загрузка...
загрузка...
На головну

Киснево-конвертерного процесу З верхньою продувкою

  1. I Основні інформаційні процеси і їх реалізація за допомогою комп'ютерів
  2. I стадія раневого процесу.
  3. I. Основні і допоміжні процеси
  4. I. Процес об'єднання Італії і його вплив на систему міжнародних відносин
  5. II. 8.4. Розвиток мови в процесі навчання
  6. II. Процес об'єднання Німеччини і його вплив на систему міжнародних відносин
  7. III. 13.1. Поняття про уяву, його основних видах і процесах

15.3.1. Конструкція конвертера.У кисневому конвертері продування ванни здійснюють киснем через фурму, яку вводять зверху по осі конвертера. Управління процесом плавки ведуть в основному за допомогою зміни положення фурми і тиску кисню.

Ємність (місткість) конвертерів змінюється в широких межах. У нашій країні експлуатують конвертери ємністю від 160 до 400 т. У пристрої сучасного конвертера (рис. 15.6) можна виділити циліндричну середню частину, концентричну горловину (у вигляді усіченого конуса) і сферичне днище.

Виходячи з досвіду останніх років, мінімальні втрати металу при нормальному ході продувки (без викидів) досягаються при обсязі робочого простору конвертера, що перевищує в 5-7 разів обсяг розплаву в спокійному стані. Тому в ГОСТ закладено, що питома обсяг конвертерів незалежно від їх ємності повинен становити 0,8-1,0 м3/ Т. Ставлення полноц висоти робочого простору до його діаметру повинно бути в межах 1,2-1,6.

Обсяг ванни кисневого конвертера і всі основні параметри визначаються його ємністю з урахуванням інтенсивності продувки.

На рис. 15.7, а показані основні розміри, прийняті при конструюванні робочого простору агрегату. Ці розміри зазвичай приймаються на основі досвіду діючих агрегатів і результатів моделювання. Нарис. 15.7, б показані різновиди профілів і розміри діючих агрегатів. При проектуванні враховують склад шихти, прийняту технологію продувки, ймовірність викидів, масу утворюється шлаку і необхідність вмістити всю масу металу і шлаку і мати оптимальні розміри ванни (діаметр і глибину), будівельну міцність вогнетривів (рис. 15.8) і ін.

У сучасних конвертерах глибина ванни 1,6-1,9 м, питома площа поверхні ванни 0,12-0,18 м2/ Г.

Мал. 15.6.Кисневий конвертер:

/ - Корпус з футеровкою; 2 - киснева фурма; 3 - робочий простір; 4-опорні вузли; 5 - механізм повороту; 6 опорне кільце

Мал. 15.7.Профіль робочого простору конвертера:

а-основні розміри D1 , D 2, D3 - Діаметри відповідно горловини, циліндричної частини і днища; R- радіус кульової частини днища; hв, до, hН.К. , hц , hв , І hш - Висота відповідно верхньої і нижньої конічної частин, циліндричної частини, ванни і кульової частини; Н і Н1 - Повна висота і висота вільного простору відповідно); б- різновиди профілів діючих кисневих конвертерів

Поки що немає чітких теоретичних рекомендацій щодо правильного вибору інтенсивності продувки, числа сопел в фурме і витрати кисню на одне сопло. У практиці сучасного киснево-конвертерного процесу інтенсивність продувки зазвичай становить / = 3 + 5 м3/ (Т - хв).

Корпус конвертера зазвичай глухо-донний, звареної конструкції. Днища можуть бути як глухі, так і відокремлені (приставні або вставні). Конвертери з від'ємними днищами легше

ремонтувати, так як при відлученні днища футерування охолоджується швидше (рис. 15.9). Крім того, можлива заміна тільки футерування окремого днища (без корпусу). Корпус конвертера поміщається в опорне кільце і кріпиться в ньому. Вузли кріплення і опорне кільце закриті від влучень металу і шлаку захисним кожухом, привареним до корпусу. Кріплення корпусу конвертера до опорного кільця здійснюють за допомогою системи шарнірних підвісок і упорів, що виключають розгойдування конвертера під час продування металу киснем і під впливом коливань рідкого металу. В системі кріплення повинна бути врахована неоднакова ступінь коливань температури корпусу і опорного кільця і ??забезпечена незалежність їх температурних деформацій. Привід конвертера є системою, що складається з декількох електродвигунів і механізму повороту (зазвичай один великий тихохідний і кілька швидкохідних редукторів). При розробці конструкції конвертера враховується основна вимога до судин з рідким металом, - забезпечення їх стійкості при будь-яких кутах нахилу, т. Е. Можливість повернення в початкове положення при неполадках в роботі двигунів. Для цього необхідно, щоб перекидаючий момент при повороті конвертера на будь-який кут був позитивним. Одночасно потрібно прагнути по можливості до зменшення максимального перекидального моменту, з тим щоб була мінімальною потужність двигунів поворотного приводу. При розрахунках перекидальних моментів враховують можливу ступінь розпалу футерування конвертера. Маса конвертера ємністю 300-350т з комплектуючих обладнанням дорівнює 1200 т. Корпус конвертера має жорстку знімну горловину і приварні летку (або «сталевипускноеотвір») зі змінним обрамляющим фланцем.

15.3.2. Футеровка конвертера.Умови експлуатації футерування кисневих конвертерів важкі, причому в найбільш важких умовах виявляється футерування циліндричної частини

Мал. 15.8.двошарова футерування (А - арматурний шар; Б - робочий шар) конвертера на череповецком металургійному комбінаті ВАТ «Северсталь», виконана з матеріалів:

/ - Періклазохромітовие вогнетриви; 2 вапняно-периклазовие вогнетриви на пековой зв'язці; 3 - периклазовие вогнетриви;

4 блоки з плавленого периклаза; 5 металевий корпус; 6 азбест або періклазовий маса; 7- набивная періклазовий маса

конвертера і особливо район так званого шлакового пояса. У цьому районі футерування контактує зі шлако-металевої емульсією, що утворюється при впливі кисневої струменя на поверхню ванни. Стійкість футеровки зазвичай вимірюється числом плавок від одного капітального ремонту до іншого. При роботі без систематичного торкретування поверхні стійкість футеровки становить до 1000 плавок; в разі систематичного торкретування поверхні стійкість футеровки зростає в кілька разів. Вартість високоякісних вогнетривів, що використовуються для футерування конвертерів, велика, тому безперервно випробовуються нові технології, що дозволяють знизити витрату вогнетривів.

Крім торкретування широке

Мал.15.9. Загальна схема процесу перефутеровкі конвертера:

1 - ломка футерування; 2 - Демонтаж днища; 3 - футерування донної частини корпусу; 4 - роботизована футерування барабана конвертера; 5 футерування верхнього конуса; 6 монтаж днища

поширення набуває так званий спосіб роздування шлаку в кисневому конвертері. Спосіб передбачає вдування азоту під високим тиском через верхню кисневу фурму конвертера з метою роздування шлаку по поверхні футеровки. Шлак, покриваючи вогнетрив, охолоджується, твердне і створює міцний шар, який є захисним для робочого шару футеровки. Затверділий шлаковий шар сприяє зниженню швидкості зносу вогнетривів, підвищення експлуатаційної стійкості агрегату і зниження експлуатаційних витрат. Процес роздування проводять або після повного випуску стали, коли в конвертері залишається тільки шлак, або при наявності в конвертері і стали, і шлаку. Режим роздування в обох випадках є неоднаковим; різняться зони футеровки, на яких утворюється гарнісажу.

