Технология кислородно-конвертерной плавки

 

Наиболее простым и самым распространенным вариантом кон­вертерных процессов является проведение плавки в одношлако­вом (моношлаковом) режиме. В этом случае технологический цикл обычно состоит из нескольких операций, продолжительность которых приведена ниже, мин:

Завалка лома	3-4
Заливка чугуна	3-4
Продувка	10-25
Взятие пробы, ожидание анализа	3-4
Слив (выпуск) металла	5-10
Слив шлака	1-2
Осмотр и подготовка конвертера к очередной плавке, в т. ч. торкретирование	0-5
Общая длительность цикла (плавки)	25-50

 

Продолжительность отдельных операций и цикла (плавки), как правило, не зависит от вместимости конвертера. Это объясняется тем, что по мере повышения вместимости конвертера повышается интенсивность дутья (3-7 м³/т-мин) и совершенствуется оборудование, позволяющее уменьшить продолжи­тельность таких операций, как завалка лома, заливка чугуна и т.д.

Перед началом каждой плавки осу­ществляют ее шихтовку (планирование), то есть определяют оптимальные для данных условий количества (расходы) чугуна, лома, шлакообразующих материалов и кислорода, обеспечивающие по окончании продувки получение металла с заданной массой, темпе­ратурой и концентрацией углерода, фосфора и серы.

Ход плавки. Плавку начинают с загрузки в конвертер лома. Завалка лома осуществляется в наклонном положе­нии конвертера при помощи совков, объем которых принимают такими, чтобы весь лом был подан в одном совке, т. е. загрузку осуществить в один прием. Равномерное распределение лома на днище достигается наклоном конвертера в противоположную от загрузки сторону. Затем из заливочного ковша через горловину наклоненного конвертера заливают жидкий чугун. Заливка чугуна в требуемом количестве, известного химического состава и температуры осуществляется в один прием при помощи чугуновозных ковшей соответствующей вместимости.

После заливки чугуна конвертер поворачивают в вертикальное рабочее положение. В полость конвертера вводят фурму, включая подачу кислорода – период продувки. Затем загружают первую порцию шлакообразующих (известь с плавиковым шпатом и иногда с добавкой руды, окалины, окатышей, боксита). В первую порцию входит. 1/2—2/3 шлакообразующих, оставшееся количество вводят несколькими порциями в течение первой трети длительности про­дувки. Эти материалы вводят порциями 1% массы металла, чтобы не вызвать переохлаждения ванны и нарушения нормально­го хода плавки. Часть извести (20-40%) иногда вводят до заливки чугуна.

За счет вводимого кислорода окисляются избыточный углерод, а также кремний, марганец и небольшое количество железа, причем окисление кремния и марганца заканчивается в первые 3—4 мин продувки.

Из образующихся окислов (исключая СО) и загружаемой в кон­вертер извести и других сыпучих формируется шлак. Основность его по мере растворения извести увеличивается и к концу продувки составляет 2,5—3,7. В течение всей продувки в шлак из металла удаляются фосфор и сера.

Образующиеся при окислении углерода пузырьки СО вспени­вают металл и шлак и существенно усиливают циркуляцию шлака и металла, что ускоряет процессы окисления, дефосфорации, десульфурации, нагрева металла и др. Вместе с пузырьками окиси угле­рода из металла удаляются растворенные в нем вредные газы — водород и азот.

Выделяющееся при реакциях окисления тепло обеспечивает нагрев металла до требуемой перед выпуском температуры и расплавление стального лома. Плавление лома обычно заканчивается в течение первых 2/3 длительности продувки.

Газообразные продукты окисления углерода (СО и немного СО₂) покидают конвертер через горловину, образуя высокотемпературный поток отходящих газов, в котором содержится много (до 250 г/м³) мелкодисперсных частиц Fе₂О₃. Наличие в отходящих газах большого количества оксидов железа связано с интенсивным испарением железа и его оксидов (дымовыделение). С отходящими газами выносятся также мелкие капели металла и шлака, мелкие частицы сыпучих мате­риалов, а также возможны выбросы (выливания через горлови­ну) металла и шлака.

Для очистки конвертерного газа от пыли 50-200 г/м³ каждый конвертер оборудуется сложной системой охлаждения и очистки отходящих газов с фильтрами "мокрого" или "сухого" ти­пов.

Продувка в зависимости от интенсивности подачи кислорода (3-7 м³/т мин) и удельного расхода кислорода на процесс 45-55 м³/т продолжается от 10 до 25 мин и должна быть законченана заданном для выплавляемой марки стали содержании углерода. К этому моменту металл должен быть нагрет до необходимой темпера­туры (1600—1650 °С), а содержание серы и фосфора в нем не должно превышать допустимых для данной марки стали пределов.

Окончив продувку из полости конвертера выводят кислородную фурму и осуществляют отбор пробы металла и шлака на химический анализ, а также измерение температуры металла. При отклонении от заданного состава или температуры металла осуществляют операции по исправлению плавки:

а) при избыточном содержании углерода проводится кратковре­менная додувка, обеспечивающая получение заданного содержания углерода.

б) при излишне высокой температуре проводят охлаждение металла, вводя в него охладители и делая выдержку после их ввода в течение 3—4 мин.

