Конверторний спосіб виплавки. Вплив на довкілля

Вплив на довкілля мартенівського виробництва сталі.

З усіх пилогазових викидів із сталеплавильних агрегатів найбільша кількість припадає на мар­тенівські печі: 90% оксидів сірки, 85% оксидів азоту та 75% пилу. На одну тонну садки в мартенівських печах при опаленні їх при­родним газом утворюється від 1000 до 4000 м³/год газу, який має на виході з печі температуру 700-800°С. Хімічний склад газу залежить під виду використаного палива, складу шихти та технології плав­ки. В ньому містяться оксид та діоксид вуглецю, оксиди азоту та сірки, кисень, водень, азот, водяна пара та деякі інші речовини. Кількість оксидів сірки залежить від виду використаного палива і при опаленні коксодоменним газом може досягати 800 мг/м³.

Окрім газоподібних домішок, газ, що виділяється, містить значні кількості пилу - до 15 г/м³. Мартенівський пил складається в основ­ному з оксидів заліза (близько 88%). Крім цього, в ньому містяться оксиди алюмінію, марганцю та інших речовин, що входять до скла­ду шихти; оксиди заліза надають газу коричневого кольору.

В мартенівських цехах є і неорганізовані джерела потраплян­ня пилу в довкілля. Наприклад, в повітрі міксерного відділення вміст пилу доходить до 13 г/м³; в місці розвантаження сипких матеріалів па шихтовому подвір'ї 250-450 мг/м³; в люнкеритному пристрої в розливальному прольоті 100-160 мг/м³. Виділений з мартенівської печі газ перед викидом в атмосферу підлягає обов'язковій очистці. Пе­ред очисткою газ охолоджують в котлах-утилізаторах до 220-250°С.

Стічні води в процесі виробництва сталі утворюються при очистці газів мартенівських печей, охолодженні та гідроочистці виливниць, пристроїв безперервного розливання сталі та обмивання котлів-утилізаторів. При скидах забруднених стічних вод металургійних підприємств у водоймищі збільшується кількість завислих часток, значна кількість яких опадає поблизу місця скиду, підвищується тем­пература води, погіршується кисневий режим, від виносу з водою мастильних продуктів з прокатних цехів утворюється масляна плівка на поверхні водоймища. Потрапляння шкідливих речовин може при­звести до загибелі водних організмів та порушення природних про­цесів самоочищення водоймищ. Шкідливий вплив на людей, тварин, макро- та мікроорганізми, рослинний світ мають багато металів, їх сполуки та інші неорганічні речовини, що містяться в стічних водах металургійних підприємств.

Конверторний спосіб. Суть конверторного способу полягає в тому, що через рідкий чавун, залитий у конвертор, продувається повітря, кисень якого окислює вуглець та домішки.

Конвертор яв­ляє собою стальну посудину грушоподібної форми, викладену всередині вогнетривкою кладкою завтовшки 275…400 мм (рис.1).

Мал. 1. Конвертор (вертикальний розріз)

У верхній частині кон­вертора є горловина І. Серед­ня частина конвертора опере­зана зовні стальним кільцем. До кільця приєднано дві цапфи, які спираються на колони, встановлені на фундаменті. Через порожнисту цапфу 2 в конвертор надходить повітря з повітропроводу. На кінці дру­гої цапфи 3 насаджене зубчас­те колесо, з'єднане з зубчатою рейкою 4. Рейка переміщуєть­ся від електродвигуна або гідропривода. Під час руху рейки конвертор повертається на потрібний кут, набираючи горизонтального, вертикаль­ного або похилого положення. В нижній частині конвертора є змінне днище 5, зроблене з вогнетривкої цегли. У днищі є канали, в яких запресовано труби - фурми 6. Через фурми в конвертор вду­вається повітря.

Для заливання чавуну і завантаження добавок конвертор по­вертають у горизонтальне положення, трохи нахиляють вниз гор­ловиною (рис.2 а) і заливають таку кількість чавуну, щоб рівень його був нижче рівня фурм. Потім починають вдувати по­вітря, повільно повертаючи конвертор. Тиск повітря поступово збільшують, доводячи до 0,25 МПа (2,5 ата) при вертикальному положенні конвертора (рис.2 б).

При продуванні внаслідок активного зіткнення рідкого ча­вуну з киснем повітря відбувається процес окислення (вигоряння) домішок.

Після закінчення процесу конвертор нахиляють у горизонталь­не положення, а потім припиняють дуття. Після цього перевіряють склад одержаної сталі і виливають її в ківш.

Існує два види конверторного процесу: кислий – бесемерівський, основний – томасівський та кисневоконверторний.

