RU2197533C2

RU2197533C2 - Method of making steel in open-hearth furnace

Info

Publication number: RU2197533C2
Application number: RU2001110129A
Authority: RU
Inventors: Эдгар Э. ШУМАХЕР; В.Н. Хлопонин; Эвальд А. Шумахер; И.В. Зинковский; Рената Э. Францки
Original assignee: Техком Импорт-Экспорт ГмбХ
Priority date: 2001-04-16
Filing date: 2001-04-16
Publication date: 2003-01-27

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy; making steel in open-hearth furnaces at blowing with inert or neutral gas through hearth. SUBSTANCE: proposed method includes charging of solid metal charge, heating, melting and bringing the molten metal to specified characteristics; proposed method includes blowing the molten metal with neutral gas through hearth in zones along longitudinal axis at use of VVS system units. Before beginning of charging and/or in the course of charging, molten bath is formed in furnace at carbon content more than 2.3% in the amount of 6-10% of mass of metal charge. Molten bath may be formed by remaining steel of previous melt in the amount of 6-10% of mass of metal charge subjected to carburization to content of carbon higher then 2.3% before beginning of charge and/or in the course of charging. EFFECT: reduced melting time. 2 cl, 1 tbl, 9 ex

Description

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к выплавке стали в мартеновских печах с использованием продувки инертным или нейтральным газом через подину по ходу плавки. The invention relates to ferrous metallurgy, and specifically to steelmaking in open-hearth furnaces using inert or neutral gas purging through a hearth along the course of melting.

Известен способ выплавки стали в мартеновский печи, в котором последовательно производят завалку в печь металлошихты и ее прогрев, а после нагрева до температуры плавления чугуна осуществляют заливку жидкого чугуна и продувку инертным или нейтральным газом через подину и кислородом сверху. Продувку инертным или нейтральным газом через подину производят через отверстия в коллекторах, установленных в подине, выполненной из пористой футеровки [см, например, А.С. (СССР) 1164275, МКИ⁷ С 21 С 5/04. Опубл. 1985].There is a method of steelmaking in an open-hearth furnace, in which the metal charge is sequentially filled and heated, and, after heating to the melting temperature of cast iron, liquid iron is poured and inert or neutral gas is blown through the bottom and with oxygen from above. An inert or neutral gas is blown through the hearth through the holes in the collectors installed in the hearth made of a porous lining [see, for example, A.S. (USSR) 1164275, MKI ⁷ C 21 C 5/04. Publ. 1985].

Наличие кислородных фурм, а также устройств для подачи газов через пористую подину обеспечивает одновременную комбинированную верхнюю продувку металла кислородом и нижнюю продувку металла нейтральным или инертным газом, в результате которой ускоряется процесс обезуглероживания и интенсивное его перемешивание, ускоряется процесс шлакообразования. The presence of oxygen tuyeres, as well as devices for supplying gases through a porous hearth, provides a simultaneous combined upper blowing of metal with oxygen and a lower blowing of metal with a neutral or inert gas, which accelerates the decarburization process and intensive mixing, accelerates the process of slag formation.

Однако известный способ выплавки стали эффективен только при наличии в ванне печи жидкого расплава и мало эффективен при отсутствии в печи жидкого расплава и наличии в ванне твердой шихты. However, the known method of steel smelting is effective only if there is a liquid melt in the furnace bath and is not very effective if there is no liquid melt in the furnace and there is a solid charge in the bath.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому ярезультату является способ выплавки стали в мартеновской печи, предусматривающий период завалки в печь твердой металлошихты, периоды ее прогрева, расплавления и доводки жидкого металла до требуемых характеристик, осуществляемой с применением продувки жидкого металла нейтральным или инертным газом через подину по зонам вдоль продольной оси с регламентированным расходом и использованием устройств по системе VVS (Патент РФ 2164244 от 02.03.2000, МПК⁷ С 21 С 5/04. ).The closest in technical essence and the achieved result is a method of steel smelting in an open-hearth furnace, which includes a period of filling a solid metal charge into a furnace, periods of its heating, melting and finishing of a liquid metal to the required characteristics, carried out by using a liquid metal blowing with a neutral or inert gas through a bottom through zones along the longitudinal axis with regulated flow and the use of devices according to the VVS system (RF Patent 2164244 dated 02.03.2000, IPC ⁷ C 21 C 5/04.).

