RU2612246C1 - Method of steelmaking in basic oxygen furnace - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: method involves solid charge feeding, hot-metal charging, further oxygen purging of the bath, additing slag-forming materials and solid oxidizers. Metal scrap and semi-finished product consisting of an iron-carbon alloy and iron oxides for metal conversion are used as the solid charge. The semi-finished product for metal conversion is produced in the form of compressed packets, inside which capsules filled with iron oxides with the iron content of at least 55% and moisture of no more than 12% are put prior to compression. Mass fraction of oxides in the packet is 35-45%, and the mass fraction of compressed packets is 20-45% of the total weight of the scrap metal and compressed packets. Containers of ferrous materials are used as capsules.

EFFECT: reduced scrap metal consumption and reduced steelmaking cost.

1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к кислородно-конвертерному процессу.The invention relates to the field of ferrous metallurgy, in particular to an oxygen-converter process.

Известен способ получения стали в конвертерах (см. авт.св. СССР №437807, С21С 5/04, опубл. 30.07.1974), включающий загрузку металлолома, заливку чугуна, продувку ванны кислородом, ввод шлакообразующих материалов, присадку после снижения содержания углерода в ванне до 0,14% металлизованных окатышей в качестве охладителей-окислителей по ходу всего второго периода продувки в количестве 4-10% от веса чугуна.A known method of producing steel in converters (see ed. St. USSR No. 437807, C21C 5/04, publ. 07/30/1974), including loading scrap metal, cast iron casting, purging the bath with oxygen, introducing slag-forming materials, an additive after reducing the carbon content in bath up to 0.14% of metallized pellets as coolers-oxidizers during the entire second purge period in the amount of 4-10% by weight of cast iron.

Недостатком известного способа является относительно малое содержание кислорода в металлизованных окатышах, обусловленное расходованием его на окисление углерода, входящего в состав окатышей, что уменьшает количество вводимого кислорода. Большая часть этого кислорода расходуется на повышение концентрации оксидов железа в шлаке, что усиливает угар железа и снижает стойкость футеровки. Кроме того, металлизованные окатыши имеют плотность в два раза меньше плотности жидкого расплава. Это не позволяет окатышам проникнуть в глубь металлической ванны, и они располагаются на границе шлак-металл, снижая тем самым эффективность охлаждающего действия. Вследствие этого металлизованные окатыши не в состоянии обеспечить задачу увеличения скорости окисления углерода и восстановления окислов железа.The disadvantage of this method is the relatively low oxygen content in metallized pellets, due to its expenditure on the oxidation of carbon, which is part of the pellets, which reduces the amount of oxygen introduced. Most of this oxygen is spent on increasing the concentration of iron oxides in the slag, which increases the loss of iron and reduces the durability of the lining. In addition, metallized pellets have a density half that of a liquid melt. This does not allow the pellets to penetrate deep into the metal bath, and they are located at the slag-metal interface, thereby reducing the cooling effect. As a result, metallized pellets are not able to provide the task of increasing the rate of carbon oxidation and reduction of iron oxides.

Наиболее близким аналогом к заявляемому способу является способ выплавки стали в кислородных конвертерах, включающий загрузку твердой шихты, заливку жидкого чугуна, последующую продувку ванны кислородом, ввод шлакообразующих и твердых окислителей, в котором в качестве твердой шихты используют полуфабрикат для металлургического передела, состоящий из железоуглеродистого сплава и оксидного материала, и металлический лом в соотношении (0,1-3,0):1,0, при этом полуфабрикат загружают в количестве 25-300 кг на 1 тонну жидкого чугуна. Полуфабрикат для металлургического передела содержит оксидный материал, залитый железоуглеродистым сплавом в соотношении 1:(1,0-9,9) соответственно, при этом суммарное количество кислорода в оксидном материале равно его необходимому количеству для полного окисления компонентов железоуглеродистого расплава (сплава) (см. патент РФ №2075513, С21С 5/28, опубл. 20.03.1997).The closest analogue to the claimed method is a method of steelmaking in oxygen converters, including loading a solid charge, pouring molten iron, then purging the bath with oxygen, introducing slag-forming and solid oxidizing agents, in which a semi-finished product for metallurgical processing consisting of an iron-carbon alloy is used as a solid charge and oxide material, and scrap metal in the ratio (0.1-3.0): 1.0, while the semi-finished product is loaded in an amount of 25-300 kg per 1 ton of molten iron. The semi-finished product for the metallurgical redistribution contains an oxide material filled with an iron-carbon alloy in a ratio of 1: (1.0-9.9), respectively, while the total amount of oxygen in the oxide material is equal to its required amount for the complete oxidation of the components of the iron-carbon melt (alloy) (see RF patent No. 2075513, C21C 5/28, publ. 03.20.1997).

