Статьи | Металлолом — Part 95

(Проблема выплавки, стали с использованием ч)ч^на любого CQJl. •става и большого количества. скрапа была впервые решена в 1864 Л. Мартеном (Франция), который построил регенеративную отражу, тельную печь для плавки литой стали. JX Мартен для реализации нд-’ — вого процесса использовал идею братьев Вильяма и Фридриха Си­менс (Германия), которые предложили использовать тепло уходН— , 1цих из печи газов для подогрева воздуха и газообразного топлива» в специальных камерах — регенераторах.

Благодаря указанным преимуществам, а также четкости и отно — : сительной простоте контроля и управления ходом плавки мартенов­ский процесс получил широкое распространение в мире и до 1955 г. являлся основным сталеплавильным процессом. — .

В 60-х годах в связи с бурным развитием кислородно-конвер­терного процесса относительная доля мартеновской стали начала сни­жаться. Развитие мартеновского производства шло по пути уведЯ; ,

ЧениЯ- Садки и производительности печей и улучшения их техника^____ »

Экономических показателей. Совершенствованию мартеновского про,-. ¦ изводства посвящено много трудов русских и советских ученых^___ В. Е. Грумм-Гржимайло, А. А. Байкова, М. А. Павлова, М. М. Карй • наухова, К. Г. Трубина и др.

СССР считается родоначальником строительства мощных и сверхмощных мартеновских печей. В настоящее время более полови­ны всей мартеновской стали у нас выплавляется в печах емкостью 400—600 т; работают также крупнейшие в мире печи емкостью 900 т.

Для достижения высокой производительности необ­ходимы рациональная планировка цеха и правильная ор­ганизация грузопотоков в его отделениях для своевре­менного обеспечения конвертеров материалами и уборки из цеха продуктов плавки.

Основные грузопотоки в цехе должны иметь самосто­ятельные пути и не пересекаться другими потоками. К основным грузопотокам относятся подача жидкого чугу­на, холодных шихтовых материалов, изложниц, огнеупо­ров, уборка слитков, шлака и других отходов. Желатель­но иметь сквозные (не тупиковые) пути для главных гру­зопотоков и отдельные погрузочно-разгрузочные устрой­ства. Мостовые краны следует использовать только для подъема и поперечного перемещения грузов. Для про­дольного перемещения грузов необходимо использовать железнодорожный, автомобильный и монорельсовый транспорт. На рис. 64 представлен типовой конвертерный цех с тремя 100-т конвертерами. К основным отделениям цеха относятся: конвертерное, разливочное, миксерное, отделение шихтовых магнитных материалов, отделение шихтовых сыпучих материалов, отделение подготовки из­ложниц, двор подготовки составов, стрипперное отделе­ние.

Конвертерное отделение размещается в закрытом здании, состоящем из трех пролетов: загрузочного, печ­ного, разливочного. Все пролеты соединены между со­бой поперечными железнодорожными путями для транс­портировки стали и шлака под конвертерами.

Миксерное отделение размещается в отдельном зда­нии (рис. 65), примыкающем к конвертерному цеху. Мик­сер представляет собой емкость цилиндрической формы с кожухом, футерованным изнутри огнеупорным материа­лом, и предназначен для обеспечения бесперебойного снабжения сталеплавильных цехов жидким чугуном. Миксер имеет отверстие сверху для заливки чугуна, по-

Рис. 65. Стационарный миксер:

1 — кожух; 2— футеровка; 3 — люк для заливки чугуна; 4 — сливиой носок; б— роликовые обоймы; 6 — Дугообразная опора; 7— механизм поворота

Ступающего из доменного цеха, и носок для слива чугу­на. Миксер может поворачиваться вокруг горизонталь­ной оси для слива чугуна в ковш с последующей подачей его в сталеплавильный цех (конвертерный или мартенов­ский). Для подогрева чугуна миксер отапливают мазу­том или газом. Типовые миксеры в СССР имеют вместимость 600, 1300 и 2500 т.

