Все о металле, его обработке и переработке
Партнеры
  • .

4.3.1. Продувка воздухом, обогащенным кислородом

При продувке чугуна снизу технически чистым кислородом на­блюдается резкое снижение стойкости днищ. Участки днищ в зоне дутья и вблизи ее быстро изнашиваются под влиянием высокой температуры и большого количества закиси железа. Эксперимен­тально установлено, что стойкость днищ не уменьшается, если про­дувать металл смесью 30—40 % O2 и 70—60 % N2 или смесями O2 — f H2O, O2 + CO2.

Экономически наиболее выгодно обогащать воздух до 30— 35 % O2: сокращается продолжительность продувки примерно на 30 %, повышается доля лома на 10—12 %, улучшается шлакообра­зование, снижается [N], [Р] и [S] в готовой стали и сохраняется достаточно высокой стойкость футеровки стен конвертеров (400— 500 плавок) и их днищ (60—90 плавок).

В случае уменьшения количества N2 в дутье резко снижается расход тепла на его нагрев и увеличивается доля стального лома в шихте. Наибольший эффект снижения [N] в готовой стали до­стигается при сочетании обогащения дутья кислородом с присад­кой железной руды, окалины или известняка по ходу продувки ([N] = 0,005—0,008 %). Такие присадки ускоряют шлакообразо­вание, в результате чего [S] снижается до 0,023 % и [Р] до 0,034 % (при воздушном дутье обычно получают [Si = 0,034 %; [Р] = = 0,046 %).

Для предотвращения роста [N] по ходу томасовского процесса максимально обогащать дутье кислородом (обеднение азотом) наиболее целесообразно во второй половине продувки, так как при высокой температуре и низком [С] резко уменьшается ско­рость окисления углерода (промывающее действие СО), увеличи­вается растворимость азота в металле и ускоряется поглощение азота ванной.

При добавлении к вдуваемому в металл кислороду водяного па­ра или углекислого газа резко снижается температура в зоне про­дувки, так как значительное количество тепла расходуется на дис­социацию H2O и CO2.

Из результатов расчетов, согласующихся с экспериментальны­ми данными, видно, что в рассматриваемом случае температуры металла вблизи сопел примерно такие же, как и при продувке воздухом. Хорошая стойкость днищ достигается при следующих составах смесей (цифры обозначают объемные, а в скобках — массовые проценты):

49(63)02 + 51(37)Н20; 49(41)02 + 51(59)С02.

С указанными смесями в ванну вводится кислорода на единицу объема вдуваемого газа значительно больше (примерно в три ра­за), чем с воздухом. Это позволяет при меньшей интенсивности продувки не увеличивать и даже сокращать ее длительность.

Известно несколько технологических приемов продувки тома­совского чугуна парокислородной смесью. В случае использования одного из них ванну продувают с интенсивностью 10 м3/(т-мин) в течение 7,5—8 мин. При [Р] = 0,05—0,08 % прекращают про­дувку, скачивают шлак и производят додувку в течение 15 с атмо­сферным воздухом или воздухом, обогащенным до 30 % O2. Про­дутый металл содержит около 0,02 % S, до 0,025 % Р, 0,01— 0,004 % N.

В другом варианте металл в течение 3 мин продувают возду­хом, обогащенным до 30 % O2, с интенсивностью около 20 м3/(т-мин). Затем в течение 2—3 мин ведут продувку парокис- лородной смесью либо воздухом с добавкой смеси [воздуха 10— 13 м3/(т-мин), пара 1,3 кг/(т-мин), кислорода 2—2,5 м3/(т-мин)]. В конце процесса в течение 6 мин ванну продувают воздухом с па — рокислородной смесью либо одной смесью [пара 10 м3/(т-мин), кислорода 8 м3/(т-мин)]. Перед раскислением металл содержит 0,015—0,025 % Р, 0,015—0,02 % S, до 0,005 % N. Низкоуглероди­стый металл обладает очень высокой пластичностью (штампуемо- стью) при температуре +20 °С.

В случае продувки парокислородной смесью стойкость смоло — доломитовой футеровки составляет 320—350, стойкость днищ 50— 60 плавок, что несколько меньше, чем при продувке воздухом. Кислорода расходуется 35—45 м3/т стали, остальное количество необходимого для рафинирования чугуна кислорода (около 20— 30 м3/т) вводится с паром.

Главными преимуществами парокислородной продувки являют­ся: очень низкое содержание азота в парокислородной смеси, что позволяет получить минимальное [N]; отсутствие бурого дыма (от­падает необходимость установки газоочистных устройств); спо­койный ход продувки (сокращается ее длительность до 7 мин и достигается высокая производительность конвертеров).

