RU2407805C2

RU2407805C2 - Procedure for melting steel in arc steel melting furnace and device for implementation of this procedure

Info

Publication number: RU2407805C2
Application number: RU2008144114/02A
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: 2008-11-10
Filing date: 2008-11-10
Publication date: 2010-12-27
Also published as: RU2008144114A

Abstract

FIELD: metallurgy. ^ SUBSTANCE: procedure consists in supply of natural gas into under roof space via openings in roof or upper part of furnace during whole melting. Products of not complete gas burning are after-burned by means of introduction of oxygen into a shaft of a charge heater through opening in side walls of the shaft. The arc steel melting furnace consists of the shaft charge heater installed over the roof. In the roof of the furnace there are made openings for inlet of gas; the openings are arranged uniformly along semi-circumference opposite to the shaft heater. Openings for introduction of oxygen positioned at distance from 0.3 to 0.7 of shaft height are made in side walls of the shaft of the charge heater. ^ EFFECT: reduced specific expenditures of power due to reduced consumption of natural gas and increased heat content of charge heated with furnace gases and due to more complete utilisation of furnace gases heat. ^ 2 cl, 2 dwg

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, подогретой в шахтном подогревателе, ее расплавление, проведение окислительного и восстановительного периодов плавки и выпуск металла из печи (Лопухов Г.А. Передовые технологии электросталеплавильного производства. // Электрометаллургия, №8, 1999, с.15-16). В шахте шихта нагревается отходящими газами до средней температуры около 800°C, при этом температура газов на входе в шахту составляет 1600°C.A known method of steelmaking in an electric arc furnace, including filling a charge heated in a shaft heater, melting it, conducting oxidative and reduction periods of smelting and metal discharge from the furnace (G. Lopukhov, Advanced technologies for electric steel production. // Electrometallurgy, No. 8, 1999, p. 15-16). In the mine, the charge is heated by exhaust gases to an average temperature of about 800 ° C, while the temperature of the gases at the entrance to the mine is 1600 ° C.

Недостатком известного способа выплавки стали является низкое усвоение шихтой тепла печных газов, и как следствие этого, теплосодержание массы подогреваемой шихты невысоко и неравномерно из-за ее неравномерного прогрева - нижние слои оплавляются, а верхние слои остаются относительно холодными.The disadvantage of this method of steel smelting is the low absorption of the charge of the heat of the furnace gases, and as a result, the heat content of the mass of the heated charge is low and uneven due to its uneven heating - the lower layers are melted, and the upper layers remain relatively cold.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому способу является способ выплавки стали в дуговой печи конструкции фирмы Fuchs Systemtechnik (Зиборов А.В., Балдаев Б.Я., Маслов Е.А., Петров А.А., Кузнецов С.Н. Опыт работы шахтной печи в электросталеплавильном производстве ОАО «Северсталь». // Труды 8-го конгресса сталеплавильщиков, 2005, с.256-257).The closest in technical essence to the proposed method is a method of steel smelting in an arc furnace designed by Fuchs Systemtechnik (Ziborov A.V., Baldaev B.Ya., Maslov EA, Petrov AA, Kuznetsov S.N. Experience shaft furnace in the electric steelmaking of Severstal. // Proceedings of the 8th Congress of Steelmakers, 2005, p. 256-257).

После выпуска металла предыдущей плавки в печь загружают около 60% шихты, предварительно нагретой за счет тепла отходящих газов, просасываемых через шахту, установленную над водоохлаждаемым сводом обычной дуговой сталеплавильной печи. Затем осуществляют загрузку оставшейся части шихты (без подогрева) через шахту и начинают ее расплавление. Процесс расплавления интенсифицируют применением топливно-кислородных горелок и продувкой металла кислородом. После полного расплавления шихты металл доводят до заданного химического состава, необходимой температуры и выпускают из печи.After the metal of the previous smelting is released, about 60% of the charge, preheated by the heat of the exhaust gases sucked through the shaft installed above the water-cooled arch of a conventional arc steel furnace, is loaded into the furnace. Then carry out the loading of the remaining part of the charge (without heating) through the shaft and begin its melting. The melting process is intensified by the use of oxygen-fuel burners and metal blowing with oxygen. After complete melting of the charge, the metal is brought to a predetermined chemical composition, the required temperature and released from the furnace.