Известный способ за счет выполнения продувочных устройств с расположением по зонам вдоль продольной оси по системе VVS позволяет в более широком интервале изменять расход подаваемого газа, создавая необходимые режимы продувки ванны, что позволяет более эффективно управлять режимами шлакообразования и массопереноса в печи. The known method due to the implementation of purge devices with the arrangement in zones along the longitudinal axis of the VVS system allows for a wider interval to change the flow rate of the supplied gas, creating the necessary purge modes of the bath, which allows more efficient control of slag formation and mass transfer in the furnace.

Способ эффективен также только при наличии в ванне жидкого расплава. Предусмотренная в известном изобретении возможность оставлять в печи сталь предыдущей плавки в количестве до 1% и загружать в нее скрап, как основную часть металлошихты, не приводит к каким либо положительным результатам. The method is also effective only in the presence of a liquid melt in the bath. Provided in the known invention, the ability to leave in the furnace the steel of the previous melting in an amount of up to 1% and load scrap into it, as the main part of the metal charge, does not lead to any positive results.

Это объясняется тем, что при контакте с расплавленной сталью она в начале практически полностью намораживается на скрап и только затем, прогреваясь до температуры 1520-1540^oС, начинает плавиться. Подача при этом нейтрального или инертного газа через подину еще больше способствует этому процессу. Таким образом, имеет место существенное удлинение процесса плавки.This is because when it comes into contact with molten steel, at the beginning it almost completely freezes to scrap and only then, warming up to a temperature of 1520-1540 ^o С, it begins to melt. The supply of neutral or inert gas through the bottom further contributes to this process. Thus, there is a significant lengthening of the melting process.

Технической задачей изобретения является создание эффективного способа мартеновской плавки с использованием системы продувки VVS. Технический результат - сокращение длительности процесса плавки. An object of the invention is to provide an effective open-hearth smelting process using a VVS purge system. The technical result is a reduction in the duration of the melting process.

Технический результат достигается тем, что в известном способе выплавки стали в мартеновской печи, включающем завалку в печь твердой металлошихты, периоды ее прогрева, расплавления и доводки жидкого металла до требуемых характеристик, осуществляемой с применением продувки жидкого металла нейтральным или инертным газом через подину по зонам вдоль продольной оси с регламентированным расходом и использованием устройств по системе VVS, дополнительно до начала и/или при завалке шихты в печи образуют ванну жидкого расплава металла с содержанием углерода более 2,3% в количестве 6-10% от массы металлошихты. The technical result is achieved by the fact that in the known method of steel smelting in an open-hearth furnace, including filling the solid metal charge in the furnace, periods of its heating, melting and finishing the liquid metal to the required characteristics, carried out by using liquid metal blowing with a neutral or inert gas through the bottom along the zones along the longitudinal axis with a regulated flow rate and the use of devices according to the VVS system, in addition to the beginning and / or when filling the charge in the furnace, they form a bath of molten metal containing iem carbon more than 2.3% in an amount of 6-10% by weight of the metal charge.

Ванну жидкого расплава металла можно образовать путем оставления в печи части жидкой стали от предыдущей плавки в количестве 6-10% от массы металлошихты и последующего ее науглероживания до содержания углерода более 2,3% до начала и/или при завалке шихты. The molten metal molten bath can be formed by leaving in the furnace part of the molten steel from the previous smelting in the amount of 6-10% of the mass of the metal charge and its subsequent carburization to a carbon content of more than 2.3% before and / or when filling the charge.

