RU2183678C2

RU2183678C2 - Method for melting steel in basic open-hearth furnace

Info

Publication number: RU2183678C2
Application number: RU2000115835A
Authority: RU
Inventors: А.Я. Кузовков; М.А. Крупин; В.И. Ильин; Ю.А. Данилин; Л.И. Суслов; ненко А.А. Лукь; А.А. Лукьяненко; А.А. Фетисов
Original assignee: ОАО "Нижнетагильский металлургический комбинат"
Priority date: 2000-06-16
Filing date: 2000-06-16
Publication date: 2002-06-20

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy, namely processes for melting steel in basic open-hearth furnace. SUBSTANCE: method comprises steps of charging onto hearth of basic open-hearth furnace small- size scrap steel; heating it; then loading carburetor with uniform layer of steel in quantity (3-10)kg/t; covering said layer from upwards with large-size scrap steel and lime and(or) limestone as slag-forming components; then heating up metallic charge; pouring melt iron; supplying technical gaseous oxygen with purity (70-75)% and performing melting and finishing stages; using as carburetor crushed carbon-containing lining with fraction size (20-180)mm. Invention allows to lower cast iron consumption until 4.5% per 1 ton of melted steel. EFFECT: reduced consumption of cast iron for melting steel, enhanced efficiency of furnace, lowered cost price of melted steel. 2 cl, 2 tbl, 2 ex

Description

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам выплавки стали в основных мартеновских печах с уменьшенной долей чугуна в шихте и использованием материалов, содержащих раскисляющие элементы. The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to methods of steel smelting in the main open-hearth furnaces with a reduced proportion of pig iron in the charge and the use of materials containing deoxidizing elements.

Известен способ выплавки стали в мартеновской печи, предусматривающий закрытие подины печи мелким стальным ломом, подачу в ванну потоков газа с формированием зон перегрева, его прогрев, загрузку карбюратора между зонами перегрева, завалку мелкого стального лома, загрузку шлакообразующих и легко плавного материала, содержащего оксиды железа, завалку остального стального лома, подачу чугуна, периоды плавления и доводки [1]. A known method of steel smelting in an open-hearth furnace, which involves closing the hearth of the furnace with small steel scrap, supplying gas flows to the bath with the formation of overheating zones, heating it, loading the carburetor between the overheating zones, filling small steel scrap, loading slag-forming and easily smooth material containing iron oxides , filling of the remaining steel scrap, supply of cast iron, periods of melting and lapping [1].

Недостатком этого способа является удлинение завалки за счет создания зон перегрева, повышенные требования к размещению на подине в "холодной" зоне карбюратора и его тщательная упаковка мелким стальным ломом. Но исключается вынос мелкой фракции карбюратора струей факела горелок из печного пространства в насадки регенераторов, ухудшая их работу и за счет этого снижая стойкость печи. The disadvantage of this method is the lengthening of the filling due to the creation of zones of overheating, increased requirements for placement on the bottom in the "cold" zone of the carburetor and its careful packaging with small steel scrap. But the removal of a small fraction of the carburetor by the torch torch stream from the furnace space into the nozzles of the regenerators is excluded, impairing their operation and thereby reducing the resistance of the furnace.

Кроме того, имеет место из-за недостаточной "упаковки" карбюратора его всплытие в шлак и вспенивание шлака. In addition, it takes place due to insufficient "packing" of the carburetor, its ascent into the slag and foaming of the slag.

Известен способ выплавки стали в мартеновской печи, включающий завалку части лома на подину, его прогрев, загрузку на него карбюратора, покрытие его слоем лома, завалку известняка или извести, остального лома и в последнюю очередь жидкого чугуна, что позволяет заменить часть чугуна ломом и карбюратором [2]. A known method of steelmaking in an open-hearth furnace, including filling part of the scrap on the bottom, heating it, loading a carburetor on it, coating it with a layer of scrap, filling limestone or lime, the rest of the scrap and, most of all, liquid cast iron, which allows replacing part of the cast iron with scrap and carburetor [2].