Недостатком прототипа является высокий удельный расход природного газа на подогрев шлака для достижения требуемой жидкоподвижности, которая ухудшается в связи с остыванием шлака из-за интенсивного отбора значительного количества тепла охлаждаемыми элементами, установленными в кладке печи (свод, стеновые панели). Ухудшение жидкоподвижности шлака приводит к увеличению продолжительности плавки за счет увеличения времени для достижения заданного химического состава металла.The disadvantage of the prototype is the high specific consumption of natural gas for heating the slag to achieve the required fluidity, which is worsened due to cooling of the slag due to the intensive selection of a significant amount of heat by the cooled elements installed in the masonry of the furnace (roof, wall panels). The deterioration of the slag's fluid mobility leads to an increase in the melting time by increasing the time to achieve a given chemical composition of the metal.

Задачей изобретения является снижение удельных затрат энергии за счет сокращения расхода природного газа и повышения теплосодержания подогреваемой печными газами шихты благодаря более полному использованию тепла печных газов.The objective of the invention is to reduce the specific energy consumption by reducing the consumption of natural gas and increasing the heat content of the charge heated by the furnace gases due to a more complete use of the heat of the furnace gases.

Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом способе выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи, включающем завалку в печь шихты, подогретой в шахтном подогревателе, ее расплавление, проведение окислительного и восстановительного периодов плавки, дожигание продуктов неполного горения газов и выпуск металла из печи, в течение всей плавки в подсводовое пространство печи подают природный газ, а дожигание продуктов неполного горения газов обеспечивают путем ввода кислорода в шахту подогревателя шихты через выполненные в боковых стенах шахты отверстия. Дуговая сталеплавильная печь с шахтным подогревателем шихты содержит свод печи с отверстиями для ввода газа и подогреватель шихты, установленный над сводом печи, причем в своде печи отверстия для ввода газа расположены равномерно по полуокружности напротив шахтного подогревателя, а шахтный подогреватель шихты выполнен с отверстиями в боковых стенах шахты для ввода кислорода, расположенными на расстоянии от 0,3 до 0,7 высоты шахты.The problem is solved due to the fact that in the proposed method of steel smelting in an arc steel furnace, including filling the furnace furnace charge heated in a shaft heater, its melting, conducting oxidative and reduction periods of smelting, afterburning of products of incomplete combustion of gases and metal discharge from the furnace, during the entire smelting process, natural gas is supplied to the underwater space of the furnace, and the afterburning of products of incomplete combustion of gases is ensured by introducing oxygen into the charge heater shaft through holes in the side walls of the mine. The arc steelmaking furnace with a shaft charge heater comprises a furnace roof with gas inlets and a charge heater mounted above the furnace roof, wherein in the roof of the furnace gas openings are arranged uniformly in a semicircle opposite the shaft heater, and the shaft charge heater is made with holes in the side walls mine for the introduction of oxygen, located at a distance from 0.3 to 0.7 of the height of the mine.

Изобретение обладает новизной, что следует из сравнения с прототипом, изобретательским уровнем, так как явно не следует из существующего уровня техники, практически осуществимо на современных ДСП с шахтным подогревателем шихты.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 on modern chipboard with a shaft charge heater.

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

Известно, что одной из проблем, возникающих при эксплуатации охлаждаемых конструкций свода и стен ДСП, является уменьшение жидкотекучести шлака из-за снижения его температуры. Чтобы обеспечить необходимый уровень температуры шлака (и, следовательно, его жидкотекучесть), в рабочее пространство вводят дополнительное количество тепла с помощью топливно-кислородных горелок, в качестве топлива в которых используется высококалорийный природный газ. Расход газа достаточно большой (по данным ОАО «Северсталь» удельный расход природного газа составляет ~4 м³/т, и объясняется это следующим образом: современные ДСП оснащены охлаждаемыми элементами, которые «подстуживают» шлак, и их применение требует дополнительного подвода тепла. Тепло, уносимое охлаждаемыми элементами, компенсируется топливно-кислородными горелками.It is known that one of the problems arising from the operation of cooled structures of the roof and walls of chipboard is the decrease in the fluidity of slag due to a decrease in its temperature. To ensure the necessary level of temperature of the slag (and, therefore, its fluidity), additional heat is introduced into the working space using fuel-oxygen burners, which use high-calorie natural gas as fuel. The gas consumption is quite large (according to Severstal OJSC, the specific consumption of natural gas is ~ 4 m ³ / t, and this is explained as follows: modern chipboards are equipped with cooled elements that “cure” the slag, and their use requires additional heat supply. Heat carried away by cooled elements is compensated by fuel and oxygen burners.