145

В настоящее время жид­кий чугун к сталеплавильным агрегатам подают также с ис­пользованием передвижных миксеров. В этом случае в сталеплавильном цехе отсут­ствует миксерное отделение. Чугун из доменной печи сли­вают в ковш миксерного ти­па (рис. 66), транспортиру­ют его в сталеплавильный цех, где он ожидает момента заливки в печь. Из передвиж­ного миксера чугун сливают в заливочный ковш, а из него в печь. Передвижной миксер имеет сигарообразную фор­му. Главными элементами миксера являются: корпус, два опорных узла, привод по­ворота корпуса, две ходовые тележки и кабина. Сталь­ной кожух футерован изнутри шамотным кирпичом. Ем­кость передвижных миксеров составляет 100—600 т; стойкость футеровки 400—500 наливов чугуна. Длина отечественного ковша миксерного типа емкостью 420 т равна 32 м, ширина 3,7 м.

2 1

Рис. 66. Ковш миксерного типа:

1 — стальной кожух; 2 — футеровка из шамотного кирпича; 3 — горловина; 4 — цапфы; 5 — механизм поворота; 6 — рельсовый путь; 7 — подшипниковые опоры; 8 — ходовая тележка

10—398

Преимущества использования ковшей миксерного ти­па состоят в снижении капитальных затрат, повышений температуры заливаемого в конвертеры чугуна на 50 К недостаткам следует отнести невозможность усредне­ния состава и температуры чугуна. J

Механические и технологические свойства кислород­но-конвертерной стали не уступают, а в ряде случаев да­же превосходят свойства мартеновской стали. Свойства стали в основном определяются содержанием примесей кислорода, азота, серы, фосфора, водорода и неметалли­ческих включений. Выше уже отмечалось, что удаление фосфора и серы успешно осуществляется при кислород­но-конвертерном процессе. Содержание кислорода в кон­вертерной стали примерно такое же, как и в мартенов­ской. При использовании кислорода чистотой 99,5 % кислородно-конвертерная сталь содержит до 0,005 % азота. В настоящее время освоено производство углеро­дистой, низколегированной и легированной сталей неко­торых марок. Освоена выплавка и ответственных сред­не- и высоколегированных сталей (нержавеющей, динам — ной, трансформаторной). Из кислородно-конвертерной стали изготовляют катанку, проволоку, сортовой прокат, лист, трубы, рельсы и широкий сортамент других изде­лий.

Производство стали кислородно-конвертерным про­цессом характеризуется меньшими удельными капиталь­ными затратами по переделу, высокой производитель­ностью агрегатов и более высокой производительностью труда по сравнению с мартеновским производством. Ка­питальные затраты на строительство кислородно-конвер­терного цеха на 17—20% меньше, чем на строительстве мартеновского цеха, производительность труда выше на 27% и себестоимость стали ниже на 2%, чем в марте­новском цехе. Основные технико-экономические показа­тели работы современных кислородно-конвертерных це­хов при продувке мартеновского чугуна следующие:

Вместимость конвертеров, т…………………………………………… 100—350

Продолжительность, мин:

TOC \o «1-3» \h \z Продувки……………………………………………………………………………. 15—24

Цикла плавки……………………………………………………………….. 30—50

Годовая производительность цеха, млн. т. слитков:

Три 100-т конвертера……………………………………………………. 2,5—3,0

Три 250-т конвертера…………………………………………… ‘ 4,7—5,0

Выход годного, %……………………………………………………………………… 89—92

Расход, %:

Извести…………………………………………………………………………. 6—10

Лома…………………………………………………………………………….. 18—27

Расход кислорода, м3/т стали…………………………………………… 50—56

Расход огнеупоров на футеровку конвертеров, кг/т стали 2—4

Стойкость футеровки, число плавок…………………………………….. 400—800

Расходы по переделу, руб/т………………………………………………………….. 5—8

При продувке фосфористого чугуна

Вместимость конвертеров, т. . ………………………………………. 20—180

Продолжительность, мин:

Продувки. ………………………………………………………………………….. 18—28

Цикла плавки. …………………………………………………………….. 50—65

Выход годного, 1% Расход,,%:

Извести

Лома…………………………………………….