Технологія роздування шлаку включає наступні етапи:

- Випуск плавки з конвертера;

- Візуальний контроль стану шлаку з метою оцінки необхідності введення добавок для його кондиціювання;

- Візуальний контроль стану футеровки конвертера з метою виявлення зон, які потребують особливої ??уваги при проведенні роздування;

- Хитання конвертера для нанесення покриття на завантажувальний і випускний ділянки футерування;

- Опускання кисневоїфурми в задану позицію і початок продувки азотом (витрата азоту дорівнює розрахунковому для даної фурми витраті кисню);

- Зміна положення фурми при управлінні вручну або від ЕОМ з метою формування шлакового покриття на всій поверхні футеровки або збереження постійного положення фурми для покриття певної ділянки футерування;

- Ведення операції протягом заданого часу;

- Припинення продувки і підйом фурми;

- Випуск залишку шлаку в шлаковозних ківш, після чого в конвертер можна завантажувати шихту для наступної плавки.

Стан шлаку - один з найбільш важливих параметрів процесу роздування. Якщо шлак дуже рідкий, то він буде стікати по стінці конвертера. На практиці в більшості конвертерних цехів, де застосовують техноло гію роздування, не було потрібно вносити змін до складу кінцевого шлаку, крім як за змістом MgO (його оптимальний вміст у шлаку повинно складати 8-14%).

Як коригувальних склад шлаку добавок використовують вугілля, вапняк, доломіт і матеріали, що містять оксид магнію. Якщо плавку піддають додувки, то для охолодження шлаку додають звичайний або доломітізірованнийвапняк, підвищують в'язкість шлаку і знижують вміст в ньому оксидів заліза.

Описана технологія захисту футеровки має ще одна перевага. Завдяки роздуваючи шлаку з'являється можливість легування стали азотом при вдування газу на кінцевій стадії конвертерної плавки. В системі трубопроводів для подачі азоту в цьому випадку будуть потрібні додаткові клапани і засоби управління, щоб забезпечити змішування кисню з азотом. Однак в остаточному підсумку це призведе до значної економії азотовмісних феросплавів, які зазвичай витрачаються для цих цілей.

Практично на всіх заводах, де запровадили нову технологію роздування, вдалося збільшити вдвічі тривалість кампанії без збільшення витрати торкрет-матеріалу. При цьому питома його витрата значно знизився.

Розрахунки показують, що досягнення стійкості футеровки конвертера понад 5000-5500 плавок вже практично не позначається на його річної продуктивності (рис. 15.10). При випуску на добу 30-40 плавок досягнута стійкість футеровки - це 4 6 міс безперервної роботи, т. Е. Період, протягом якого за інструкцією необхідна ревізія корпусу конвертера, допоміжного обладнання і т. П.

На заводах Великобританії і США набуває поширення організація випарного охолодження корпусу конвертера. Метод названий HiVap (від англ, high - інтенсивний і vapourize-випаровуватися). Завдяки прихованої теплоті випаровування (2287 кДж / кг) вдалося обмежитися порівняно невеликою витратою води. При HiVap-способі за допомогою спеціальних форсунок досягається тонке і

Мал. 15.10.Вплив стійкості футеровки (N) на продуктивність 350-т конвертера (Р)

інтенсивне розпилення води і забезпечується температура поверхні кожуха конвертера 250-300 ° С (на практиці іноді буває до 750 ° С). Таким чином вирішена проблема перегріву кожуха і інших несучих частин. Зовнішній вигляд такого конвертера показаний на рис. 15.11.

Найбільшого поширення для футерування конвертера в даний час отримали відносно дешеві і досить стійкі смолодоло-Мітов і смолодоломітомагнезіто-ші вогнетриви. Додається при виробництві вогнетривів смола (7-8%) утворює (при їх випалюванні) вуглецеву зв'язку, завдяки чому вони отримують високу міцність. Крім того, зв'язка виконує роль захисного покриву на зернах доломіту і магнезиту і підвищує стійкість огнеупора до гідратації ..

Мал. 15.11.Зовнішній вигляд конвертера з форсунковим (водяним) охолодженням кожуха шлемовой частини

Коксові плівки (так званий коксовий скелет), які утворюються після випалу огнеупора, визначають певною мірою фізико-хімічні та експлуатаційні властивості вогнетривів. Футеровка перед введенням конвертера в експлуатацію піддається коксу розігріву до 1100-1200 ° С. Для кожного складу вогнетривкого матеріалу встановлюється оптимальний режим нагріву і випалу, щоб виключити розтріскування. Питання про вибір вогнетривкого матеріалу вирішується з урахуванням отримання передбачуваних техніко-економічних показників. Зазвичай футеровку виконують з цегли, проте на ряді підприємств вважають за краще використовувати великі блоки з вогнетривів. Можна виготовляти також набивні і «наливну» футерування. Футеровка складається зазвичай з декількох шарів:

1. арматурний, прилеглого до кожуха конвертера і службовця для запобігання кожуха від перегріву і прогара. Цей шар виконують з магнезітохромітового або обпаленої доломітового вогнетривкого матеріалу.

2. Робочого, безпосередньо стикається з металом, шлаком і газами. Цей шар виконують з пе-ріклазошпінелідного або змолоду-ломітового цегли.

3. Проміжного, розташованого між арматурним (рідко змінюваних) і робочим (змінювані після кожної кампанії). Проміжний шар виконують зазвичай з змолоду-ломітовой маси. Іноді обмежуються двошарової футеровкою (див. Рис. 15.8).

Днище конвертера також виготовляють з декількох шарів: знизу шамотна цегла, потім кілька шарів магнезитового і зверху смоли-домітовий цегла.

Для футерування горловини, що працює в дуже важких умовах, застосовують високостійкі смолодоломі-товие або магнезітохромітового вогнетриви.

На кожному підприємстві вироблена своя система футерування конвертера з урахуванням наявних високовогнетривких матеріалів і їх стійкості. Те саме можна сказати і до визначення раціональної товщини футеровки. Залежно від умов процесу плавки (глибини і площі поверхні ванни, складу чавуну, висоти підйому і конструкції фурми, тиску кисню та ін.) В кожному конкретному випадку в період досвідчених кампаній визначають характер розпалу футерування конвертера і з урахуванням отриманих даних при черговому ремонті роблять потовщеними частини футеровки, які зношуються швидше.

Регулярне застосування для ремонту футеровки торкретування або роздування шлаку дає можливість зменшувати початкову товщину футерування. Прийнято вважати, що мінімальна товщина її в кінці кампанії конвертера (перед зупинкою на ремонт) повинна становити 100 мм.

На стійкість футеровки впливають технологічні фактори, а саме:

1. Організація завантаження твердої шихти (можливість ударів великовагового брухту при завантаженні).

2. Температурний режим плавки (при перегріванні металу і високій температурі газів, що відходять процес руйнування футеровки помітно прискорюється, в шлаку зростає вміст MgO).

3. Жужільний режим (знос збільшується при збільшенні кількості шлаку, його жидкоподвижного, при підвищенні окислення шлаку через утворення легкоплавких феритів кальцію і магнію і при збільшенні в шлаку змісту кремнезему через утворення легкоплавких силікатів кальцію і магнію).

4. Коливання температури в період між плавками.

5. Освіта охолодей на горловині конвертера (при їх обваленні вони захоплюють за собою приварити до них шар футеровки).

При використанні вогнетривів на смоляний зв'язці важливу роль в процесі зносу грають прошарку графіту, або так звані коксові плівки, що утворюються при випалюванні таких вогнетривів. Ці плівки погано змочуються шлаком і перешкоджають міграції та взаємодії компонентів шлаку з вогнетривом.

