RU2266337C1

RU2266337C1 - Method of making steel in electric-arc steel melting furnace

Info

Publication number: RU2266337C1
Application number: RU2004116204/02A
Authority: RU
Inventors: О.М. Сосонкин (RU); О.М. Сосонкин; С.И. Герцык (RU); С.И. Герцык; М.В. Шишимиров (RU); М.В. Шишимиров
Priority date: 2004-05-28
Filing date: 2004-05-28
Publication date: 2005-12-20
Also published as: RU2004116204A

Abstract

FIELD: metallurgy; production of wide range of steels in electric-arc steel melting furnaces.

SUBSTANCE: proposed method includes forming molten phase on furnace hearth followed by blowing the metal with inert gas through holes in hearth located in one vertical axis with electrodes; before tapping of metal, intensity of blowing is increased from 0.13 to 0.35 m³/h.

EFFECT: reduction of melting losses; reduction of specific consumption of inert gas for mixing molten-metal pool.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области производства металлов и сплавов и может быть использовано при производстве широкого сортамента сталей в электродуговых сталеплавильных печах.The invention relates to the field of production of metals and alloys and can be used in the production of a wide range of steels in electric arc steel furnaces.

Известен способ интенсификации сталеплавильного производства в дуговых сталеплавильных печах путем продувки ванны через днище печи по технологии Danarc. В днище устанавливаются фурмы, через которые подается кислород (общий расход кислорода составляет 250-400 м³/ч) или инертный газ для перемешивания жидкой ванны (Лозин Г.А., Шумахер Э.А., Деревянко И.В. и др. «К вопросу о глубинной продувке сталеплавильной ванны кислородом». // Труды 7-го конгресса сталеплавильщиков, 2003).A known method of intensification of steel production in electric arc furnaces by blowing a bath through the bottom of the furnace according to Danarc technology. The lances are installed in the bottom through which oxygen is supplied (the total oxygen flow rate is 250-400 m ³ / h) or inert gas for mixing the liquid bath (Lozin G.A., Schumacher E.A., Derevyanko I.V., etc. “On the issue of deep purging of a steelmaking bath with oxygen.” // Proceedings of the 7th Congress of Steelmakers, 2003).

Недостатком способа продувки ванны является его низкая эффективность и высокий удельный расход инертного газа.The disadvantage of the method of purging the bath is its low efficiency and high specific consumption of inert gas.

Наиболее близким по технической сути к заявляемому способу выплавки металла является способ выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи с продувкой металла инертным газом через пористое днище (Гуляев М.П., Филиппов В.В., Эндерс В.В. и др. Донная продувка металла инертными газами в дуговой сталеплавильной печи. // Электрометаллургия, 2000, №3, с.20-23).The closest in technical essence to the claimed method of metal smelting is a method of steel smelting in an electric arc furnace with metal blowing inert gas through a porous bottom (Gulyaev M.P., Filippov V.V., Enders V.V. et al. Bottom metal purging inert gases in an electric arc furnace. // Electrometallurgy, 2000, No. 3, p.20-23).

К недостаткам указанного способа можно отнести следующее.The disadvantages of this method include the following.

При продувке ванны металла нейтральным газом (Ar, N₂) через пористое днище перемешиванию подвергается практически вся масса металла. Однако известно, что под электродами в период жидкой ванны формируются так называемые «горячие пятна», на поверхность которых приходится около 90% всей падающей от дуг лучистой энергии.When a metal bath is purged with a neutral gas (Ar, N ₂ ) through a porous bottom, almost the entire mass of the metal is mixed. However, it is known that under the electrodes during the period of the liquid bath so-called “hot spots” are formed, on the surface of which about 90% of the total radiant energy incident from the arcs is generated.

Размеры «горячих пятен» определяются диаметром электродов и длиной дуги. Вследствие высокой концентрации энергии в области «горячих пятен» их температура (поверхностных зон) равна температуре кипения металла, что приводит к интенсивному испарению металла, следовательно, угару именно с поверхности этих зон.The dimensions of the "hot spots" are determined by the diameter of the electrodes and the length of the arc. Due to the high concentration of energy in the area of "hot spots", their temperature (surface zones) is equal to the boiling point of the metal, which leads to intense evaporation of the metal, therefore, it is burned from the surface of these zones.

Указанный способ продувки жидкой ванны электросталеплавильной печи не решает проблему выравнивания температуры за счет снижения температуры «горячих пятен», что следует из практически неизменной величины угара металла.The specified method of purging a liquid bath of an electric steel furnace does not solve the problem of temperature equalization by lowering the temperature of the "hot spots", which follows from the almost constant value of the fume of the metal.