87—89

10—16 20—35 60—63 120—450

Расход кислорода, м3/т стали. . Стойкость футеровки, число плавок

Основная сложность контроля хода плавки при кис­лородно-конвертерном процессе связана с высокой ско­ростью его протекания. Общепринятые в металлургии методы контроля при помощи химического анализа проб металла по ходу плавки неприемлемы для данного мето­да. По тем же причинам нельзя считать удовлетворитель­ным способ контроля температуры металла термопарами погружения. В связи с этим многочисленные усилия ис­следователей и практиков направлены на изыскание ме­тодов непрерывного контроля температуры и состава металла по ходу продувки. Из перспективных существу­ющих методов контроля температуры металла можно назвать следующие:

1. Непрерывный замер температуры ванны термопа­рами, горячий спай которых защищается чехлами из вы­сокоогнеупорных материалов (используются чехлы, стойкость которых составляет десятки часов). Широкого применения способ пока еще не нашел.

2. Способ периодического замера температуры ванны при помощи «бомб», забрасываемых в конвертер по ходу продувки на гибком отгорающем троссе.

3. Применение оптических пирометров со специаль­ной защитой от брызг металла. Пирометр вводят в кон­вертер при помощи специальной водоохлаждаемой трубы.

Контроль содержания углерода в металле в кисло — родно-конвертерном процессе является наиболее ответ­ственным моментом. Существует несколько методов кон­троля: по интенсивности излучения факела, которая зависит в основном от скорости окисления углерода (выде­ление СО); по температуре отходящих из конвертера га­зов; по анализу содержаний СО и CO2 в отходящих га­зах (в камине); по интенсивности шума в конвертере и др. Момент окончания плавки в конвертере можно оп­ределить по расходу кислорода с начала операции. Рас­ход кислорода фиксируется интегратором, который после пропускания заданного количества на плавку дает сиг­нал на повалку конвертера. При этом отключается дутье и автоматически поднимается фурма.

В последние годы созданы системы автоматического N управления конвертерной плавкой с применением элек­тронных вычислительных машин (ЭВМ). С этой целью разработаны математические модели процесса, основан­ные на тепловом и материальном балансах плавки. На основе математического описания процесса создается программа (алгоритм) для ЭВМ. В ЭВМ вводят исход­ные данные о составе чугуна, флюсов и охладителей, ко­личестве сыпучих, температуре чугуна, чистоте кислоро­да, основности конечного шлака, составе и температуре готовой стали и т. д. Машина на основании полученной информации и уравнений математической модели про­цесса прогнозирует ход плавки, рассчитывает количество и время присадок, расход кислорода на плавку и момент окончания продувки, рассчитывает и вводит в ковш не­обходимое количество раскислителей.

В практике применяют статические и динамические системы управления. Недостатком статических систем является невозможность учета различного рода отклоне­ний в ходе плавки, например неточности в исходных па­раметрах, отклонения в угаре железа, механические по­тери металла, степень усвоения ванной кислорода и т. д. Этих недостатков лишены динамические системы, осно­ванные на управлении процессом с обратной связью, ког­да, кроме начальных параметров, используется непре­рывная информация о ходе плавки. Система воздействует на ход процесса, учитывая отклонения, возникаю­щие по ходу плавки, и обеспечивает проведение процес­са по оптимальному режиму. При этом обеспечивается максимальная производительность, выход годного и ка­чество стали.

В процессе конвертерной плавки, особенно в больше­грузных конвертерах, образуется большое количество газов. Газы, покидающие конвертер, захватывают и уно­сят мелкодисперсные частицы оксидов железа, образую­щиеся в результате испарения железа и не успевшие осесть в шлаке.

В 100-т конвертере количество образующихся газов достигает 1000 м3/мин; в конвертерах вместимостью 300 т — до 3000 м3/мин. Средняя загрязненность этих га­зов составляет 10—120 г/м3. В соответствии с санитарны­ми нормами допускается содержание не более 0,1 г/м3 пыли в выбрасываемых в атмосферу газах. Отсюда необ­ходимость строительства установок для очистки газов. Стоимость очистных сооружений достигает 30 % стоимо­сти конвертерного цеха. В настоящее время применяют две схемы очистки отходящих газов: с дожиганием и без дожигания.