Необходимое теплосодержание шлака, обеспечивающее его жидкоподвижность, определяется алгебраической суммой двух тепловых потоков: теплового потока, падающего от газового факела на тепловоспринимающую поверхность шлака, и теплового потока от поверхности шлака к охлаждаемым поверхностям рабочего пространства. В связи с тем, что охлаждаемые рабочие поверхности стен и свода ДСП имеют низкие температуры, то и тепловой поток в сторону стен и свода имеет большое значение. Поэтому для поддержания баланса тепла требуется большой расход топлива, компенсирующего уходящий тепловой поток.The necessary heat content of the slag, ensuring its fluidity, is determined by the algebraic sum of two heat fluxes: the heat flux falling from the gas plume onto the heat-absorbing surface of the slag, and the heat flux from the surface of the slag to the cooled surfaces of the working space. Due to the fact that the cooled working surfaces of the walls and the chipboard vault have low temperatures, the heat flux towards the walls and the arch is of great importance. Therefore, to maintain a heat balance, a large fuel consumption is required to compensate for the outgoing heat flow.

В предлагаемом способе горение подаваемого природного газа является неполным, так как содержащегося в печи воздуха недостаточного для полного горения. Известно, что согласно стехиометрическим реакциям полного горения природного газа количество воздуха на единицу топлива составляет не менее 10 м³/т. Поэтому в продуктах горения подаваемого природного газа вместе с СО содержатся светящиеся сажистые частицы - продукт разложения углеводородов при высокой температуре и в отсутствие достаточного количества окислителя. Такие продукты горения обладают достаточно высокой оптической плотностью (степенью черноты), выполняя роль экрана, препятствующего теплоотдаче от поверхности плавящейся шихты или шлака в период после расплавления к охлаждаемым поверхностям рабочего пространства. Следовательно, реализуется другой способ поддержания необходимого теплосодержания и жидкоподвижности шлака - экранирование его поверхности от охлаждаемых конструкций, установленных в кладке печи. Расход природного газа при этом существенно уменьшается, так как для создания экранирующего эффекта требуется газа в 1,5-2 раза меньше по сравнению с его расходом на топливно-кислородные горелки.In the proposed method, the combustion of the supplied natural gas is incomplete, since the air contained in the furnace is insufficient for complete combustion. It is known that according to stoichiometric reactions of complete combustion of natural gas, the amount of air per unit of fuel is at least 10 m ³ / t. Therefore, the combustion products of the natural gas supplied together with CO contain luminous soot particles - the product of the decomposition of hydrocarbons at high temperature and in the absence of a sufficient amount of oxidizing agent. Such combustion products have a sufficiently high optical density (degree of blackness), acting as a screen that prevents heat transfer from the surface of the melting charge or slag in the period after melting to the cooled surfaces of the working space. Therefore, another way to maintain the necessary heat content and fluidity of the slag is implemented - shielding its surface from cooled structures installed in the masonry of the furnace. In this case, the consumption of natural gas is significantly reduced, since it takes 1.5-2 times less gas to create a shielding effect compared to its consumption for fuel-oxygen burners.

Кроме того, для предварительного подогрева шихты отходящие продукты сжигания природного газа просасываются через шахтный подогреватель шихты. Температура отходящих газов составляет не менее 1600°C, что приводит к оплавлению нижних слоев стального лома в подогревателе, при этом образуется сплошной массив, препятствующий прохождению печных газов через весь слой шихты в подогревателе. Поэтому верхние слои шихты остаются относительно холодными.In addition, for preheating the charge, the waste products of the combustion of natural gas are sucked through the shaft charge heater. The temperature of the exhaust gases is at least 1600 ° C, which leads to the melting of the lower layers of steel scrap in the heater, while a continuous array is formed that prevents the passage of furnace gases through the entire charge layer in the heater. Therefore, the upper layers of the charge remain relatively cold.