Кращі показники стійкості отримані при використанні для виготовлення вогнетривів смоли, при спалюванні якої утворюється більший коксовий залишок. Зазвичай характер газової атмосфери при роботі конвертера відновний (в газах багато СО), однак при зупинках через порожнину конвертера потрапляє повітря і має місце процес Зтв + + Про2(Пов) > СО2 (Г). Тому при тривалих зупинках бажано створювати в порожнині конвертера відновну атмосферу.

Процес окислення коксових плівок може мати місце і при взаємодії з оксидами заліза шлаку. Інтенсивність зносу футеровки по ходу плавки змінюється: вона максимальна в початковий період продувки (вапно ще не встигла розчинитися, і в шлаку багато SiO2 і FeO) і в кінцевий період (висока температура і підвищена окисленность шлаку). Всі заходи, пов'язані зі зменшенням тривалості цих двох періодів, призводять до підвищення стійкості футеровки. Наприклад, при підвищенні інтенсивності продувки має місце більш енергійне перемішування металу, а також шлаку, при цьому зростає ерозійний знос вогнетривів; проте одночасно прискорюється процес шлакоутворення і зменшується тривалість плавки. В цілому стійкість футеровки збільшується.

Зростає стійкість і при використанні вапна кращої якості (швидше формується основний шлак) або при вдування з цією ж метою винищити в порошкоподібному вигляді, а також при зниженні вмісту кремнію в чавуні і т. Д.

15.3.3. Процеси в зоні дії струменя. Фізико-хімічні процеси в реакційній зоні конвертера досить складні і залежать від одночасної дії безлічі чинників. Цим пояснюються труднощі отримання експериментального матеріалу. Найбільшого поширення набули уявлення про процеси, розвинені, зокрема, школою проф. В. І. Баптізманского. Згідно з цими уявленнями реакційна зона може бути умовно поділена на первинну і вторинну. У первинній реакційній зоні основним процесом є засвоєння вдуваемого кисню, що протікає на кордоні розділу окислювальний газ-метал. Впровадження газового струменя в рідину викликає ежекцію металу в газовий потік і дроблення газового потоку на окремі обсяги. Ступінь ежекції металу зростає при збільшенні динамічного напору газового потоку (в місці зустрічі з ванною металу). При цьому відбувається наступне:

1. Ежектірованние метал і шлак, потрапляючи в газовий потік, фізично дробляться на краплі різних розмірів: максимальний розмір стабільної краплі 4с (тах) визначається з умови:

рr w2 rdK(max)/ ж Kp.

де рг, wr - Щільність і швидкість газу; ж - Поверхневий натяг подрібнюваністю рідини; Weкр - Критичне значення критерію Вебера (близько до 2,6).

2. Нестабільні краплі металу і шлаку, потрапляючи в газовий потік, руйнуються під його впливом в результаті «здирання» з їх поверхні шарів рідини.

3. Краплі перетворюються в плівку, надувати і лопаються під дією газового потоку ( «вітрильний» ефект).

4. Краплі металу піддаються хімічному дроблення, а саме: при взаємодії з окислювальним газом в краплі металу розчиняється кисень, взаємодіє з вмісту в ній вуглецем. Виділення утворюється СО може носити вибуховий характер і приводити до розриву краплі на більш дрібні. Згідно з розрахунком в результаті фізичного дроблення утворюються краплі розміром 10-50 мкм. Розміри крапель при хімічному дробленні металу в 5-10 разів менше.

При малому динамічному натиску, коли дроблення на краплі не відбувається, що вдихається газ взаємодіє вже не з краплями, а з основною масою металу; в цьому випадку з металом взаємодіють або бульбашки (5-10 мм), або струмінь кисню, що розтікається по поверхні металу. Взаємодія кисню сжідкім металом в обох випадках відбувається на кордоні розділу фаз.

Інтенсивність масопереносу кисню в газовій фазі до кордону розділу

iО=  про (CО2 - CО2 (Равн)),

де  про - коефіцієнт масопереносу кисню; З O2 і С02(равн) - Концентрації кисню в обсязі газу і рівноважна з металом на кордоні розділу.

Массоперенос елементів в металі

ii =  i (Ci - Сi (равн)).

де i- Коефіцієнт масопереносу i-го елемента; Зi і С i(равн) - Концентрація елемента в обсязі металу і рівноважна з газовою фазою.

Величина р, в реальних умовах процесу визначається конвективної дифузії і залежить від інтенсивності перемішування.

Дослідження показали, що масо-перенесення кисню до межі поділу практично протягом усього взаємодії перевершує массоперенос елементів /s, Т. Е. io > I%. Основними причинами цього є великі швидкості руху окислювача в газовій фазі і малі розміри утворюються в реакційній зоні крапель, в яких практично миттєво пригнічується або припиняється конвективная дифузія. Відбувається як би спалювання поверхневих шарів металу; окислення має не виборчий, а тотальний характер, а так як основною складовою металу є залізо, то продукти спалювання містять переважно його оксиди. Згідно з експериментальними даними в шлакової фазі первинної реакційної зони вміст оксидів заліза досягає 90-98%.

При наявності на кордоні розділу газ-метал плівки оксидів передача кисню металу через цю плівку відбувається за схемою: 1) на кордоні з газом 2 (FeO) + '/202> (Fe2O3); 2) массоперенос Fе2О3 через плівку оксидів; 3) на кордоні з металом (Fe2O3) + Fеж > 3 (FeO); 4) розчинення кисню в металі (FeO) > Fеж+ [О].

Залежно від умов подачі кисню і перемішування ванни може наступити момент, коли швидкість окислення буде лімітувати НЕ массопереносом кисню в газовій фазі, а массопереносом через плівку оксидів.

Новоутворена в первинній реакційній зоні плівка оксидів, що складається в основному з оксидів заліза, вступає в контакт з металом ванни. Це так звана вторинна реакційна зона, в якій протікають реакції:

[Si] + 2 (FeO) > (SiO2) + 2Fеж;

[Mn] + (FeO) > (MnO) + Fеж;

[З] + (FeO) > COr + Fеж.

Відбувається також розчинення кисню в металі (FeO) > Fеж+ [О]. Розчинений кисень у результаті перемішування переноситься на деяку відстань від поверхні розчинення, де можливі реакції:

[Si] + 2 [0] > (Si02);

[Mn] + [О] > (MnO);

[З] + [О] > СОГ.

Відповідно до результатів досліджень, проведених в останні роки, основна частина домішок ванни окислюється в межах реакційної зони. Велика роль при цьому належить процесу окислення вуглецю. Виділення в зоні реакцій СО сприяє перемішуванню ванни і в значній мірі інтенсифікує процес масопереносу.

У той же час при вдування кисню зверху в окремих частинах обсягу металу в конвертері можуть існувати слабоперемешіваемие зони, т. Е. Склад ванни може бути нерівномірним.

