RU2343205C1

RU2343205C1 - Technique of steel smelting in arc steel-making furnace and facility for its implementation

Info

Publication number: RU2343205C1
Application number: RU2007110190/02A
Authority: RU
Inventors: Олег Михайлович Сосонкин (RU); Олег Михайлович Сосонкин; Светлана Исааковна Герцык (RU); Светлана Исааковна Герцык; Матвей Владимирович Шишимиров (RU); Матвей Владимирович Шишимиров
Priority date: 2007-03-20
Filing date: 2007-03-20
Publication date: 2009-01-10
Also published as: RU2007110190A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: method includes oxygen-lancing process through tuyer after charge melting. Tuyer is introduced under heel to a depth of 0.5-0.6 of bath depth and fixed rate of oxygen flow is kept by mans of tuyer dumping as far as its melting. Facility corresponds tuyer, composed from steel punched outer shell and aluminum inner shell. On the rest of punched outer shell there are implemented openings by diameter not more than 0.1 of tuyer outlet opening diameter. Openings are located individually in horizontal sections of tuyer at a distance, equal to tuyer gauge from each other, with central angle between openings axis 90°. At that tuyer is connected to oxygen supply by means of articulated joint.

EFFECT: reduction of oxygen discharge intensity and waste of metal at steel smelting in arc steel-making furnace.

2 cl, 1 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при производстве стали в дуговых сталеплавильных печах.The invention relates to the field of ferrous metallurgy and can be used in the production of steel in electric arc furnaces.

Известен способ выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи, включающий завалку шихты, ее расплавление, проведение окислительного периода путем продувки ванны металла кислородом, проведение восстановительного периода и выпуск металла из печи, причем продувку металла кислородом ведут через две точки зеркала ванны, равноудаленные от вертикальной оси печи с центральным углом между ними не менее 90°, причем кислород подают попеременно через каждую из точек продувки с интервалом 10-25 с и поддерживают его постоянный расход, а оси струй кислорода составляют с зеркалом ванны угол 80-90° и направлены в одну сторону (патент №21323394, 6 С21С 5/52 от 02.06.98).A known method of steel smelting in an electric arc furnace, including filling the charge, melting it, conducting an oxidation period by purging the metal bath with oxygen, conducting a recovery period and releasing the metal from the furnace, the metal being purged with oxygen through two points of the bath mirror equidistant from the vertical axis of the furnace with a central angle between them of at least 90 °, and oxygen is supplied alternately through each of the purge points with an interval of 10-25 s and maintain its constant flow rate, and the axis of the jets are acidic kind make up an angle of 80-90 ° with the bath mirror and are directed in one direction (patent No. 21323394, 6 C21C 5/52 from 02/06/98).

К недостаткам способа следует отнести высокий угар металла вследствие того, что кислородом обдувают поверхность зеркала ванны расплавленного металла, так как срез сопла фурмы находится над зеркалом ванны на расстоянии 400-500 мм, при этом область контакта кислородной струи с поверхностью ванны быстро нагревается до точки кипения. Кроме того, струя кислорода отражается от поверхности ванны и уносится с отходящими газами, что приводит к повышенному расходу кислорода.The disadvantages of the method include high metal waste due to the fact that oxygen is blown around the surface of the molten metal bath mirror, since the lance nozzle section is above the bath mirror at a distance of 400-500 mm, while the contact area of the oxygen jet with the bath surface quickly heats up to the boiling point . In addition, an oxygen stream is reflected from the surface of the bath and is carried away with the exhaust gases, which leads to an increased oxygen consumption.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому способу является способ выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи (патент №2278900, 6 С21С 5/52 от 27.06.06).The closest in technical essence to the proposed method is a method of steelmaking in an electric arc furnace (patent No. 2278900, 6 C21C 5/52 from 06/27/06).

Способ заключается в завалке шихты, ее расплавлении, проведении окислительного периода плавки путем продувки ванны металла кислородом с помощью фурмы, проведении восстановительного периода и выпуска металла из печи, причем продувку ванны кислородом осуществляют погружением под зеркало металла сопел фурмы, оси которых составляют угол до 10° с вертикалью, и непрерывно перемещают срез сопел в интервале (0,2-0,5) глубины ванны и вокруг вертикальной оси в течение всего периода продувки.The method consists in filling the charge, melting it, conducting the oxidation period of melting by purging the metal bath with oxygen using a lance, conducting a recovery period and releasing the metal from the furnace, and purging the bath with oxygen by immersing the nozzles of the tuyere under the metal mirror, the axes of which are angles of up to 10 ° with a vertical, and continuously moving the nozzle section in the interval (0.2-0.5) of the depth of the bath and around the vertical axis during the entire purge period.