В первой схеме СО дожигают в камине при помощи кислорода воздуха, подсасываемого между горловиной конвертера и камином. Охлаждение газов осуществляют с использованием и без использования тепла. Без ис­пользования тепла газы охлаждают путем их сжигания в большом количестве холодного воздуха и впрыскива­ния воды. При охлаждении газов с использованием теп­ла дожигание производят путем подачи воздуха в не­большом количестве и впрыскивания воды. Для исполь­зования тепла применяют котлы-утилизаторы.

На рис. 63 показана ти­повая схема отвода газов с дожиганием и использова­нием тепла в котле-утилиза­торе. Схема представляет со­бой типовой проект для кон­вертеров садкой 100—130 т, работающих в СССР. Отхо­дящие газы поступают в ка­мин, где происходит сжига­ние СО за счет кислорода воз­духа, подсасываемого через зазор между горловиной кон­вертера и камином. В ками­не, представляющем собой радиационную часть котла- утилизатора, происходит от­дача физического тепла го­рячих газов и химического тепла, выделяемого при сго­рании СО. Из подъемного га­зохода газы попадают в опу­скной газоход и охлаждают­ся до 250—300 °С. Дальше газы попадают в газоочист­ку, где охлаждаются до 80— 90 0C водой. Далее газы попадают в трубы-распылители. Вентури, в которых пыль укрупняется и смачивается во­дой. Затем газы проходят через водоотделяющую решет­ку и поступают в электрофильтр для окончательной очистки, откуда дымососом выбрасываются в атмосферу.

Рис. 63. Отвод и очистка конвер­терных разов:

/ — конвертер; 2 — фурма; 3 — ка­мин; 4 — опускной газоход; 5 — Электрофильтр; 6—водоотделяющая решетка; 7 — трубы Вентури; 8 — Водяное охлаждение

В схеме без дожигания организуют отвод газов в камин без доступа воздуха. Из-за отсутствия подсоса воздуха объем очищаемых газов уменьшается в 3—4 ра­за, что позволяет значительно упростить и удешевить систему газоочистки (примерно на 40 %). На отечествен­ных конвертерах вместимостью 150—300 т, как правило, используется схема отвода и очистки газов без дожига­ния, включающая две ступени мокрой газоочистки (труб Вентури). Охлажденные и очищенные газы направляют в газгольдеры для последующего использования в ка­честве топлива и сырья для химической промышлен­ности.

При продувке металла в конвертерах возможны выб­росы металла. Поэтому конвертер ограждают специаль­ными щитами со всех сторон. Пуску дутья, подъему, опусканию фурмы и наклону конвертеров предшествуют звуковые и световые сигналы, предупреждающие обслу­живающий персонал конвертерного и разливочного от­делений о начале этих операций.

Наличие значительных запасов высокофосфористых руд в ряде стран Европы заставило металлургов изыски­вать способы использования кислородно-конвертерного процесса для передела высокофосфористых чугунов.

Основная сложность переработки высокофосфористых чугунов (1,8—2,0% Р) заключается в получении низких содержаний фосфора к моменту достижения заданной концентрации углерода. Необходимость дальнейшей продувки металла для окисления фосфора увеличивает

Продолжительность процесса, уменьшает производитель­ность и повышает угар железа, т. е. снижает выход год­ного. Поэтому нужно организовать процесс таким обра­зом, чтобы скорость окисления фосфора была значитель­но больше той, которая имеет место при переделе мало­фосфористых (0,1—0,3 % Р) чугунов. Необходимо обес­печить условия для быстрого увеличения основности шлака при поддержании соответствующего высокого со­держания FeO в нем.

В последние 10—15 лет были разработаны различные варианты кислородно-конвертерного процесса, в которых в струю кислорода для продувки подается порошкообраз­ная известь. Наибольшее распространение получили ОЛП и ЛД-АЦ процессы.

