автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Исследование и совершенствование ресурсосберегающих технологий выплавки стали в кислородных конвертерах с комбинированной продувкой и использованием внешних теплоносителей

Сибирский ордена Трудового Красного Знамени металлургический институт им. С. Орджоникидзе

Для служебного пользования Экз. № На правах рукописи

БАЙЧЕНКО Гульнара Рафнковна УДК 669.184

ИССЛЕДОВАНИЕ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В КИСЛОРОДНЫХ КОНВЕРТЕРАХ С КОМБИНИРОВАННОЙ ПРОДУВКОЙ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВНЕШНИХ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ

Специальность 05.16.02 — Металлургия-черных металлов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новокузнецк — 1993

Работа выполнена в Сибирском ордена Трудового Красного Знамени металлургическом институте.

Научный руководитель:

доктор технических .наук, профессор Шакиров К. М.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Вишкарев А. Ф.

кандидат технических наук, доцент Протопопов Е. В

Ведущее предприятие: Кузнецкий металлургический комбинат.

совета при Сибирском ордена Трудового Красного Знамени металлургическом институте имени Серго Орджоникидзе по адресу: 654053, г. Новокузнецк Кемеровской обл. ул. Кирова, 42.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирского металлургического института.

Защита диссертации состоится « »_<?'££/>су л Я--

1993 года в ^■ ^^ час. на заседании специализированного

Автореферат разослан «.

думяр* ,0с, г_

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук, доцент

Ю. В. Рогов.

СБЩАи ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Акгуачьность работы. Повышение эффективности производства, коренное улучшение качества, энерго- и ресурсосбережение является наиболее важными направлениями развития сталеплавильного производства. Изменение структуры сталеплавильного производства в направлении расширения конвертерного передела предопределяет актуальность задач по увеличению доли лома в шихте.

Б связи с этим поиск новых технологических приемов и исследование возмс;шостея по совершенствованию различных вариантов кислородно-конвертерного передела несомненно относится к актуальным задачам металлургии.

Цель и задача работы. Целью работы является исследование и совершенствование ресурсосберегающих технологий выплавки стали в конвертерах с комбинированной продувкой и использованием внешних теплоносителей.

Анализ литературных данных показал, что для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:

- исследование гидродинаютеских особенностей поведения кон- . вертерной ванны для различных вариантов подачи дутья;

- совериенствование методик исследования процессов, протекающих в конвертерной вакне и их адаптация для промышленных условия ;

- исследование рациональных способов ведения кислородно-конвертерной плавки, основанных на использовании комбинированной продув!:и, твердых теплоносителей и эффективных режимов плакообра-зования;

- разработка и внедрение в производство рекомендаций по осуществлению рациональных ренинов кислородно-конвертерной плавки для промышленных условий.

Научная новизна работы заключается :

- в установлении гидродинамических закономерностей, необходимых ддя математического описания кислородно-конвертерного процесса с комбинированной продувкой, с повышенной долей лома в металло-шихте;

- в определении особенностей макрокинетики процессов в конвертерной ванне при комбинированной продувке, применении твердых теплоносителей, различных вариантах шлакообразования и повышенной доле лома в шихте;

- в определении закономерностей процессов шлакообразования для серии последовательных плавок, выплавляемых по технологии с оставлением конечного шака.

Практическая значимость работы заключается:

- в усовершенствовании математической модели конвертерного процесса с учетом особенностей комбинированной продувки, применения твердых теплоносителей и оставления конечного шака предыдущей плавки;

- в разработке редимов ведения конвертерного процесса с комбинированной продувкой, позволивших снизить расход план о образующих материалов, увеличить выход годного и увеличить долю лома в шихте;

- в разработке и внедрении рекомендаций по осуществлению' рациональных режимов конвертерной плавки, обеспечивших значительный экономический эффект;

-в разработке к внедрении в учебный процесс методик исследований различных вариантов комбинированного конвертерного процесса.