Если при производстве среднеуглеродистых сталей используется парокислородная смесь, [Н] несколько увеличивается, так как с ростом парциального давления водорода в газовой фазе рщ по­вышается [Н] = Кв. Урв.2- Однако в обычном томасовском процес­се, где продувка заканчивается при [С] ^ 0,05, такая опасность исключена (повышенное содержание кислорода в металле (0,07— 0,09 %) обусловливает резкое снижение константы растворимости водорода в нем Kn). Известно также, что водород значительно ухудшает качество стали только при повышенном содержании в ней углерода.

Продувка чугуна смесью кислорода с углекислым газом при­меняется в одном из томасовских цехов Бельгии с 1955 г. Известны несколько вариантов продувки этой смесью. Наиболее рациональ­ным из них является продувка воздухом, обогащенным кислоро­дом, до конца второго периода и смесью кислорода с углекислым газом в третьем периоде. Расход смеси колеблется в пределах 30— 60 м3/т чугуна в зависимости от длительности вдувания.

Главным преимуществом применения смеси кислорода с угле­кислым газом является получение стали с очень иизким содержа­нием водорода (0,5—1 см3/100 г). При продувке смесью [N] в три-шесть раз ниже, чем в томасовском процессе на воздушном дутье, и несколько меньше, чем в мартеновской стали, где [N] = = 0,003—0,006 %. При использовании смесей кислорода с паром или с углекислым газом удаление фосфора протекает в основном в период передувки, т. е. ход дефосфорации мало отличается от томасовского процесса на воздушном дутье.

Описанные варианты томасирования с использованием обога­щенных кислородом газовых смесей обладают следующими общи­ми недостатками по сравнению с продувкой сверху технически чи­стым кислородом: малой интенсивностью шлакообразования (до начала третьего периода); низкой долей лома в шихте. К их недо­статкам следует также отнести то, что фосфор окисляется после углерода.

4.4. боковая продувка в конвертерах

Процесс получения жидкой стали путем боковой продувки чу­гуна воздухом в бессемеровских конвертерах малой садки — ма­лое бессемерование —начал применяться с 1884 г. В настоящее вре­мя конвертера малого бессемерования садкой 1—3 т используются в фасонно-литейных цехах машиностроительных заводов. Преиму­ществами таких агрегатов являются небольшие капиталовложения в их строительство, возможность пуска и остановки в любое вре­мя и получение необходимых для литья небольших порций стали. В последние годы они заменяются электропечами.

Особенности конструкции конвертера (рис. 4.6) заключаются в следующем. Он имеет глухое (без сопел) днище 1, в боковой стенке, примерно на уровне спокойной ванны, расположены в один ряд сопла 2, соединенные с воздушной коробкой 3. Угол наклона сопел и расстояние между ними и поверхностью металла можно регулировать путем отклонения конвертера от вертикального поло­жения на 5—15° в сторону, противоположную фурменной зоне. Футеровка стен и днища выполняется из динасового кирпича.

Высота столба металла над соплами невелика (поверхностная продувка) и поэтому для преодоления ферростатического напора не требуется высокое давление дутья. Избыточное давление дутья в воздушной коробке составляет 0,02—0,05 МПа, т. е. в 4—10 раз меньше, чем в конвертерах с донным дутьем. Рас­ход воздуха составляет около 500 м3/т чугуна, что примерно в 1,5 раза выше, чем при донном дутье. Это обусловлено дожиганием СО в CO2 в полости конвертера.

Удельные потери тепла достигают 10—14 %, что в четыре-пять раз превышает таковые в боль­ших конвертерах, где они составляют лишь 2— 3 % от общего прихода тепла. Для компенсации потерь тепла применяют чугун с повышенным содержанием кремния (1,6—2,5%). Концентра­ция других примесей (0,6—1,3 % Mn; до 0,07 % Р; до 0,04 % S) примерно такая же, как и в бессемеровских чугунах.

Рис. 4.6. Схема конвертера боково­го дутья (малого бессемерования)

При боковой продувке высокая температура металла, необходимая для получения качествен­ного литья, обеспечивается за счет дожигания над ванной СО до CO2 по приведенной ниже ре­акции и повышенного угара железа.

