Способ предотвращения выбросов шлакометаллической эмульсии из конвертера

Способ предотвращения выбросов шлакометаллической эмульсии из конвертера

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к черной металлургии ,в частности, к способам производства стали в кислородном конвертере. Целью изобретения является повышения эффективности осаждения шлакометаллической эмульсии и увеличение производительности конвертера. Способ предотвращения выбросов шлакометаллической эмульсии из конвертера заключается в осаждении шлакометаллической эмульсии струями смеси кислорода и инертного газа с частицами конвертерного шлака. Содержание кислорода в смеси составляет 22,4-65,0 об.%, количество частиц конвертерного шлака равно 0,8-3,4 кг/м<SP POS="POST">3</SP>, а общее количество подаваемой на осаждение смеси составляет 5-22% расхода рафинировочного кислорода. Использование в качестве пеногасящих частиц конвертерного шлака определено тем, что они быстро усваиваются шлаком, не дают газообразных продуктов при взаимодействии со шлакометаллической эмульсией и не изменяют химический состав конвертерного шлака. Способ позволяет полностью предотвратить выбросы шлакометаллической эмульсии, в результате чего увеличивается выход жидкой стали. 1 табл.

CO)03 COGETCHMX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕС! 1У &ПИК (19) (ll) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4206523/23-02 (22) 09.03.87 (46) 30.07.89. Бюл. )"- 28 (71) Сибирский металлургический институт ж . Серго Орджоникидзе и Западно — Сибир ский ме таллур гический комбинат (72) Г.М.Соломон. М.И.Волович, Е,Я.Зарвин, P.С.Айзатулов, Г.Д.БУлойчик, Л.М.Учитель, М.В.Малахов, В,А.Щеглов, И.П.Герасименко и и О.Г.Романенко (53) 669.184. l44(088.8) (56) Заявка Японии Р 59-205410> кл. С 21 С 5/28, 1984.

Авторское свидетельство СССР

У 1090725, кл. С 21 С 5/32, 1982. (54) СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ВЫБРОСОВ

ШЛАКОМЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ЭМУЛЬСИИ ИЗ КОНВЕРТЕРА (57) Изобретение относится к черной ме таллур гии, в ча с тн о сти к спо соб ам производства стали в кислородном конвертере. Целью изобретения является повышение эффективности осаж—

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам производства стали в кислородном конвертере, Цель изобретения — повьыение эффективности осаждения шлакометалличес-. кой эмульсии и увеличение производительности конвертера. (д1) g С 21 i; 5/28, 5/32 дения шлакометаллической эмульсии и увеличение производительности конверрета. Способ предотвращения выбросов шлакометаллической эмульсии из кон— вертера заключается в осаждении шлакометаллической эмульсии струями смеси кислорода и инертного газа с частицами конвертерного шлака. Содержание кислорода в смеси составляет

:22,4-65,0 об.%, количество частиц конвертерного шлака равно 0,8

3,4 кг/мэ, а общее количество подаваемой на осаждение смеси составляет

5-22% расхода рафинировочного кислорода. Использование в качестве пеногасящих частиц конвертерного шлака определено тем, что они быстро усваиваются шлаком, не дают газообразных продуктов при взаимодействии со шлакометаллической эмульсией и не изменяют химический состав конвертерного шлака. Способ позволяет полнос— тью предотвратить выбросы шлакометаллической эмульсии, в результате чего увеличивается выход жидкой стали, 1 табл.

В предлагаемом способе диапазон подаваемой на осаждение вспененной эмульсии смеси кислорода и инертного газа составляет 5-22% от расхода рафинировочного кислорода, идущего на продувку ванны. Объясняется это тем, что продуктом сгорания является лишь диоксид углерода, образовав3 1497227 шийся в результате протекания реакции взаимодействия подаваемого с осаждающей смесью кислорода и выделяющегося из ванны оксида углерода.

Поскольку в предлагаемом способе выплавки стали в смеси„ подаваемой на осаждение, не используют топливо то, при прочих равных условиях количество отходящих газов из конверте- 1О ра снюкается, что позволяет увеличить верхний предел количества подаваемых на осаживание эмульсии газов до 22 от количества рафинировочного кислорода без нарушений работы газо- 15 отводящих трактов. Превышение предела в 22 вызывает выбивание дымовых газов из-за перегрузки газоотводящего тракта. Нижний предел количества осаждающей смеси газов возможно снизить до 5 от количества рафинировочного кислорода за счет введения пеногасящих частиц. Дальнейшее уменьшение расхода осаждающей смеси приводит к ослаблению эффекта пеногашения.

