Все о металле, его обработке и переработке
Партнеры
  • .

4.1.4. Технология процесса. Периоды продувки

Окисление примесей чугуна кислородом подаваемого снизу воз­духа и выделяемое при этом тепло обеспечивают превращение чу­гуна, нагретого до 1250—1350 °С, в жидкую сталь с температурой 1590—1650 0C.

Плавка состоит из следующих этапов: заливки чугуна через горловину (при горизонтальном положении конвертера, чтобы не залить сопла металлом); пуска дутья и одновременного поворота конвертера в вертикальное положение; продувки металла воздухом, состоящей в общем случае из трех периодов (шлакообразования, обезуглероживания, передувки); повалки конвертера (установ­ки его в горизонтальное положение) и прекращения дутья; слива металла в ковш и его раскисления (в конвертере или в ковше).

На рис. 4.2 показано изменение состава металла, шлака, отхо­дящих газов и температуры по ходу нормальной бессемеровской

Рис. 4.2. Ход нормальной бессемеров­ской плавки:

Тнр — время продувки, мин; Одут — ин­тенсивность подачн кислорода дутья в ванну, м3»(т. мин); Onl и Oc — расход кис­лорода на окисление шлакообразующих элементов (Si, Mn, Fe) и углерода, м3/(т-мин); tM и ^llllts — температура ме­талла и ликвидуса, °С; I. II, III — перио­ды продувки ванны

Плавки, проведенной практи­чески без присадок материалов, корректирующих нагрев ванны. При обычной плавке с опти­мальной температурой футе­ровки в начале продувки (око­ло IOOO0C) и чугуна (около 13000C), нормальным его со­ставом тепло, выделяемое в процессе окисления примесей, обеспечивает необходимую тем­пературу готовой жидкой ста­ли (около 16000C).

В первом периоде продувки интенсивно окисляются кремний и марганец и сравнительно медленно (или практически не окисляется) углерод. Это обу­словлено тем, что при низких температурах и соответствую­щих концентрациях элементов в металле максимальная рабо­та реакции окисления углерода значительно меньше, чем реак­ций окисления кремния и мар­ганца. На интенсивность и по­следовательность окисления примесей металла влияют не только термодинамические фак­торы, но и факторы массопере­носа кислорода к местам проте­кания реакции, скорость кото­рого в первом периоде относи­тельно мала на поверхности раздела металл — пузырьки СО. В начале процесса окисленное в первичных реакционных зонах (вблизи струй воздуха) железо не полностью восстанавливается во вторичных зонах, так как при низких температурах скорость массопереноса кислорода и вторичных реакций несколько отстает от скорости окисления железа в области продувки. По этой причи­не часть железа необратимо окисляется, и в шлаке увеличивается

Содержание FeO (оно снижается лишь к концу первого периода).

Первый период назван периодом шлакообразования, так как в это время формируется кислый шлак, насыщенный кремнеземом. Длительность периода растет с повышением [Si]чуг и с уменьше­нием начальной температуры чугуна и составляет 2—5 мин. Вдува­емый в ванну кислород воздуха в основном расходуется на окисле­ние шлакообразующих элементов Si, Mn и Fe (см. рис. 4.2), что обусловливает резкий подъем температуры металла (до 1450— 1500 0C) и его перегрев выше линии ликвидус (до 300 °С).

В первом периоде основной составляющей отходящих газов яв­ляется азот, так как количество окисленного углерода и образовав­шихся СО и CO2 невелико. Большое значение суммы {02 + С02} в отходящих газах (иногда превышает 10 %) свидетельствует о хо­лодном ходе плавки. Эта сумма является своеобразным химическим термометром процесса.

Во втором периоде продувки при температуре металла, превы­шающей 1400—1450 0C, и соответствующих концентрациях в нем Si, Mn и С создаются благоприятные термодинамические и кинетиче­ские условия для преимущественного окисления С. В этом периоде из горловины конвертера вырывается ослепительно яркое пла­мя (его температура превышает 2000 0C), что обусловлено догора­нием СО до CO2 за пределами горловины. В конце периода тем­пература металла близка к 1600 0C. Длительность периода зависит от интенсивности продувки и составляет 8—13 мин.

Как видно из рис. 4.2, на окисление углерода расходуется прак­тически весь кислород вдуваемого в ванну воздуха и часть кисло­рода ранее накопившейся в шлаке закиси железа (область Oc уходит ниже оси абсцисс, так как Ос>Од). В шлаке увеличивается концентрация SiO2 в результате размыва футеровки. Содержание в шлаке FeO и MnO уменьшается, так как эти окислы разбавляются кремнеземом и расходуются па окисление углерода. В конце пери­ода формируется характерный для бессемеровского процесса ко­нечный шлак следующего состава, %: 50—65 SiO2, 20—25 FeO; 6— 10 MnO; 6—10 других окислов. Количество шлака составляет 6— 8 % от массы металла.

Во втором периоде температура металла повышается медлен­нее, чем в первом, так как при продувке воздухом количество тепла реакции окисления углерода, идущего на нагрев металла, сущест­венно меньше используемого тепла реакции окисления кремния (на единицу массы окисленного элемента).

Третий период продувки отличается интенсивным, необратимым окислением железа и выделением бурого дыма. Начинается пери­од при [С] менее 0,1 %. В это время резко растут (FeO)1 темпера­тура металла и содержание азота в газах и металле, увеличивается окисленность стали.

Продувку заканчивают во втором периоде, так как при передув — ке металла ухудшается его качество (повышаются содержание [О], [N], угар раскислителей и количество неметаллических вклю­чений в стали) и снижается выход годного за счет дополнительного угара железа.