Разновидности конвертерных процессов. 1. Процесс с донной продувкой кислородом

1. Процесс с донной продувкой кислородом. Наряду с продувкой металла сверху получили распространение конвертеры, в которых продувка осуществляется кислородом снизу. При донной продувке ванна лучше перемешивается, улучшается усвоение добавочных материалов.

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. Корпус конвертера с донным дутьем ниже и шире, чем корпус конвертера с верхней продувкой. В днище устанавливают от 7 до 22 фурм в зависимости от емкости конвертера. 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 начинают подачу дутья.

Принципиальной особенностью способа подачи кислорода через дно конвертера является подвод кислорода, струя которого окружена защитным слоем углеводородного (природного газа) или жидкого топлива (мазута). Этот защитный слой предохраняет огнеупоры днища от преждевременного прогорания. Стойкость футеровки конвертеров находится в пределах 400 - 600 плавок; стойкость днищ 300 - 400 плавок при защите газом и 500 - 600 плавок с использованием мазута. Для примера приведен режим плавки в 200 т конвертере донного дутья: загрузка лома 2 - 3 мин, заливка чугуна 2 - 3 мин, продувка 12 - 14 мин, отбор проб, измерение температуры до 9 мин, продувка азотом до 1 мин, скачивание шлака 2 - 3 мин, выпуск 5 - 6 мин. Всего 31 - 40 мин. Расход порошкообразной извести 5 т/мин, расход кислорода 3,3 м³/т^.мин, выход годного на 1,5 % выше, чем в конвертере с верхним дутьем.

2. Процесс с комбинированным дутьем. В конвертерах комбинированного дутья металл продувается одновременно сверху кислородом и снизу – кислородом, аргоном или азотом. В таких конвертерах рационально сочетаются достоинства верхней и нижней продувки: обеспечивается интенсивное перемешивание ванны, с большей полнотой протекают процессы обезуглевоживания, десульфации и дефосфорации. В России этот вариант процесса применяется на ОАО «Северсталь», ОАО «Запсиб», ОАО НЛМК и др.

Для управления конвертерной плавкой разработаны математические модели процесса, основанные на материальном и тепловом балансе плавки. На основании математического описания процесса создается программа для компьютера, в которую вводят исходные данные о составе чугуна, флюсов, охладителей, количестве сыпучих, температуре чугуна, чистоте кислорода, основности конечного шлака, составе и температуре готовой стали и т.п. Компьютер на основе полученной информации и уравнений математической модели процесса прогнозирует ход плавки, рассчитывает количество и время присадок, расход кислорода на плавку и момент окончания продувки, рассчитывает необходимое количество раскислителей, вводимых в ковш.

В конвертерах выплавляют широкий сортамент углеродистых, низколегированных и легированных (нержавеющих, динамных, трансформаторных) сталей. Из этих сталей изготовляют катанку, проволоку, сортовой прокат, лист, трубы, рельсы и широкий сортамент других изделий.

Производство конвертерной стали характеризуется высокой производительностью агрегатов и высокой производительностью труда.

Основные технико-экономические показатели работы конвертерных цехов следующие:

Вместимость конвертеров, т……………………………………..100-350

продолжительность, мин:

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, на 100 кг стали:

извести, кг………………………………………………………….6-10

лома, кг…………………………………………………………....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.

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

продолжительность, мин:

продувки…………………………………………………………....18-28

цикла плавки…………………………………………………….…50-65

выход годного, %……………………………………………………..87-89

расход кг/100 кг стали:

извести……………………………………………………………..10-16

лома………………………………………………………………...20-35

расход кислорода, м³/т стали………………………………………...60-63

стойкость футеровки, число плавок………………………...…….120-450.

Недостатками конвертерного процесса являются сложность и высокая стоимость очистки отходящих газов, а также необходимость использования в шихте жидкого чугуна.

