Кислородно-конвертерный процесс с верхней продувкой

Производство стали в конвертерах.

Кислородно-конвертерный процесс представляет собой один из видов передела

жидкого чугуна в сталь без затраты топлива путем продувки чугуна в конвертере

технически чистым кислородом, подаваемым через фурму, которая вводится в

металл сверху. Количество воздуха необходимого для переработки 1 т чугуна,

составляет 350 кубометров.

Впервые кислородно-конвертерный процесс в промышленном масштабе был

осуществлен в Австрии в 1952 - 1953 гг. на заводах в городах Линце и Донавице

(за рубежом этот процесс получил название ЛД по первым буквам городов, в

нашей стране - кислородно-конвертерного).

В настоящее время работают конвертеры емкостью от 20 до 450 т,

продолжительность плавки в которых составляет 30 - 50 мин.

Процесс занимает главенствующую роль среди существующих способов массового

производства стали. Такой успех кислородно-конвертерного способа заключается

в возможности переработки чугуна практически любого состава, использованием

металлолома от 10 до 30 %, возможность выплавки широкого сортамента сталей,

включая легированные, высокой производительностью, малыми затратами на

строительство, большой гибкостью и качеством продукции.

Конвертер имеет грушевидную форму с концентрической горловиной. Это обеспечивает

лучшие условия для ввода в полость конвертера кислородной фурмы, отвода газов,

заливки чугуна и завалки лома и шлакообразующих материалов. Кожух конвертера

выполняют сварным из стальных листов толщиной от 20 до 100 мм. В центральной

части конвертера крепят цапфы, соединяющиеся с устройством для наклона.

Механизм поворота конвертера состоит из системы передач, связывающих цапфы с

приводом. Конвертер может поворачиваться вокруг горизонтальной оси на 360^о

со скоростью от 0,01 до 2 об/мин. Для большегрузных конвертеров емкостью от 200

т применяют двухсторонний привод, например, четыре двигателя по два на каждую

цапфу

Рисунок 1. Конвертер емкостью 300 т с двухсторонним приводом механизма поворота

В шлемной части конвертера имеется летка для выпуска стали. Выпуск стали

через летку исключает возможность попадания шлака в металл. Летка закрывается

огнеупорной глиной, замешанной на воде.

Ход процесса. Процесс производства стали в кислородном конвертере

состоит из следующих основных периодов: загрузки металлолома, заливки чугуна,

продувки кислородом, загрузки шлакообразующих, слива стали и шлака.

Загрузка конвертера начинается с завалки стального лома. Лом загружают в

наклоненный конвертер через горловину при помощи завалочных машин лоткового

типа. Затем с помощью заливочных кранов заливают жидкий чугун, конвертер

устанавливают в вертикальное положение, вводят фурму и включают подачу

кислорода с чистотой не менее 99,5 % О₂. Одновременно с началом

продувки загружают первую порцию шлакообразующих и железной руды (40 - 60 % от

общего количества). Остальную часть сыпучих материалов подают в конвертер в

процессе продувки одной или несколькими порциями, чаще всего 5 - 7 минут после

начала продувки.

На процесс рафинирования значительное влияние оказывают положение фурмы

(расстояние от конца фурмы до поверхности ванны) и давление подаваемого

кислорода. Обычно высота фурмы поддерживается в пределах 1,0 - 3,0 м,

давление кислорода 0,9 - 1,4 МПа. Правильно организованный режим продувки

обеспечивает хорошую циркуляцию металла и его перемешивание со шлаком.

Последнее, в свою очередь, способствует повышению скорости окисления

содержащихся в чугуне C, Si, Mn, P.

Важным в технологии кислородно-конвертерного процесса является шлакообразование.