Апробация работы. Основное содержание диссертации докладывалось и обсуздалось на 5 Всесоюзных и региональных научно-технических конференциях. По материалам диссертации опубликовано 7 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, выводов, прилахения и списка литературы из наименований. Содержание работы изложено на /¿Т стр. машинописного текста и включает 4О рисунков, /3 таблиц.

ССДЕККАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе работы представлен анализ литературных данных и опыта работы современных сталеплавильных цехов. Показано, что в настоящее время одним из наиболее эффективных и перспективных способов производства стали является кислородно-конвертерный. Определены основные проблемы, связанные с выводом из эксплуатации мартеновских печей. Проанализированы современные технологические решения этих проблем. Показано, что большинство работ решавт частные задачи и не носят комплексного характера. На основании проведенного анализа можно сделать вывод, что ресурсы кислородно-конвертерного процесса еще далеко не исчерпаны. Дальнейшее его развитие сдергивается недостаточной изученностью гидродинамических, тепло-массообменных и кинетических закономерностей процесса, а также отсутствием адекватных математических моделей для различных вариантов подвода дутья. Определены цели и задачи работы.

Во второй главе в соответствии с поставленными задачами изучен гидродинамические особенности поведения конвертерной ванны при комбинированна": продувке для условий переработки повышенной дачи лома в иеталлошихте и реализации технологии с оставлением конечного шлака предыдущей плавки. оти варианты технологии отличается от трад::циснной более высокой долей твердофазной составляющей в металлической ванне и ухудшением в связи с этим гидродинамических характеристик.

В качестве количественной меры для оценки интенсивности пере-

мешивания двух жидкостей - металла и шлака - принята площадь их контакта. При прочих равных условиях отот параметр предопределяет 1акрокинетику гетерогенных реакций: скорости окисления примесей чугуна и перераспределения кислорода между металлом и шлаком.

При определении площади контакта £аз основой является известная методика низкотемпературного моделирования. Исследовалась зависимость между площадью поверхности раздела фаз и объешь:!.; расхо-

« з-

дом газа (£р, соотношением верхнего (у ) и донного (<\) дутья, высоты верхней фурмы (Нр и относительного расположения сопл в дутьевых устройствах для условий комбинированной продувки.

На рис. 2.1а представлены полученные зависимости площади кон-

г к

такта фаз (. оИ14) при комбинированной продувке от объемной доли верхнего дутья (9 ). Здесь ке показан характер зависимости от у площадей контакта при раздельной верхней ($„') и донной (5^) продувках и для сравнения аддитивной величины' 5 , определяемой как с с * .

сумма ( от + оИ11). Из отих данных следует, что в общем случае величина отличается от о„и не более, чем на ±18^. Последнее позволяет для количественного описания пользоваться в первом приблихении величиной $н<1, приняв

5Г » 5 6 * 5И! . (I)

иИШ ни И1"

( »

Анализ зависимостей оив от ^ при различных условиях выявил их степенной характер: 3„1 = Я*)™ , а графическая обработка в координатах " 1п5- {л дала значение т «= 4/3. Используя ранее установленную зависимость $иш от : 5ИШ= З^Кб^- Яг)" > ПСШУ~ чили в общем ввде:

в котором & * и Ь 1 - для условий прошпленние конвертеров настраи-

Зависимость площади контакта фаз от доли верхнего дутья (а) п высоты £урмн иад уровнем спокойной жидкости (б) •

м2 а)

о.з

02 ►

^ с4»

41

025 0.5 0.75

50 л/мин; Нф = О

1,0

6}

А2

0.1

5)

0 2 4 6 8 10 \1 И и 18

1 - = 40 л/мин,

2 - л = « - 30 л/мин.

1-1

Ркс. 2.1

О -

веемые величины; а - расход газа, соответствующий устойчивому ра-2

обрызгивании более плотной жидкости (металла).

Дтя традиционных конструкций фурмы и системы (;;-л;г;;ость I -жидкость П) велишиа аазисит только от высоты фурм.:.