Недостатком этого способа является снижение производительности печи, вызванное увеличением длительности плавки за счет удлинения периода завалки (из-за разной объемной плотности загружаемого предельного чугуна и лома) и периода плавления (из-за ухудшения теплопередачи от факела в ванну). Это ухудшение является следствием вспенивания шлака, происходящего при взаимодействии шлака с нерастворившимся карбюратором, всплывшим в конце плавления. The disadvantage of this method is the decrease in furnace productivity caused by an increase in the melting time due to the lengthening of the filling period (due to different bulk density of the loaded limit pig iron and scrap) and the melting period (due to the deterioration in heat transfer from the torch to the bath). This deterioration is the result of foaming of the slag that occurs when the slag interacts with an insoluble carburetor that has surfaced at the end of the melting.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ выплавки стали в основной мартеновской печи, включающий закрытие подины ванны мелким стальным ломом, подачу в ванну потоков газа с формированием двух или более зон перегрева, прогрев лома, загрузку карбюризатора, завалку части мелкого стального лома, загрузку шлакообразующих и легкоплавкого материала, содержащего оксиды железа, завалку остального лома и подачу чугуна, периоды плавления и доводки. Легкоплавкий материал, содержащий окислы железа, загружают порционно, причем по крайней мере одну из порций загружают на шлакообразующие, равномерно распределенные над карбюризатором, который загружают между сформированными зонами перегрева. В качестве легкоплавкого материала, содержащего оксиды железа, используют окалину, руду, агломерат, концентраты, окатыши, шлаки, шламы, колошниковую пыль или обрезь зачистки металла. В качестве шлакообразующих материалов используют известняк и/или известь. В качество карбюризатора используют угли, коксовую мелочь, бой угольной футеровки и электродов, природный графит, а чугун в печь подают в жидком и/или твердом состоянии [3]. The closest in technical essence and the achieved result is a method of steel smelting in the main open-hearth furnace, which includes closing the bottom of the bathtub with small steel scrap, supplying gas flows to the bathtub with the formation of two or more zones of overheating, heating the scrap, loading the carburetor, filling part of the small steel scrap, loading of slag-forming and fusible material containing iron oxides, filling of the remaining scrap and supply of cast iron, periods of melting and finishing. The low-melting material containing iron oxides is loaded in batches, and at least one of the batches is loaded onto slag-forming, uniformly distributed over the carburetor, which is loaded between the formed overheating zones. As a fusible material containing iron oxides, scale, ore, sinter, concentrates, pellets, slag, sludge, blast furnace dust or metal scrap are used. As slag-forming materials, limestone and / or lime are used. Coal, coke breeze, battle of coal lining and electrodes, natural graphite are used as a carburetor, and cast iron is fed into the furnace in a liquid and / or solid state [3].

Задачей изобретения является снижение расхода чугуна на выплавку стали, повышение производительности печей и снижение себестоимости выплавляемой стали. The objective of the invention is to reduce the consumption of cast iron for steel smelting, increasing the productivity of furnaces and reducing the cost of smelted steel.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе выплавки стали в основной мартеновской печи, включающем завалку на подину печи мелкого стального лома, его прогрев, загрузку на него в качестве карбюратора боя угольной футеровки электродов, закрытие его сверху крупногабаритным стальным ломом и известью и/или известняком в качестве шлакообразующих компонентов, прогрев шихты, заливку жидкого чугуна, подачу газообразного технического кислорода, проведение периодов плавления и доводки, отличающийся тем, что используют карбюратор с крупностью кусков боя угольной футеровки и электродов 20-180 мм, который загружают на прогретый мелкий стальной лом равномерным слоем, при этом расход карбюратора устанавливают в пределах 3-10 кг/т стали. Для ускорения процесса шлакообразования и периода плавления используют газообразный технический кислород, имеющий чистоту 70-75%, который подают, по крайней мере, через две водоохлаждаемые погружные фурмы. The problem is solved due to the fact that in the method of steel smelting in the main open-hearth furnace, which involves filling small steel scrap on the furnace hearth, heating it, loading coal lining of electrodes onto it as a carburetor, closing it from above with large steel scrap and lime and / or limestone as slag-forming components, heating the charge, pouring molten iron, supplying gaseous technical oxygen, conducting periods of melting and lapping, characterized in that they use a carburetor with rupnostyu pieces combat carbon lining and electrode 20-180 mm, which was loaded onto a preheated steel scrap fine uniform layer, the flow rate of the carburettor is set in the range 3-10 kg / t steel. To accelerate the process of slag formation and the melting period, gaseous technical oxygen is used, having a purity of 70-75%, which is supplied through at least two water-cooled immersion lances.

При решении этой задачи достигается технический результат, связанный с экономией чугуна и увеличением производительности печи, улучшением шлакообразования и качества получаемого металла. When solving this problem, a technical result is achieved, associated with saving pig iron and increasing furnace productivity, improving slag formation and the quality of the resulting metal.

