gas is additionally regulated depending on the grade of steel being smelted , while the angle of inclination is reduced when blowing metal to low-carbon steel grades.

Технический результат достигается также тем, что фурма для продувки расплавов металла, содержащая концентрично расположенные трубы подачи кислорода, подвода и отвода охладителя, торцевую головку, состоящую из наружной и внутренней тарелок, соединенных соплами, расположенными под углом к продольной оси фурмы, отличающаяся тем, что сопла фурмы выполнены таким образом, что ось внутренней поверхности сопла пересекается с осью его наружной поверхности под углом β, равным 0,5-4^o, при этом каждое сопло выполнено с возможностью поворта вокруг оси его внешней поверхности и его фиксирования в торцевой головке на любую величину угла наклона из диапазона α±β в пределах равных 13-18^o, где α - угол наклона оси наружной поверхности сопла к продольной оси фурмы.The technical result is also achieved by the fact that a lance for purging metal melts containing concentrically arranged pipes for supplying oxygen, supply and removal of a cooler, an end head consisting of external and internal plates connected by nozzles located at an angle to the longitudinal axis of the lance, characterized in that nozzle lances are arranged so that the axis of the inner surface of the nozzle intersects the axis of its outer surface at an angle β, equal to 0,5-4 ^o, wherein each nozzle is arranged to around axes povorta its outer surface and its fixing in the head end at any value of the angle range α ± β equal within 13-18 ^o, where α - angle of inclination of the outer surface of the nozzle toward the longitudinal axis of the lance axis.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображен вид сопла (продольный разрез) со смещенной осью, β - угол пересечения осей внутренней и наружной поверхностей сопла; на фиг.2 - общий вид наконечника фурмы, продольный разрез (продувка в начале кампании конвертера); на фиг.3 - схема установки сопел в головке фурмы. The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a nozzle view (longitudinal section) with an offset axis, β is the angle of intersection of the axes of the inner and outer surfaces of the nozzle; figure 2 is a General view of the lance tip, a longitudinal section (purge at the beginning of the Converter campaign); figure 3 - installation diagram of the nozzles in the lance head.

Способ продувки металла окислительным газом реализуется при помощи устройства, показанного на фиг.2 Устройство содержит фурму 1, сопла 2, внутреннюю тарелку 3 с отверстиями под сопла, наружную тарелку 4. Внутренняя 3 и наружная 4 тарелки совместно растачиваются для установки сопел 2 под углом α к продольной оси фурмы. На торцевой поверхности сопла 2 со стороны внутренней тарелки 3 нанесены метки 1,2,3,4 (фиг.3) Количество меток может быть и большим в зависимости от величины угла β. Каждой метке соответствует определенное значение угла ±β.
При продувке на новом конвертере, когда диаметр конвертера минимальный, а высота ванны металла максимальна, устанавливается угол истечения продуваемого газа (α-β) (положение сопла относительно стрелки "3"). При продувке ванны в конце кампании конвертера сопло устанавливают в положение "1". В середине кампании сопла устанавливают в положение "2" или "4", при этом можно создать некоторое закручивание ванны металла в левую или правую сторону (фиг.3).The method of purging metal with oxidizing gas is implemented using the device shown in FIG. 2. The device contains a lance 1, nozzles 2, an inner plate 3 with holes for nozzles, an outer plate 4. The inner 3 and outer 4 plates are bored together to install the nozzles 2 at an angle α to the longitudinal axis of the lance. On the end surface of the nozzle 2 from the side of the inner plate 3, marks 1,2,3,4 are applied (Fig. 3). The number of marks can be large depending on the angle β. Each label corresponds to a specific angle ± β.
When purging on a new converter, when the diameter of the converter is minimal, and the height of the metal bath is maximum, the angle of outflow of the purged gas (α-β) is set (position of the nozzle relative to the arrow "3"). When purging the bath at the end of the converter campaign, the nozzle is set to “1”. In the middle of the campaign, the nozzles are set to the “2” or “4” position, while it is possible to create some twisting of the metal bath to the left or right side (Fig. 3).

По заявке мастера-технолога в зависимости от состояния конвертера и выплавляемой марки стали выполняется та или иная сборка фурмы, т.е. выполнен тот или иной поворот сопел вокруг оси его внешней поверхности для получения необходимого угла α±β. Конструкция деталей, технологии сборки и сварки не меняются. At the request of the master technologist, depending on the state of the converter and the lost steel grade, one or another lance assembly is performed, i.e. this or that rotation of the nozzles around the axis of its outer surface is performed to obtain the required angle α ± β. The design of parts, assembly and welding technologies do not change.

При выплавке низкоуглеродистой стали (автолист, электротехническая сталь) в начале кампании конвертера, когда ванна имеет максимальную глубину и минимальный диаметр, используют кислородную фурму для продувки металла, наконечники которой собраны по схеме "3" и имеющие угол наклона оси продувочной струи к вертикали 13^o. В этом случае будет реализовываться максимальная глубина проникновения струи кислорода в металл, наилучшее перемешивание металла и более полное взаимодействие струи кислорода с расплавом, что позволит достичь заданного низкого содержания углерода в расплаве в конце продувки без переокисления металла и шлака и повысить чистоту стали по неметаллическим включениям, снизить расход ферросплавов.When smelting low-carbon steel (autosheet, electrical steel) at the beginning of the converter campaign, when the bath has a maximum depth and a minimum diameter, an oxygen lance is used to purge the metal, the tips of which are assembled according to the "3" scheme and have an angle of inclination of the axis of the purge jet to the vertical of 13 ^o . In this case, the maximum depth of penetration of the oxygen stream into the metal, the best mixing of the metal, and a more complete interaction of the oxygen stream with the melt will be realized, which will allow to achieve the specified low carbon content in the melt at the end of the purge without reoxidation of the metal and slag and increase the purity of steel by non-metallic inclusions, reduce the consumption of ferroalloys.