Е^слтнзность докной продувки при соизмеримых расходах газа значительно выше верхней. Увеличение высоты £урыы над уровнем спокойной жидкости при любых значениях и 9 приводит к закономерному снижения площади контакта фал (рис. 2.16), хотя качественно за-с к г,6

висимости оиш от Ы сохраняются без изменения при всех исследованных Нф.

Вариант технологии комбинированной продувки с оставлением конечного шоке, предыдущей плавки характеризуется изменением количества шлака в начальна"! период плавки. В связи с отим представляло интерес выявление зависимости площади контакта фаз $„*„, от толщины слся шлакометаллической эмульсии !,Нг). Парис. 2.2а показано изменение 5ИИ с Н^. На этом не рисунке для сравнения показан характер зависимости Зиш от Н2. Обращает на себя вникшие существенное различие кезду ними. В исследованном диапазоне изменения Нг величина 5ИМ непрерызно возрастает, что свидетельствует о возможном разрушении денными струями стабильных структурных образований в "шла-«

ковей £езе, что в сьсэ очередь, обеспечивает стабилизация уровня шлекометачлической эмульсии.

Дчя сцентл: влияния повышенного количества лома в пихте и наличия загущенного известью илы:а предцдуцеЛ плавки на гидродинамические характеристики ванны методику низкотемпературного моделкро-вин1К модерн:.зкгоьелк. ¿"ухя имитации твердегазней составляющей санки на дно модельного реактоул. помещали твердые составлявшие (бой отетаа, гранулированное олово и т.п.) с различной объемной дачей V 9Л) по отнесения к объему всей "ванны". Полученнач зависимость

тЕордосаонеЛ состявляхйцей и ллецьдьэ контакта ^гь представ-

Зависимость величины плошали контакта фаз от количества шлака (а), доли твердофазной составляющей в мзталлогаяйте (б)

0.2 0,4 0.6 08 10

с' 'б Нг

1 - Они , й = 60 л/мин, д

2 - . $ = 40 д/мкн, ^ =20 л/мпн.

Рис. 2.2

лена на рис. 2.26. Характерно, что увеличение 9А свыше 0,25 приводит к резкому снктени-о площади контакта металла со плаком. Следовательно, при попиленной дате лома в метиллсшихте необходимо приникать особые меры для предотвращения переокисления шлака и окисления еще не расплавившегося, выступающего над зеркалом металла, металлолома.

В итоге, полученные соотношения ме-ду и долей перерабатываемого лома, количеством шаха, дутьевыми параметрами были использованы при разработке математической «одели кислородно-конвертерного процесса с комбинированной продувкой и повышенной долей лома в металл оплате.

В третьей главе, используя установленные гидродинамические закономерности и заимствованные из литературных источников кинетические и термодинамические характеристики реакций шлакообразования и горения- твердого топлива, уточнили и дополнили для условий комбинированной продувки дгегашческую математическую модель основных процессов в конвертерной ванне. За базовую была выбрана известная математическая модель конвертерного процесса с веркней продувкой, разработанная в Сибирском металлургическом институте. Ста модель была дополнена математическим описанием площади контакта фаз, кинетическими моделями окисления примесей при комбинированной продувке, накопления оксидов железа п плаке, изменения массы жидкого металла и массы шлака при комбинфованнои дутье. Кроме тего, были 3-чтены изменения в тепловом балансе процесса при использовании твердого топлива. Полученная динамическая, модель комбккфовглкого кислородно-конвертерного процесса представляет собой след^^ую систему д^^оренциалыасс уравнений:

Щ'—пУс, <а

СI ь

-и-

ТГ "

- 72 уу« . >4)

>5)

= \УТ|' * - % - - ^ , 1?)

- - 1Л/ '»8)

а -с " Щп ■

Уравнения !. -определяву изменение по ходу продувки мас-

сы углерода (ГЦ,), оксида .-.телега массы металла, твердого

тшяйра и шлака чП?гв, , тевдературы ванны (Т).

приведены основные зависимости, полученные на основе проведенных в работе исследований и отралвдцд? дополнения, внесенные в базовую модель.

эквивалентная плсцадь контакта ^аз списывается уравнением:

С^СчТ^'и'-ч,)'.