Основу предлагаемого способа составляет то, что в печи создают ванну жидкого металла, достаточную по объему, и с температурой расплава, значительно превышающей температуру ликвидус, а завалку в печь твердой шихты, в том числе скрапа, производят в жидкий металл. Таким расплавом может являться железоуглеродистый расплав с содержанием углерода более 2,3% или чугун, поскольку известно, что при использовании в печи перегретого выше температуры ликвидус чугуна на каждые 50^oС - длительность плавки в подовом агрегате может быть сокращена на 25-30 мин (Григорьев В.П. и др. Известия Вузов. Черная металлургия. 1962. 5. Стр. 63-69).The basis of the proposed method is that in the furnace create a bath of liquid metal, sufficient in volume, and with a melt temperature significantly higher than the liquidus temperature, and filling in the furnace of a solid charge, including scrap, is produced in liquid metal. Such a melt may be an iron-carbon melt with a carbon content of more than 2.3% or cast iron, since it is known that when using liquidus cast iron superheated above temperature for every 50 ^o С - the melting time in the hearth unit can be reduced by 25-30 minutes ( Grigoriev V.P. et al. Izvestiya Vuzov. Ferrous metallurgy. 1962. 5. P. 63-69).

Количество расплава в печи перед началом завалки металлошихты должно составлять 6-10% от массы металлошихты. Такое количество жидкой составляющей в печи обеспечивает максимально возможные скорости процесса массопереноса и шлакообразования. Создание в ванне печи расплава в количестве менее 6% является недостаточным, поскольку в результате процесса намораживания расплава на скрап количество оставшегося жидкого расплава в ванне будет незначительным и не будет заметно влиять на процессы массопереноса и шлакообразования. Увеличение массы расплава в печи более 10% от массы металлошихты не приводит к дальнейшему увеличению скорости массопереноса. The amount of melt in the furnace before starting the charge should be 6-10% of the weight of the charge. Such an amount of liquid component in the furnace provides the maximum possible speed of the process of mass transfer and slag formation. Creating a melt in the bath of the furnace in an amount of less than 6% is insufficient, because as a result of the freezing of the melt into scrap, the amount of remaining liquid melt in the bath will be insignificant and will not noticeably affect the processes of mass transfer and slag formation. An increase in the mass of the melt in the furnace of more than 10% of the mass of the metal charge does not lead to a further increase in the rate of mass transfer.

Изобретение не исключает также использование в качестве расплава всех видов железоуглеродистых расплавов (чугунов) с содержанием углерода более 2,3%. Предпочтительно следует использовать передельные чугуны стандартных марок. Можно использовать и нестандартные с содержанием углерода более 4,6%, что позволяет дополнительно регулировать тепловое состояние ванны и содержание углерода по расплавлению. The invention also does not exclude the use as a melt of all types of iron-carbon melts (cast irons) with a carbon content of more than 2.3%. Preferably, standard grade cast irons should be used. Non-standard ones with a carbon content of more than 4.6% can also be used, which makes it possible to further control the thermal state of the bath and the carbon content by melting.

Жидкая ванна в этих случаях может быть создана путем заливки жидкого чугуна, перегретого до температуры 1480-1500^oС, или сразу из доменной печи, что превышает температуру ликвидус на 300-400^oС.A liquid bath in these cases can be created by pouring molten iron, overheated to a temperature of 1480-1500 ^o C, or directly from a blast furnace, which exceeds the liquidus temperature by 300-400 ^o C.

Жидкая ванна в данном предложении может быть создана путем оставления при выпуске плавки на подине печи 6-10% стали. Перед началом загрузки в печь скрапа на следующую плавку осуществляют науглероживание оставленной жидкой стали и таким образом переводят ее в чугун, например, с содержанием углерода порядка 4%, для которого температура плавления составляет 1150-1200^oС.The liquid bath in this proposal can be created by leaving 6-10% of steel on the hearth of the furnace when it is melted. Before loading scrap into the furnace for the next smelting, the left molten steel is carburized and thus transferred to cast iron, for example, with a carbon content of about 4%, for which the melting temperature is 1150-1200 ^o C.

Поскольку процесс завалки скрапа в печь является длительным (от 2 до 4-х часов), осуществление науглероживания стали с переходом ее в чугун временем не ограничено. Процесс науглероживания может быть организован вдуванием в ванну с оставленной жидкой сталью углерода через фурмы (донные, боковые, вводимые в ванну). Since the process of filling scrap into the furnace is a long one (from 2 to 4 hours), the carbonization of steel with its transition to cast iron is not limited in time. The carburization process can be organized by injection into the bath with the liquid carbon steel left through the tuyeres (bottom, side, introduced into the bath).