2 {СО} + (O2) = 2{С02}; Atf298 = —557,8 МДж/кмоль O2

Отличительными особенностями процесса малого бессемерова­ния являются: значительная концентрация окислов железа в шла­ке (20—40 %), обусловленная поверхностной продувкой (высоким содержанием CO2 и O2 в отходящих газах); периодическое измене­ние скорости окисления углерода i>c, сопровождающееся подъемом и падением пламени над горловиной соответственно при повыше­нии и снижении Vc (рис. 4.7). В русском варианте малого бессе­мерования, разработанном И. Р. Кряниным, высокая начальная температура чугуна (около 1700 К) и футеровки позволяет про­вести продувку при большой Vc без резких ее изменений, подъемов и падений пламени, сократить длительность операции и потери металла.

W

А — обычный процесс; б — русский вариант

Как и в большом бессемеровании, фосфор и сера не переходят из металла в шлак, так как последний является кислым. По дан­ным И. Р. Крянина, при боковой продувке некоторая часть серы (до 15—20 %) удаляется из металла и шлака в газовую фазу.

Качество стали, продутой сбоку, значительно выше качества ме­талла, полученного при донном воздушном дутье. В металле мало­го бессемерования сравнительно мало неметаллических включений, что обусловлено особой направленностью циркуляционных пото­ков (в верхних горизонтах металла), не вызывающей накопления шлаковой эмульсии в объеме стали.

Второй особенностью качества металла является низкое содер­жание азота [N] = 0,005—0,008 %, что близко к его концентрации в мартеновской стали [N] = 0,003—0,006 % и в три-четыре раза меньше, чем в металле большого бессемерования и томасирова- ния. Сравнительно низкое содержание азота в стали объясняется тем, что струи воздуха проникают в металл на незначительную глубину. Последнее обусловливает малую удельную поверхность контакта струй и пузырей воздуха с металлом SM. r/V\, и небольшое парциальное давление азота в газовой фазе Pn2- Это оказывает существенное влияние на термодинамику и кинетику процесса поглощения азота металлом, скорость которого описывается урав­нением

= — rf[N]/rfT = Pini{/CN [N]}Sm. r/Vm. (4.8)

Имеют значение также и адсорбционные явления. Наличие на га­зовых пузырьках шлаковых (из FeO) и адсорбционных пленок ме­талла, насыщенных кислородом, способствует замедлению массо­переноса азота из газа в металл. При донной продувке эти пленки растворяются в металле за время, меньшее периода всплывания пузырьков азота. При боковой же продувке в связи с малой глу­биной проникновения струй воздуха в металл пузырьки азота всплывают до того, как пленки полностью растворятся в металле, что уменьшает A[N] = U[N]T.

Технико-экономические показатели малого бессемерования ха­рактеризуются следующими данными: садка конвертеров 1—2,5 т и более, расход воздуха около 500 м3/т, угар металла 12—15 %, выход годной стали 84—86 %. Большой угар металла обусловлен высокими [Si] в чугуне и (FeO).

Кислородное дутье в малом бессемеровании имеет следующие преимущества по сравнению с воздушным. При его использова­нии достигается более низкое содержание азота в стали ([N] да да 0,002 %); избыток тепла в ванне, обусловленный устранением расхода тепла на нагрев азота воздуха, позволяет уменьшить со­держание кремния в чугуне и присадки ферросилиция, а также ути­лизировать стальной лом. Недостатком бокового кислородного дутья является низкая стойкость фурм (10—20 плавок). Ее можно повысить, улучшая качество огнеупоров или применяя водяное ох­лаждение.

Расход кислорода достигает 60—70 м3/т стали, длительность продувки ванны вместимостью 1, 2 и 3 т составляет соответственно 8—10, 10—12 и 12—16 мин. На некоторых заводах применяют воз­душное дутье, обогащенное кислородом до 30—40 % O2.

На заводах КНР для производства слитков выплавляют сталь в конвертерах бокового воздушного дутья с основной футеровкой (смолодоломитовый или смолодоломитомагнезитовый кирпич). Наилучшие технико-экономические результаты получены при ис­пользовании конвертеров бокового дутья грушевидной формы — так называемых турбоконвертеров. В последних были достигнуты удовлетворительные показатели плавок при продувке как мало­фосфористых (0,15—0,35 % Р), так и высокофосфористых чугунов

Раннее начало выгорания фосфора позволяет работать без третьего периода (передувки), выплавлять, не науглероживая сталь в ковше, средне — и высокоуглеродистые стали с низким [Р], повы­шать качество стали и снижать угар железа. Процесс малого бес­семерования не получил широкого распространения, так как стой­кость футеровки и производительность малых конвертеров значи­тельно меньше, чем больших.