Шлакообразование в значительной мере определяет ход удаления фосфора, серы и

других примесей, влияет на качество выплавляемой стали, выход годного и

качество футеровки. Основная цель этой стадии плавки заключается в быстром

формировании шлака с необходимыми свойствами (основностью, жидкоподвижностью и

т. д.). Сложность выполнения этой задачи связана с высокой скоростью процесса

(длительность продувки 14 - 24 минуты). Формирование шлака необходимой

основности и заданными свойствами зависит от скорости растворения извести в

шлаке. На скорость растворения извести в шлаке влияют такие факторы, как состав

шлака, его окисленность, условия смачивания шлаком поверхности извести,

перемешивание ванны, температурный режим, состав чугуна и т. д. Раннему

формированию основного шлака способствует наличие первичной реакционной зоны

(поверхность соприкосновения струи кислорода с металлом) с температурой до 2500

^о. В этой зоне известь подвергается одновременному воздействию высокой

температуры и шлака с повышенным содержанием оксидов железа. Количество

вводимой на плавку извести определяется расчетом и зависит от состава чугуна и

содержания SiO₂ руде, боксите, извести и др. Общий расход извести

составляет 5 - 8 % от массы плавки, расход боксита 0,5 - 2,0 %, плавикового

штампа 0,15 - 1,0 %. Основность конечного шлака должна быть не менее 2,5.

Окисление всех примесей чугуна начинается с самого начала продувки. При этом

наиболее интенсивно в начале продувки окисляется кремний и марганец. Это

объясняется высоким сродством этих элементов к кислороду при сравнительно

низких температурах (1450 - 1500^о С и менее).

Окисление углерода в кислородно-конвертерном процессе имеет важное значение,

т. к. влияет на температурный режим плавки, процесс шлакообразования и

рафинирования металла от фосфора, серы, газов и неметаллических включений.

Характерной особенностью кислородно-конвертерного производства является

неравномерность окисления углерода как по объему ванны, так и в течение

продувки.

С первых минут продувки одновременно с окислением углерода начинается процесс

дефосфорации - удаление фосфора. Наиболее интенсивное удаление фосфора идет в

первой половине продувки при сравнительно низкой температуры металла, высоком

содержании в шлаке (FeO); основность шлака и его количество быстро

увеличивается. Кислородно-конвертерный процесс позволяет получить < 0,02

% Р в готовой стали.

Условия для удаления серы при кислородно-конвертерном процессе нельзя считать

таким же благоприятным, как для удаления фосфора. Причина заключается в том,

что шлак содержит значительное количество (FeO) и высокая основность шлака

(> 2,5) достигается лишь во второй половине продувки. Степень десульфурации

при кислородно-конвертерном процессе находится в пределах 30 - 50 % и

содержание серы в готовой стали составляет 0,02 - 0,04 %.

По достижении заданного содержания углерода дутые отключают, фурму поднимают,

конвертер наклоняют и металл через летку (для уменьшения перемешивания

металла и шлака) выливают в ковш.

Полученный металл содержит повышенное содержание кислорода, поэтому

заключительной операцией плавки является раскисление металла, которое

проводят в сталеразливном ковше. Для этой цели одновременно со сливом стали

по специальному поворотному желобу в ковш попадают раскислители и легирующие

добавки.

Шлак из конвертера сливают через горловину в шлаковый ковш, установленный на

шлаковозе под конвертером.

Течение кислородно-конвертерного процесса обусловливается температурным режимом

и регулируется изменением количества дутья и введением в конвертер охладителей

- металлолома, железной руды, известняка. Температура металла при выпуске из

конвертера около 1600^о С.

Во время продувки чугуна в конвертере образуется значительное количество

отходящих газов. Для использования тепла отходящих газов и отчистки их от

пыли за каждым конвертером оборудованы котел-утилизатор и установка для

очистки газов.

Управление конвертерным процессом осуществляется с помощью современных мощных

компьютеров, в которые вводится информации об исходных материалах (состав и

количество чугуна, лома, извести), а также о показателях процесса (количество

и состав кислорода, отходящих газов, температура и т. п.).

Дата добавления: 2015-05-07