15.3.4. Конструкція фурм для подачі кисню і режим дуття.Комплекс пристроїв для подачі кисню зверху, що включає фурму, а також резервну фурму і механізми для підйому і переміщення, являє собою складне спорудження. Так, маса фурми (з охолоджувальною водою і рукавами) сучасного великовантажного конвертера становить ~ 1,5 т. Устаткування для підйому і переміщення фурми розміщують на спеціальних майданчиках над конвертерами. Кисневі фурми повинні забезпечити необхідну інтенсивність подачі кисню, раціональні форму і організацію струменя і мати досить високу стійкість при простоті конструкції. Інтенсивність подачі кисню зазвичай становить 5-6 м3/ (Хв - т), т. Е. В 350-т конвертер за 1 хв подають до 2100 м3 кисню під тиском 1 1,5 МПа. Фурми можуть бути односоп-ловимі (для конвертерів малої місткості) і многосопловую (4-6 сопел для конвертерів великої місткості). Осі сопел розташовують під кутом 15-20 ° до осі фурми. Конусность сопла 8-10 °. Розмір, число і форма сопел залежать від наступних моментів:

1. В окремі періоди плавки необхідно забезпечити якомога більшу заглиблення кисневої струменя в ванну металу (для організації процесу окислення вуглецю і поліпшення перемішування ванни).

2. В окремі періоди плавки необхідно, навпаки, забезпечити вплив струменя не на глибинні зони ванни, а на її поверхню, з тим щоб прискорити процес розчинення в шлаку вапна і добитися утворення шлаку з необхідною основностью.

3. Для запобігання від швидкого руйнування футеровки вплив струменів кисню на поверхню ванни не повинно супроводжуватися розбризкуванням металу і шлаку (т. Е. Необхідно забезпечити так звану «м'яку» продування).

4. Конструкція фурми повинна бути по можливості простий у виготовленні і надійної в експлуатації.

Вибір конструкції фурми залежить від перерахованих вимог. Досвід використання одночасно двох фурм або поперемінного використання двох фурм різної конструкції з заміною однієї фурми по ходу плавки інший показав, що такий метод роботи надмірно ускладнює організацію ведення плавки. Певний ефект можна отримати при роботі з двоярусною фурмою (другий ярус сопел призначений для подачі кисню для допалювання виділяється з ванни оксиду вуглецю). Такі фурми називають також «Парапетний-ними» або «двоярусними».

Розрахунок взаємодії струменя кисню (Окислювача) з ванною теоретично можливий. Наприклад, в аеродинаміці відомий порівняно простий спосіб розрахунку витікання струменя газу в газове середовище і удару цього струменя про непружну рідина. Однак така аналогія справедлива лише для початкового моменту продувки. У момент початку продувки струмінь холодного кисню, що виходить з сопла, взаємодіє з піднімаються від поверхні ванни струменями гарячих газів, що відходять, склад, температура і запиленість яких коливаються в широких межах. Деяка частина кисню вступає у взаємодію з газами, що відходять, окислюючи частинки плавильної пилу і монооксид вуглецю (О2 + 2СО = 2СО2). При цьому температура струменя і її склад змінюються, змінюється і характер поверхні ванни в момент продувки. Крім механічного впливу струменів і перемішування металу на поверхні ванни утворюється шлак покрив, товщина якого безперервно змінюється. В результаті среда, про яку вдаряється струмінь, стає непружної. Починається процес окислення вуглецю викликає рясне газовиділення; маса виділяються бульбашок СО піднімає рівень ванни. При нерухомому положенні фурми це призводить до того, що продування триває з зануренням фурми в ванну (в режим заглибленою струменя). Таким чином, по ходу продувки змінюються: 1) температурні умови і характер продувки в принципі (вільна струмінь, заглиблена струмінь); 2) середовище, на яку впливає струмінь (пружна, непружна); 3) склад струменя (крім кисню в складі струменя в різних співвідношеннях присутні СО і СО2); 4) кількість газів, що виділяються з ванни в напрямку, протилежному напрямку струменя кисню (в момент обезуглероживания при протіканні реакції Про2 + 2С = 2СО на 1 м3 холодного кисню виділяється 2 м3 СО або з урахуванням розширення при нагріванні 12-15 м3 гарячих газів на 1 м3 холодного кисню), і т. д.

Таким чином, теоретичні дослідження взаємодії струменя кисню з ванною і розрахунки конструкції фурми пов'язані зі значними труднощами. Завдання вирішується шляхом моделювання в лабораторних умовах, експериментальної перевірки різних варіантів фурм в виробничих умовах і складання емпіричних рівнянь для розрахунку.

В. І. Баптізманскій і В. Б. Охотський на основі численних досліджень запропонували наступну схему будови конвертерної ванни при подачі кисню зверху (рис. 15.12). Під час продування зверху кисневі струменя 2, истекающие через сопла фурми 1, впроваджуються в ванну 6, формуючи первинну реакційну зону з межами спадного струминного ділянки 3. Швидкість потоків в первинній реакційній зоні зменшується від осі до периферії і від місця зустрічі струменя з ванною вниз по осі зони. Орієнтовно швидкість становить 10-100 м / с, а вектор динамічного напору спрямований вниз по потоку (тут і далі напрямок вектора показано стрілками). У межах кордонів вторинної реакційної зони 4 виділяються продукти реакції оксидів заліза з елементами, розчиненими в металі, зокрема газові обсяги (бульбашки) 5, що складаються з продуктів окислення вуглецю. Кожен міхур, спливаючи на поверхню, виштовхує перед собою рідкий метал, а інші його порції займають

Мал. 15.12.Комбінації конвертерної ванни при подачі кисню зверху

місце, що звільняється, рухаючись в тилу газових обсягів. Це створює потоки металу в реакційній зоні, які рухаються зі швидкістю 10 м / с (тут вектор швидкості спрямований вгору відповідно до руху газових обсягів). Якщо розміри периферійної частини ванни не дуже великі, то в кожному вертикальному перерізі, що проходить через вісь фурми 7, утворюється один замкнутий цикл потоків. Якщо розміри периферійної частини ванни значні, то можуть утворитися два циклу потоків, один з яких буде знаходитися ближче до реакційної зоні, другий - до стінки конвертера. Швидкість руху потоків в периферійних ділянках конвертерної ванни оцінюється тільки непрямими методами. Отримувані результати відрізняються навіть по порядку величини (найбільш ймовірне значення швидкості 1 м / с).

Газові обсяги руйнуються на поверхні металевої ванни, де утворюються сплески 8. Спінений шлак 7 зменшує висоту сплесків металу, і вони можуть не виходити за межі шлакового шару. Тоді винос металу з конвертера потоком відхідних газів мінімальний. Руйнуючись в шлакової фазі, сплески дробляться на краплі 9, розмір яких становить 0,1-10 мм і більше. Краплі під дією власної маси осідають в шлаку, причому чим менше їх маса, тим більше тривалість осідання. У процесі осідання краплі можуть коагулювати між собою або зливатися з новими сплесками. Їх вміст у шлаку підвищується з ростом швидкості окислення вуглецю; воно максимально при основності шлаку 1,5-1,7, так як в'язкість шлаку збільшується внаслідок появи в ньому угруповань 2СаО - SiO2 (Двухкальціевий силікату).

У різні періоди продувки металеві краплі, звані корольками, за кількістю можуть становити більше 15% від маси шлаку. Шлакова фаза зі зваженими корольками утворює шлако-металеву емульсію. Крім того, в області реакційної зони, в якій рух і перемішування конденсованих фаз найбільш інтенсивні, шлак втягується в метал, утворюючи метало-шла-ковую емульсію. Струмінь окислювача, верхня частина якої значну частку періоду продувки знаходиться в шлаку, затягує останній в метал, діючи як струменевий насос. За експериментальними даними, частка шлаку в емульсії в центральній частині ванни зростає знизу, вгору. Після припинення продувки відносно великі краплі шлаку спливають; велика частка корольків осідає з шлаку в ванну, але частина їх залишається в підвішеному стані. Осідання відбувається тим повніше, чим менше в'язкість шлаку. Залишаються в шлаку корольки складають 1-10% від маси шлаку. Втрати металу у вигляді корольків при проміжному скачуванні шлаку з конвертера в ході продувки досягають 1%, а з кінцевим шлаком -0,5% від металевої садки.