1.4.3. ЭЛЕКТРОСТАЛЕПЛАВИЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Приоритетное развитие электрометаллургии определяется преимуществами, которые электроплавка имеет перед другими способами выплавки металла.

Когда в Египте сооружалась Асуанская плотина, археологи вели многочисленные раскопки в Нубийской пустыне, которая после ввода плотины в строй должна была стать районом затопления. Однажды здесь был найден стальной нож,пролежавший в земле несколько тысяч лет. Вряд ли эта находка всерьез заинтересовала бы ученых, если бы не одно обстоятельство: лезвие ножа оказалось настолько острым, что им легко можно было резать даже мягкий хлеб. Столь высокое качество изделий свидетельствует о большом мастерстве древних металлургов и оружейников.

Электропечь является универсальным агрегатом. В ней можно плавить углеродистый, низколегированный, легированный и высоколегированный сортамент сталей и сплавов. Дуговые печи работают непрерывно или периодически. Они быстрее расплавляют лом, поскольку нагрев осуществляется «изнутри», в колодцах шихты. В кислородном конвертере и мартеновской печи легко создать окислительную, восстановительную и нейтральную атмосферы. Угар легирующих и раскислителей в электропечи на 25 - 30 % меньше, чем в других плавильный агрегатах. Электропечь незаменима для переработки металлизованного сырья, доля которого с каждым годом увеличивается.

Относительный рост электростали опережает темпы роста других способов производства и общего производства стали, млн. т/%:

Ранее перед электросталеплавильным производством стояли задачи повышения производительности печей, снижения времени плавки, расхода электроэнергии, электродов, огнеупоров и трудовых затрат. Затем на первый план вышли экологических фактор и необходимость использования различных видов металлошихты. Результатом решения этих задач была разработка сверхмощных трехфазных дуговых печей, оборудованных водоохлаждаемыми панелями стен и свода, топливно-кислородными горелками и фурмами для вдувания кислорода и угля.

Значительные достижения в электрометаллургии связаны с разработкой и внедрением в производство технологии высокого уровня, направленной на достижение высокой производительности, снижение себестоимости продукции, повышение качества и конкурентоспособности стали и сплавов, реализацию энерго- и ресурсосберегающих и экологически чистых технологий. Такая технология предполагает использование электропечи только для расплавления шихты и выплавки полупродукта, все рафинировочные операции, легирование, доводка металла по составу и температуре осуществляются вне печи методами ковшевой металлургии.

В настоящее время в мире работает более 1200 дуговых печей. В среднем еженедельно вводится одна электропечь. Данные об объеме производства электростали в ряде стран представлены в табл. 19.

Таблица 19

Производство электростали в 1998 г.

Первая дуговая печь в России была установлена в Петербурге на Обуховском заводе в 1910 г. В настоящее время в нашей стране действует около 70 электропечей емкостью от 6 до 150 т.

Ввод в действие мини-заводов привел к резкому росту электрометаллургии за последние 30 лет. Сейчас в мире работают несколько сотен мини-заводов. Например, в США в 1995 г. на таких заводах произведено 62 % от общего объема электростали. Прогнозируется, что к 2020 г. более 50 % выплавляемой в мире стали будет производиться ни мини-заводах. Что касается России, по разным субъективным и объективным причинам к этому вопросу не было проявлено необходимого внимания (в 80-е годы было построено в СССР три мини-завода: в Комсомольске-на-Амуре, в Молдавии и Белоруссии).

Мощные электропечи применяют для получения низко- и среднеуглеродистых сталей самых распространенных марок. Электропечи также остаются основными агрегатами для выплавки легированных сталей с низким содержанием фосфора и серы, неметаллических включений.

В сочетании с методами внепечной обработки стали в электропечах получают высококачественные, высоколегированные нержавеющие, шарикоподшипниковые, инструментальные стали, жаропрочные сплавы и другие стали и сплавы специального назначения, а также ферросплавы.