5.1. история возникновения и развития процесса

Первые полупромышленные опыты по применению технически чистого кислорода для продувки чугуна сверху были проведены в СССР в 1933 г. Позже в нашей стране и за рубежом были по­ставлены эксперименты по продувке чугуна в ковшах техническим кислородом или воздухом, обогащенным кислородом. В 1944 г. на машиностроительном заводе в Мытищах и в 1945 г. на Кузнецком металлургическом заводе провели плавки в конвертерах малой садки с продувкой чугуна через днище технически чистым кисло­родом или дутьем с различной концентрацией в нем кислорода.

Все эти эксперименты показали, что главными преимущества­ми кислородного дутья по сравнению с воздушным является повы­шение качества стали (в первую очередь за счет резкого снижения содержания азота), расширение сортамента применяемых чугунов и возможность использования значительного количества стального лома за счет избытка тепла, обусловленного устранением расхода его на нагревание азота. Однако использовать указанный способ продувки чугуна для массового производства стали не позволяли низкая стойкость керамических трубок при подаче кислорода свер­ху и сильный износ днищ и фурм при донной продувке.

Некоторые исследователи предложили продувать чугун кисло­родом через водоохлаждаемые металлические (медные) трубки. Однако для донной продувки их не применяли из-за опасности взрывов при прогаре сопел. Исследования показали, что металл безопасно продувать сверху через вертикальную водоохлаждаемую стальную фурму с медным наконечником.

161

Создание рациональной конструкции водоохлаждаемой фурмы высокой стойкости способствовало широкому внедрению кислород­но-конвертерного процесса с продувкой сверху в больших агрега­тах в промышленных масштабах. Первые кислородно-конвертерные цехи с продувкой сверху были построены в Австрии на заводах

6 193 в Линце и Донавице в 1952—1953 гг. Так как кислородно-конвер­терный процесс выгодно отличается от воздушных конвертерного и мартеновского, то он был быстро внедрен на заводах ряда промыш — ленно развитых стран. Так, в США, Англии, Франции, ФРГ и Япо­нии доля кислородно-конвертерной стали (в % от общего ее про­изводства) в 1963 г. соответственно достигла 7,8; 6,7; 7,6; 7,8; 38,6, а в 1975 г. 55; 57; 54,5; 60 и 83,4. В странах Европейского экономи­ческого сообщества доля томасовского, мартеновского, электро­сталеплавильного и кислородно-конвертерного процессов в 1960 г. составила соответственно 38; 50; 10 и 2 %, в 1978 г. 1; 7; 20 и 72 % (в том числе в кислородных конвертерах с донной продувкой 7 %)- В настоящее время в этих странах томасовский процесс практиче­ски не применяется, выплавка в мартеновских печах снижена до 3,5 %, в Электропечах она достигает 23, в кислородных конвертерах с донной продувкой 8 и с верхним дутьем 67 %.

За границей кислородно-конвертерный процесс с продувкой сверху называют ЛД процессом. Садка первых кислородных кон­вертеров составляла 25—35 т, в настоящее время она увеличилась до 350—400 т.

На основе проведенных в 1954—1955 гг. в СССР обширных экс­периментов в конвертерах садкой 8—15 т были спроектированы и введены в эксплуатацию первые кислородно-конвертерные цехи на днепропетровском заводе им. Петровского (1956 г.) и на Криворож­ском металлургическом заводе (1957 г.). За прошедшие годы по­строили мощные кислородно-конвертерные цехи с агрегатами сад­кой 130—400 т на НТМК, ждановском им. Ильича, Криворожском, Новолипецком (НЛМЗ), Енакиевском, Челябинском, Западно-Си­бирском (Запсиб), Карагандинском, «Азовсталь», Череповецком и днепровском им. Дзержинского заводах. На некоторых из них дей­ствуют по два цеха (Криворожский, НЛМЗ и Запсиб). В настоя­щее время в СССР доля кислородно-конвертерной стали составля­ет около 30 % от общего производства.

Развитие кислородно-конвертерного процесса в мировом мас­штабе показано на рис. 5.1. Производство стали в бессемеровских конвертерах до 1880 г. было превалирующим (80 % от мирового производства стали), за последующие 20 лет этот процесс частично заменили томасовский и мартеновским. К началу 50-х гг. XX в. бессемеровский процесс почти полностью, а томасовский в значи­тельной степени были вытеснены основным мартеновским (в 1950 г. выплавлено мартеновской основной стали около 80 % от ее миро­вого производства). В 1955—1980 гг. томасовский процесс почти не применяли, намного сократился выпуск стали основным марте­новским способом, значительно увеличилось производство стали электросталеплавильным и особенно кислородно-конвертерным (около 60 % мирового производства) способами.