Недостатки прототипа состоят в следующем. Пузыри кислорода, истекающие из среза сопла, растут до размеров, обеспечивающих отрыв от среза сопла и всплытие до поверхности раздела металл-шлак, после чего они рассыпаются на мелкие пузырьки и остаются в слое шлака. Эффективность использования кислорода снижается, что гарантирует удельный расход кислорода 30-40 м³/т. Высокий удельный расход кислорода вызывает угар металла за счет его испарения с поверхности зеркала ванны, где теперь находится реакционная зона взаимодействия металла с пузырьками всплывшего кислорода.The disadvantages of the prototype are as follows. Oxygen bubbles flowing out of the nozzle exit grow to sizes that provide separation from the nozzle exit and rise to the metal-slag interface, after which they scatter into small bubbles and remain in the slag layer. The oxygen utilization efficiency is reduced, which guarantees a specific oxygen consumption of 30-40 m ³ / t. A high specific oxygen flow rate causes metal burning due to its evaporation from the surface of the bath mirror, where the reaction zone of the interaction of the metal with the bubbles of floating oxygen is now located.

Таким образом, недостатками прототипа являются высокие угар металла и удельный расход кислорода.Thus, the disadvantages of the prototype are high metal waste and specific oxygen consumption.

Задачей изобретения является снижение удельного расхода кислорода и угара металла при выплавке стали в дуговой сталеплавильной печи.The objective of the invention is to reduce the specific consumption of oxygen and metal waste during steelmaking in an electric arc furnace.

Поставленный технический результат достигается тем, что в способе выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи, включающем завалку шихты, ее расплавление, проведение окислительного периода плавки путем продувки ванны металла кислородом с помощью фурмы, введенной под зеркало ванны металла, проведение восстановительного периода и выпуск металла из печи, причем фурму вводят на глубину более 0,5 до 0,6 глубины ванны металла и при продувке поддерживают постоянный расход кислорода путем опускания фурмы по мере ее оплавления. Фурма для выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи, содержащая внешнюю и внутреннюю оболочки, причем внутренняя оболочка выполнена алюминиевой, а внешняя оболочка выполнена стальной перфорированной, на которой выполнены отверстия диаметром не более 0,1 диаметра выходного отверстия фурмы, расположенные по одному в горизонтальных сечениях фурмы на расстоянии, равном калибру фурмы друг от друга, с центральным углом между осями отверстий 90°, при этом фурма имеет подвод кислорода через шарнирное соединение.The technical result is achieved by the fact that in the method of steel smelting in an electric arc furnace, including filling the charge, melting it, conducting an oxidation melting period by purging the metal bath with oxygen using a tuyere introduced under the metal bath mirror, carrying out the recovery period and discharging the metal from the furnace moreover, the tuyere is introduced to a depth of more than 0.5 to 0.6 of the depth of the metal bath and during purging a constant oxygen flow is maintained by lowering the tuyere as it is melted. A lance for steelmaking in an electric arc furnace containing an outer and inner shell, the inner shell made of aluminum and the outer shell made of perforated steel, on which holes with a diameter of not more than 0.1 of the diameter of the outlet of the lance, located one at a time in horizontal sections of the lance at a distance equal to the caliber of the tuyeres from each other, with a central angle between the axis of the holes 90 °, while the tuyere has an oxygen supply through a swivel.

Изобретение обладает новизной, что следует из сравнения с прототипом, изобретательским уровнем, так как явно не следует из существующего уровня техники, практически осуществимо в имеющихся конструкциях дуговых сталеплавильных печей.The invention has novelty, which follows from a comparison with the prototype, inventive step, since it clearly does not follow from the existing level of technology, it is practically feasible in existing designs of arc steel furnaces.

Сущность способа поясняется следующим.The essence of the method is illustrated by the following.

В зоне контакта струи кислорода с металлом его температура быстро достигает точки кипения. Это происходит за счет интенсивного окисления всех элементов расплава с выделением значительного количества тепла, которое не может быть усвоено всей массой металла из-за его низкой теплопроводности. Испарение металла в зоне контакта с кислородом приводит к его уносу с отходящими газами. Рассредоточение зоны контакта кислорода и расплава по объему ванны жидкого металла позволит снизить среднюю температуру металла, сократить время продувки и снизить угар металла.In the zone of contact of the oxygen stream with the metal, its temperature quickly reaches the boiling point. This occurs due to the intense oxidation of all elements of the melt with the release of a significant amount of heat, which cannot be absorbed by the entire mass of the metal due to its low thermal conductivity. Evaporation of the metal in the zone of contact with oxygen leads to its entrainment with exhaust gases. The dispersion of the zone of contact of oxygen and the melt over the volume of the bath of liquid metal will reduce the average temperature of the metal, shorten the purge time and reduce the waste of metal.