5то уравнение справедливо для случая подачи снизу как кислорода, тш; и инертного газа. При продувке кислороден э скорость образования оксидов .;:елеза добавляется слагаемое \У ^ 4 равное скорости выноса в шлак пузырьками газа части непроредг.ировавшего ГеО.

где; - (4сдоля Ре в металле; ^ , {актический сред-

ний и критический радиусы пузырька газа. При Ъп 1п оксиды ^слеза, образовавшиеся за счет донного дутья, полностью расходуется на окисление примесей чугуна. Скорости окисления примесей при отом

а.

увслтшваотся за счет донного дутья на слагаемое Wi

W* = 80 cfx! , (Ю)

а скорости образования оксидов на слагаемое W¿

W-ok^SO/^X,' , СП)

где X, t - мольные доли компонентов в квазитройнсП системе С -Р;

- стехисметрический коэффициент в окевде 10^. Критически! радиус пузыря рассчитывается по формуле:

г'.-^f] V<-С-тЛ.е--/т.

(12)

где fcn - расчетной коэффициент; [C'J- приведенная концентрация углерода в металле; fi - высота слоя металла.

_ м у

Б случае ZnZ Ъп скорость образования FeO растет ira VVFe(J по формуле (S) ; скорости окисления примесей на IV;,

Wi = 80 xL {i-xFe[l-(i-)V2]}

»

a образования оксидов i-û^l, - Iîa Wlo^î.

Поступление тепла в ванну за счет - химических реакций

окисления зелеза и углерода и расход на нагрев газа-окислителя до

телло.и/Mtv

темгсратуры металла спрсделяэтся^эффектами и выражением, в котором дополнительно учитывается использование твердо* теплоносителей

(13)

14)

WT, = {(1.36/2.5(¿и) Wc - 2,28 W„ *ЛТЯ • (.36 Wrn]'105--US(TM- 298)} ' 45)

где WTn - скорость горения твердого топлива, полученная с учетом изменения размеров частиц топлива по мере его выгорания:

где kTn - удельная скорость горения твердого топлива; Пт„ - количество частщ твердого топлива с радиусом > 'С - текущее время; X, nfuc - вреея присадки; Хтп - степень использования теплоты сгорания топлива; - степень дсгсигения СО до С0г.

¿¡атематическое моделирование осуществляли на ЭЕ.1 типа IBM PC/AT. Адекватность модели проверялась путем сопоставления расчетам и фактических значений основных выходных параметров процесса при проведении нескольких серий плавок в достаточно широком интервале изменения данных параметров процесса. Относительная ошибка в общем случае не превышала ' + КЙ.

Полученная модель была использовала для исследования закономерности изменения по ходу' продувки основных вводных параметров конвертерной шгаькп при традициошюй комбинированной продувке. Результаты исследовал:!": представлены на рис. 2.1а. Анализируя эти данные мо;?ло отметить следуощие особенности процесса:

- некоторое сшиенис температуры в начальный период плавки;

- два минимума на кривой изменения Fefl ;

- частичное восстановление (Jceiopa из шлака в последний период плавки.

Понижение температуры в начальный период плавки исгаио объяснить штепеившм расходом тепла на плавление лома и нагрев шлака.

-й-

, Изменение выходных параметров по ходу продувки при традиционной (а) и разрабатываемой (б) технологии

рис. 3-1

ПерЕый шншиум на кривой изменения Гер-. • является следствием растБорения извести и окисления кремния, а второй - начала интенсивного обезуглероживания.

Резкое уменьшение концентрации оксидов .телеза и рост температуры в конце плавки обусловили частичнуп ре^оссорацга.

Характерно и поведение шлакометаллической эмульсии. Первый макс№1уы кривой, характеризуэщей этот процесс, совпадает с моментом начала бурного обезуглероживания, а второй - с периодом объемного кийения металла.

Содержание пргаесей чугуна (С, 51 ■ Мп« Р , 5 ) на промежуточные повалках и в конце плавки соответствуют результатам расчета и подтверждают адекватность разработанной модели исследуемому обьекту.