Однако предпочтение следует отдать загрузке в печь на поверхность оставленной жидкой стали углеродсодержащего материала в мелкоизмельченном состоянии (например, отсева коксового производства, графита, бурого угля, измельченного боя электродов дуговых печей и др.). Отмеченное предпочтение обусловлено тем что, во-первых, углеродсодержащий материал утеплит поверхность жидкой стали, во-вторых, реализация этого процесса науглероживания не требует дополнительных капитальных затрат. However, preference should be given to loading a carbon-containing material in a finely divided state (for example, screening of coke production, graphite, lignite, crushed battle of electrodes of arc furnaces, etc.) into the furnace on the surface of the liquid steel that has been left. The noted preference is due to the fact that, firstly, the carbon-containing material will insulate the surface of liquid steel, and secondly, the implementation of this carburization process does not require additional capital costs.

При определении количества загружаемого в печь углеродсодержащего материала исходили из необходимости перевода 6-10% оставленной стали с определенным содержанием углерода в чугун, содержащий 4-4,5% углерода. Учитывали необходимость некоторого избытка углеродсодержащего материала на потери за счет окисления печной атмосферой. When determining the amount of carbon-containing material loaded into the furnace, we proceeded from the need to transfer 6-10% of the left steel with a certain carbon content to cast iron containing 4-4.5% carbon. The need for a certain excess of carbon-containing material for losses due to oxidation by the furnace atmosphere was taken into account.

Перевод оставленной жидкой стали в чугун путем ее науглероживания позволяет иметь перегрев металла примерно на 300-500^oС над линией ликвидуса, образуемый как разница между температурой оставленной стали в пределах 1600-1650^oС и уже отмеченной температурой плавления чугуна 1150-1200^oС.The transfer of the abandoned liquid steel to cast iron by carburizing allows it to have a metal overheating of about 300-500 ^o C above the liquidus line, formed as the difference between the temperature of the abandoned steel in the range 1600-1650 ^o C and the already noted melting point of cast iron 1150-1200 ^o C.

Выплавку стали по предлагаемому способу осуществляли в 200 т мартеновской печи, работающей скрап-процессом на твердой шихте и оборудованной системой подачи инертного или нейтрального газа через подину печи по зонам продольной оси печи через устройства по системе VVS. Печь была оснащена также выступом, расположенным перед выпускным отверстием на подине печи. Выступ за счет изменения его высоты обеспечивал оставление в печи металла предыдущей плавки в количестве от 10 до 22 т. На некоторых плавках использовали сводовую систему подачи кислорода в печь. Кислород начали подавать в печь после завалки первой порции скрапа. Расход кислорода устанавливали из технологических требований. Steel was smelted according to the proposed method in a 200 t open-hearth furnace using a solid charge scrap process and equipped with an inert or neutral gas supply system through the furnace bottom along the zones of the furnace longitudinal axis through devices using the VVS system. The furnace was also equipped with a protrusion located in front of the outlet on the bottom of the furnace. The protrusion due to a change in its height ensured that the metal of the previous melting was left in the furnace in an amount of 10 to 22 tons. On some melts, a vaulted oxygen supply system to the furnace was used. Oxygen began to be fed into the furnace after filling the first portion of scrap. Oxygen consumption was established from technological requirements.