Очевидно, что снижение температуры в зонах под электродами за счет интенсивного перемешивания расплавленной ванны усреднит температуру металла по объему печи, что, в свою очередь, снизит величину угара металла за счет ликвидации зон с температурой поверхности, равной температуре кипения металла, поскольку при t_Ме=t_кип процессы испарения идут наиболее интенсивно.Obviously, a decrease in temperature in the zones under the electrodes due to intensive mixing of the molten bath will average the metal temperature over the furnace volume, which, in turn, will reduce the amount of metal fume due to the elimination of zones with a surface temperature equal to the boiling point of the metal, since at t _Me = t _bales evaporation processes are most intense.

Задачей изобретения является разработка способа выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи, который обеспечивал бы снижение величины угара и сокращение удельного расхода инертного газа для перемешивания ванны металла.The objective of the invention is to develop a method of steelmaking in an electric arc furnace, which would provide a reduction in the value of fumes and a reduction in the specific consumption of inert gas for stirring the metal bath.

Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом способе выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи, включающем в себя завалку, расплавление шихты, нагрев металла и выпуск, продувку ванны инертным газом осуществляют через отверстия в подине печи, оси которых совпадают с вертикальными осями электродов, т.е. являются их продолжением, и увеличивают интенсивность продувки от 0,13 до 0,35 м³/час·т перед выпуском стали.The problem is solved due to the fact that in the proposed method of steel smelting in an arc steel furnace, including filling, melting the mixture, heating the metal and exhausting, purging the bath with inert gas is carried out through openings in the hearth of the furnace, the axes of which coincide with the vertical axes of the electrodes, those. are their continuation, and increase the purge intensity from 0.13 to 0.35 m ³ / h · t before steel production.

Изобретение обладает новизной, что следует из сравнения с аналогом и прототипом, изобретательским уровнем, так как явно не следует из существующего уровня техники, не вызывает технических затруднений при реализации его в промышленности.The invention has novelty, which follows from a comparison with the analogue and prototype, the inventive step, as it clearly does not follow from the existing level of technology, does not cause technical difficulties in its implementation in industry.

Минимальная величина удельного расхода инертного газа для продувки металла (0,13 м³/час·т) соответствует началу заметного увеличения коэффициента теплоотдачи конвекцией за счет перемещения перегретого слоя металла из-под электрода к откосам печи, где температура поверхности ванны значительно ниже температуры кипения. Размывание «горячих пятен» приводит к существенному снижению их температуры и снижает угар металла. Максимальная величина удельного расхода инертного газа (0,35 м³/час·т) лимитируется границей перехода пузырькового истечения инертного газа (аргона) в струйный режим, который приводит к размыванию шлака, оголяет дугу, что, в свою очередь, ухудшает условия службы футеровки печи и рафинировочную способность ванны расплава.The minimum specific inert gas consumption for metal purging (0.13 m ³ / h · t) corresponds to the beginning of a noticeable increase in the heat transfer coefficient by convection due to the movement of the superheated metal layer from under the electrode to the furnace slopes, where the surface temperature of the bath is much lower than the boiling point. The washing out of "hot spots" leads to a significant decrease in their temperature and reduces the waste of metal. The maximum value of the specific inert gas flow rate (0.35 m ³ / h · t) is limited by the boundary of the transition of the bubble outflow of inert gas (argon) to the jet regime, which leads to erosion of the slag, exposes the arc, which, in turn, worsens the service conditions of the lining furnaces and refining ability of the melt pool.

Способ выплавки стали в соответствии с предлагаемым решением осуществляется следующим образом.The method of steelmaking in accordance with the proposed solution is as follows.

В дуговую печь заваливают шихту и включают печь на расплавление. После образования жидкой фазы 1 на подине печи 2 начинают продувку металла инертным газом через отверстия 3 в подине, расположенные соосно с электродами. Интенсивность продувки составляет от 0,13 до 0,35 м³/час·т. Процесс продувки идет с момента образования жидкой фазы до выпуска металла из печи. При этом в отверстия 3 вводят продувочные фурмы или пористые пробки.The charge is heaped up in the arc furnace and the furnace is switched on for melting. After the formation of the liquid phase 1 on the bottom of the furnace 2, the metal is flushed with an inert gas through the holes 3 in the bottom located coaxially with the electrodes. The purge intensity is from 0.13 to 0.35 m ³ / h · t. The purge process is from the moment the liquid phase is formed until the metal is discharged from the furnace. At the same time, blowing tuyeres or porous plugs are introduced into the holes 3.