Построенная математическая модель позволила изучить закономерности протекания основных процессов в конвертерной ванне, а такяе оценить возможности дальнейшего совершенствования традиционного кислородно-конвертерного процесса.

С этой целью были проведены исследования по выявлению качественных и количественных отличив характеристик при верхней и комбинированной продувке. .Для комбкнировашей продувки отмечено более низкое содержание оксадов железа в шлаке, более быстрый нагрев металла и ускоренное окисление пртаесей чугуна. Значительно отличается поведение шакометаллической эмульсии, что говорит о возможности осуществления более "мягкой" продувки без выбросов и переливов щака. Отмечено и превышение количественных значений величины

о< -------------- ---- . .

«Няпо ходу продувки по срашешгэ с верхней продувкой.

В подтверждение опытов, реализованных при низкотемпературно« моделировании, на математической модели были проведены исследования по влияния доли верхнего и донного дутья (при подаче снизу как кислорода, так и инертного газа) на выход годного, конечную

температуру металла и конечное содержание ЯеО в шлаке. С увеличением доли донного (в том числе кислородного) дутья содержание оксидов железа в плаке сшгхается, что влечет за собой как увеличение выхода кидкой стали, так и снижение температуры металла. Продувка снизу инертным газом дает аналогичные результаты.

Проведенные на модели исследования показали, что при традиционной процессе увеличение доли перерабатываемого лома высе практически затруднительно из-за недостатка тепла.

Дрполнитслыше возможности по повышения доли лона дает так

к а

называемая мал ошлаковал технология. Такая технология предусматривает двухотапную схему ратинирования с оставлением части шлака предыдущей плавки и загущением его известью, скачиванием промежуточного '.после окисления кремния) имака, и последующее наведение нового высокоосновного шока.

Исследование процесса с помощьв математической модели позволило оптимизировать комплекс технологических приемов, сочетавших комбинированную продувку и "малошлаковую" технологию. Как результат, были определены рациональные дутьевые регкимы (расходы кислорода и нейтрального газа, изменение высоты iypni по ходу продувки), рациональнее количество оставляемого к скачиваемого глака, а тан-.<е время скачивания с учетом исходного химического составь чугуна к шака. Бичи разработали рациональнее рсгдощ присадки ¡иа,.сообразующих »материалов.

На рис. 3.16 представлены полученные зависимости осноеных выходных параметров от времени продувки при оставлении конечного шака и лома в кетэллоакхте,- В се лай с те!-:, что остаЕляе^й от предэд-.цей плавки клак обеспечивает нагрев и быстрое усвоение навести стал возможным достаточно быстрый прогрев лома нес:.:стгя на зге повыаенну» дола в шихте.

Необходимая для металла температура обеспечиваете;--, такле и

за счет лучшего теплового баланса вндаала продувки и более интенсивного, чем при традиционном варианте его нагрева.

Илоковый расплав с требуемыми свойствами могхно получить при значительно меньшем содержании оксида железа, что позволяет увеличить не только выход годного, но и уменьшить теплопотери от эндотермической реакции 'восстановления оксидов аелеза в период интенсивного окисления углерода. Увачичение массы шала в начальный период позволяет в целом в 1,5-2 раза увеличить $ *„ и соответственно улучшить его рафинирующую способность. Использование шлака предыдущей плавки, его последующее скачивание и высокая ратинирующая способность позволили в цат ом снизить его количество на плавку.

Изменение термодинамических и кинетических условий в начальный период плавки, обусловленное проведением этих операций, способствует ускоренному окисления кремня чугуна. Процесс окисления углерода характеризуется большей равномерностью, а окисление марганца - несколько более высоким содержанием его в конце плавки.

Результаты проведенных на модели исследования показали, что оптимальным временным интервалом для удаления конвертерного шлака является 20-£ü¡í от продолжительности продувки (при среднем содержании кремния в чугуне О (рис. 3.2). Необходимое количество присаливаемой извести и оставляемого шака долкны обеспечивать основность скачиваемого шлака на уровне 2*2,5.

