Производство стали в агрегатах непрерывного действия

Существующие в настоящее время сталепла­вильные агрегаты (конвертеры, мартеновс­кие, дуговые, индукционные печи и т. д.) яв­ляются агрегатами периодического действия. Из опыта многих производств следует, что замена периодического процесса непрерыв­ным способствует увеличению производи­тельности, снижению эксплуатационных зат­рат, повышению качества и однородности (стандартности) продукции, уменьшению технологических отходов, более эффективно­му использованию добавочных материалов. Современная технология позволяет осуще­ствлять непрерывную разливку многих десят­ков плавок, тысяч тонн стали. Успешными оказались попытки создания непрерывной линии: непрерывная разливка стали —про­катный стан. Производства, смежные со ста­леплавильным (доменное, прокатное), по су­ществу, непрерывные. Процессы подготовки железорудного сырья (агломерация и получе­ние окатышей) также являются непрерывны­ми, поэтому вся схема современного метал­лургического производства, включающая подготовку сырья, выплавку чугуна, стали и получение проката, близка к переводу на не­прерывный процесс.

Проблемы, связанные с организацией не­прерывного сталеплавильного процесса, вы­бором удобной для практического использо­вания конструкции сталеплавильного агрега­та непрерывного действия (САНД) и отра­боткой технологии выплавки стали в этом агрегате, пока еще не решены. В частности, основные трудности, возникающие при раз­работке конструкции САНД, можно подраз­делить на две группы:

1. Технологические, заключающиеся в необходимости организации одновременного удаления из чугуна разнородных по своим термохимическим свойствам элементов: для удаления углерода требуются окисли­тельная атмосфера, железистые шлаки, дос­таточный уровень перегрева металла; для удаления фосфора желательно иметь же-лезистоизвестковые шлаки и умеренные тем­пературы; для удаления серы важно ин­тенсивное перемешивание основного шлака с металлом при достаточно высоком уровне нагрева ванны, а содержание оксидов железа в шлаке и кислорода в металле при этом дол­жно быть минимальным; для удаления кремния требуется иметь окислительную атмосферу и железистый шлак; заданная степень раскисления металла дос­тигается при минимальной окисленности шлака и т. д.

2. Конструктивные, заключающиеся в не­обходимости создания агрегата, который бы обеспечивал возможность проведения техно­логических операций в требуемой последова­тельности. При этом одновременно должна быть обеспечена высокая стойкость аг­регата и отдельных его элементов в условиях высоких температур и непрерывной работы при отсутствии даже кратковременных остановок для профилактического ре­монта конструкций и т. д.

КОНСТРУКЦИИ САНД

К настоящему времени предложено множе­ство различных вариантов конструкций САНД и технологий выплавки в них стали. Можно дать следующую условную классифи­кацию непрерывных сталеплавильных про­цессов.

18.1.1. По организации процесса: 1) мно­гостадийные (с разделением операции на стадии), при этом в каждой емкости или час­ти агрегата проводится одна или несколько технологических операций: дефосфорация, десульфурация, раскисление и т. п.; 2) одно­стадийные, когда все операции удаления примесей и превращения чугуна в сталь про­текают одновременно или почти одновре­менно.

18.1.2. По конструкции агрегата: 1) опе­рация проводится на поду; при этом газо­образные и твердые реагенты (кислород, флюсы, руды и т. п.) поступают в так назы­ваемые подовые, желобные реакторы; 2) операция проводится таким образом, что металл, шлак, добавочные материалы нахо­дятся во взвешенном распыленном каплеобразном состоянии (так называемые струйные реакторы).

18.1.З. По организации технологии: 1) дви­жение шлака и металла происходит в одном направлении; 2) встречное движение шлака и металла (принцип противотока) (рис. 18.1).

Примером одностадийного непрерывно­го сталеплавильного процесса может служить схема, разработанная BISRA (Британским научно-исследовательским институтом чер­ной металлургии). В процессе BISRA падаю­щую струю чугуна окружает кольцевая струя кислорода, которая разбивает металл на ка­пельки диаметром 1—2мм. Поверхность контакта между каплями металла и кислоро­дом оказывается настолько большой, что вы­горание примесей происходит мгновенно. Процесс обработки металла в струе называют струйным рафинированием.