В предлагаемом способе выплавки стали температура отходящих газов значительно ниже, так как горение природного газа осуществляется с недостатком кислорода, физическое тепло продуктов горения передается нижним слоям шихты, не перегревая и не оплавляя шихту. Дожигание отходящих газов (их химическое тепло) будет использовано в верхних слоях шихты за счет кислорода, подаваемого через боковые стены шахты. Таким образом, шихта будет прогрета более равномерно, без оплавления, и ее теплосодержание будет выше.In the proposed method for steelmaking, the temperature of the exhaust gases is much lower, since the combustion of natural gas is carried out with a lack of oxygen, the physical heat of the combustion products is transferred to the lower layers of the charge without overheating and not melting the charge. The afterburning of exhaust gases (their chemical heat) will be used in the upper layers of the charge due to oxygen supplied through the side walls of the mine. Thus, the mixture will be heated more evenly, without melting, and its heat content will be higher.

Пример осуществления способа выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи емкостью 150 т с шахтным подогревателем шихты показан на чертежах:An example of the method of steelmaking in an arc steel furnace with a capacity of 150 tons with a shaft charge heater is shown in the drawings:

1 - дуговая сталеплавильная печь с шахтным подогревателем шихты;1 - arc steel furnace with a shaft charge heater;

2 - расположение отверстий для подачи природного газа в рабочее пространство печи.2 - the location of the holes for supplying natural gas to the working space of the furnace.

После выпуска из печи предыдущей плавки производят осмотр свода 1 и боковых стен 2 и, в случае удовлетворительного их состояния проводят завалку шихты в два этапа: 1) сбрасывание с удерживающих пальцев шахты подогревателя шихты 40-70 тонн стального лома, предварительно нагретого за счет тепла отходящих газов предыдущей плавки до средней температуры около 800°C; 2) загрузка через шахту с помощью загрузочной корзины оставшейся части (60-70 тонн) стального лома. После этого печь включают на расплавление. В течение всей плавки в подсводовое пространство печи подают 400 м³ (~2,5 м³/т) природного газа, например, через девять отверстий 3 диаметром 10 мм в своде печи 1, равномерно расположенных по полуокружности против шахтного подогревателя. Горение природного газа, подаваемого в печь через отверстия 3, осуществляется с недостатком окислителя, поэтому в продуктах горения вследствие недожога содержатся светящиеся сажистые частицы из-за разложения углеводородов. Эти продукты горения обладают достаточной оптической плотностью и являются экраном, препятствующим теплоотдаче от поверхности плавящейся шихты или шлака после расплавления к охлаждаемым поверхностям печи.After the previous melting is released from the furnace, the arch 1 and side walls 2 are inspected and, if their condition is satisfactory, the charge is loaded in two stages: 1) dropping from the holding fingers of the shaft of the charge heater the 40-70 tons of steel scrap previously heated due to the heat of the waste gases of the previous melting to an average temperature of about 800 ° C; 2) loading through the mine with the help of a loading basket of the remaining part (60-70 tons) of steel scrap. After that, the furnace is turned on for melting. During the entire melting process, 400 m ³ (~ 2.5 m ³ / t) of natural gas is supplied to the furnace under-water, for example, through nine openings 3 with a diameter of 10 mm in the roof of the furnace 1, uniformly located in a semicircle against the shaft heater. The combustion of natural gas supplied to the furnace through openings 3 is carried out with a lack of an oxidizing agent, therefore, combustion products contain luminous soot particles due to decomposition of hydrocarbons due to unburning. These combustion products have sufficient optical density and are a screen that prevents heat transfer from the surface of the melting charge or slag after melting to the cooled surfaces of the furnace.

Дожигание просасываемых через шахту отходящих газов (использование их химического тепла) осуществляют в верхних слоях шихты за счет 500 м³ (~3,5 м³/т) кислорода, подаваемого, например, через десять отверстий 5 диаметром 8 мм в боковых стенах шахты 4.The afterburning of exhaust gases sucked through the mine (using their chemical heat) is carried out in the upper layers of the charge due to 500 m ³ (~ 3.5 m ³ / t) of oxygen supplied, for example, through ten holes 5 with a diameter of 8 mm in the side walls of the mine 4 .