Процесс ОЛП был разработан во Франции. Сущность метода заключается в том, что через фурму вместе с кис­лородом подается порошкообразная известь (рис. 62). Размер частиц извести составляет 0,1—2 мм. Благодаря тонкому помолу известь быстро прогревается и раство­ряется в шлаке, формируя активный известково-железис — тый шлак, что обеспечивает развитие реакции дефосфо­рации с самого начала продувки со скоростью, превыша­ющей скорость обезуглероживания. Процесс делится на два периода. К концу первого периода, длительность ко­торого составляет ~75 % от общей длительности продув­ки, в металле содержится 0,8—1,2 % С и 0,1—0,3 % P — После прекращения продувки сливают большую часть шлака (до 90%). Шлак с высоким содержанием P2O5 (20—22 %) используют для получения удобрений. После удаления шлака проводят второй период плавки: добав­ляют скрап (или периодически железную руду) и ведут продувку кислородом с измельченной известью до задан­ного содержания углерода. Расход извести составляет 8—12 % от массы чугуна, скрапа 25 %, кислорода 55— 57 м3 иа 1 т чугуна. Конвертеры по конструкции и футе­ровке не отличаются от обычных кислородных конверте­ров.

Описанным методом можно выплавить низко-, средне — и высокоуглеродистые стали (до 0,7 % С) с низким со­держанием фосфора.

Тщательный анализ преимуществ и недостатков мето­дов верхней и нижней продувки привел к созданию про­цесса, в котором металл продувается сверху кислородом

Ar

А

. Рис. 61. Схема кислородно-конвертерного процесса с комбини­рованным дутьем:

1 — шлак: 2 — металл; 3 — пропан; 4 — кислород+флюсы

И снизу—кислородом, аргоном или азотом. Неиспользо­вание конвертеров с комбинированной продувкой (по сравнению с продувкой только сверху) позволяет повы­сить выход металла; повысить долю лома, снизить рас­ход ферросплавов; уменьшить расход кислорода; повы­сить качество стали за счет снижения содержания газов при продувке инертным газом в конце операции.

Возможные схемы работы по различным вариантам кислородно-конвертерного процесса с комбинированным дутьем представлены на рис. 61. В настоящее время в мире уже работает несколько установок с комбинирован­ной продувкой. В СССР по такой схеме работают конвер­теры на Днепродзержинском металлургическом заводе, вместимость которых 250 т.

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 ( 100 т днище выполня­ют неотъемным для придания жесткости всему корпусу.

Кожух конвертера выполняют сварным из листов толщиной от 20 до 110 мм. К централь­ной части корпуса конвертера крепят цап­фы, соединяющиеся с устройством для наклона. В местах крепления цапф к корпусу конвертера преду­смотрены различные приспособления для предохране­ния от теплового воздействия, например используют двойные стенки или систему водяного охлаждения цапф изнутри.

Горловина конвертера больше всего подвержена вы­сокотемпературной пластической деформации вследствие теплоизлучения металла и газов в период плавки. Поэ­тому для увеличения срока службы горловины применя­ют водяное охлаждение или иногда горловину выполня­ют съемной.

Рис. 52. Кислородный 100-т конвертер с отъемным днищем

Механизм поворота конвертера состоит из системы передач (рис. 53), связывающих цапфы с приводом. Конвертер может поворачиваться вокруг горизонтальной оси на 360° со скоростью от 0,01 до 2 об/мин. Для кон­вертеров малой и средней емкости используют односто­ронний привод. Привод осуществляется от двух или не­скольких электродвигателей. Для большегрузных конвер­теров вместимостью >200 т применяют двусторонний привод, например четыре двигателя по два на каждую цапфу.

В шлеме конвертера имеется летка для выпуска ста­ли. Выпуск стали через летку позволяет уменьшить пере-

Рис. 53. Кислородный конвертер:

/ — опорный подшипник; 2 — цапфа; 3 — защитный кожух; 4 — опорное коль­цо; 5 — корпус ведомого колеса; б —навесной электродвигатель с редуктором; 7— ведомое зубчатое колесо; 8 — демпфер навесного электродвигателя; 9— демпфер корпуса ведомого колеса; 10 — опорная станина

Мешивание металла и шлака. Летка закрывается огне­упорной глиной, замешанной на воде. Залогом успешной работы конвертера служит правильно выбранная кон­фигурация его профиля. Основными параметрами для расчета профиля конвертера являются: высота H и диа­метр D рабочего пространства; удельный объем Vy, т. е. объем, приходящийся на единицу продуваемого чугуна; глубина ванны /; диаметр горловины d и др. Соотноше­ния между этими величинами для конвертеров различ­ной вместимости приведены в табл. 1.