Поскольку в зонах под электродами 4 температура поверхностного слоя металла равна температуре его кипения, то, следовательно, именно с этих зон металл интенсивно испаряется. Пары металла, поднимаясь вверх, окисляются кислородом рабочего пространства и уносятся с уходящими газами. Доказательством этого служит дисперсный состав пыли, содержащейся в уходящих из печи газах, с размерами частиц 0,8-2 мкм (Поволоцкий Д.Я., Гудим Ю.А., Зинуров И.Ю. Устройство и работа сверхмощных дуговых сталеплавильных печей. - М.: Металлургия, 1990. - 176 с.).Since in the zones under the electrodes 4 the temperature of the surface layer of the metal is equal to its boiling point, then, therefore, it is precisely from these zones that the metal intensively evaporates. Metal vapors, rising upwards, are oxidized by the oxygen of the working space and are carried away with the exhaust gases. The proof of this is the dispersed composition of the dust contained in the gases leaving the furnace with a particle size of 0.8-2 μm (Povolotsky D.Ya., Gudim Yu.A., Zinurov I.Yu. Design and operation of heavy-duty arc steel-smelting furnaces. - M.: Metallurgy, 1990 .-- 176 p.).

Снизить температуру «горячих пятен» любым другим путем невозможно, так как величина падающего от дуги лучистого теплового потока существенно превышает тепловой поток, отводимый в глубь ванны, за счет теплопроводности и конвекции, поскольку значение коэффициента теплопроводности жидкой стали невелико (для различных марок стали эта величина находится в пределах λ=20-25 Вт/м·К), значение коэффициента теплоотдачи конвекцией при обычной технологии ведения плавки также невелико.It is impossible to reduce the temperature of “hot spots” in any other way, since the value of the radiant heat flux incident from the arc substantially exceeds the heat flux taken into the interior of the bath due to thermal conductivity and convection, since the thermal conductivity coefficient of liquid steel is small (for various grades of steel this value is in the range of λ = 20-25 W / m · K), the value of the heat transfer coefficient of convection with conventional melting technology is also small.

Увеличить отвод тепла от «горячих пятен» в глубь ванны можно только за счет интенсификации вынужденной конвекции, которая достигается за счет выделяющихся пузырьков оксида углерода (СО) 5, электродинамического воздействия дуг и дополнительного перемешивания металла продувкой снизу.It is possible to increase the heat removal from the "hot spots" deep into the bath only due to the intensification of forced convection, which is achieved due to the released carbon monoxide (CO) 5 bubbles, the electrodynamic effect of the arcs and additional mixing of the metal by blowing from below.

Так как интенсивное испарение металла имеет место только в области «горячих пятен», то и перемешивание жидкого металла в предлагаемом способе ведения плавки осуществляют соосно с вертикальными осями электродов.Since intense evaporation of the metal takes place only in the area of "hot spots", the mixing of liquid metal in the proposed method of conducting melting is carried out coaxially with the vertical axes of the electrodes.

При этом поверхностные слои «горячих пятен» размываются, уходят из-под электрода и будут отдавать тепло более холодным слоям ванны металла.At the same time, the surface layers of the “hot spots” are eroded, leave the electrode and will give off heat to the colder layers of the metal bath.

Таким образом, условия внутреннего теплообмена будут улучшаться, скорость и, главное, равномерность нагрева ванны увеличится, средняя температура поверхности жидкой ванны понизится, ее температура по всей поверхности зеркала ванны станет ниже температуры кипения металла и, следовательно, снизится угар металла.Thus, the conditions of internal heat transfer will improve, the speed and, most importantly, the uniformity of heating the bath will increase, the average surface temperature of the liquid bath will decrease, its temperature over the entire surface of the bath mirror will become lower than the boiling temperature of the metal and, therefore, the burning of metal will decrease.

Кроме того, расход инертного газа снизится за счет его подачи только через отверстия в подине печи, расположенные по одной оси с электродами, а эффективность использования инертного газа возрастет.In addition, the consumption of inert gas will be reduced due to its supply only through openings in the hearth of the furnace, located on the same axis with the electrodes, and the efficiency of using inert gas will increase.

Claims

The method of steel smelting in an electric arc furnace, including filling and melting the mixture, heating the metal and exhaust, characterized in that after the formation of the liquid phase on the furnace hearth, inert gas is blown through the holes in the hearth located on the same vertical axis with the electrodes and increased its intensity is from 0.13 to 0.35 m ³ / h · t before the release of metal.