Такие темпы развития кислородно-конвертерного процесса обу­словлены рядом его преимуществ, которые заключаются в следую­щем:

1. Содержание азота, фосфора, серы и неметаллических вклю­чений в кислородно-конвертерном металле намного ниже, чем в стали, выплавленной с исполь­зованием донного дутья возду­хом, поэтому качество стали по всем показателям выше бессеме­ровской, томасовской и не уступа­ет мартеновской.

2. Конструкция конвертера значительно проще, а производи­тельность выше, чем мартенов­ской печи, поэтому капитальные затраты на строительство кисло­родно-конвертерного цеха значи­тельно меньше, чем мартеновско­го (при одинаковой в обоих слу­чаях годовой выплавке стали).

3. Можно перерабатывать чу — гуны любого состава, в том числе «химически холодные» (с низким содержанием кремния) и высокофосфористые, что расширяет сырь­евую базу для выплавки чугунов.

4. Избыток тепла в ванне позволяет перерабатывать значитель­ные количества стального лома и железной руды и снижать удель­ный расход чугуна (эти показатели кислородно-конвертерного про­цесса лучше, чем воздушных конвертерных, но пока еще уступают показателям мартеновского процесса).

5. Раннее шлакообразование и надежная дефосфорация метал­ла при высоком содержании в нем углерода обеспечивают меньшую окисленность продутого металла, чем при донной продувке возду­хом или дутьем, обогащенным кислородом.

6. Производительность конвертера на один порядок больше, чем мартеновской печи такой же садки; удельная производительность (на единицу садки агрегата) практически не зависит от садки кон­вертера.

7. Значительно облегчена автоматизация управления процес­сом.

Рис. 5.1. Динамика изменения доли различных сталеплавильных процес­сов (Дст. пр, о/о) в общемировом про­изводстве стали:

1 — бессемеровский; 2 — кислый мартенов­ский; 3 — томасовский; 4 — основной мар­теновский; 5 — электросталеплавильный; 6 — кислородно-конвертерный

6*

163

Недостатками кислородно-конвертерного процесса являются: большая интенсивность пылевыделения, что обусловливает необхо­димость сооружения газоочистных установок; значительные поте­ри железа с дымом и иногда с выбросами; недостаточное (при от­сутствии котлов-утилизаторов) использование физического и хими­ческого тепла отходящих газов, содержащих в основном окись углерода; меньшая доля стального лома в металлической шихте и больший удельный расход чугуна по сравнению с этими показате­лями в мартеновском процессе.

5.2. схема конвертера, подвод дутья, общее описание технологии

Конвертер для продувки кислородом сверху (рис. 5.2) в отли­чие от конвертера с нижним дутьем имеет глухое днище, сопла в нем отсутствуют. Кислород подается по водоохлаждаемой фур­ме под давлением от 1 до 1,5 МПа. Интенсивность продувки кис­лородом на тонну садки колеблется от 2 до 6 м3/(т-мин). Удель­ный расход кислорода для окисления примесей металла составля­ет около 50 м3/т, длительность продувки 10—25 мин (чаще 15— 18 мин).

Кислородная фурма (рис. 5.3) состоит из трех концентрически расположенных стальных труб 2, 4, 5, к которым приварен мед­ный наконечник 1. Вода под давлением 0,6—1 МПа подается че­рез патрубок 6 по промежуточной трубе 4, отводится по наружной трубе 2 в патрубок 3. Расход воды составляет 50—125 л/с в зави­симости от размеров наконечника. Кислород поступает по внут­ренней трубе 5 и соплу 7.

Односопловой фурмой с периферийным охлаждением наконеч­ника пользовались до начала 60-х гг. В дальнейшем начали при­менять многосопловые фурмы, в которых сопла расположены в пе­риферийной части. В таких фурмах торец центральной части нако­нечника обычно глухой, кислород чаще всего вводится по трубе 5,

Рис. 5.2. Схема конвертера для продувки Рис. 5.3. Схема односопловой во — кислородом сверху: доохлаждаемой фурмы кислород-

/ — корпус конвертера; 2 — фурма; 3 — горловина ИОГО конвертера 4 — сталевыиускное отверстие; 5 — кислородная струя

А вода подается по щели между трубами 5 я 4. Известны и другие конструкции фурм и методы подачи фаз.

Футеровка кислородного конвертера выполняется в основном из смолодоломитовых кирпичей, что позволяет наводить по ходу процесса основные шлаки, осуществлять дефосфорацию и десуль — фурацию металла.