После полного расплавления шихты металл доводят до заданного химического состава, необходимой температуры и выпускают из печи в соответствии с обычной технологией выплавки стали в ДСП с шахтным подогревателем шихты.After complete melting of the charge, the metal is brought to a predetermined chemical composition, the required temperature and is released from the furnace in accordance with the usual technology of steel smelting in a chipboard with a shaft charge heater.

Таким образом, проведение плавки с вводом природного газа в подсводовое пространство с недостатком кислорода в течение всей плавки позволит снизить расход природного газа, а дожигание продуктов сгорания (отходящих газов) кислородом в шахте подогревателя шихты увеличит ее теплосодержание и повысит равномерность нагрева загружаемой в печь шихты, что в конечном итоге позволит снизить затраты на производство стали.Thus, melting with the introduction of natural gas into the underwater space with a lack of oxygen throughout the entire melting process will reduce the consumption of natural gas, and the afterburning of combustion products (exhaust gases) with oxygen in the charge heater shaft will increase its heat content and increase the uniformity of heating of the charge loaded into the furnace, which ultimately will reduce the cost of steel production.

Дуговая сталеплавильная печь с шахтным подогревателем шихты, содержащая свод печи с отверстиями для ввода газа и подогреватель шихты, установленный над сводом печи, причем в своде печи отверстия для ввода газа расположены равномерно по полуокружности напротив шахтного подогревателя, а шахтный подогреватель шихты выполнен с отверстиями в боковых стенах шахты для ввода кислорода, расположенными на расстоянии от 0,3 до 0,7 высоты шахты.An arc steelmaking furnace with a shaft charge heater, comprising a roof of the furnace with gas inlets and a charge heater mounted above the roof of the furnace, wherein in the roof of the furnace gas inlet holes are arranged uniformly in a semicircle opposite the shaft heater, and the shaft charge heater is made with holes in the side the walls of the mine for oxygen input, located at a distance of 0.3 to 0.7 of the height of the mine.

При подаче кислорода через отверстия, расположенные ниже 0,3 высоты шахты, нижние слои шихты в подогревателе могут получить такое количество тепла (и физическое, и химическое тепло уходящих газов), которое вызовет оплавление шихты, что будет препятствовать прохождению печных газов через слой. В случае подачи кислорода выше 0,7 высоты шахты часть химического тепла не будет использована, так как отходящие газы с высокой температурой поступят в дымоотводящую систему.When oxygen is supplied through openings located below 0.3 of the shaft height, the lower charge layers in the heater can receive such a quantity of heat (both physical and chemical heat of the flue gases) that will cause the charge to melt, which will prevent the passage of furnace gases through the layer. In the case of oxygen supply above 0.7 mine height, part of the chemical heat will not be used, since the exhaust gases with high temperature will enter the flue system.

Снижение удельного расхода природного газа на 1,5 м³ на тонну выплавленной стали и увеличение теплосодержания подогретой шихты, выраженной в 15 кВт·ч/т, позволит получить экономический эффект около 35 рублей на тонну выплавленной стали. При годовом производстве 1 млн. т экономический эффект составит около 35 млн. руб.Reducing the specific consumption of natural gas by 1.5 m ³ per ton of steel smelted and increasing the heat content of the heated mixture, expressed in 15 kW · h / t, will provide an economic effect of about 35 rubles per ton of steel smelted. With an annual production of 1 million tons, the economic effect will be about 35 million rubles.

Claims

1. The method of steel smelting in an electric arc furnace with a shaft charge heater, including filling the furnace charge heated in the shaft heater, its melting, carrying out oxidation and reduction periods of smelting, afterburning of products of incomplete combustion of gases and the release of metal from the furnace, characterized in that during the entire smelting process, natural gas is supplied to the furnace underwater space, and the afterburning of products of incomplete combustion of gases is ensured by introducing oxygen into the charge heater shaft through laterally executed crowded walls of a mine shaft.

2. An arc steelmaking furnace with a shaft charge heater, comprising a roof of the furnace with gas inlets, and a charge heater mounted above the roof of the furnace, characterized in that in the roof of the furnace gas inlets are arranged uniformly in a semicircle opposite the shaft heater, and the shaft charge heater made with holes in the side walls of the shaft for oxygen input, located at a distance from 0.3 to 0.7 of the height of the shaft.