Результаты моделирования позволяют оценить функциональную зависимость расхода извести от содержания кремния в чугуне и принять наиболее рациональный интерват по её расходу от 15 кг/г до 30 кг/т (рис. 3.2).

Проведенные на модели исследования определили оптимальное количество скачиваемого и оставляемого шлака. Рекомендуемый интервал изменения количества скачиваемого шлака (СС-г-бСй от уло сформировавшегося) зависит от свойств ллака (его основности и кидкоподвк-сно-

Влияние содержания кремния в чугуне на время (I) скачивания и расход извести в завалку (2)

«РЕМ» екачмдниз шаха %

¡13 0[4 Ц5 0,6 07 0.8 0,9 1,0

Содержание КРЕМНХЯ & чугт %

Рис. 3.2.

1-6ре/19 схачиЬанм; ?■• /3 , 2»0,853

¿.расход ш&ести; I'0,191

Изменение конечного содержания серы (I) и фосфора (2) в металле в серии последовательно идущих плавок с оставлением конечного шлака

15,0-

ЮС

■ 0,015 • 0,01

■ 0003

г з

Рис. 13.

Количества пмыис

сти), а тскхе от массы оставляемого от предыдущей плавки шлака. Количество оставляемого шлака зависит от шопа параметров, в частности, от содержания кремния в чугуне. Исследования на модели по определение оптимального колхгчестЕа оставляемого от предыдущей плавки елака показали, что интервал его изменения достаточно широк (от до С<$). Результаты математического моделирования доказали, что количество плавок, проведт.ык подряд с оставлением части щака предыдущей плавки следует ограничивать. С увеличением числа таких плавок происходит определенный рост (накопление) вредных примесей (серы и ^ос^ора) в металле (рис. 3.3). В связи с этим было рекомендовано уменьшать кол:иество оставляемого илака от плавки к плавка. Было установлено, что для получения стали с низким содержанием серы и аосфора не обход: ":о ограничить число плавок в серта до пятк-иеети.

Реализация предлагаемого комплекса мероприят!;й позволяет перерабатывать до 32? лома в мзт&тлоЕкхте. Дальнейшая оксномия чугуна связана с использованием дополнительных источников тепла и, в первую очередь, углеродсодер-кащих материалов.

Исследовали варианты с подачей всего твердого топлива после заливки чугуна и с рассредоточенной по ходу продувки подачей. Енло определено оптимальное количество топлива (7-12 кг/т стали).

Результаты геслздсвания показали, что при использовании твердого топлива антрацита) в начале продувки из-за роста доли углерода, окислившегося до СО,, тепловой г^ект пыле, чем при использовании топлива по ходу продувки. "

Реализация резима присадки углеродсодеркацих материалов по хода' продувки такзе имеет ряд преимуществ, евпзеишк с тормазекигм эндотермической реакции восстановления оксидов железа из плака углеродом раеплаьа и более объективным использованием тепла от сгорания тсплиза в освсЗогздгскчейся (после скачигяния пдака и в резуль-

-ас-

тате "осавдаящего" аспекта при попадании антрацита на клак) полости конвертера. Температурные зависимости для дпннюс резушов присадок топлива представлены на рис. 3.4.

На основании результатов моделирования бил рекомендован рациональный дутьевой режим.

Установленные на основе математического моделирования ептима-лы-ше параметры процесса были апробированы в промышленных условиях.

В четвертой главе приведены результаты спытно-промлиенных плавок, проведенных по разработанным с помоиьэ математической модели рекомендациям (табл. 4.1). На основании математического моделирования был рекомендован также рациональный дутьевой реяим и ре^им присадок твердого топлива и извести (рис. 4.1). Реализация рекомендованных режимов осуществлялась в условиях конвертерного цеха !. I Запсибмсткоыбината, оснащенного тремя 1С0-тошщми конвертерами.

Таблица 4.1.