Предложенный по изобретению способ выплавки стали в основной мартеновской печи основан на полном или частичном превращении шлакообразующих (извести и/или известняка) под действием теплового и химического воздействия на них расплавленного легкоплавкого окисленного материала, содержащего окислы железа в ферриты. Поверхностные слои извести насыщаются окислами железа, образуя легкоплавкие соединения - ферриты кальция. The method of steel smelting proposed in the invention in the main open-hearth furnace is based on the complete or partial conversion of slag-forming (lime and / or limestone) under the influence of thermal and chemical effects of molten low-melting oxidized material containing iron oxides into ferrites. The surface layers of lime are saturated with iron oxides, forming fusible compounds - calcium ferrites.

Ферриты кальция образуются при прогреве шихты. По мере плавления и уменьшения толщины слоя шлакообразующих феррит кальция, отекает вниз на лом и карбюратор, происходит диссоциация на составляющие СаО и Fe₂O₃. Окислы железа вступают во взаимодействие с углеродом карбюратора. При этом происходит разрушение слоя из мелкого стального лома и известняка, защищающего карбюратор и подину. Остатки шлакообразующих и карбюратора взаимодействуют с ферритами кальция, растворенными в шлаке, и металлическим расплавом. Интенсивное перемешивание ванны пузырьками оксида углерода, образующегося в результате этого взаимодействия, улучшает процессы теплообмена. Наиболее оптимальным фракционным составом карбюратора являются куски размером 20-180 мм. Фракция менее 20 мм не желательна, т.к. могут забиваться насадки регенератора в результате выноса мелких кусков. Фракция более 180 мм тоже не желательна из-за опасности нерастворившихся кусков, которые могут попасть в последствии в сталевыпускное отверстие при выпуске металла из печи.Calcium ferrites are formed when the charge is heated. As the melting and decrease in the layer thickness of the slag-forming calcium ferrite swells down to the scrap and carburetor, dissociation into the components of CaO and Fe ₂ O ₃ occurs. Iron oxides interact with carbon carb. In this case, the layer of small steel scrap and limestone, protecting the carburetor and the hearth, is destroyed. The residues of slag-forming and carburetor interact with calcium ferrites dissolved in the slag and a metal melt. Intensive mixing of the bath with bubbles of carbon monoxide formed as a result of this interaction improves heat transfer processes. The most optimal fractional composition of the carburetor are pieces with a size of 20-180 mm. A fraction of less than 20 mm is not desirable, because regenerator nozzles may become clogged as a result of the removal of small pieces. A fraction of more than 180 mm is also not desirable because of the danger of insoluble pieces, which may subsequently fall into the steel outlet when the metal is discharged from the furnace.

Для отопления мартеновских печей использовали газомазутные горелки. Распыление мазута производилось сжатым воздухом. Для придания факелу жесткости и стабильности, а также высоких температур использовали технический кислород, ускоряя за счет этого процесс плавления. Gas-oil burners were used for heating open-hearth furnaces. Fuel oil was sprayed with compressed air. To give the torch rigidity and stability, as well as high temperatures, technical oxygen was used, thereby accelerating the melting process.

Для ускорения процессов плавления и шлакообразования в жидкую металлическую ванну вдували, по крайней мере, через две водоохлаждаемые погружные фурмы технический кислород с чистотой 70-75%. Содержание кислорода менее 70% не желательно, т.к. процесс плавления замедляется, при содержании же кислорода более 75% значительно возрастает окисленность металла, что отрицательно может сказаться на механических свойствах готового проката. В качестве карбюратора использовали бой угольной футеровки и электродов с крупностью кусков 20-180 мм. To accelerate the melting and slag formation processes, technical oxygen with a purity of 70-75% was injected into at least two water-cooled immersion lances into a liquid metal bath. An oxygen content of less than 70% is not desirable since the melting process slows down, when the oxygen content is more than 75%, the oxidation of the metal significantly increases, which can adversely affect the mechanical properties of the finished product. As a carburetor, a battle of a coal lining and electrodes with a particle size of 20-180 mm was used.

Карбюратор загружают на прогретый мелкий стальной лом равномерным слоем, а на него сверху загружают остальной лом и шлакообразующие материалы, т.е. карбюратор "запаковывают". Из-за низкой теплопроводности карбюратора в сравнении с металлом происходит более позднее проплавление шихты в этой зоне и более длительный контакт окислительных элементов с восстановителем. Расход карбюратора составляет в пределах 3-10 кг на тонну выплавляемой стали. При этих соотношениях были достигнуты наиболее лучшие результаты. The carburetor is loaded onto a heated small steel scrap in an even layer, and the rest of the scrap and slag-forming materials are loaded onto it from above, i.e. the carburetor is "packed". Due to the low thermal conductivity of the carburetor compared to metal, the charge is later melted in this zone and the oxidizing elements contact with the reducing agent longer. The carburetor consumption is in the range of 3-10 kg per ton of steel smelted. With these ratios, the best results were achieved.