С целью компенсации потерь тепла, уносимых из полости конвертера во время ввода осаждающей смеси газов с твердыми пеногасящими частицами отходящими диоксндом увлерода и инерто ным газом, нагретым до 1600 С, а также потерь тепла, затраченного на нагрев пеногасящих частиц до средней температуры жидкой ванны в 14>0 С, 35 минимальное необходимое содержание кислорода в осаждающей смеси составляет 22,4 . При дальнейшем снижении содержания кислорода в осаждающей газовой смеси резко замедляется эффект пеногашения и исчезает эффект теплокомпепсации потерь тепла, при этом вводить в осаждающую смесь газов пеногасящие частицы невозможно без снижения температуры ванны кон- 45 вертера.

В связи с тем, что точный расчет тепловых потерь невозможен, была проведена серия экспериментов по проверке эффективности способа, которые 50 показали, что при содержании кислорода в смеси менее 22,4% снижается передача тепла ванне излучением факела горения оксида углерода, т.е. снижается коэффициент полезного теп- 55 лоиспользования.

Верхний предел содержания кислоро.да в осаждающей смеси составляет 65 .

Увеличение количества кислорода сверх указ анно го приводит к повышенному износу футеровки конвертера и ухудшению степени использования кислорода на сжигание оксида углерода. Указанные пределы содержания в осаждающей смеси кислорода 22,4-65 позволяют полностью к .мпенсировать потери тепла, затраченного на нагрев диоксида углерода, инертного газа, твердых пеногасящих частиц и плавление последних.В расчетах в качестве инертного газа принят азот, как наиболее часто используемый на практи. ке.

Концентрация частиц твердого шлака в осаждающей эмульсию смеси газов составляет 0,8-3,4 кг/м . Указанные пределы. концентрации частиц получены из расчета на частицы из твердого конвертерного шлака, который в основном содержит сложные соединения различных оксидов и имеет максимальную теплоемкость по сравнению с более простыми соединениями. При превышении предела концентрации пеногасящих . частиц в осаждающей смеси выше

3,4 кг/м без увеличения содержания кислорода наблюдается охлаждение конвертерной ванны, что снижает эффективность предлагаемого способа предотвращения BbIGpocoB и снижает производительность агрегата. Минимальный предел концентрации частиц в осаждающей смеси, равный 0,8 кг/м, получен из условия возможной теплокомпенсации потерь тепла на нагрев и плавление частиц при наименьшем возможном содержании кислорода в смеси, равном

22,4 .

Пеногасящие частицы должны удовлетворять следующим условиям: быстро усваиваться шлаком, так как присут— ствие в шлаке твердых тугоплавких частиц стабилизирует пену, не давать газообразных продуктов при усвоении их шлаком, так как появление мелких пузырей способствует существованию пены. Таким условиям удовлетворяют частицы конвертерного шлака. Так как конвертерный шлак состоит из сложных уже сформированных соединении оксидов в процессе его усвоения исключаются диффузионные звенья, имеющие место при усвоении ванной чистых оксидов, например оксида кальция, и являющихся наиболее медленной стадией

97 .7

5

14 в этом процессе. В связи с этим шлаковые частицы усваиваются ванной быстро, гетерогенность шлака и стабилизация пены отсутствуют. Использование частиц конвертерного шлака в к качестве пеногасящих практически не вызывает изменений в химическом составе шлаковой ванны, что также является важным фактором стабильности конвертерного процесса. Фракционный состав частиц конвертерного шлака on. тимальный для достижения цели изобретения 0,5-3 мм.

Верхний предел размера частиц ограничивается величиной 3 мм, поскольку при размерах более 3-5 мм наблюдается деградация частиц при пнев мотранспортировке, при этом вследствие появления пылеобразной фракции снижается эффективность пеногашения, так как очень мелкие частицы имеют малую кинетическую энергию и выносятся из конвертера.