Удельный объем существующих конвертеров вмести­мостью до 100 т колеблется от 0,8 до 1,1 м3/т; для кон­вертеров вместимостью 270, 300 т и более — до 0,70— 0,79 м3/т. Значительное увеличение, так же как и умень­шение удельного объема, нежелательно. В первом случае это приводит к увеличению размеров конвертера и цеха, повышает расход огнеупоров. Во втором случае увеличе­ние выбросов металла затрудняет нормальное ведение плавки. Отношение высоты рабочего пространства H к его внутреннему диаметру D для существующих конвер­теров находится в пределах 2,1—1,17, снижаясь для кон-

Таблица 1. Характеристика кислородных конвертеров

Вместимость конвертера, т

Я, м

D1 м

H/D ^

J^M’/т

/¦ M

D, м

30

5,85

2,78

2,10

1,00

0,85

1,40

40

5,50

3,00

1,83

0,81

1,00

1,50

100

7,65

4,00

1,90

0,80

1,50

1,65

135

8,50

5,55

1,53

1,10

1,34

2,60

180

9,35

5,52

1,69

0,93

1,71

2,85

200

9,50

5,95

1,60

1,03

1,78

3,10

250

8,46

6,08

1,39 —

0,76

1,50

2,60

300

9,00

6,70

1,34

0,67

1,72

3,66

Вертеров большей вместимостью. Оптимальной эту вели­чину следует считать для конвертеров вместимостью >300 т в пределах 1,35—1,3 и 1,9—2,0—для малых кон­вертеров (до 80 т). Соотношения между вместимостью, внутренним диаметром D и глубиной ванны I конвертера приведены ниже:

Вместимость 100 150 200 300

D, м 4—4,4 4,8—5,5 5,5—5,94 6,7

UM 1,4-1,5 1,54—1,61 1,85-1,9 1,99—2,05

Диаметр горловины конвертера принимают, исходя из определенного расхода лома на плавку. Горловина боль­ших размеров позволяет производить завалку стального лома в один прием, что сокращает длительность плавки. При этом повышается также стойкость футеровки горло­вины (ослабляется воздействие потока отходящих горя­чих газов). Но слишком большой диаметр горловины может стать причиной заметного подсоса в конвертер ат­мосферного воздуха и привести к повышению концентра­ции азота в стали. Диаметр горловины в действующих конвертерах составляет 0,4—0,6 D и находится в преде­лах 1,0—3,8 м. Угол наклона стенок горловины к верти­кали составляет 20—45°.

Футеровка конвертера

На рис. 54 представлена конструкция трехслойной фу­теровки конвертера. Футеровка состоит из арматурного слоя, прилегающего к кожуху, промежуточного и рабоче­го слоя, обращенного внутрь конвертера. Арматурный слой выполняется из обожженного магнезитового или магнезитохромитового кирпича и имеет толщину 110— 250 мм. Он длительное время не требует замены. Проме­жуточный слой, защищающий основной арматурный слой^ выполняется из набивной смолодоломитовой массы, ча­ще из смолодоломитового кирпича, бывшего в употреб­лении. Рабочий слой выполняют из безобжигового смо-

Рис. 54. Футеровка конвертера

Лодоломитового или доломитомагнезитового кирпича. Толщина рабочего слоя составляет 380—750 мм для кон­вертеров различной вместимости. Общая толщина футе­ровки конвертеров в зависимости от вместимости 700—> 1000 мм.

Условия эксплуатации огнеупоров в кислородных конвертерах значительно сложнее, чем при других спосо­бах производства стали. Это обусловлено следующими причинами: 1) интенсивным перемешиванием стали при продувке кислородом; 2) ударным воздействием загру­жаемых материалов; 3) действием знакопеременных на­грузок, возникающих при вращении конвертера; 4) рез­кими колебаниями температуры в период от одной плав­ки до выпуска стали следующей плавки; 5) действием высоких температур; 6) образованием большого количе­ства пыли.

Таким образом огнеупоры для кладки кислородного конвертера должны обладать высокой химической стой­костью, сопротивляемостью размывающему воздействию потоков металла и шлака и противоударной устойчи­востью загрузке шихты.