Недостатками данного способа являются сложность технологического процесса изготовления полуфабриката, связанная с необходимостью заливки оксидного материала железоуглеродистым сплавом (чугуном) и последующим его остыванием до твердого состояния, а также увеличенные энергетические затраты, требующиеся для нагрева полуфабриката в процессе выплавки стали до температуры плавления и достижения наилучших условий диссоциации окислов железа, и недостаточно высокая скорость окисления углерода и восстановления оксидов железа.The disadvantages of this method are the complexity of the manufacturing process of the semi-finished product associated with the need to fill the oxide material with an iron-carbon alloy (cast iron) and its subsequent cooling to a solid state, as well as the increased energy costs required to heat the semi-finished product in the process of steelmaking to the melting temperature and to achieve the best conditions dissociation of iron oxides, and insufficiently high rate of carbon oxidation and reduction of iron oxides.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в увеличении скорости окисления углерода и восстановления окислов железа, а также в снижении энергетических затрат на технологический процесс изготовления полуфабриката и его нагрев до температуры плавления в процессе выплавки стали и достижения наилучших условий диссоциации окислов железа.The technical problem solved by the invention is to increase the rate of carbon oxidation and reduction of iron oxides, as well as to reduce energy costs for the manufacturing process of the semi-finished product and its heating to the melting temperature during steelmaking and to achieve the best conditions for the dissociation of iron oxides.

Поставленная задача решается тем, что в способе выплавки стали в кислородном конвертере, включающем загрузку твердой шихты, заливку жидкого чугуна, последующую продувку ванны кислородом, ввод шлакообразующих и твердых окислителей, при котором в качестве твердой шихты используют полуфабрикат для металлургического передела, состоящий из железоуглеродистого сплава и окислов железа, и металлический лом, согласно изобретению полуфабрикат изготавливают в виде спрессованных пакетов, внутрь которых перед прессованием помещают капсулы, наполненные окислами железа с содержанием железа не менее 55% и влажностью не более 12%, при этом массовая доля окислов в пакете составляет 35-45%, а массовая доля спрессованных пакетов - 20-45% от суммарной массы металлического лома и спрессованных пакетов, при этом материал капсулы выбирают из железосодержащих материалов.The problem is solved in that in the method of steelmaking in an oxygen converter, including loading a solid charge, pouring molten iron, subsequent purging of the bath with oxygen, introducing slag-forming and solid oxidizing agents, in which a semi-finished product for metallurgical processing consisting of an iron-carbon alloy is used as a solid charge and iron oxides and scrap metal, according to the invention, the semi-finished product is made in the form of compressed bags, inside of which capsules are placed before pressing, flaxed with iron oxides with an iron content of not less than 55% and a moisture content of not more than 12%, while the mass fraction of oxides in the bag is 35-45%, and the mass fraction of compressed bags is 20-45% of the total mass of scrap metal and compressed bags, this capsule material is selected from iron-containing materials.

Окисление углерода представляет собой сложную многостадийную гетерогенную реакцию, заканчивающуюся образованием газовой фазы в виде смеси оксидов СО и CO₂ с высокой энергетикой. Важнейшим показателем являются скорость окисления углерода и, следовательно, скорость восстановления оксидов железа. Этот показатель определяется фракционным составом полуфабриката.Carbon oxidation is a complex multi-stage heterogeneous reaction, resulting in the formation of a gas phase in the form of a mixture of high-energy CO and CO ₂ oxides. The most important indicator is the rate of carbon oxidation and, consequently, the rate of reduction of iron oxides. This indicator is determined by the fractional composition of the semi-finished product.

Использование согласно предлагаемому изобретению полуфабрикатов в виде спрессованных пакетов с капсулами, представляющими собой тонкие железосодержащие оболочки, обеспечивает более раннее образование СО и восстановление окислов железа по сравнению с полуфабрикатами, представляющими собой массивные тела, содержащие оксидный материал, залитый железоуглеродистым сплавом (чугуном).The use according to the invention of semi-finished products in the form of compressed bags with capsules representing thin iron-containing shells provides earlier formation of CO and reduction of iron oxides in comparison with semi-finished products representing massive bodies containing an oxide material filled with an iron-carbon alloy (cast iron).