Расход карбюратора составляет в пределах 3-10 кг на тонну выплавляемой стали. При этих соотношениях были достигнуты наиболее лучшие результаты. При расходе более 10 кг на тонну ухудшается нагрев металлической ванны за счет вспенивания шлака и снижения его теплопроводности. The carburetor consumption is in the range of 3-10 kg per ton of steel smelted. With these ratios, the best results were achieved. At a flow rate of more than 10 kg per ton, the heating of the metal bath deteriorates due to foaming of the slag and a decrease in its thermal conductivity.

При расходе менее 3 кг/т стали не будет достигаться необходимого технического результата. At a flow rate of less than 3 kg / t of steel, the required technical result will not be achieved.

Пример 1. В 450-тонную мартеновскую печь на подину завалили 45 т мелкого углеродистого лома, который прогревали в течение 16 мин. На прогретый стальной лом загрузили 3,0 т боя угольной футеровки в два завалочных окна. Сверху боя угольной футеровки загрузили 60,0 т стального лома. После прогрева в течение 12 мин загрузили известняк в количестве 14 т и 7,0 т извести равномерно по всей поверхности ванны, после чего равномерно загрузили оставшуюся часть крупногабаритного лома. Общее количество стального лома составило 243,8 т. Example 1. In a 450-ton open-hearth furnace, 45 tons of fine carbon scrap were dumped onto the hearth and heated for 16 minutes. 3.0 tons of coal lining battle were loaded onto heated steel scrap in two filling windows. At the top of the battle of the coal lining, 60.0 tons of steel scrap were loaded. After warming up for 12 minutes, limestone was loaded in an amount of 14 tons and 7.0 tons of lime evenly over the entire surface of the bath, after which the remainder of the large-sized scrap was uniformly loaded. The total amount of steel scrap was 243.8 tons.

Шихту прогревали в течение 0,9 ч. Затем залили 225,0 т жидкого чугуна, имеющего следующий химический состав: 4,2% С; 0,48% Мn; 0,51% Si; 0,029% S; 0,020% Р. The mixture was heated for 0.9 hours. Then, 225.0 tons of molten iron were poured, having the following chemical composition: 4.2% C; 0.48% Mn; 0.51% Si; 0.029% S; 0.020% R.

После заливки чугуна были опущены кислородные фурмы и подан кислород из расчета по 1600 м³/ч на каждую фурму. Чистота кислорода составляла 74%. Содержание углерода по расплавлению составило 1,03%, серы - 0,025%, фосфора - 0,012%. Длительность плавления составила 1,6 ч, доводку проводили по обычной технологии.After casting, the oxygen lances were lowered and oxygen was supplied at a rate of 1600 m ³ / h for each lance. The oxygen purity was 74%. The molten carbon content was 1.03%, sulfur - 0.025%, phosphorus - 0.012%. The melting time was 1.6 hours, the refinement was carried out according to conventional technology.

Получили заданную марку стали - Ст 3Гсп. We got the set steel grade - St 3Gsp.

Пример 2. После заправки печи в нее равномерным слоем завалили легковесный стальной лом в кол-ве 35 т (примерно 7% от веса металлошихты). Затем в наиболее "теплую" зону печи (2-е и 4-е завалочные окна) равномерным слоем загружали бой угольной футеровки в количестве 3 т с содержанием углерода 77% и крупностью кусков 20-100 мм. Сверху карбюратора завалили металлолом в количестве 65 т и флюсы в количестве 20 т известняков. Наиболее тяжелый лом заваливался во 2-е и 4-е завалочные окна. Example 2. After refueling the furnace, lightweight steel scrap in a quantity of 35 tons (approximately 7% of the weight of the metal charge) was piled up with a uniform layer in it. Then, into the “warmest” zone of the furnace (2nd and 4th filling windows), a battle of coal lining in an amount of 3 tons with a carbon content of 77% and a particle size of 20-100 mm was uniformly loaded. 65 tons of scrap metal and 20 tons of limestone fluxes were piled on top of the carburetor. The heaviest scrap fell into the 2nd and 4th filling windows.