Поверхня контакту зі шлаком зважених в ньому корольків в процесі продувки значна, так як їх багато і вони мають невеликі розміри. На цій поверхні можлива реакція взаємодії розчиненого в Корольков вуглецю з оксидами заліза шлаку [З] + (FeO) -> COr + Fe. Монооксид вуглецю в цьому випадку виділяється у вигляді бульбашок розміром 0,01-1 см. Бульбашки 10, число яких відповідає числу корольків, виникаючи в шарі шлаку і затримуючись в ньому разом з газовими обсягами, які надходять з реакційної зони, викликають спінювання шлаку. Тривалість перебування бульбашок в шлаку визначається їх розмірами, в'язкістю і поверхневими властивостями шлаку. Особливо інтенсивно вспеніваются шлаки, основність яких ~ 2.

газові обсяги 5, проходячи з реакційної зони, також викликають збільшення висоти шару спіненого шлаку. Можливо збіг обставин, коли шар спіненого шлаку в 30-50 разів перевищує товщину неспінені шлаку, а його рівень досягає 3-6 м поверхні спокійної ванни (в залежності від садки конвертера). При цьому спінена йшла-ко-металева емульсія підходить до горловини конвертера. В результаті руйнування на вспененном шлаку газових обсягів утворюються сплески шлако-металевої емульсії 11. Якщо рівень шлако-металевої емульсії розташовується досить близько до горловини конвертера, то окремі сплески через горловину викидаються за межі агрегату. Іноді емульсія переливається через горловину. Це явище, зване викидами шлаку, супроводжується втратами металу у вигляді корольків, призводить до заростання броні конвертера і ускладнює роботу обслуговуючого персоналу.

Збільшення обсягу спученої конвертерної ванни ?V пропорційно швидкості окислення вуглецю vc і тривалості перебування обсягів газу в ванні: ?V = кvс  . Чим інтенсивніше продування ванни і в меншій мірі розосереджено дуття, то більша її спучування і найімовірніше викиди.

Виникнення викидів і їх інтенсивність залежать від ряду факторів. Доволі частими є викиди при переокислення шлаку. Якщо вміст оксидів заліза підвищилося в результаті холодного початку процесу (низька температура чавуну або значне, кількість легкого брухту в шихті), викиди виникають при переході до інтенсивного окислення вуглецю. Якщо окисленность шлаку в якийсь період продувки зросла внаслідок пом'якшення дутьевого режиму при підйомі фурми або добавок в конвертер залізної руди, то викиди можливі на початку періоду інтенсивного витрати оксидів заліза на окислення вуглецю в металі ванни і корольків шлако-металевої емульсії. Для виключення викидів необхідно забезпечити зниження інтенсивності спінювання шлаку, рівня ванни і його коливань, т. Е. Потрібно зменшити окислення шлаку, швидкість окислення вуглецю, розосередити дуття. Особливості протікання реакції обезуглероживания враховують при розробці технологічних прийомів управління процесом. До їх числа відносяться методи організації пульсуючою продувки, продувки з циклічним витратою кисню і ін. Велике значення для раціональної організації процесу має правильне визначення питомої обсягу конвертера і числа сопел в фурмах. Збільшення числа сопел дозволяє інтенсифікувати продування без погіршення показників процесу, проте поки не прийнято робити фурми з числом сопел більше шести, так як при цьому погіршуються умови їх охолодження і знижується стійкість фурми.

Певний вплив на технологію і умови ведення плавки надає і такий фактор, як поступовий (По ходу кампанії) знос футеровки, супроводжуваний збільшенням обсягу робочого простору і помітним (в 1,5 -1,6 рази) збільшенням площі ванни з одночасним зменшенням її глибини. Все це змінює умови массопередачі і шлакоутворення, а також хід плавки в цілому.

Збільшення в ході продувки змісту СаО в шлаку приводить до підвищення температури його плавлення. Від початку до середини продувки з ростом швидкості окислення вуглецю зменшується вміст оксидів заліза в шлаку (в результаті відновлення). Оскільки марганець окислюється в початковий період продувки, то в міру збільшення кількості шлаку в ньому зменшується також і вміст оксидів марганцю. Відомо, що оксиди заліза і марганцю розріджують шлак, помітно знижують температуру його плавлення. В результаті одночасної дії перерахованих факторів температура плавлення конвертерного шлаку по ходу продувки підвищується з 1200 (на початку) до 1600 ° С (в кінці) і можлива ситуація, коли температура плавлення шлаку перевищить його фактичну температуру. Це призведе до випадання з розчину найбільш тугоплавких складових, в першу чергу Двухкальціевий силікату. Наявність в жужільному розплаві твердої фази викликає зменшення його плинності. Якщо розвиток описуваних явищ продовжиться, то ступінь гетерогенності шлаку збільшиться і шлак «згортається». Згортання - це не тільки згущення шлаку, а й втрата здатності пінитися, т. Е. Шлак осідає. У в'язкому шлаку сповільнюються процеси масопереносу, т. Е. Цей процес небажаний. Згортання посилюється при введенні в конвертер шихтових матеріалів і при охолодженні шлакового фази.

Згорнувся шлак часто є напівтверду або тверду масу, яка відкидається з поверхні реакційної зони до стінок агрегату потоками газу, що виділяється. При цьому втрачається важлива захисна функція шлаку - перешкоджати розвитку сплесків і виносу металу в простір над ванною і з конвертера. Якщо внутрішня висота конвертера порівняно невелика, то можливий виліт сплесків через горловину на кожух конвертера, неминучі значні втрати металу і подальша очистка кожуха від застиглих мас. І навіть якщо сплески не вилетять із з конвертера, краплі металу, що утворюються з них при руйнуванні в порожнині агрегату, можуть бути підхоплені газовим потоком і винесені з конвертера через горловину. Цей менш помітний, ніж великі сплески металу, процес викликає значні ускладнення. Втрати металу з виносом при нормальному стані спіненого шлаку незначні, але при кисле шлаку вони досягають ~ 0,2% садки за кожну хвилину продувки.

У період продувки зі зсілим шлаком шкідливі домішки (сірка і фосфор) практично не переходять з металу в шлак, так як всі процеси масопереносу в шлаку придушуються.

Таким чином, усунення згортання шлаку і зниження втрат металу з виносом є серйозними технологічними завданнями, які доводиться вирішувати під час продувки. Ефективним заходом проти згортання є добавки плавиковогошпату, значно розріджує шлак. Шлак розріджують, підвищуючи вміст у ньому оксидів заліза, пом'якшенням дутьевого режиму головним чином шляхом короткочасного збільшення висоти фурми над рівнем ванни або використовуючи спеціально підготовлені шлакові суміші (див. Розд. 5.1).

На рис. 15.13 показана головка че-тирехсопловой фурми. В процесі роботи фурма безперервно охолоджується водою. У найбільш важких умовах працює наконечник (головка) фурми. Наконечник зазвичай виготовляючи ють з міді (мідь - найбільш доступний конструкційний матеріал з високою теплопровідністю, в 8 разів вищою, ніж у сталі).

Передбачена можливість заміни наконечника.