Известно осуществление способа выплавки стали в кислородном конверторе, согласно которому при выплавке стали используют оксидный материал для снижения расхода металлического лома и снижения себестоимости выплавки стали (см. патент РФ №2092570, С21С 5/28, опубл. 10.10.1997).It is known to implement a method for steelmaking in an oxygen converter, according to which oxide material is used in steelmaking to reduce the consumption of scrap metal and reduce the cost of steelmaking (see RF patent No. 2092570, C21C 5/28, publ. 10.10.1997).

В заявляемом способе указанный признак так же, как и в известном способе предназначен для снижения расхода металлического лома и снижения себестоимости выплавки стали.In the inventive method, this feature, as well as in the known method, is intended to reduce the consumption of scrap metal and reduce the cost of steelmaking.

Однако наравне с известным техническим свойством, заявляемый отличительный признак, характеризующийся заявляемыми соотношениями, при выплавке стали в кислородном конвертере создает новый технический результат, заключающийся в увеличении скорости окисления углерода и восстановления окислов железа, а также в снижении энергетических затрат на технологический процесс изготовления полуфабриката и его нагрев до температуры плавления в процессе выплавки стали и достижения наилучших условий диссоциации окислов железа.However, along with the known technical property, the claimed distinguishing feature, characterized by the claimed ratios, when steel is smelted in an oxygen converter, creates a new technical result, which consists in increasing the rate of carbon oxidation and reduction of iron oxides, as well as in reducing energy costs for the manufacturing process of the semi-finished product and its heating to the melting temperature during steelmaking and achieving the best conditions for the dissociation of iron oxides.

На основании вышесказанного можно сделать вывод, что заявляемый способ выплавки стали в кислородном конвертере не следует явным образом из известного уровня техники и, следовательно, соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».Based on the foregoing, we can conclude that the inventive method of steelmaking in an oxygen converter does not follow explicitly from the prior art and, therefore, meets the patentability condition “inventive step”.

Если массовая доля спрессованных пакетов составляет менее 20% от суммарной массы металлического лома и спрессованных пакетов, то в этом случае количество окислов железа недостаточно для того, чтобы полностью обеспечить достижение наилучших условий диссоциации окислов железа во всем объеме плавки.If the mass fraction of compressed packages is less than 20% of the total mass of scrap metal and compressed packages, then in this case the amount of iron oxides is not enough to fully ensure the achievement of the best conditions for the dissociation of iron oxides throughout the smelting volume.

Если массовая доля спрессованных пакетов составляет более 45% от суммарной массы металлического лома и спрессованных пакетов, то в этом случае происходит замедление процесса за счет недостаточного количества тепла для ведения плавки.If the mass fraction of compressed packages is more than 45% of the total mass of scrap metal and compressed packages, then in this case the process slows down due to insufficient heat to conduct melting.

Если массовая доля окислов железа в пакете составляет менее 35%, то в этом случае количество окислов недостаточно для того, чтобы полностью обеспечить достижение наилучших условий диссоциации окислов железа во всем объеме плавки.If the mass fraction of iron oxides in the package is less than 35%, then in this case the amount of oxides is not enough to fully ensure the achievement of the best conditions for the dissociation of iron oxides in the entire volume of the smelting.

Если массовая доля окислов железа в пакете составляет более 45%, то при этом имеет место повышенный расход оксидного материала, что усложняет процесс получения полуфабриката, а также удлиняет время плавки в конвертере.If the mass fraction of iron oxides in the bag is more than 45%, then there is an increased consumption of oxide material, which complicates the process of obtaining a semi-finished product, and also lengthens the melting time in the converter.

Если капсулы наполнены окислами железа с содержанием железа менее 55%, то в этом случае существенно снижается выход годного с увеличением энергетических затрат и длительности технологического процесса.If the capsules are filled with iron oxides with an iron content of less than 55%, then in this case the yield is significantly reduced with an increase in energy costs and the duration of the process.

Нецелесообразно наполнять капсулы окислами железа с влажностью более 12%, т.к. при этом возможно возникновение взрывоопасной ситуации.It is inappropriate to fill capsules with iron oxides with a moisture content of more than 12%, because In this case, an explosive situation may occur.