Этим, а также экономическим требованиям соответст­вует смолодоломитовый кирпич. Его изготовляют из обожженного доломита с добавкой каменноугольной смолы 4—9 %. Состав обожженного доломита: 50—60 % CaO; 32—39% MgO; ^5—7 % SiO2; ^8—12% всех примесей, включая SiO2. Доломитовый кирпич изготов­ляют прессованием под давлением 30—40 МПа. Су­щественным недостатком смолодоломита является его склонность к гидратации, т. е. способность поглощать влагу из атмосферы. Вследствие склонности к гидрата­ции смолодоломитовый кирпич не выдерживает длитель­ного хранения (кирпич теряет прочность и рассыпается). Поэтому при хранении и транспортировке кирпич должен иметь целлофановую упаковку.

Хорошей сопротивляемостью воздействию шлака, низкой скалываемостью и меньшей склонностью к гидра­тации обладает смолодоломитомагнезитовый кирпич (45—55 % MgO). Замена им смолодоломитового кирпича позволяет увеличить стойкость футеровки. Футеровку конвертера выполняют из необожженных кирпичей. Об­жиг футеровки осуществляется при 1100—1200°С при по­мощи мазутных форсунок. При обжиге происходит кок­сование смолы с образованием прочного коксового остатка. Он придает прочность футеровке и уменьшает степень взаимодействия шлака с ней. Днище конвертера выкладывают также из трех слоев. К кожуху укладыва­ют шамотный или обожженный магнезитовый кирпич, затем магнезитовый и слой из смолодоломитового или доломитомагнезитового кирпича.

Эффективным способом повышения стойкости футе­ровки является торкретирование наиболее изношенных участков кладки. Способ заключается в нанесении на по­верхность футеровки массы из мелкозернистой магнези — тохромитовой смеси в струе сжатого воздуха. Стойкость футеровки современных кислородных конвертеров со­ставляет 500—800 плавок (максимальная стойкость фу­теровки, достигнутая в СССР, составляет 1400 плавок), что соответствует удельному расходу огнеупоров от 2 до 6 кг/т. Это самый низкий расход огнеупоров из всех спо­собов массового производства стали.

Конструкция фурмы

Кислород поступает в конвертер по водоохлаждаемой фурме, изготовленной из трех цельнотянутых труб, кон­центрически входящих одна в другую. Снизу фурма за­канчивается медным наконечни­ком — головкой. Головка фурмы является сменной. Ее крепят к стальным трубам при помощи резьбы и сварки. Кислород, как правило, подается по централь­ной трубе, две внешние служат для подвода и отвода воды. Име­ются конструкции фурм с цент­ральной подачей охладителя. Дав­ление кислорода, подаваемого в фурму, находится в пределах 0,9—1,5 МПа, давление воды для охлаждения 0,6—1,0 МПа. Тем­пература отходящей воды из фур­мы не должна превышать 40 °С.

Фурму устанавливают верти­кально, строго по оси конвертера. Высоту расположения фурмы над уровнем метал­ла изменяют по ходу плавки. Подъем и опускание фурмы производятся при помощи механизма, сблокированного с механизмом вращения конвертера. Конвертер нельзя по­вернуть, пока из него не удалена фурма. Конструкция фурмы оказывает большое влияние на работу конвертера и определяет его производительность, стойкость футеров­ки, выход годного и т. д.

Наиболее простыми по конструкции являются одно — сопловые фурмы. Односопловые фурмы успешно исполь­зуют в конвертерах малой и средней емкости при расхо­дах кислорода, не превышающих 200—300 м3/мин.

Рнс. 55. Головка трехсопло — вой фурмы:

1 — распределитель воды;

2 — сопло Лаваля

С увеличением размеров конвертеров и количества кислорода, подаваемого через одно сопло, резко увеличи­лось количество выбросов. Это привело к уменьшению выхода годного и снижению стойкости футеровки. При­менение многосопловых фурм позволило получить рас­средоточенное («мягкое») дутье, при котором увеличива­ется площадь реакционной зоны, уменьшается количест­во выбросов, что дает возможность работать с большими расходами кислорода (500—900 м3/мин).