Шихту прогревали в течение 1 ч, затем в печь слили 220 т жидкого чугуна следующего химического состава: 4,4% С; 0,65% Мn; 0,58% Si; 0,025% S; 0,14% Р. The mixture was heated for 1 h, then 220 tons of molten iron of the following chemical composition were poured into the furnace: 4.4% C; 0.65% Mn; 0.58% Si; 0.025% S; 0.14% R.

После заливки чугуна были опущены 2-е кислородные фурмы, и продувка ванны проводилась из расчета по 1600 м³/ч на каждую фурму, чистота кислорода составляла 75%. Содержание углерода по расплавлению ванны составило 1,25%, температура металла по расплаву составила 1510^oС. Была выпущена марка стали 27Г1.After casting iron, the 2nd oxygen lances were lowered, and the bath was purged at a rate of 1600 m ³ / h for each lance, the oxygen purity was 75%. The carbon content in the molten bath was 1.25%, the temperature of the metal in the molten metal was 1510 ^o C. Steel grade 27G1 was produced.

Результаты опытных плавок приведены в табл.1 и 2. The results of the experimental swimming trunks are given in tables 1 and 2.

Для сравнения технико-экономических показателей проводились плавки и по технологии прототипа и по предлагаемой технологии. Использование изобретения обеспечивает уменьшение расхода чугуна до 4,5% на одной тонне стали. Более высокая удельная плотность боя угольной футеровки предотвращает раннее всплытие его из металлической ванны в шлак и гарантирует стабильное и более высокое усвоение углерода. To compare the technical and economic indicators, swimming trunks were carried out using the prototype technology and the proposed technology. The use of the invention provides a reduction in cast iron consumption up to 4.5% per ton of steel. The higher specific density of the battle of the coal lining prevents its early ascent from the metal bath into the slag and guarantees a stable and higher absorption of carbon.

Приведенные в таблицах данные показывают, что использование карбюратора в качестве металлошихты позволяет экономить жидкий чугун без потери производительности печи, по сравнению с технологией без использования карбюратора, и с повышением производительности по сравнению с технологиями, использующими карбюратор (способ-прототип). Сопоставительный анализ заявляемого технического решения и прототипа показывает, что предложенное техническое решение выплавки стали в основной мартеновской печи с использованием карбюратора существенно отличается от существующих способов, что подтверждает соответствие критерию "новизна". The data in the tables show that the use of a carburetor as a metal charge saves liquid cast iron without loss of furnace productivity, compared with the technology without using a carburetor, and with an increase in productivity compared to technologies using a carburetor (prototype method). A comparative analysis of the proposed technical solution and prototype shows that the proposed technical solution for steelmaking in the main open-hearth furnace using a carburetor is significantly different from existing methods, which confirms compliance with the criterion of "novelty."

Анализ патентов и научно-технической литературы не выявил использования новых существенных признаков, используемых в предлагаемом решении, которые отличают его от прототипа, что позволяет сделать вывод о его соответствии признаку "изобретательский уровень". The analysis of patents and scientific and technical literature did not reveal the use of new significant features used in the proposed solution, which distinguish it from the prototype, which allows us to conclude that it matches the attribute "inventive step".

Использованная литература
1. ТИ 102-ст.м-16-96.References
1. TI 102-st.m-16-96.

2. Патент РФ 2056461, С 21 С 5/04, зарегистрирован в Госреестре 20.03.1996 г. 2. RF patent 2056461, C 21 C 5/04, registered in the State Register 03/20/1996

3. Патент РФ 2102496, С 21 С 5/04, зарегистрирован в Госреестре 20.01.98 г. 3. RF patent 2102496, С 21 С 5/04, registered in the State Register on January 20, 1998.

Claims

1. The method of steelmaking in the main open-hearth furnace, including filling on the bottom of the furnace small steel scrap, heating it, loading coal lining and electrodes onto it as a battle carburetor, closing it from above with large-sized steel scrap and lime and / or limestone as slag-forming components , heating the charge, pouring molten iron, supplying gaseous technical oxygen, conducting periods of melting and lapping, characterized in that they use a carburetor with the size of the pieces of battle of a coal lining and ele ctrodes of 20-180 mm, which are loaded onto a heated small steel scrap with an even layer, while the consumption of the carburetor is set within 3-10 kg / t of steel.

2. The method according to p. 1, characterized in that to accelerate the process of slag formation and the melting period using gaseous technical oxygen having a purity of 70-75%, which is fed through at least two water-cooled immersion lances.