Рекомендации по ведению плавки в зависимости от параметров чугуна (а), от порядкового номера последовательно идущих плавок (б)

а)

Расход извести Время скачивания в завалку, промежуточного

кг/т шлака, " от про-

дол хительности продув;:::

0,440,5 14-17 20-25

0,5*0,7 1С-23 25-сО

0,841,0 2о-23 сС-оЬ

Содержание кремния в чугуне, £

б)

продолжение табл. 4.1

Г плавки в серии

1-2

3-4

5-С

доля перерабатываемого лома

Количество оставляемого шлака, %

¿0-61 28-2У

ео

40 30

Количество скачиваемо-. го шлака, %

80 70 СО

Реализация разработана,« с помошь» математической модели рекомендаций позволила интенсифицировать процессы окисления примесей чугуна. Так, с частности, по сравнения с традиционной и "малопиако-вей" с верхней продув!сой технологиями, было достигнуто увелтаеипе скорости окисления кремния. Более раннее окисление кремния приводит, в свою очередь, к более реннему началу окислешгя углерода и интенсификации процессов восстановления оксидов -железа на поверхности выступающего нэд зеркалом расплава лот мснсоксидом углерода.

Реализация рексмевдацкй позволила несколько повысить содержание марганца в расплаве. Этому процессу так.т.е способствовало повышение тешературы велит и уменьшение содержания окездов железа в плаке.

Осх-щестзлспиз рекомендованных режимов способствовала повыпе-нив степени удаления серы и фосфора в первый период продувки. Результаты исследований показали, что к 20-25;I продолжительности продувки формируется атак с более высоким содержанием.серы.н.фосфо-. ра.

В целом исследования, проведенные на математической модели и .-л ал из результатов опытно-проищлешоэс плавок позволили утомить

прнс:гдки пигисообразувдэе материалов, а так-е количество и ри-цпона.ыьй кнтер?ач скачивания промежуточного пщака.

Иомснеиие температуру ванни при различных рекиках присадки твердого трплива

Рио. 3.4

и

■. Рекомендуемый дутьевой режим присадок -твердого топлива.

V

Зв.

Ю 5 О

т

500-

400

зса

К«

гптгг

111111

ИНН

тш

I ШИШ ■ ||||||||

ШШШ

£ в 19 Рис. 4.1

12 и 16 18

Продолаютеинзегь псодугки млн

1 - расход нейтрального газа;

2 - расход кислорода;

3 - изменение Др ;

присадки твердого топлива по 0,9-1,2 кг/т; I присадки извести по 2-3 кг/т.

Применение твердых теплоносителей потребовало уточнения технологических режимов. В результате проведенных исследований было рекомендовано производить завалку антрацита в количестве 8-10 кг/т в начале продувки. Присадку извести следует осуществлять со 2 по 4 минуту продувки. Продувку следует вести по следующей схеме: до присадки извести расход кислорода 200-300 ы3/мин, затем - 400-425 к м3/(.31н. Расход нейтрального газа через днище в соответствии с режимом, представленным на рис. 4.1.

По результатам промышленного эксперимента был уточнен режим присадок топлива в период интенсивного обезуглероживания. Было установлено, что оптимальным является вес порции в 0,Ь-1,2 кг/т стали, а интервал присадок между 35^4% и ?0-6($ от общей продолжительности продувки.

В целом разработанные рекомендации позволили в условиях КНЦ-1 увеличить долю перерабатываемого лома (~на <$), снизить расход шлакообразуюцих материалов (~на 15 кг/т), расход плавикового шпата (~на 0,2 кг/т), увеличить выход жидкой стали на Оснизить содержание серы (~на 5+10 отн.^), фосфора на 101-12 отн.Я), снизить расход топлива на 1+1,3 кг/т).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Исследованы гидродинамические особенности поведения конвертерной ванны для различных вариантов продувки. В частности, методом низкотемпературного моделированш установлены зависимости площади контакта металла со шлаком при комбинированной продувке от количества шлака, доли твердофазной составляющей в ыеталлошихте, соотношения донного и верхнего дутья и других параметров.