Мал. 15.13.Головка четирехсопловой фурми:

1-3 - сталеві труби; 4 сопловий колектор; 5-сопло; б-розподільник води; 7-торець головки фурми

15.3.5. Тепловий баланс конвертерної плавки.Склад шихти конвертерної плавки диктується вимогами технології і тепловим балансом. Основні складові прибуткової частини теплового балансу наступні:

а. Фізичне тепло чавуну,Qчав, КДж / кг чавуну, визначають як суму:

Qчуг = 0,74tпл + 217 + 0,87 (tфакт - tпл),

де 0,74 і 0,87 теплоємність відповідно твердого та рідкого чавуну, кДж / (кг К); 0,74 tпл - Ентальпія твердого чавуну, нагрітого до температури плавлення; 217 - прихована теплота плавлення чавуну, кДж / кг; 0,87 (tфакт - tпл) - Ентальпія рідкого чавуну при даній конкретній температурі нагріву

Температура плавлення чавуну залежить від його складу і в середньому приймається рівною 1175 ° С. Будь-який захід, спрямований на підвищення температури чавуну tфакт, Помітно збільшує прихід тепла;

б.Тепло окислення домішок.Основну частку тепла за цією статтею приходу становить тепло реакцій окислення С, Si, Mn і Fe; будь-який захід, спрямований на організацію дожигания в порожнині конвертера СО до СО2, Також помітно збільшує прихід тепла. Певна кількість тепла надходить в результаті окислення заліза, проте у міру окислення заліза зменшується вихід металу і відповідно погіршуються показники теплового балансу, розраховані не так на 1 кг шихти, а на 1 кг рідкої сталі.

Крім цих двох основних складових прибуткової частини теплового балансу при точних розрахунках враховують тепло процесів шлакоутворення (освіти силікатів кальцію і магнію, алюмінатів кальцію і т.д.), а також фізичне тепло потрапив в конвертер міксерного шлаку. У тих випадках, коли шлакооб-разующие добавки або заливається в конвертер металевий лом попередньо підігрівають, це тепло також враховують.

Основні статті витрат тепла в конвертерному процесі наступні:

а. Тепло нагріву стали.Фізичне тепло стали, QCT, Визначають як суму:

Qст= 0.7 tпл +260 + 0,84 (tфакт - tпл),

де 0,7 і 0,84 - теплоємність відповідно твердої і рідкої сталі, кДж / (кг - К); 0,7tпл - Ентальпія твердої стали, нагрітої до температури плавлення; 260 - прихована теплота плавлення сталі, кДж / кг;

0,84 ( tфакт - tпл) - Ентальпія рідкої сталі, нагрітої в процесі плавки до певної температури.

Температура плавлення і теплоємність залежать від складу стали. Зазвичай для розрахунків температуру плавлення сталі приймають рівною 1500 ° С. З наведених даних випливає, що отримання високих значень температури нагріву металу tфакт пов'язане з помітним збільшенням витрати тепла;

б. Тепло нагріву шлаку.Фізичне тепло бтгр.шл, кДж / кг шлаку, визначають як таку суму:

Qнаг.шл. = cшл tшл + Q пл.шл.

де сшлtшл - Ентальпія шлаку; зшл - Питома теплоємність шлаку при даній температурі, кДж / (кг - К); tшл - Температура шлаку; Q пл.шл. - Теплота плавлення шлаку.

Значення питомої теплоємності шлаку і теплоти його плавлення для шлаків різного складу істотно неоднакові. У розрахунках часто приймають tШЛ= 1650 ° С, зшл = 1,21 кДж / (кг - К), Q пл.шл.= 210 кДж / кг;

в. Фізичне тепло газів, що відходять.Тепло газів, що відходять визначають з твору теплоємності газу на температуру (т. Е. Знаходять ентальпію газу). Значення теплоємності складових відпрацьованих газів - СО, СО2, Н2О, N2 - Істотно різняться, тому для конкретних розрахунків необхідно максимально точно знати склад газів. Чим більша доза СО догорає в порожнині конвертера до СО2, Тим більше прихід тепла. Однак при цьому зростає температура газів і відповідно збільшується витрата тепла на нагрів газів, що відходять;

г. Втрати тепла через футеровку конвертера, через горловину, на нагрів води, що охолоджує фурми, і т. П.Ці втрати, перебуваючи в залежності від ступеня розпалу футерування, організації ведення плавки, тривалості припинень продувки для відбору проб, конструкції фурми і т. Д., Складають зазвичай 2-4% від загального приходу тепла.

Крім перерахованих основних втрат для точних розрахунків враховують тепло: 1) витрачається на розкладання оксидів заліза, що вносяться з шихтою, і карбонатів, що містяться в невеликій кількості в вапна; 2) витрачений на нагрівання і випаровування вологи шихти; 3) що міститься в краплях металу і шлаку, що вилітають з конвертера (викидах), і т. П. Якщо прийняти, що шихта складається тільки з рідкого чавуну, то після відповідних розрахунків можна переконатися, що прихід тепла істотно перевищує витрата. Щоб уникнути перегріву сталі (при перегріванні швидко руйнується футеровка, метал насичується газами і т. П.) В ванну вводять охолоджувачі. Як охолоджувачів використовують металевий лом, залізну руду, а також (в окремих випадках) водяна пара. Розрахунок кількості брухту, яке доцільно завантажити в конвертер для запобігання перегріву ванни, ведуть, використовуючи формулу для розрахунку кількості тепла на нагрів сталі (див. П. 1 ст статтях витрат). Орієнтовно можна прийняти, що на розплавлення і нагрів до 1600 ° С 1 кг брухту витрачається ~ 1,4 МДж тепла. Кількість брухту, яке можна завантажити в конвертер без побоювання переохолодження металу, залежить від приходу тепла і організації роботи (чим менше інтервал між плавками і тривалість зупинок конвертера, тим менше втрати тепла) і зазвичай становить 20-30% від загальної маси металошихти.

Розподіл основних статей теплового балансу показано в табл. 15.2.

Таблиця 15.2. Тепловий баланс киснево-конвертерної операції

 статті балансу  % Від підсумку
 Прихід тепла: а. Фізичне тепло рідкого чавуну б. Тепло екзотермічних реакцій В тому числі від:  51-55 45-50
 окислення углеродаокісленія інших домішок (крім вуглецю) окислення заліза  25-30 12-155-6
 в. тепло шлакоутворення  4-5
 Витрата тепла:  
 а. Тепло готової стали  60-65
 б. Тепло кінцевого шлаку  12-17
 в. Несеться газами  8-10
 м Нагрівання і відновлення оксидів заліза, що вводиться залізної рудид. Тепло, що буря з плавильної пилом і вибросаміе. Нагрівання води, що охолоджує фурму ж. Втрати тепла через кладку і горловину  5-10 0,5-1,51,0 2-3

Примітка. Загальний витрата тепла (дорівнює приходу тепла) на 1т металошихти -2000 МДж; він коливається в залежності від складу і температури чавуну, виду охолоджувача (лом, руда, котуни та т. п.), товщини вогнетривкої кладки, організації виробництва (перерв між плавками) і т. п.

Збільшення частки брухту в шихті можливе або при збільшенні прибуткових статей, або при зменшенні статей витрат. Практичне застосування знайшли такі прийоми: 1) підвищують температуру заливається в конвертер рідкого чавуну (головним чином за рахунок зниження втрат тепла на шляху від доменного цеху до конвертер); 2) попередньо підігрівають лом в конвертері за допомогою газокисневих (або мазутокісло-рідних) пальників; 3) вводять в шихту добавки, при окисленні яких виділяється велика кількість тепла (вугілля, кокс, карбід кальцію і т. П.); 4) знижують втрати тепла шляхом поліпшення організації виробництва, зменшення тривалості простоїв, скорочення часу на зупинки для відбору проб і т. П. Дуже перспективною є організація підігріву брухту з використанням тепла відхідних газів, однак цей метод технічно поки не розроблений.