Плавка в кислородном конвертере при невысоком содержании фосфора в чугуне (до 0,3 %) проводится следующим образом. При наклонном или горизонтальном положении конвертера в него загружают стальной лом и часть извести, заливают чугун; затем переводят конвертер в вертикальное положение, опускают фурму и продувают ванну. Остальную известь вводят порциями через гор­ловину по ходу продувки. Последовательность окисления приме­сей чугуна примерно такая же, как и в томасовском процессе, за исключением окисления фосфора, который в кислородном конвер­тере можно удалить при любом содержании углерода в металле, увеличивая в начале плавки расстояние фурмы от уровня спокой­ной ванны и подбирая оптимальное его значение по ходу процесса. В результате этого окисленность шлака в начальной стадии про­дувки кратковременно повышается, обеспечиваются быстрое раст­ворение в нем извести и дефосфорация металла без передува, т. е. при [С] >0,1 % • В случае недостаточно отработанного автомати­ческого контроля технологии попадание в заданный анализ дости­гается тем, что при [С], немного превышающим заданное (на 0,1—0,2%), поднимают фурму, выключают дутье, переводят кон­вертер в горизонтальное положение, отбирают пробы металла и шлака и замеряют температуру ванны с помощью термопары по­гружения (т. е. проводят промежуточную повалку конвертера). Ожидая анализ, несколько поворачивают конвертер, при этом ста- левыпускное отверстие поднимается выше уровня ванны, затем его разделывают. Получив анализ металла, производят додувку, дли­тельность которой определяется отношением избытка углерода А [С] к известной по данным предыдущих плавок скорости выгорания углерода Vc. При хорошо налаженной технологии плавок и нали­чии автоматического контроля с помощью ЭВМ большинство пла­вок ведут без додувок.

После окончания продувки и отбора проб сталь сливают через отверстие в ковш, а шлак — в чашу. Раскисляют и легируют ме­талл в конвертере и в ковше, чаще всего в последнем.

При высоком содержании фосфора в чугуне в середине плавки сливают промежуточный шлак и наводят второй, иногда использу­ют конечный шлак, часть которого оставляют в конвертере после слива предыдущей плавки. Длительность всего цикла плавки ко­леблется в пределах 30—45 мин.

5.3. шихтовые материалы кислородно-конвертерного

Процесса и требования к ним

Для кислородного процесса в СССР применяют чугун следую­щего состава, %: 3,9—4,3 С; 0,5—1 Si; 0,3—1,7 Mn; 0,03—0,06 S; 0,05—0,15 Р. В зарубежной практике диапазон колебаний содер­жания примесей несколько шире.

Согласно ГОСТ 805—80 различают две марки передельного чугуна П1 и П2 (массовая доля кремния составляет 0,5—0,9 и до 0,5 % соответственно). Каждая марка включает I, II и III группы (массовая доля марганца до 0,5; 0,5—1; 1—1,5 % соответственно), классы А, Б и В (массовая доля фосфора не более 0,1; 0,2; 0,3 % соответственно) и категории I, II, III, IV и V (массовая доля серы не более 0,01; 0,02; 0,03; 0,04; 0,05 % соответственно).

Чугун в заливочных ковшах (миксере) должен содержать, %: 0,7—0,9 Si; 0,6—0,8 Mn; не более 0,035 S; не более 0,3 Р.

Содержание кремния в чугуне влияет на массу двуокиси крем­ния в шлаке Msio2 и шлака Мш. Если в качестве охладителя при­меняется железная руда, то с повышением [SiJ4yr значения Msio2 и Min дополнительно увеличиваются за счет SiO2, вводимого с ру­дой. Это обусловливает рост расхода извести [для обеспечения заданной основности шлака В = (CaO)/(SiO2)], потерь железа со шлаком и выбросами, снижение стойкости футеровки и выхода жидкой стали. При неизменном расходе извести повышение [Si]4yr приводит к снижению В, что ухудшает дефосфорацию и десульфурацию металла.

Если [Si]ниже оптимальной величины, то шлакообразова­ние в начале продувки замедляется, так как скорость растворения извести при низкой температуре шлака и незначительной M(Sio2) мала. В случае тонкого слоя шлака увеличивается время продувки оголенного металла, удлиняется «бесшлаковый период», что спо­собствует заметалливанию и прогару фурм, увеличению пылевыде- ления и выноса капель металла. При небольшой Мш вредные при­меси из металла удаляются хуже. По условиям доменного про­цесса снижение [SiJ4yr косвенно приводит к росту [S]4yr, что обусловлено относительно холодным ходом доменной плавки. Су­ществует оптимальное [Si]4yr, составляющее при охлаждении ван­ны рудой 0,3—0,5 %, а при охлаждении ломом 0,7—0,8 %. В по­следнем случае определенное повышение [SiJ4yT полезно, потому что обеспечивает увеличение доли лома в металлической шихте Мл/Мм. ш (рис. 5.4).