Минимальный размер частиц составляет 0 5 мм. Он получен из условия преодоления частицами шлака встречного потока выделяющихся из конвертера газов при максимально достижи мых на практике скоростях истечения осаждающей газовой струи совместно с твердыми частицами. При размерах частиц менее 0,5 мм также наблюдается их вынос из конвертера и эффектив ность осаждения эмульсии снижается. Пример . В лабораторный конвертер емкостью 150 кг загружали металлом в количестве 30 кг, заливали

120 кг чугуна состава, Ж: С 4,1, . Mn 0,70; Si 0,50; P 0,30; S 0,05, и продували чистым кислородом с интенсивностью 3,3 м /т.мин через 4-сопловую фурму с критическим диаметром сопл 1,7 мм. В начале плавки наводили шлак, для чего присаживали известь в количестве 12,5 кг и фурму 3 мин держали на высоте 60 калибров, Затем фурму переводили в рабочее положение — 25 калибров. Далее продув ку ванны продолжали до момента наиболее интенсивного выгорания углерода (восьмая минута). В это время шлак вспенивался и его уровень достигал границы цилиндрической части ванны конвертера, что соответствовало предвыбросной ситуации. С целью осаждения вспененной шлакометаллической эмульсии через верхний ярус фурмы (2 сопла диаметром 2,4 мм), рас5 а

45 по гож ннь и иа вь соте сталеиьпгусьиогс о отверстия, под уг!toM О попавали смесь газов по способу-прототипу и смесь газов <овместно с пеногасящими частицами по предлагаемому способу.

В качестве пеногасящих частиц использовали частицы конвертерного шлака различного химического состава (см. таблицу), фракции 0,5-3,0 мм.

Фиксировали снижение уровня вспененной шлакометаллической эмульсии до нижнего рабочего яруса сопл, подающих рафинировочный кислород, т.е. переход продувки из затопленного режима в открытый. Далее продувку рафинировочным кислородом, продолжали до получения температуры жидкого металла 1620 С и содержания углерода

0,15/. В качестве инертного газа в осаждающей смеси использовали азот.

Износ футеровки конвертера контролировали по содержанию NgO в шлаке, так как источником оксида магния в шлаке является переход его из огнеупорной кладки в шлак вследствие разъединения футеровки.

Из данных, приведенных в таблице, видно, что эффективность осаждения вспененной шлакометаллической эмульсии в предлагаемом способе выше, чем в способе-прототипе (см. примеры 1—

14 и 25 — 26). В частности, при использовании.способа-прототипа наблюдается охлаждение конвертерной ванны на о

5-7 С, что приводит к удлинению времени продувки рафинировочным кислородом на 0,3-0,5 мин, в результате чего производительность конвертера снижается. При равных расходах осаждающей газовой смеси в способе-прототипе (пример 25) и предлагаемом способе (примеры 6-14) эффективность осаждения эмульсии во втором случае выше и время осаждения составило 32-12 с против 63, при этом отсутствовали изменения температурного режима конвертера и время продувки сокращалось до 15,2 мин.

Кроме того, из приведенных в таблице данных также видно, что выход за граничные значения заявляемых пределов расхода смеси газов, концентрации пеногасящих частиц и содержания кислорода в осаждающей смеси приводит к нарушениям хода процесса плавки и поставленная цель не достигается.

Уменьшение расхода смеси до 3 — 4Х (примеры 15-1 6) приводит к выбросам,, 149?227

Время о саждения

Изменение темСодержа ние кис

Коцентрация пеногаПример

Содержание

Mg0 в шлаке, %

Время продувки рафинировочным кис

Способ выплавки

Расход смеси на пературы конвертера, ОС лорода в осаждающей смеси,% о саждение вспененной эмуль эмульсии, с сящих частиц в осаждающей смеси, кг,/мз лородом, мин сии от количества рафинированного кислорода,%

Предлагаемый*.25

15,2

10

15,2 вынужденному уменьшению количества подаваемого рафинировочного кислорода и удлинению времени плавки на

1,2-2,8 мин. Увеличение расхода осаждающей смеси более 22% от количества рафинировочного кислорода (примеры

17-18) приводит к выбиванию дымовых газов, так как газоотводящий тракт конвертера перегружается. Уменьшение концентрации кислорода в осаждающей смеси до величин менее 22,4% (примеры 22-23) вызывает снижение эффективности пеноосаждения и температуры ванны, удлиняет процесс, следовательно производительность конвертера уменьшается.

При превышении предела содержания кислорода в осаждающей смеси сверх

65% (примеры 19-20) наблюдается резкое увеличение содержания. в шлаке оксида магния на 0,5-1,6% свидетельствующего об усилении разъедания футеровки конвертера. Ускоренный износ футеровки агрегата также приводит к снижению его производительности.

