§ 4. Кислородно-конвертерный процесс с донной продувкой

Одновременно с совершенствованием кислородно-кон­вертерного процесса с верхней продувкой продолжались исследования с целью организации продувки металла снизу. Организация перемешивания ванны, теплообмен в ванне, условия усвоения добавочных материалов при донной продувке значительно лучше. При продувке сни­зу не требуется большая высота конвертерного пролета цеха (отсутствует фурма для подачи кислорода сверху). Конвертеры с донным кислородным дутьем можно ис­пользовать для замены томасовского и мартеновского процессов без коренной реконструкции здания цеха.

В середине 60-х годов опытами канадских инженеров Г. Саварда и Р. Ли по вдуванию струи кислорода, окру­женной слоем углеводородов, была показана возмож­ность продувки через днище без разрушения огнеупоров.

В 1968 г. этот метод был внедрен на томасовских кон­вертерах в ФРГ. Процесс получил название процесса ОБМ. В настоящее время применяют также ряд разно­видностей этого процесса, разработанных в других стра­нах: процесс Ку-БОП (США), ЛВС (Франция), KEK (ГДР) и др. В процессах ЛВС и KEK в качестве защиты и охладителя струи кислорода применяется жидкое топ­ливо. Ку-БОП процесс впервые был применен для пере­работки низкофосфористых чугунов и получил промыш­ленное развитие. Была разработана система ввода в струю кислорода молотой извести в регулируемых коли­чествах.

В настоящее время в мире работают несколько десят­ков конвертеров с донной продувкой садкой до 250 т. Каждая десятая тонна конвертерной стали, выплавлен­ной в мире, приходится на этот процесс.

Конструкция конвертера

Основное отличие конвертеров с донной продувкой от конвертеров с верхним дутьем заключается в том, что они имеют меньший удельный объем (0,5—0,9 м3/т) и ос­нащены отъемным днищем.

В днище устанавливают от 7 до 22 фурм в зависимо­сти от емкости конвертера. Размещение фурм в днище может быть различным. Обычно их располагают в одной половине днища так, чтобы при наклоне конвертера они были выше уровня жидкого металла. Перед установкой конвертера в вертикальное положение через фурмы пу­скается дутье.

Фурма состоит из двух труб (рис. 58): внутренней для подачи кислорода и наружной, образующей кольце­вой зазор вокруг внутренней, для введения углеводородсо – держащего газа (ОБМ и Ky – БОП процессы) или жидкого топлива (процессы ЛВС и КЕК).

Размер сопел зависит от многих факторов и определя­ется на основе моделирования. Для обеспечения защитной роли кольцевого газа или жид­кого топлива щель между внутренней и внешней труба­ми должна составлять 0,5— 2,5 мм.

Защитное действие углево- дородсодержащего газа или топлива заключается в том, что под влиянием высоких темпе­ратур углеводороды разлага­ются по реакции CxHy-^xCjr ArIjjIH2, которая идет с по­глощением тепла. Этого доста­точно для компенсации избы­точного тепла, выделяющегося при взаимодействии чис­того кислорода с жидким металлом. Таким образом предотвращается быстрое разрушение фурм и частей днища, прилегающих к фурмам.

Интенсивность подачи кислорода находится в преде­лах 4^—7 м3/(т-мин). Расход природного газа составляет 6—7 % от расхода кислорода, расход пропана ~3,5 %.

Футеровка рабочего слоя конвертера — смолодоломи – товая. Днища обычно делают смолодоломитовыми, на­бивными. Стойкость футеровки конвертеров находится’ в пределах 400—600 плавок; стойкость днищ 300—400 пла­вок при защите газом и 500—600 плавок с использова­нием жидкого топлива.

Технология плавки

Рис. 58. Схема устройства фур­мы для донной продувки кисло­родом в конвертере:

2

1 — природный газ (или другая защитная среда); 2 — кислород

В условиях донной продувки изменяются условия пе­ремешивания ванны, на порядок увеличивается поверх­ность металл — газ. Это оказывает благоприятное влия­ние на условия зарождения и выделения пузырьков СО. Таким образом, скорость обезуглероживания при донной продувке выше по сравнению с верхней. Получение ме­талла с содержанием углерода менее 0,05 % не представ­ляет затруднений.

Благоприятные условия протекания реакции обезуг­лероживания обеспечивают по ходу плавки при донной

Рис. 59. Зависимость окислеиности шлака (содержания FeO) при верхней (?) и донной (2) продувке от продолжительности продувки тдр верхней (/) и донной (2) продувке

Pне. 60. Изменение состава металла при донной продувке

Продувке меньшую окисленность металла и шлака (рис.

59) . Поэтому содержание марганца по ходу плавки не­сколько выше, чем при верхней продувке, и практически не меняется, оставаясь на уровне 0,25—0,5 %• Лишь в конце продувки, когда содержание углерода становится очень низким и повышается окисленность шлака, содер­жание марганца падает до значений ниже 0,2 % (рис.

60) .

По причине низкой окислеиности шлака (менее 5 % FeO) на протяжении почти всей продувки условия для удаления фосфора не благоприятны. Лишь в конце продувки при содержании углерода порядка 0,05 % окис­ление шлака усиливается (содержание FeO в шлаке до­стигает 15—18%) и фосфор начинает интенсивно пере­ходить в шлак. В связи с этим для получения стали с низ­ким содержанием фосфора необходимо окислять углерод до низких значений; при выплавке средне – и высокоугле­родистых сталей требуется науглероживание металла после продувки. Применением тонкоизмельченной извес­ти в струе кислорода можно добиться удаления фосфора с начала продувки одновременно с окислением углерода и кремния. Введение порошкообразной извести способст­вует формированию уже на первых минутах продувки активного основного шлака, что позволяет получить 0,02—0,03 % P при переделе низкофосфористых чугунов (<0,2 % P)- Получение низких содержаний фосфора при переделе высокофосфористых чугунов возможно лишь при условии скачивания шлака.

Условия удаления серы при донной продувке более благоприятны, чем при верхней продувке. Это опять-та­ки связано с меньшей окисленностью шлака и увеличе­нием поверхности контакта газ — металл. Последнее обстоятельство способствует удалению части серы в га­зовую фазу в виде SO2.

Условия, определяющие содержание газов в металле при продувке снизу, отличаются от условий верхней про­дувки. С одной стороны, вследствие снижения температу­ры реакционной зоны и уменьшения подсоса атмосфер­ного воздуха при дутье снизу содержание азота в стали ниже (0,003—0,005 %)• С другой стороны — в результате разложения углеводородов содержание водорода в конце продувки может достигать недопустимо высоких (до 9 см3/100 г) значений. Для получения нормального зна­чения содержаний водорода в стали (2—3 см3/100 г) в конце плавки продувку ванны ведут аргоном, азотом или воздухом. Длительность продувки независимо от емкости конвертера составляет 10—12 мин. Расход кислорода при переделе высокофосфористых чугунов (ОБМ, JlBC процессы) составляет 60—63 м3 на 1 т стали; при пере­деле низкофосфористых чугунов (Ку-БОП процесс) это значение находится в пределах 48—55 м3/т.

Ряд преимуществ процесса с донной продувкой в по­вышении выхода годного на 1—2%, сокращении дли­тельности продувки, ускорении плавления лома, меньшей высоте здания цеха и т. д., позволяет успешно заменять этим процессом томасовские конвертеры. Вопрос целесо­образности замены процесса с верхней продувкой на донную пока остается открытым.

Прежде всего процессы донной продувки представля­ют существенный интерес для возможной замены мар­теновских печей без коренной реконструкции зданий мар­теновских цехов.