При дальнейшей эксплуатации конвертера с ростом износа футеровки, увеличения диаметра и снижения глубины металлической ванны необходимо использовать кислородную фурму, наконечники которой собраны по схеме "2" и имеющие угол наклона оси внутренней поверхности сопла к вертикали 14-15^o (чем больше износ футеровки, тем больший угол наклона устанавливается на наконечники). В этом случае при достаточной глубине проникновения кислородной струи в металл увеличивается площадь взаимодействия кислорода с расплавом, что способствует более полному протеканию металлургических реакций без увеличения вредного воздействия газовой струи на футеровку конвертера.With further operation of the converter with increasing wear of the lining, increasing the diameter and reducing the depth of the metal bath, it is necessary to use an oxygen lance, the tips of which are assembled according to the “2” scheme and have an angle of inclination of the axis of the inner surface of the nozzle to the vertical of 14-15 ^o (the greater the wear of the lining, the a larger angle of inclination is set on the tips). In this case, with a sufficient depth of penetration of the oxygen stream into the metal, the area of interaction of oxygen with the melt increases, which contributes to a more complete occurrence of metallurgical reactions without increasing the harmful effects of the gas stream on the lining of the converter.

При выплавке остальных марок стали с содержанием углерода более 0,05% (трубный металл и т.п.) в начале кампании конвертера необходимо использовать фурму, сопла которой собраны по схеме "2", имеющие угол наклона оси внутренней поверхности сопел к вертикали 16^o. В этом случае при сохранении требуемого содержания углерода в стали перед выпуском за счет увеличения угла наклона продувочной струи и лучшего наведения шлака будет обеспечен необходимый химсостав в расплаве. В дальнейшем по ходу кампании конвертера угол наклона продувочных струй увеличивают до 18^o (схема сборки "1").When smelting the remaining grades of steel with a carbon content of more than 0.05% (pipe metal, etc.), at the beginning of the converter campaign it is necessary to use a lance whose nozzles are assembled according to the “2” scheme, having an angle of inclination of the axis of the inner surface of the nozzles to the vertical of 16 ^o . In this case, while maintaining the required carbon content in the steel before release due to an increase in the angle of inclination of the purge jet and better guidance of the slag, the necessary chemical composition in the melt will be provided. Subsequently, during the campaign of the converter, the angle of inclination of the purge jets is increased to 18 ^o (assembly diagram "1").

Примеры использования фурм с различными углами наклона сопел отражены в таблице. Способ выплавки стали с изменением угла наклона сопел опробован на 350-тонных конвертерах с футеровкой из периклазоуглеродистых огнеупоров с применением торкретирования и раздува вспененного шлака на стенки конвертера при средней продолжительности кампании 4000 плавок. Угол наклона оси наружной поверхности сопел к продольной оси фурмы α для всех торцовых головок был равен 16^o. Сопла были изготовлены с углами β = 2,3,4^°, что позволило исследовать влияние углов α±β в диапазоне от 12 до 20^o. Исследовались показатели конвертерной плавки при выплавке различных групп марок сталей: низкоуглеродистых (содержание углерода перед выпуском менее 0,05%) и остальные (содержание углерода перед выпуском более 0,05%).Examples of using tuyeres with different nozzle angles are shown in the table. The method of steel smelting with a change in the angle of the nozzles was tested on 350-ton converters with a lining of periclase-carbon refractories using shotcrete and blowing foamed slag onto the walls of the converter with an average campaign duration of 4,000 heats. The angle of inclination of the axis of the outer surface of the nozzles to the longitudinal axis of the lance α for all mechanical heads was 16 ^o . The nozzles were made with angles β = 2,3,4 ^° , which allowed us to study the influence of angles α ± β in the range from 12 to 20 ^o . The parameters of converter smelting were studied in the smelting of various groups of steel grades: low-carbon steel (carbon content before production less than 0.05%) and the rest (carbon content before production more than 0.05%).

Изменение угла наклона струй окислительного газа в зависимости от марки выплавляемой стали и износа футеровки конвертера в пределах от 13 до 18^o позволяет увеличить степень усвоения шлакообразующих материалов и снизить угар в конвертере.Changing the angle of inclination of the jets of oxidizing gas depending on the grade of steel being smelted and the wear of the lining of the converter in the range from 13 to 18 ^o allows you to increase the degree of assimilation of slag-forming materials and reduce fumes in the converter.

Claims

1. A method of purging metal during steelmaking in a converter, comprising supplying oxidizing gas jets to the molten metal through nozzles of the tuyere of the furnace with increasing along their inclination angle formed by the longitudinal axis of the tuyere and the axis of the jets, characterized in that the angle of inclination of the oxidizing gas jets is during the campaign of the converter increase from 13 to 18 ^o by turning the nozzles, in addition, the angle of inclination of the jets of oxidizing gas is additionally regulated depending on the grade of the steel being smelted, while the angle of inclination is reduced when blowing metal to low-carbon steel grades.

2. A lance for purging metal melts containing concentrically arranged oxygen supply pipes, cooler inlet and outlet pipes, an end head consisting of external and internal plates connected by nozzles located at an angle to the longitudinal axis of the lance, characterized in that the lance nozzles are made in this way that the axis of the inner surface of the nozzle intersects the axis of its outer surface at an angle β, equal to 0,5-4 ^o, wherein each nozzle is rotatable around the axis of its outer surface and its fixing in m rtsevoy head at any value of the angle range α ± β in the range equal to 13-18 ^o, where α - angle of inclination of the outer surface of the lance nozzle to the longitudinal axis.