В случае малого содержания пено-. гасящих частиц в осаждающей смеси (пример 21) наблюдалось охлаждение ванны, резко замедлялось пеноосаждение и время осаждения приближалось к полученному в прототипе (примеры

25-2-6), поставленная цель изобретения при этом не достигалась. Сравнение данных примеров 13-14 и 9, в которых при одинаковых характеристиках подачи осаждающей смеси используются различные конвертерные шлаки в,качестве пеногасящих частиц, показывает, что эффективность способа при этом не изменилась и цель изобретения достигается; Использование в качестве пеногасящих частиц тугоплавкого материала (пример 24) показало, что нри прочих равных условиях (см. при" меры 9, 13-14) эффективность осажде ния вспененной эмульсии снижается; время осаждения увеличилось с 25 до 1 мин 15 с. Изменение фракционного состава частиц конвертерного шпака в сторону увеличения размеров более 3 мм и уменьшения ниже 0 5 мм приводило во всех случаях к снижению эффективности осаждения вспененной шлакометаллической эмульсии.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет полностью предотвратить выбросы шлакометаллической эмульсии, в результате чего увеличивается выход жидкой стали °

Формула изобретения

Способ предотвращения выбросов шлакометалличе ской эмульсии из конвертера, включающий осаждение вспененной шлакометаллической эмульсии газовыми струями в момент появления предвыбросной ситуации, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности и увеличения производительности, осаждение осуществляют струями смеси кислорода и инертного газа, которую подают совместно с конвертерным шлаком, при этом содержание кислорода в газовой смеси составляет 22,4-65,0%, а расход конвертерного шлака равен 0,83,4 кг/м смеси.

1,0 42 Отсутствует

1,0 28

1497227

Пралолже!н(е таблицы

8 9

Отсутствует

1!

11

1,0

1,0

1,0

16,4

15,2

15,2

16

Опытный****17

4

23

19

21

22

23

24 ! 1**

66 3,5

71 3,7

20 0,3

22,2 0,8

22,3 0,8

35 t,á

10 ,1 0

3,0 15,2

3,8 15,2

2,5 15,5

2,0 15,4

2,5 15 3

2,6 15,2

-5

-3

-3

Отсутствует

-5. -7

Прототип 25

63

2,3 15,5

2,5 15,7

* Плавки проведены с использованием в качестве пеногасящих частиц конвертерного шлака начального периода плавки, состава, : FeO 17,1; i. е„О, 72; СаО 260; SiO 36.,1; МпО 10 0; MgO 0 б; А1 0 04; P О 26.

** Плавка проведена с использованием в качестве пеногасящих частиц конвертерного шлака середины периода плавки, состава, %: FeO 11,8> FezO>

4,8; СаО 44,2; 810 26,5; Мп 8,3; MgO 1,2; А1 Оз 0,2; Р О 3,0. ! ** Плавка проведена с использованием в качестве пеногасящих частиц конечного конвертерчого шлака состава, : FeO 14,6; Fe<0> 5,2; СаО 50,5;

SiO< 18 5; МпО 7,2; MgO 1,8; А1 0> 0,3; Р О> 2,1, **** Опытные плавки проведены по режимам, параметры которых выходят за заявляемые граничные условия с использованием в качестве пеногасящих частиц начального конвертерного шлака (состав сМ выше) .

***** Опытная плавка проведена с использованием в качестве пеногасящих частиц боя огнеупоров, состоящего из оксида магния.

Составитель А.Каханов

Редактор Н.Киштулинец Техред N.Коданич Корректор В. Гирняк

Заказ 4408/30

Тираж 530

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðoä, .ул. Гагарина,101

4

6

8

l0, 11

12

131 *

1 4***

22

25 1,0

25 1,0

25 1,0

22,4 0,8

22,5 0,8

25 1,0

35 1,6

45 2,2

55 2,8

65 3,4

35 1,6

35 1,6

25 1,0

23

18

17

32

32

29

24

22

17

12

ВыброCbI

Выбросы

16 выби15 вание газов

56

37

34

1 мин 15с

15 2

15,2

)5,2

2,5 15,2

22, 15 2

2,5 15,2

2,2 15,2

2,2 15,2

2,4 15,2

2,5 15,2

2,4 1512

2,3 15,2