Производство стали в кислородном конвертере

Кислородно-конвертерный процесс – это выплавка стали из жидкого чугуна в конверторе с основной футеровкой и продувкой кислородом через водоохлаждаемую фурму. Производство стали в кислородном конвертере основано на продувке жидкого чугуна кислородом, подводимым сверху и снизу через фурмы в конвертере, а также комбинированной продувкой (сверху и через дно).

Преимущества получения стали в кислородном конвертере: высокая производительность; высокое значение К.П.Д. - 70%; не используется металлургическое топливо.

Недостатки: повышенный угар металла.

Исходные материалы для получения стали:

- жидкий чугун (t ~ 1400ОС);

- металлический лом;

- железная руда;

- шлакообразующие элементы (свежеобожженная известь СаО).

Рис.1.8. Схема кислородно-конвертерного способа получения стали с продувкой сверху и снизу: 1 - фурма; 2 - двухслойная футеровка;3 - жидкий шлак; 4 - жидкий металл

После загрузки лома и заливки жидкого чугуна в конвертер подают кислород через фурму; затем загружают первую порцию шлакообразующих компонентов (1/2...2/3 шлакообразующих), оставшиеся шлакообразующие компоненты вводят несколькими порциями в течение первой трети длительности продувки. В процессе продувки струя кислорода, подаваемая на поверхность расплава, глубоко внедряясь в объем металла образует реакционную зону. В процессе окисления Mn, Si, Fe, C и других компонентов выделяется много тепла, достаточного для ведения металлургического процесса без дополнительного подвода тепла извне (тепло химических реакций заменяет тепло, выделяющееся при горении металлургического топлива). Температура металла в реакционной зоне достигает 2700 ^°С.

При донной продувке через фурмы в днище (рис.1.8,б) подается кислород в виде струи, окруженной кольцевой защитной оболочкой из природного газа. Особенностью данной продувки является повышенное содержание водорода в стали (6...8 см³ на 100 г). Для удаления водорода кратковременно (перед выпуском стали из конвертора) в течение 10...60 с жидкий металл продувается аргоном; в результате продувки содержание водорода в жидком металле понижается до 2...4 см³ на 100 г. металла.

Физико-химические процессы, протекающие при получении стали из передельного чугуна

В основе получения стали из передельного чугуна лежат процессы окисления Fe, Mn, Si, C и вредных компонентов S, P.

2Fe + O₂ = 2(FeO); (FeO) = Fe + [O]

[Si] + O₂ = (SiO₂)

[Mn] + O₂ = 2MnO

2[O] + Si = (SiO₂)

[O] + [Mn] = (MnO)

На втором этапе происходит окисление углерода:

2[C]+ O₂ = 2CO

Fe + [O] + [C ]= Fe + CO

Происходит бурное кипение металла из-за выделения СО. На протяжении двух этапов происходит окисление вредных примесей S и Р и их ошлаковывание:

[FeS] + (CaO) = (CaS) + (FeO)

[FeS] + [Mn] = (MnS) + Fe

Удаление фосфора из стали

Фосфор в железе растворяется в значительных количествах. В шихту сталеплавильных печей фосфор попадает в основном из чугуна, некоторое количество попадает в шихту из лома, а также ферросплавов. При взаимодействии металла со шлаком, содержащим окислы, протекают следующие реакции:

2[P] + 4(CaO) +5(FeO) = P₂O₅ (CaO)₄ + 5Fe

2[P] + 5(FeO) + 4(CaO) = (CaO)₄P₂O₅ + 5Fe