Пример осуществления способа выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи емкостью 100 т.An example of the method of steelmaking in an arc steel furnace with a capacity of 100 tons

По обычной технологии осуществляют заправку печи после выпуска предыдущей плавки. Проводят завалку шихты с помощью загрузочной корзины и включают печь на расплавление. После частичного расплавления шихты - первой корзины при необходимости проводят одну или две подвалки шихты в зависимости от ее насыпной плотности. После полного расплавления шихты начинают продувку ванны кислородом погружением фурмы диаметром 50 мм на глубину, равную 0,55 глубины ванны, и поддерживают постоянный расход кислорода, равный 2000 м³/ч, путем опускания фурмы по мере ее оплавления.According to conventional technology, the furnace is refueled after the previous heat was released. The charge is charged using a loading basket and the melting furnace is switched on. After partial melting of the charge, the first basket, if necessary, carry out one or two basements of the charge, depending on its bulk density. After complete melting of the mixture, the bath is purged with oxygen by immersion of the lance with a diameter of 50 mm to a depth equal to 0.55 of the depth of the bath and a constant oxygen flow rate of 2000 m ³ / h is maintained by lowering the lance as it melts.

Погружение фурмы под зеркало ванны на глубину 0,5 и менее глубины ванны металла снижает эффективность использования кислорода, так как уменьшается расстояние всплытия пузыря от среза сопла фурмы до поверхности раздела металл-шлак и время взаимодействия кислорода с расплавленным металлом.Immersion of the tuyere under the bath mirror to a depth of 0.5 or less than the depth of the metal bath reduces the efficiency of oxygen use, since the distance of the bubble rise from the cut of the tuyere nozzle to the metal-slag interface and the interaction of oxygen with the molten metal are reduced.

Погружение фурмы в металл более чем на 0,6 ее глубины может привести к разрушению подины печи, так как температура металла в зоне реакции (около 3000°С) значительно выше предельной температуры применения материала подины (около 1750°С).Immersion of the lance in the metal by more than 0.6 of its depth can lead to destruction of the hearth of the furnace, since the temperature of the metal in the reaction zone (about 3000 ° C) is much higher than the limit temperature of the material of the hearth (about 1750 ° C).

Фурма составлена из стальной перфорированной внешней оболочки и внутренней алюминиевой. На внешней оболочке выполнены отверстия (d_отв) диаметром не более 0,1 диаметра выходного отверстия фурмы, расположенные по одному в горизонтальных сечениях фурмы на расстоянии, равном калибру фурмы друг от друга, с центральным углом между осями отверстий 90°. При диаметре этих отверстий более 0,1 диаметра фурмы ухудшаются условия протекания реакций в месте контакта основной струи кислорода с расплавом: снижается скоростной напор струи, уменьшается площадь контакта.The lance is composed of a steel perforated outer shell and an inner aluminum. The outer shell is provided with holes (d _holes) having a diameter of not more than 0.1 diameter of the outlet of the lance, disposed one each in the horizontal sections of the lance at a distance equal to the size of the lance from each other, with a central angle between the axes of the openings 90 °. When the diameter of these holes is more than 0.1 of the diameter of the tuyere, the conditions for reactions at the point of contact of the main stream of oxygen with the melt deteriorate: the velocity head of the stream decreases, and the contact area decreases.

Истечение кислорода через боковые отверстия фурмы приводит к отклонению вертикальной оси фурмы и расширению зоны контакта кислорода с металлом. Расстояние между соседними горизонтальными сечениями фурмы, равное калибру, обеспечивает расплавление одного бокового отверстия. Оплавление фурмы и ее движение вниз приводит к раскрытию бокового отверстия в другом сечении фурмы. Теперь малая струя направлена к прежней под углом 90° и, следовательно, фурма будет отклоняться под этим же углом в другую сторону. При любых углах, кроме 90°, происходит наложение локальных зон металла с повышенным тепловыделением за счет протекания реакций окисления примесей расплава, что ведет к росту угара металла за счет высоких температур в местах наложения.The outflow of oxygen through the side openings of the lance leads to a deviation of the vertical axis of the lance and the expansion of the zone of contact of oxygen with the metal. The distance between adjacent horizontal sections of the lance, equal to the caliber, ensures the melting of one side hole. Melting the lance and moving it down leads to the opening of the side hole in another section of the lance. Now the small stream is directed to the previous one at an angle of 90 ° and, therefore, the lance will deviate at the same angle to the other side. At any angle other than 90 °, local metal zones are superimposed with increased heat generation due to oxidation reactions of the melt impurities, which leads to an increase in metal burn due to high temperatures at the application sites.