При высоком содержании марганца в чугуне существенно улуч­шаются шлакообразование и десульфурация металла, но усили­вается его угар. Если [MnJ4yr очень низкое, наблюдается заметал - ливание фурм, так как шлака в начале продувки недостаточно. Выплавка маломарганцовистых чугунов весьма экономична. Сово­купная максимальная эффективность в процессах выплавки чугу­на и конвертерной стали достигается при [MnJ4yr = 0,5—0,7 %.

Степень десульфурации металла в кислородном конвертере не превышает 50% (чаще около 30%). Поэтому допустимое содержа­ние серы в чугуне [S]4yr = = 0,04—0,05 %. Для выплав­ки малосернистой стали ([S] ^ 0,015 %) часто при­меняют чугун, обессеренный в ковше гранулированным магнием. По технологии, разработанной и внедренной на крупнейших заводах Юга и Центра СССР Днепропет­ровским научно-исследова­тельским институтом черной металлургии (ИЧМ), ввод магния в количестве 1 кг/т чугуна обеспечивает конеч­ное содержание серы в нем 0,003—0,005 %.

Доменный шлак, находя­щийся на поверхности чугу­на в ковшах, содержит до 1 % S, а при обработке чугу­на известью, содой или маг­нием до 5 % S. Поэтому не­обходимо принимать меры для отделения шлака, так как при по­падании сернистого шлака в миксер и конвертер резко увеличива­ется содержание серы в металле и обесценивается ранее прове­денная десульфурация чугуна в ковше.

Высокое содержание фосфора в чугуне ([Р]чуг > 0,2 %) значи­тельно усложняет технологию плавки. Для получения малофосфо­ристой стали ([Р] =^I 0,02 %) необходимо в середине продувки скачивать шлак и наводить новый, что снижает производитель­ность конвертера, выход жидкой стали и стойкость футеровки. В ряде случаев выплавка чугуна с повышенным [Р] оправдыва­ется необходимостью расширения сырьевой базы доменных печей (используются фосфористые руды) и получением фосфатшлаков для удобрения полей.

Если [PJ4yr ^ 0,15 %, то можно работать без спуска первич­ного шлака, так как даже при сравнительно небольшом коэффи­циенте распределения Lp = (P2Os)/[P] = 100 и количестве шла­ка 10 % от массы металла остаточное [Р] ^ 0,03 %.

27,5 25,0 22,5 20,0 17,5 15,0

12,5

Y / /

.0?

У/

‘ / /

/

\

•ьУ

V/

/

/

/

/

/

/

/

/

/

/

/

OA 0,6

1.0

U 1Л [SiLiX

Рис. 5.4. Влияние содержания кремния в чугуне на долю лома в металлической шихте кислородных конвертеров: [С]кон — конечное содержание углерода в ме­талле

Стальной лом служит дешевым источником железа и охлади­телем ванны. Количество присаживаемого лома определяется из­бытком тепла в ванне и колеблется в пределах 20—30 % от мас­сы чугуна (17—23% от массы металлической шихты). В ломе не должно быть кусков толщиной более 300 мм, цветных металлов, мусора и взрывоопасных материалов, большого количества ржав­чины. Крупные куски следует измельчать, чтобы они не повреж­дали футеровку при загрузке и успевали раствориться в жидком металле до конца продувки. Легковесный лом и стружку необхо­димо, как уже отмечалось, пакетировать, так как при использова­нии непакетированного лома увеличивается время завалки и резко понижается температура ванны в начале продувки из-за быстрого растворения лома в чугуне. Размеры пакетов не должны превы­шать 2000X1000X700 мм при плотности не ниже 1800 кг/м3. Лом частично заменяют металлизованными окатышами, крицей или губ­чатым железом. Их можно вводить (непрерывно или порциями) по ходу плавки без прекращения продувки.

Железная руда, агломерат, окатыши (или брикеты) из руды (или концентрата) и прокатная окалина относятся к сыпучим ох­ладителям — «твердым окислителям». Их можно загружать в кон­вертер без прекращения продувки (цикл сокращается на 5— 10%), они улучшают шлакообразование (окислы железа хорошо растворяют известь), устраняют резкое охлаждение ванны в на­чале плавки (наблюдается при охлаждении ломом, который за­гружается одной порцией), обеспечивают пригар металла в ре­зультате восстановления железа из его окислов.

В то же время сыпучие охладители создают недостаточно по­стоянный охлаждающий эффект (это снижает точность регулиро­вания температуры металла); способствуют бурному течению про­цесса растворения (увеличиваются выбросы и снижается выход жидкой стали); повышают долю чугуна в шихте (растут содержа­ние SiO2 и P2Os в ванне, расход извести и других флюсов, количе­ство шлака, потери железа со шлаком и износ футеровки).