Пример 1. Example 1

В мартеновской печи оставили 16 т металла предыдущей плавки с температурой 1600^oС. Расплав продували через устройства по системе VVS азотом с удельным расходом 10 м³/(т•ч). На поверхность расплава загружали отсевы коксовой мелочи в количестве 1000 кг из расчета получения в расплаве 4% содержания углерода. Затем в печь заваливали 25% лома от массы металлошихты и половину всего известняка, располагая его по стенкам и откосам печи. Затем загружали остальной лом, известняк и флюсы. После их загрузки заваливали твердый чугун. Завалку металлошихты проводили с оптимальной скоростью, определяемой максимально возможной тепловой мощностью печи, что обеспечивало требуемый прогрев шихты. В конце периода плавления тепловую нагрузку печи снижали до 90% от максимальной. Доводку расплава до требуемых характеристик проводили с использованием режимов регламентированной подачи азота через подину по системе VVS. Расход шихты на плавку составил: чугун 80 т(40% от массы металлошихты); стальной лом 120 т (60% от металлошихты); известняк 12 т; флюсы 2 т. Длительность плавки 4,5 ч.16 tons of metal of the previous melting with a temperature of 1600 ^o C were left in the open-hearth furnace. The melt was blown through devices using the VVS system with nitrogen at a specific flow rate of 10 m ³ / (t • h). Screenings of coke breeze in the amount of 1000 kg were loaded onto the surface of the melt at the rate of obtaining 4% carbon content in the melt. Then, 25% of the scrap of the weight of the metal charge and half of all the limestone were piled into the furnace, placing it on the walls and slopes of the furnace. Then the remaining scrap, limestone and fluxes were charged. After their loading, hard iron was heaped up. The charge was charged at the optimum speed determined by the maximum possible heat capacity of the furnace, which ensured the required heating of the charge. At the end of the melting period, the heat load of the furnace was reduced to 90% of the maximum. The melt was adjusted to the required characteristics using the regimes of regulated nitrogen supply through the bottom through the VVS system. The charge consumption for melting amounted to: cast iron 80 tons (40% by weight of the metal charge); steel scrap 120 tons (60% of the metal charge); limestone 12 t; fluxes 2 t. Duration of smelting 4.5 hours

Примеры реализации, аналогичные примеру 1, но с варьированием параметров плавки, сведены в таблицу, где сопоставлены с прототипом. Implementation examples similar to example 1, but with varying melting parameters, are summarized in the table, where they are compared with the prototype.

Приведенные в таблице примеры выплавки стали по предложенному способу не исчерпывают всех возможных вариантов реализации технологии, в том числе не раскрыты варианты технологии управления с помощью режима подачи кислорода и газов и управления с помощью контролируемого углерода. The examples of steel smelting given in the table according to the proposed method do not exhaust all possible options for implementing the technology, including options for the control technology using the oxygen and gas supply mode and control using controlled carbon are not disclosed.

Формируемый в процессе науглероживания оставленной жидкой стали путем перевода ее в чугун перегрев жидкого металла позволяет, как уже отмечалось, заметно сократить длительность плавки. Это сокращение дополнительно усиливается за счет того, что при контакте жидкого чугуна со скрапом поверхность скрапа науглероживается, и, следовательно, оплавляется при более низкой температуре в сравнении с отсутствием этого науглероживания. The overheating of molten metal formed in the process of carburization of the abandoned liquid steel by transferring it to cast iron allows, as already noted, a noticeable reduction in the melting time. This reduction is further enhanced by the fact that upon contact of molten iron with scrap, the surface of the scrap is carbonized and, therefore, melts at a lower temperature in comparison with the absence of this carbonization.

Реализация предлагаемого способа выплавки стали в мартеновской печи позволяет заметно сократить длительность плавки в мартеновской печи. Предлагаемый способ выплавки стали в равной степени реализуем в электродуговых печах, в которых процесс плавки осуществляют с оставлением части жидкой стали от предыдущей плавки. Implementation of the proposed method for steel smelting in an open-hearth furnace can significantly reduce the duration of smelting in an open-hearth furnace. The proposed method of steelmaking is equally implemented in electric arc furnaces, in which the melting process is carried out with the leaving part of the molten steel from the previous melting.

Claims

1. A method of steel smelting in an open-hearth furnace, including filling a solid metal charge in a furnace, the period of its heating, melting and refinement of liquid metal to the required characteristics, carried out using liquid metal purging with neutral or inert gas through a bottom along the zones along the longitudinal axis with a regulated flow rate and using devices according to the VVS system, characterized in that prior to and / or when the charge is loaded in the furnace, a molten metal bath is formed with a carbon content of more than 2.3% in an amount of 6-10% by weight m talloshihty.

2. The method according to p. 1, characterized in that the molten metal bath is formed by leaving in the furnace part of the molten steel from the previous heat in the amount of 6-10% by weight of the metal charge and its subsequent carburization to a carbon content of more than 2.3% before and / or when filling the charge.