На чертеже показан разрез дуговой сталеплавильной печи, где:The drawing shows a section of an arc steel furnace, where:

1 - кислородная фурма;1 - oxygen lance;

2 - зеркало ванны;2 - bath mirror;

3 - шлак;3 - slag;

4 - ванна расплавленного металла;4 - bath of molten metal;

5 - внутренняя оболочка фурмы;5 - the inner shell of the tuyere;

6 - боковое отверстие;6 - side hole;

7 - внешняя оболочка фурмы;7 - the outer shell of the tuyere;

8 - шарнирное соединение.8 - swivel.

После расплавления шихты кислородную фурму 1, имеющую внешний диаметр d_Ф, опускают под зеркало ванны 2, покрытой слоем шлака 3, на глубину h, составляющую более 0,5 до 0,6 глубины ванны металла. В зоне контакта кислорода с металлом 4 температура достигает точки кипения металла, что приводит к расплавлению внутренней алюминиевой оболочки фурмы 5 в месте отверстия 6 внешней стальной оболочки 7. Истечение кислорода через это отверстие влево ведет к отклонению фурмы вправо благодаря шарнирному соединению 8. Оплавление фурмы и ее опускание приводит к расплавлению алюминиевой оболочки через следующее отверстие в стальной оболочке, расположенное под углом 90° к исчезнувшему. При этом фурма отклонится под тем же углом в другую сторону.After melting the charge, an oxygen lance 1 having an outer diameter d _Φ is lowered under the mirror of the bath 2, covered with a layer of slag 3, to a depth h of more than 0.5 to 0.6 of the depth of the metal bath. In the zone of contact of oxygen with the metal 4, the temperature reaches the boiling point of the metal, which leads to the melting of the inner aluminum shell of the lance 5 in the place of the hole 6 of the outer steel shell 7. The flow of oxygen through this hole to the left leads to the deviation of the lance to the right due to the hinged joint 8. Melting of the lance and its lowering leads to the melting of the aluminum shell through the next hole in the steel shell, located at an angle of 90 ° to the disappeared. In this case, the lance will deviate at the same angle to the other side.

Таким образом, происходит увеличение зоны протекания реакций окисления элементов расплава, что позволяет интенсифицировать процесс обезуглероживания металла, повысить скорость его нагрева за счет вынужденной конвекции. При этом сокращается длительность периода продувки металла кислородом на 20%. Указанные факторы позволяют снизить удельный расход кислорода на 10% и угар металла на 3%.Thus, there is an increase in the zone of occurrence of oxidation reactions of the melt elements, which makes it possible to intensify the decarburization of the metal and increase its heating rate due to forced convection. This reduces the duration of the period of purging the metal with oxygen by 20%. These factors can reduce the specific oxygen consumption by 10% and metal waste by 3%.

По окончании окислительного периода плавки прекращают подачу кислорода, проводят восстановительный период плавки и выпуск металла из печи в соответствии с обычной технологией выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи.At the end of the oxidation period, the smelting stops the flow of oxygen, conducts the recovery period of the smelting and the release of metal from the furnace in accordance with the usual technology of steel smelting in an electric arc furnace.

Снижение удельного расхода кислорода при осуществлении предложенного способа выплавки стали на 10% и угара на 3% позволит получить дополнительно 3 т металла на каждой плавке в дуговой печи вместимостью 100 т, что вместе с уменьшением удельного расхода кислорода на 4 м³/т обеспечит экономический эффект около 80 руб. на тонну выплавленной стали. При годовом производстве 1 млн т экономический эффект составит около 80 млн руб.Reducing the specific oxygen consumption during the implementation of the proposed method for steel smelting by 10% and burning by 3% will make it possible to obtain an additional 3 tons of metal on each heat in an arc furnace with a capacity of 100 tons, which together with a decrease in the specific oxygen consumption by 4 m ³ / t will provide an economic effect about 80 rub. per ton of steel smelted. With an annual production of 1 million tons, the economic effect will be about 80 million rubles.

Claims

1. The method of steel smelting in an electric arc furnace, including filling the charge, melting it, conducting an oxidative melting period by purging the metal bath with oxygen using a tuyere introduced under the metal bath mirror, conducting a recovery period and discharging the metal from the furnace, characterized in that the tuyere they are introduced to a depth of more than 0.5 to 0.6 of the depth of the metal bath and during purging a constant oxygen flow is maintained by lowering the lance as it is melted.

2. A lance for purging metal with oxygen in an arc steel furnace, containing an outer and inner shell, characterized in that the inner shell is made of aluminum, and the outer shell is made of perforated steel, on which holes are made with a diameter of not more than 0.1 of the diameter of the lance outlet, located one in horizontal sections of the tuyere at a distance equal to the caliber of the tuyere from each other, with a central angle between the axis of the holes 90 °, while it is connected to the oxygen supply through a hinge th connection.