Схема процесса представлена на рис. 18.2. Падающая вниз струя чугуна, непре­рывно поступающая в установку, обрабаты­вается тонкоизмельченными флюсами и кис­лородом. Капельки рафинированного метал­ла и шлака падают в приемный ковш; металл собирается внизу под пенящимся шлаком, отстаивается и непрерывно выпускается в ковш для последующей разливки. Последую­щие капельки металла должны проходить че­рез этот шлаковый слой, дополнительно ра­финирующий металл. Отработанный шлак непрерывно стекает в шлаковую чашу. В процессе рафинирования происходит окис­ление капелек металла; это имеет место: 1)в зоне распыления струи чугуна; 2) при сво­бодном падении капель в окислительной ат­мосфере; 3) при прохождении через слой вспененного шлака; 4) в ковше. Опыты пока­зали, что при температуре металла 1500— 1600 "С и диаметре капли металла 2—3 мм скорость обезуглероживания превышает 3 %С/с; при образовании капель размером < 3 мм степень десульфурации превышает 50%.

Достоинством процесса струйного рафи-

Рис. 18.1. Технологическая схема САНД конструкции МИСиС:

а ~ принцип прямотока; б — принцип противотока;

1 — чугун; 2 — ввод шлакообразующих смесей; 3 —

спуск шлака; 4— выпуск металла

Рис. 18.2. Установка струйного типа для не­прерывного рафинирования жидкого чугуна института BISRA:

1 — промежуточное устройство; 2 —чугун; 3— кис­лород; 4— известь; 5— реакционная камера; 6— от­ходящие газы; 7—шлак; 8— отстойник; 9— сталь; 10— шиберный затвор; 11 — ковш для УНРС

нирования является то обстоятельство, что основные реакции здесь протекают в усло­виях отсутствия контакта металла с огне­упорной футеровкой. Однако условия эксп­луатации футеровки приемного ковша (от­стойника) сложны, так как происходит взаи­модействие футеровки с высокоактивным окислительным шлаком. Трудной задачей яв­ляется также разработка технологии, при ко­торой спускаемый из агрегата шлак содержит минимальное количество оксидов и, следова­тельно, обеспечивается максимальный выход годного металла. Из-за этих недостатков предложенный процесс в промышленность не внедрен.

В большинстве конструкций САНД пре­дусмотрена возможность организации веде­ния плавки на поду. Широкую известность получила конструкция САНД, разработанная Французским институтом черной металлур­гии IRSID. Агрегат (рис. 18.3) состоит из трех частей: реакционной камеры 1, отстойника 3 и камеры доводки 5. Чугун непрерывной струей поступает в камеру по желобу. Одно­временно при помощи водоохлаждаемого устройства (фурмы) 2 в камеру непрерывно подается кислород с молотой известью. Ре­акционная камера содержит небольшое ко­личество жидкого металла и слой металл-шлак-газовой эмульсии. Под действием подъемной силы пузырей газа эта эмульсия поднимается и перетекает в отстойник, где шлак отделяется от металла. Шлак стекает через отверстие 4, а металл сифоном переда­ется в камеру доводки, где подвергается рас­кислению и доводке по составу. В конструк­ции установки предусмотрена возможность устройства желоба, по которому шлак из вто-

Рис. 18.3. Схема установки для непрерывно­го рафинирования конструкции IRSID

рой камеры (отстойника) мог бы перетекать в первую камеру для повышения степени ис­пользования шлакообразующих и уменьше­ния потерь железа с уходящим шлаком.

В 1971—1976гг. проводили испытания САНД конструкции МИСиС. Установка включала четыре ванны, соединенные после­довательно (см. рис. 18.1). В первых трех осу­ществлялось рафинирование вдуванием газо­образного кислорода через верхние фурмы, а в последней — регулирование содержания уг­лерода и раскисление. Вместимость каждой ванны составляла 0,86м³ при глубине рас­плава 600 м и массе 6 т. Производительность этого опытно-промышленного агрегата дос­тигала 21 т/ч, степень удаления серы — 21 %, фосфора —93 %.

Окончательные выводы о показателях ра­боты агрегатов такого типа в промышленных условиях и соответственно о перспективах внедрения сделать пока трудно.