2. Усовершенствована математическая модель кислородно-конвар-терного процесса с комбинированной продувкой, использованием твердых теплоносителей и аффективными режимами шлакообразования. В неё

:-роме математического описания площадей поверхности взаимодействия, дополнительно введены: кинетические уравнения горения топлива, окисления „ примесей за счет донного дутья и др. уравнения, отражающие режимы продувки, присадок шлакообразуоцих и топлива, скачивания промежуточного и оставления конечного шлака.

3. Методом математического моделирования исследовали особенности иакрокинетики процессов для различных вариантов ведения конвертерной плавки. Определены рационатьные ре.-.шмы илакообразования, продувки и ввода углеродсодер.лШдего топлива.

4. Исследованы закономерности процессов шлакообразования для серии последовательно идущих плавок по технологии с оставлением шлака. Показано, что число плавок в таких сериях не должно превышать 5-С.

5. Разработаны рациональные режимы ведения кислородно-конвертерного процесса с комбинированной продувкой, а так.хе при сочетании с малошлаковой технологией и использованием внешних теплоносителей, позволившие в условиях ККЦ-1 Запсибметкомбината снизить расход виакообразущгас материалов на 15 кг/т стали, увеличить выход годного на О,К и дола перерабатываемого лома на уменьшить расход твердого топлива на 1-1,3 кг/т, снизить содержание серы на 5-1иХ, (¡ос^ора на Ю-12о и обеспечить значительный экономический э^-£скт.

Ссновше материалы диссертации опубликованы в работах:

1. Толкунова И.Н., Байченко Г.Р., Елчиров К.:.;. Особенности динамики восстановления оксидов г.елеза конвертерных шаков углеродом яидкого чугуна при различных способах подвода дутья/Спзш.охи-мия процессов восстановления металлов: Тезисы докладов Всесоюзной конференции. -Днепропетровск, 1&В8. -С. 177.

2. Влияние кинетических и гидродинамических условий на с;:о-рость распределения серы мезду металлом и илаком/Рыбплнкн Е. ы!» у Со,—

киров K.U., Байченко Г.Р., Плышевский A.A., Михайлец В.Н.//Передел чугунов и сплавов специального состава, включая природнолегирован-ные и фосфористые: Теаисы докладов У1 научно-технической конференции. -Свердловск, 1989. -С. 40-47.

3. Некоторые особенности гедродинаыики сталеплавильной ванны при различных способах продувки/Толкунова H.H., ¡Еулина S.U., Байченко Г.Р., Шхайлец В.Н.//Передел чугунов и сплавов специального состава, включая природнолегированные и фосфористые: Тезисы докладов У1 научно-технической конференции. -Свердловск, 1989, -С. 5900.

4. Изменение окисленности конвертерных шлаков но ходу продувки при различных способах подвода дутья/Байченко Г.Р., Еакиров К.Ы., Рыбалкин Е.М.//Региональная научно-техническая конференция: Тезисы докладов. -Новокузнецк, I960. -С.52-53.

5. Байченко Г.Р., Еакиров К.;.!., Толкунова И.Н., Телегин И.А., ¡'.лкайлец В.Н. ¡.¡атематическая модель конвертерного процесса с комбинированной продувкой/Сизико-химические основы металлургических процессов: Тезисы докладов X Всесоюзной научно-технической конференции, -Москва, 1991. -С. 165.

С. Физико-химическая модель взаимодействия фаз при комбинированной продувке металла в конвертере/Вайченко Г.Р., Еакиров К.И., Толкунова H.H., йгбалккн E.H.//Моделирование физико-химических систем и технологических процессов в металлургии: Сборник трудов Все-соозной научно-технической конференцш!. -Новокузнецк, 1991. -С. 208.

7. Байченко Г.Р., Еакиров K.M., Толкунова И. К."5таико-хйм:1че-" екая модель взаимодействия фаз при комбинированной продувке конвертерной ванны/ЛЬв.вузов. Черная металлургия, 1992. --Г Ю. -С. 4142.

г. Новокузнецк, ЛОТ 2СЖ, 1992 г., Заказ вбЗ Т1ф.ЦО