15.3.6. Технологія плавки.Багаторічний досвід експлуатації кисневих конвертерів дозволив повсюдно встановити наступний порядок завантаження шихти. У звільнився після попередньої плавки конвертер завантажують брухт - лоток з ломом попередньо зважують і доставляють до конвертер завчасно; в момент завантаження лоток за допомогою крана нахиляють (перекидають) і лом зсипається в конвертер. Після завантаження брухту в конвертер заливають необхідну кількість рідкого чавуну (склад з чавуновозних ковшами заздалегідь подають до конвертер). Після закінчення заливки чавуну конвертер встановлюють у вертикальне положення, опускають кисневу фурму і починають продування.

Шлакоутворювальні і додаткові матеріали вводять в конвертер в попередньо подрібненому вигляді (до фракції 20-25 мм). Такі матеріали називають сипучими. Подачу сипучих матеріалів здійснюють трьома способами: 1) все сипучі завантажують в конвертер до заливки чавуну (під чавун) або навіть до завантаження брухту; 2) сипучі матеріали вводять безперервно зверху по ходу продувки; 3) частину сипучих (близько половини) присаживают

одночасно з початком продувки, решта вводять протягом декількох хвилин безперервно по ходу продувки. Найчастіше використовують третій спосіб. Тривалість плавки в сучасному конвертері становить 30-45 хв, в тому числі:

хв

Завалка брухту і заливка чавуну 5-10

Продування киснем 12-17

Повалкою, відбір проб, вимірювання температури 4 - 6

Злив металу і шлаку, огляд і ремонт футеровки 8-12

Типова діаграма конвертерної плавки представлена ??на рис. 15.14, з якої видно, що, починаючи з моменту початку подачі кисню, в конвертері одночасно йдуть процеси окислення домішок, нагріву ванни і шлакоутворення. Всі ці процеси взаємопов'язані; їх протікання залежить також від складу і характеру шихтових і шлакоутворюючих матеріалів, конструкції фурми, тиску і витрати кисню і організації продувки.

15.3.7. Склад шихтових матеріалів.У кисневому конвертері можна переробляти чавуни з широким ді-

Мал. 15.14. Зміна складу металу в шлаку по ходу плавки в кисневому конвертері

апазоне коливань складу, проте для організації найбільш простий технології бажані деякі обмеження щодо вмісту наступних елементів:

Si- Утворюється при окисленні кремнію SiO2 завдяки виділенню тепла прискорює процес розчинення вапна в шлаку і процес шлакоутворення в цілому. Вирізняється тепло витрачається на нагрів металевого брухту. Однак при дуже високому вмісті кремнію утворюється така маса SiO2, Що для створення шлаку необхідної основності потрібно значно збільшувати витрати вапна. При цьому зростають маса шлаку і відповідно втрати заліза зі шлаком і ін. Крім того, при високому вмісті в шлаку SiO2 знижується стійкість основних вогнетривів, тому прагнуть мати в чавуні не більше 0,8% Si.

Мп- При вирішенні питання про доцільний зміст в чавуні марганцю враховують ряд моментів. При окисленні марганцю виділяється тепло, а утворюються оксиди марганцю знижують температуру плавлення основних шлаків і прискорюють шлакообразованіе. Марганець під час продування ванни киснем майже повністю вигорає, тому чим більше марганцю в чавуні, тим більше чад і тим менше вихід стали. Підвищення вмісту марганцю в чавуні при переробці в доменному цеху звичайних залізорудних матеріалів можна домогтися, вводячи до складу доменної шихти марганцеву руду, а це підвищує вартість чавуну. Марганець, що міститься в чавуні, сприяє десуль-фураціі металу. Практично в більшості випадків чавун містить 0,3-0,8% Мп.

Р и S - В чавуні має бути мінімальний вміст цих елементів. Зазвичай в чавуні міститься <0,2% Р і <0,04% S.

До лому, завантажуваного в конвертер, пред'являють звичайні вимоги про неприпустимість високий вміст шкідливих домішок. Крім того, з огляду на небезпеку пошкодження футеровки, обмежують розміри шматків брухту. Вимоги, що пред'являються до якості шлакоутворюючихматеріалів і твердих окислювачів, звичайні. Спеціальною вимогою є неприпустимість подачі сипучих матеріалів у вигляді пилу, так як пилоподібні матеріали несуться газами.

15.3.8. Окислення домішок і шлакообразованіе.При розгляді технології конвертерної плавки необхідно враховувати два безперервно і одночасно протікають процесу:

інтенсивну подачу кисню (окислювальна атмосфера в зоні реакції)

і шлакообразованіе (освіта шару шлаку, поступове підвищення його основності і збільшення маси шлаку по ходу продувки).

Процес плавки в кисневому конвертері іноді умовно ділять на два періоди: перший, коли концентрації домішок (С, Si, Mn, P) досить високі; другий, коли в ванні майже не залишилося домішок і інтенсивно окислюється залізо. Під час першого періоду інтенсивність (швидкість) окислення домішок визначається інтенсивністю подачі кисню (т. Е. Лімітується зовнішнім массопереносом). Чим більше інтенсивність продувки, тим вище швидкість окислення домішок.

На деяких сучасних конвертерах досягали інтенсивності подачі кисню до 5-8 м3/ (Т - хв). При такому підвищенні інтенсивності продувки загальна тривалість плавки дещо зменшується; разом з тим спостерігаються викиди, погіршуються умови служби футеровки, ускладнюється контроль за ходом плавки, сповільнюється шлакообразованіе, спостерігаються випадки запізнення розплавлення завантажується в конвертер металобрухту. Але навіть при такій інтенсивній подачі кисню ступінь його засвоєння становить 90-95%, тому можна вважати, що і при дуже високому витраті кисню в перший період ванна в змозі засвоїти весь подається кисень.

Співвідношення кількостей домішок, окислилися в результаті взаємодії з киснем і з оксидами заліза, залежить від умов продувки. Якщо, не змінюючи тиску кисню, піднімати фурму, струменя кисню розтікаються по поверхні і переважно окислюється залізо. Численними дослідженнями встановлено, що чим більше (до відомих розумних меж) відстань між фурмою і поверхнею металу, тим більше заліза в шлаку. Наявність залозистого шлаку забезпечує швидке розчинення завантажується в конвертер вапна і формування жідкопод-рухомого основного шлаку (рис. 15.15). Процес розчинення вапна в шлаку продовжується по ходу всієї плавки. Технологія ведення плавки повинна забезпечити до кінця операції повне розчинення вапна.

Проф. Р. В. Старов на основі обробки великого масиву експериментальних даних запропонував наступну напівемпіричну формулу для розрахунку швидкості розчинення вапна в шлаку Vрастизв , Т / хв (для умов роботи 130-т конвертера):

Vрастизв = 0,0716 (FeO + MnO) +0,0054tмет= 9,39.

З цієї формули випливає, що чим вище концентрації FeO і МпО в шлаку і чим вище температура металу, тим вапно розчиняється швидше.

Окислення кремнію,володіє високою хімічною спорідненістю до кисню, відбувається інтенсивно в перші хвилини продувки. Виходить при цьому кремнезем взаємодіє з СаО, утворюючи силікати:

(SiO2) + 2 (СаО) = (СаО)2 - SiO2,

K =a(CaO) 2 • SiO2/a (SiO2) a(CaO)

Мал. 15.15.Залежність швидкості розчинення вапна в шлаку від вмісту в ньому FeO і МnО

В основному шлаку активність СаО велика, тому в міру підвищення основності значення a (SiO2) стає мізерно малим і кремній окислюється в перші ж хвилини продувки практично повністю.