Наибольшее распространение получили трех — и четы — рехсопловые фурмы (рис. 55). Головки этих фурм имеют веерообразно расходящиеся сопла, наклоненные под уг­лом 6—15° к оси фурмы. Стойкость фурм составляет 70—300 плавок.

2. Сырые материалы

Шихтовые материалы кислородно-конвертерного процесса состо­ят из чугуна и скрапа (стального лома), флюсов (известняка, из­вести, боксита, плавикового шпата), охладителей (железной руды, окалины и т. д.), легирующих и раскислителей. Кроме указанных материалов, иногда применяют агломерат, окатыши, рудо-известко­вые брикеты, марганцевую руду. Доля чугуна в металлической части шихты колеблется от 70 до 100 %. На отечественных заводах обыч­но применяют чугун следующего состава: 3,9 — 4,3 % С; 0,5 — 1,0% Si; 0,7 — 1,7 % Mn; 0,03 — 0,06 %S; 0,015 — 0,15% Р. Состав чугуна в значительной степени влияет на ход процесса, качество стали, стойкость футеровки и технико-экономические показатели ра­боты.

Значительное повышение кремния в чугуне вызывает увеличение расхода охладителей и флюсующих. При этом повышается количе­ство шлака и содержание SiCb в нем, увеличиваются потери железа со шлаком и выбросами. Соответственно снижается выход годного и стойкость футеровки. При продувке чугуна с высоким содержа­нием кремния ухудшаются условия для удаления серы и фосфора. Вместе с тем нельзя допускать слишком низкую концентрацию кремния в чугуне, так как замедляется растворение извести, удлиня­ется бесшлаковый период в начале плавки. Это приводит к металли­зации и прогарам фурмы и ухудшает процесс удаления серы в связи с малым количеством шлака. Оптимальным содержанием кремния в чугуне следует считать 0,3—0,5 % (по некоторым данным, 0,4— 0,8 %) при использовании в качестве охладителя железной руды. При охлаждении скрапом содержание кремния в чугуне может быть увеличено, так как общее содержание кремния в металле снижается вследствие разбавления чугуна ломом.

Количество марганца в чугуне выбирают в зависимости от со­держания серы в шихтовых материалах и сортамента выплавляемой стали. С увеличением количества марганца в чугуне несколько сни­жается содержание серы в готовой стали, улучшаются условия шла­кообразования. Однако при этом увеличивается угар металла и сни­жается выход годного. Чугун для кислородных конвертеров должен содержать марганец в пределах 0,7—1,1 %. Количество серы в чугу­не желательно иметь в пределах 0,04—0,05 %, но не более 0,07%. Содержание фосфора в чугуне не должно превышать 0,15 %. Уве­личение фосфора усложняет технологию передела.

Применяемый в кислородном конвертере скрап должен быть ма­логабаритным, содержать минимальное количество вредных приме­сей и ржавчины. Крупные куски лома нежелательны, так как могут повредить футеровку при загрузке. Легковесный скрап увеличивает длительность завалки. Лучшим ломом считаются отходы прокатных

Цехов. В настоящее время проводятся успешные опыты по замене скрапа металлизованньгми окатышами (СССР), губчатым железом в виде брикетов (ФРГ) и другими материалами.

Известь применяют для формирования жидкоподвижного шла­ка. Качество ее в значительной степени определяет ход шлакообра­зования, степень дефосфорации и десульфурации и основные пока­затели кислородно-конвертерной плавки. Известь должна быть све- жеобожженной и иметь равномерный состав с размером кусков IO— 60 мм. Количество влаги в извести должно быть минимальным, со­держание серы не более 0,1—0,2 %, кремнезема не более 2,5—3 °/о — Соблюдение перечисленных требований способствует ускорению про­цесса шлакообразования, уменьшению выноса извести при продувке и позволяет получать сталь с низким содержанием серы и фосфора. Боксит и плавиковый шпат используют в качестве разжижителей шлака. Боксит содержит 37—50 % Al2O3, 10—20 % SiO2 и 12— 25 % Fe2O3. Его применяют крайне редко, в основном при дефици­те или отсутствии плавикового шпата. Высокое содержание SiO2 вызывает снижение основности шлака и стойкости футеровки. Бо­лее эффективным разжижителем является плавиковый шпат. Он содержит

Scroll to Top