в) при недостаточной температуре металла проводят додувку при повышенном положении фурмы или же вводят в конвертер ферро­марганец или снликомарганец с последующей додувкой;

г) при недостаточном содержании углерода производят науглероживание металла присадками молотого кокса или графита на струю металла при его выпуске в ковш.

После любой корректировки, проведен­ной в конвертере, снова отбирают пробы металла и шлака, изме­ряют температуру.

После выполнения необходимых операций по исправлению плавки конвертер наклоняют, осуществляя выпуск стали в ковш через летку. Выпуск металла совмещается с его раскислением-легированием (присад­кой ферросплавов и алюминия в ковш), поэтому продолжитель­ность этой операции должна быть достаточной для полного расплавления и равномерного распределения в объеме металла вво­димых присадок. Она зависит от вместимости конвертера, но не должна быть < 5 мин. Конвертерный шлак отсекают, забрасывая специальные шары внутрь конвертера в конце выпуска или пода­вая инертный газ в сталевыпускное отверстие снаружи.

Слив шлака осуществляют в шлаковую чашу через горловину конвертера, повернув его в противоположную от выпуска металла сторону (рис. 65д).

Осмотр и подготовка конвертера к очередной плавке сводят­ся к осмотру и восстановлению футеровки, устранению обнаружен­ных повреждений. К обычным повреждениям относятся неизбеж­ный износ (более или менее равномерное разрушение) футеровки и образование настылей, в первую очередь на горловине. Неиз­бежный износ футеровки восстанавливают торкретированием.

Общая длительность плавки в конвертерах емкостью от 50 до 400 т составляет 30—55 мин.

Дутьевой режим плавки

 

Режим подачи кислорода в конвертерную ванну оказывает большое влияние на длительность продувки, ход шлако­образования, величину входа жидкой стали и ее качество, на стой­кость футеровки конвертера.

Дутьевой режим плавки можно считать оптимальным, если обеспечивается выполнение следующих основных требований: 1) высокая скорость удаления примесей металла (окисления углеро­да) при наиболее полном и примерно постоянном усвоении кисло­рода; 2) быстрое шлакообразование; 3) отсутствие выбросов ме­талла и шлака; 4) минимальное образование выносов и дыма; 5) минимальное содержание газов в конечном металле. Выполнение этих требований возможно лишь при поддержании в заданных пределах основных параметров дутьевого режима, к которым от­носятся интенсивность подачи дутья (продувки), давление и чисто­та кислорода, положение (высота) фурмы над уровнем спокойной ванны и удельный расход кислорода.

Удельный расход кислорода изменяется в пре­делах от 47 до 57 м³/т стали, возрастая при увеличении содержания окисляющихся примесей в чугуне и снижаясь при увеличении доли стального лома в шихте, поскольку лом содержит меньше окисля­ющихся элементов, чем чугун.

Давление кислорода перед фурмой должно быть в определенных пределах. Выходные сопла Лаваля кислородной фурмы преобразуют энергию давления газа в кинетическую. Для достаточного заглубления кислородных струй в ванну и полного усвоения металлом кислорода необходима высокая кинетическая энергия струй, поэтому размеры сопел рассчитывают так, чтобы скорость струи на выходе из них составляла 450—500 м/с. Давление кислорода перед фурмой при этом должно быть 1,2—1,6 МПа.

Высота расположения фурмы имеет оптималь­ные пределы. При чрезмерно высоком расположении фурмы кислородные струи не будут внедряться в металл («поверхностный обдув») и будет низка степень усвоения кислорода; при чрезмерно низком положении («жесткая продувка») усиливается вынос капель металла отходящими газами и абразивный износ фурмы каплями металла, существенно замедляется шлакообразование и др. С учетом этого в конвертерах разной емкости фурму устанавливают на высоте, соответствующей расстоянию до уровня ван­ны в спокойном состоянии от 0,8 до 3,3 м. В этих пределах высота обычно возрастает при увеличении емкости конвертера и за­висит также от конкретных условий работы данного конвертера.

Изменение высоты положения фурмы во время продувки обычно используют для регулирования окисленности шлака и ускорения его формирования.

Интенсивность продувки (в отличие от расхода кислорода в единицу времени, который возрастает при росте емко­сти конвертера и для большегрузных конвертеров достигает 2000 м³/мин), не зависит от емкости; она определяется главным обра­зом конструкцией кислородной фурмы (числом сопел в ней) На разных заводах величина интенсивности J находится в пре­делах 3—5,0 и иногда доходит до 7 м³/т-мин при применении 7-ми сопловых фурм.

Интенсивность продувки J определяет длительность продувки t. Связь между величинами t и J примерно можно вы­разить следующим уравнением: t = Q/J, где Q — удельный расход кислорода, равный как выше отмечалось 47—57 м³/т.

Чистота кислорода оказывает большое влияние на качество стали, поскольку от нее зависит содержание в стали азота. Так, например, при использовании кислорода со степенью чистоты 98,3—98,7 % сталь содержит 0,004—0,008 % N, а при степени чистоты кислорода 99,5—0,002—0,004 % N. Для предотвра­щения насыщения металла азотом необходимо применять кислород c чистотой не менее 99,5 %.