Рис.2. Положення конвектора а – при заливанні чавуну; б – при продуванні чавуну

Бесемерівськіш процес одержання сталі, що його відкрив англ­ійський винахідник Г.Бессемер у 1855 р., здійснюється в конверто­рах, внутрішня кладка яких зроблена з кислої вогнетривкої цегли - динасу. Суть цього процесу полягає в тому, що кисень повітря, яке вдувається через рідкий чавун, окислює його домішки і при реакціях з інтенсивним перебігом утворюється така кількість тепла, якої цілком досить для перетворення чавуну на сталь протягом 10-13 хв. Вихідним матеріалом для ведення процесу є переробний чавун. Про­цес у бесемерівському конверторі поділяють на три періоди.

Перший період - окислення основної маси рідкого заліза, а та­кож кремнію, марганцю та вуглецю киснем повітря, яке вдувається. Активне окислення відбувається за рахунок кисню закису заліза FеО, який утворюється у великій кількості при горінні заліза. Цей період окислення домішок з вигорянням кремнію і марганцю супро­воджується бурхливим виділенням іскор (період іскор). Полум'я при цьому малиново-червоне. Триває перший період 2-3 хв.; одночасно починається шлакоутворення.

Другий період характеризується активним окисленням вугле­цю за реакцією:

FеО + С = СО-Q (1.)

Вуглець вигоряє з великим вбиранням тепла, тому температу­ра в конверторі трохи знижується. Утворений окис вуглецю СО зго­ряє в СО₂. Полум'я при цьому сліпучо-біле. Вигоряння вуглецю три­ває 7-8 хв. У більшості випадків цим періодом закінчується плавлен­ня, коли вміст вуглецю в одержаній сталі має дорівнювати 0,4-0,5%.

Третій період. Коли треба виплавити сталь з дуже малим вмістом вуглецю, то процес вигоряння вуглецю продовжують. Фа­кел полум'я зменшується, з'являється бурий дим - ознака горіння заліза з утворенням FеО; це триває 1-2 хв., і процес продування за­кінчується.

Конвертор нахиляють у горизонтальне положення, подаван­ня повітря припиняють. Проте сталь ще не можна вважати гото­вою, бо в ній розчинена велика кількість FеО (оксиду заліза). Кисень сталі є шкідливою домішкою, бо надає їй крихкості в гарячому стані - червоноламкості. Тому, щоб видалити кисень, сталь розкислюють феросиліцієм, феромарганцем або алюмінієм.

Конвертори бувають місткістю від 10 до 60 т. Продуктивність їх дуже велика (12000-13000 т на добу).

Недоліки:

бесемерівська сталь погано піддається електрозварюванню (в навколошовній зоні з'являються тріщини);

ця сталь має підвищену крихкість (особливо при мінусовій темпе­ратурі);

бесемерівська сталь піддається старінню в результаті виділення нітридів заліза (підвищується міцність і знижуються пластичні вла­стивості).

Ці різні властивості обумовлені головним чином підви­щеним вмістом в цій сталі фосфору (до 0,06-0,07%), і особливо азо­ту (до 0,015-0,025%).

Томасівський процес одержання сталі, що його відкрив у 1878 р. англійський металург С.Томас, дає можливість переплавляти чаву­ни з високим вмістом фосфору (до 1,5-2,5%) і низьким вмістом кремнію (від 0,2 до 0,9%). На відміну від бесемерівського, томасівський кон­вертор викладено не кислим, а основним вогнетривом - доломітом. Томасівський конвертор розмірами трохи перевищує бесемерівський (розраховані вони на однакову кількість чавуну, що його залива­ють), бо в ньому утворюється багато шлаку. Фосфор у томасівсько­му процесі відіграє вирішальну роль (аналогічну тій, яку відіграє кремній у бесемерівському), бо він при вигорянні виділяє велику кількість тепла, потрібну для підвищення температури в конверторі. Перед заливанням чавуну в конвертор вводять вапняк (12-20% від ваги чавуну); після заливання чавуну роблять продування.

Томасівський процес також поділяють на три періоди.

Перший період - окислення кремнію, марганцю, заліза. Реакції проходять так само, як у бесемерівському процесі, але через те, що кремнію в томасівському процесі небагато, цей період закінчується раніше.

Другий період характеризує окислення вуглецю за реакцією

FеО + С = Fе+СО-Q (1)

Третій період - вигоряння фосфору (частково за рахунок вільного кисню, але головним чином за рахунок кисню FеО.

У томасівському конверторі виплавляють здебільшого низько­вуглецеву сталь, бо вигоряння фосфору починається тільки після по­вного вигоряння вуглецю. В деяких випадках, коли це потрібно, сталь наприкінці плавлення навуглецьовують. Розкислюють так само, як у бесемерівському процесі, тільки спершу зливають шлак.

Позитивні властивості конверторної плавки - висока продук­тивність, нескладне обладнання конвертора, відсутність потреби в паливі. Конверторна сталь - сталь звичайної якості. Вартість її не­висока.

До недоліків способу слід віднести неможливість переплавлен­ня металевих відходів; використання чавуну тільки певного хімічно­го складу; великий вигар металу, трудність одержання сталі зада­ного складу; велику кількість розчинених газів, що зменшують гус­тину сталі.

Дата добавления: 2014-12-23