Содержание окислов железа в сыпучих охладителях должно быть высоким, а кремнезема (менее 8%), влаги, серы и мелких фракций — низким. Порошкообразную руду необходимо вдувать в металл, так как при обычном методе ввода она выносится газа­ми из полости конвертера. Окалина, а также изготовленные из высококачественных рудных концентратов агломерат, окатыши и брикеты содержат менее 2,5 % SiO2, поэтому их применяют чаще, чем неподготовленную руду.

Кроме перечисленных выше охладителей, иногда используют известняк и водяной пар. Однако они снижают выход жидкой ста­ли (усиливаются выбросы, и железо не восстанавливается из ох­ладителей) и приводят к некоторому увеличению [Н] (при вводе пара).

В качестве шлакообразующих материалов в кислородно-кон­вертерном процессе применяют известь (иногда известняк), боксит, плавиковый шпат.

Известь оказывает решающее влияние на шлакообразование, дефосфорацию, десульфурацию металла и, в конечном итоге, на его качество. Она должна быть свежеобожженной, содержать ми­нимальное количество серы (не более 0,1 %) и влаги, обладать высокой флюсующей способностью (SiO2 < 3 %). Оптимальные размеры кусков 10—30 мм. Крупные куски медленно растворяют­ся в шлаке, мелкче частицы выносятся при продувке ванны. Наи­высшая реакционная способность извести достигается при мягком обжиге известняка, в результате которого образуется большое ко­личество мелких кристаллов (размером менее 2 мкм) с искажен­ной решеткой. Последнее обеспечивает значительную пористость кусков. При сравнительно высокотемпературном твердом («мерт­вом») обжиге большой длительности пористость извести незначи­тельна, так как сросшиеся кристаллы имеют крупные размеры. Величина потерь при прокаливании должна быть небольшой, по­тому что она характеризует количество недиссоциированного из­вестняка в извести и поглощенной ею влаги из атмосферы и обу­словливает дополнительный расход тепла в ванне. Потери при прокаливании в пределах 3—5 % полезны. В этом случае усили­вается барботаж шлака пузырьками CO2, что способствует луч­шему растрескиванию кусков извести и ускорению ее растворения в шлаке. Высокое качество извести (равномерные состав и струк­тура, большие пористость и реакционная способность) обеспечи­вается при обжиге известняка во вращающихся печах или в агре­гатах кипящего слоя. Минимальное Sii3b достигается при обжиге известняка природным газом, максимальное (0,3 % и более) —• при использовании для обжига кокса, антрацита и не очищенного от серы коксового газа в шахтных печах.

Боксит и плавиковый шпат применяют для ускорения раство­рения окиси кальция в шлаке и уменьшения его вязкости. Главная и ценная составляющая боксита — глинозем (около 50%). Недо­статком боксита является наличие в нем влаги и кремнезема (иног­да выше 20 %). Последний снижает основность шлака и стойкость футеровки. Расход боксита составляет 0,5—1 % от массы метал­лической шихты.

В настоящее время во всех кислородно-конвертерных цехах страны вместо боксита применяют плавиковый шпат (главная со­ставляющая—CaF2), содержащий не более 5 % SiO2. При сравни­тельно малом расходе этого сильнейшего разжижителя шлака (не более 0,3 % от массы металла) известь быстро растворяется и формируется жидкоподвижный, высокоосновной шлак.

Синтетические комплексные шлакообразующие материалы осо­бенно перспективны в кислородно-конвертерном процессе. Они из­готовляются в виде брикетов, окатышей, офлюсованного агломе­рата из порошкообразных смесей рудного концентрата и извести или известняка. Присадка таких материалов, обладающих низкой температурой плавления (ниже 12500C), взамен руды и части из­вести позволяет ускорить шлакообразование, дефосфорацию и де — сульфурацию стали. В практике успешно опробованы брикеты (24—27 % Fe06ub 21—36 % CaO; 2—3 % SiO2) и высокоосновной агломерат (15—25 % CaO; Ca0/’Si02 = 3—7). Исследования по­казали, что применение высокоосновных агломератов и брикетов с высоким содержанием CaO эффективно и при охлаждении пла­вок ломом (расход лома 20—30 кг/т).

К новым перспективным материалам относятся синтетические металлизованные окатыши и агломераты, содержащие CaO и ча­стично восстановленные окислы железа. Они обладают преимуще­ствами лома и сыпучих охладителей — флюсов.

5.4. технология продувки обычного передельного (мартеновкого) чугуна