Пример конкретного выполненияConcrete example

Твердая шихта для 360 т конвертера состояла из 37,8 т металлолома и 16,2 т полуфабриката в виде спрессованных пакетов, внутрь которых перед прессованием были помещены капсулы, наполненные окислами железа массой 6,48 т с содержанием железа 60% и влажностью 10% (массовая доля окислов железа в пакете составляла 40%). В качестве капсул использовали стандартные стальные бочки емкостью 200 л по ГОСТ 13950-91. Масса спрессованных пакетов составляла 30% от суммарной массы металлического лома и спрессованных пакетов. При этом в конвертер заливали 310 т жидкого чугуна.The solid charge for 360 tons of the converter consisted of 37.8 tons of scrap metal and 16.2 tons of semi-finished product in the form of compressed bags, inside of which, before pressing, capsules filled with iron oxides weighing 6.48 tons with an iron content of 60% and a moisture content of 10% were placed ( the mass fraction of iron oxides in the packet was 40%). Standard steel barrels with a capacity of 200 l according to GOST 13950-91 were used as capsules. The mass of compressed packages was 30% of the total mass of scrap metal and compressed packages. At the same time 310 tons of molten iron were poured into the converter.

Расход шлакообразующих был таким же, как и при работе с применением в качестве твердой шихты только металлолома. Продувка плавки производилась по обычной технологии в соответствии с технологической инструкцией. Плавка протекала спокойно, никаких отклонений по шлаковому, тепловому режимам и необходимому химическому составу не наблюдалось. Выплавляли трубную сталь класса прочности К56.The slag-forming consumption was the same as when working using only scrap metal as a solid charge. The melting was purged according to the usual technology in accordance with the technological instruction. The melting proceeded calmly; no deviations in slag, thermal conditions and the necessary chemical composition were observed. Smelted pipe steel of strength class K56.

Режимы выплавки и условия протекания плавки приведены в таблице.Modes of smelting and conditions for the flow of melting are shown in the table.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемый способ выплавки стали работоспособен и устраняет недостатки, имеющие место в прототипе. Способ согласно изобретению обеспечивает увеличение скорости окисления углерода и восстановления окислов железа, а также снижение энергетических затрат на технологический процесс изготовления полуфабриката и его нагрев до температуры плавления в процессе выплавки стали и достижения наилучших условий диссоциации окислов железа. Способ выплавки стали также позволяет сократить расход металлического лома и снизить себестоимость выплавки стали.Based on the foregoing, we can conclude that the inventive method of steelmaking is efficient and eliminates the disadvantages that occur in the prototype. The method according to the invention provides an increase in the rate of carbon oxidation and reduction of iron oxides, as well as a reduction in energy costs for the manufacturing process of the semi-finished product and its heating to the melting temperature during steelmaking and the achievement of the best conditions for the dissociation of iron oxides. The method of steelmaking also allows to reduce the consumption of scrap metal and reduce the cost of steelmaking.

Claims (1)

Способ выплавки стали в кислородном конвертере, включающий загрузку твердой шихты, заливку жидкого чугуна, последующую продувку ванны кислородом, ввод шлакообразующих и твердых окислителей, в котором в качестве твердой шихты используют полуфабрикат для металлургического передела, состоящий из железоуглеродистого сплава и окислов железа, и металлический лом, отличающийся тем, что полуфабрикат для металлургического передела изготавливают в виде спрессованных пакетов, внутрь которых перед прессованием помещают капсулы, наполненные окислами железа с содержанием железа не менее 55% и влажностью не более 12%, при этом массовая доля упомянутых окислов в пакете составляет 35-45%, а массовая доля спрессованных пакетов - 20-45% от суммарной массы металлического лома и спрессованных пакетов, при этом капсулы используют в виде емкостей из железосодержащих материалов.A method of steelmaking in an oxygen converter, including loading a solid charge, pouring molten iron, then purging the bath with oxygen, introducing slag-forming and solid oxidizing agents, in which a semi-finished product for metallurgical processing, consisting of an iron-carbon alloy and iron oxides, and scrap metal are used as a solid charge characterized in that the semi-finished product for the metallurgical redistribution is made in the form of compressed bags, inside of which, before pressing, capsules filled with approx. iron salts with an iron content of at least 55% and a moisture content of not more than 12%, while the mass fraction of the mentioned oxides in the bag is 35-45%, and the mass fraction of compressed bags is 20-45% of the total mass of scrap metal and compressed bags, this capsule is used in the form of containers of iron-containing materials.