окислення марганцюпризводить до утворення основного оксиду МnО, проте слабшого, ніж інший основний оксид СаО. В результаті зв'язку СаО з кислотними оксидами SiO2 і Р2О5 сильніше, ніж зв'язку МпО з цими оксидами. У зв'язку з цим активність (МпО) по ходу плавки залишається помітною величиною і вміст марганцю в металі визначається константою рівноваги реакцій:

(FeO) + [Мп] = (МпО) + Fe;

К = a (МПО)/a (FеО)а[Mn] ;

а[Mn] = (1 / К)(а(MnO)/ a(FeO).

У момент, коли створюються умови для інтенсивного кипіння ванни, вуглець окислюється під дією кисню дуття і оксидів заліза шлаку; значення a(O) при цьому зменшується, а вміст марганцю в металі зростає. При підвищенні основності кислотні оксиди повністю зв'язуються СаО, відповідно зростає а(МПО), що також призводить до збільшення вмісту марганцю в металі.

Реакція окислення марганцю екзотермічна, і підвищення температури зміщує рівновагу в бік відновлення марганцю. Вміст марганцю в металі залежить від вмісту марганцю в чавуні і відповідно від концентрації (МпО) в шлаку. Найбільш помітний процес відновлення марганцю в другій половині плавки, коли інтенсивно окислюється вуглець, температура ванни і основностьшлаку високі. У деяких випадках при підвищених змістах марганцю в чавуні марганець в кінці плавки може відновлюватися до 0,4-0,5%, що виключає необхідність використання феромарганцю для розкислення сталі. В самому кінці операції, коли окислились все домішки, продовження продувки ванни киснем супроводжується окис-

ленням заліза; при цьому a(O) зростає, що зрушує рівновагу в бік окислення марганцю.

Нагадаємо, що підвищені концентрації МпО в шлаку можуть спостерігатися лише в разі високої концентрації марганцю в шихті або при введенні до складу шихти таких матеріалів, як, наприклад, марганцева руда. А це пов'язано з додатковими витратами. Тому сучасна практика конвертерного виробництва орієнтується на переробку маломарганцовістого чавуну, а для прискорення шлакоутворення - на використання матеріалів типу железофлюса (озалізненого вапна), плавиковогошпату і ін. (Див. Розд. 5.1).

процес дефосфорациирозвивається у міру формування основного шлаку. У окисленні фосфору беруть участь оксиди заліза і кальцію:

2 [Р] + 5 (FeO) +4 (СаО) = (СаО)4 - Р2О5 + 5Feж.

Ця реакція екзотермічна; її протіканню сприяють помірні температури. Успішному видалення фосфору в шлак сприяють висока активність оксидів заліза в шлаку і висока основність (висока активність СаО). У тих випадках, коли звичайна технологія не забезпечує отримання необхідного ступеня дефосфорации, зменшують активність фосфору в шлаку. Для цього в кінці плавки скачують шлак, що містить деяку кількість фосфору, і наводять новий шлак за допомогою підсадки чистого вапна, шлакообразующих і короткочасного продування. Таку технологію іноді називають двухшлаковим процесом або технологією зі скачуванням шлаку. При переробці звичайних чавунів (що містять <0,3% Р) отримання необхідних низьких концентрацій фосфору забезпечують і без скачування шлаку. Таку технологію іноді називають одношлаковим процесом.

окислення вуглецювідбувається протягом усього періоду продувки. Швидкість окислення вуглецю визначають як інтенсивністю подачі кисню, так і умовами освіти і виділення продуктів реакції - бульбашок монооксиду вуглецю. Ці умови більш сприятливі на кордонах розділів фаз (метал-газ, метал-футерування і т. Д.).

Для утворення міхурів СО і відповідно протікання реакції обезуглероживания необхідний певний рівень перегріву металу над лінією ліквідусу. Особливо помітний вплив температури при перегріванні ~ 100 ° С.

Оскільки реакція йде головним чином в зоні впливу струменів кисню, умови її протікання істотно залежать і від конструкції фурми. Пояснимо це прикладом. При сприятливих умовах швидкість окислення вуглецю досягає значень 0,5% С / хв. Це означає, що, наприклад, в 350-т конвертері за 1 хв окислюється (0,5 - 350) / 100 = 1,75т вуглецю; при цьому в результаті протікання реакції 2 [З] + Про2 = 2СОГ утворюється -4000 кг, або 3190м3 СО. При ~ 1400 ° С обсяг утворюється СО зростає приблизно в 6 разів. Якщо застосовувати односопловую фурму, то площа зони впливу струменя кисню на ванну можна прийняти рівною -1 м2. Значить, через 1 м2 площі ванни повинно було б виділитися газу 3190-6 = 19140м3/ Хв (> 300м3/ С). При такій роботі ванна в зоні впливу струменя спучується, відбувається виплеск металу і шлаку, тому для великих конвертерів завжди передбачається використання многосопловую фурм, причому осі сопел розташовані під деяким кутом до вертикалі. Цим досягається вплив струменів на велику площу ванни (площа ванни 300-т конвертера -35 м2), Полегшується управління процесом і зменшується ймовірність викидів.

У міру підвищення температури металу і зниження концентрації таких мають високу хімічну спорідненість до кисню домішок, як кремній і марганець, швидкість окислення вуглецю зростає і через 5-7 хв після початку продувки досягає максимального значення. Ступінь корисного використання кисню в цей момент наближається до 100%. Для того щоб в цей період плавки поліпшити умови виділення монооксиду вуглецю і забезпечити максимальне використання подаєтьсякисню для окислення вуглецю (а не заліза), фурму кілька опускають і струменя кисню більш інтенсивно впроваджуються в метал - площа поверхні розділу окислювальний газ-метал різко зростає. Умови протікання реакції окислення вуглецю виявляються настільки сприятливими, що на окислення вуглецю в ці моменти витрачається більше кисню, ніж подається через фурму (частково витрачаються оксиди заліза шлаку). Так триває 5-10 хв (залежно від інтенсивності подачі кисню) до моменту, коли концентрація вуглецю знизиться до -0,10%. Швидкість окислення вуглецю при цьому різко знижується, інтенсивно окислюється залізо, збільшується вміст заліза (у вигляді оксидів) в шлаку.

Видалення сірки.Як відомо, для ефективного видалення сірки потрібно забезпечити контакт металу з високоосновної малоокісленним шлаком. У окислювальних умовах ведення конвертерної плавки шлак містить багато оксидів заліза, тому домогтися в конвертері високого ступеня десульфурації важко. Однак певна частина сірки по ходу плавки видаляється - в шлак і в газову фазу (5-10% віддаленої сірки).

У міру збільшення основності шлаку (підвищення значень A(СаО)) Коефіцієнт розподілу сірки s = (S) / [S] зростає і вміст сірки в металі зменшується. До кінця операції при основн



Попередня   74   75   76   77   78   79   80   81   82   83   84   85   86   87   88   89   Наступна

ОСВІТА І вилучене включення | ВПЛИВ газів і включення НА ВЛАСТИВОСТІ СТАЛИ | Розкислення і легування сталі | Глибина, чи осаджувати, розкислення | ЗАСТОСУВАННЯ КОМПЛЕКСНИХ Розкислювач | ВСТУП Розкислювач В МЕТАЛ | дифузійного розкислення | легованої сталі | прямого легування | ІСТОРІЯ РОЗВИТКУ |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати