книги из ГПНТБ / Квитко, М. П. Кислородно-конвертерный процесс

М. П. Квитко, С. Г. Афанасьев

Кислородно­

конвертерный

процесс

КОНТРОЛЬНЫЙ

ЭКЗЕМП г а о

•' / >

Москва «МЕТАЛЛУРГИЯ» 1974

УДК 669.184.2.66

Рассмотрены вопросы технологии кислородно-кон­ вертерной плавки, сырые материалы процесса и требо­ вания к ним, особенности шлакообразования и взаимо­ действия дутья с металлом, характер и особенности по­ ведения элементов в кислородно-конвертерном процессе. Приведена оценка возможностей интенсификации про­ цесса. Подробно описаны технологические особенности передела чугуна различного состава, дана оценка ка­ чества кислородно-конвертерной стали, а также пер­ спективности некоторых новых конвертерных процес­ сов в условиях СССР. Книга рассчитана на инженеров и научных работников и может быть полезна студентам металлургических вузов. Ил. 128. Табл. 106. Список лит.: 116 назв.

© Издательство «Металлургия», 1974

мая проблемы применения конвертерных процессов в современ­ ной металлургии.

Кардинально проблемы конвертерного производства стали были решены после создания кислородно-конвертерного способа производства — производства стали в глуходонных конвертерах с основной футеровкой и подачей кислорода на поверхность металлической ванны через металлические водоохлаждаемые фурмы. Продувка металла кислородом сверху привела к корен­ ным изменениям технологии конвертерной плавки. Во-первых, появилась возможность передела чугуна различного состава (удаление азота из состава дутья позволило резко увеличить количество используемого тепла плавки, применять химически холодные мартеновские чугуны и значительные количества охла­ дителей в основном в форме стального лома). Во-вторых, подача дутья на поверхность ванны обеспечила возможность наведения шлака в любой момент процесса и удаления вредных примесей (серы и фосфора) практически при любом содержании углерода в металле. Выведение азота из дутья (подача кислорода с чисто­ той 99,5%) позволило резко снизить содержание азота в металле до пределов, обычных для мартеновского процесса и ниже. Воз­ можность глубокого удаления серы и фосфора, устранение передувок и чрезмерного переокнсления металла, снижение кон­ центрации азота — все это дало возможность полностью решить проблему качества металла и выплавлять в конвертерах металл практически всего мартеновского сортамента.

Одновременно с устранением недостатков классических кон­ вертерных методов сталеварения кислородно-конвертерный спо­ соб производства стали сохранил основные достоинства их — высокую производительность, малые капитальные затраты, про­ стоту оборудования и обслуживания конвертерных цехов. Более того, кислородно-конвертерный процесс позволил использовать такие рудные запасы, применение которых невозможно при дру­ гих методах сталеварения (передел высокомарганцовистых чугунов, передел хромистых чугунов, чугунов с промежуточным содержанием фосфора и др.).

Перечисленные достоинства обеспечили кислородно-конвер­ терному процессу такие темпы развития, которых еще не знала история металлургии. Технология кислородно-конвертерного про­ цесса была разработана параллельно в двух странах — СССР

и Австрии.

Впервые техническая возможность применения кислорода для продувки жидкого чугуна была показана Н. И. Мозговым в 1933 г. в результате опытов по вдуванию кислорода в 1,0—1,5-т ковши через графито-кварцевые трубки с внутренним диаметром сопла 16—20 мм. В 1937:—1939 гг. эти опыты были продолжены в Ака­ демии наук УССР, а в 1940—1944 гг. — на Косогорском метал­ лургическом заводе и в экспериментальном научно-исследова­ тельском институте металлорежущих станков. В 1945— 1952 гг.

6

опыты были перенесены на конвертеры емкостью 1,5; 3; 5 и 12,5 т; при этом были опробованы всевозможные методы подачи чистого кислорода. На основании проведенных исследований на опытном конвертере Ново-Тульского завода и промышленном Енакиевского завода была отработана технология конвертерной плавки с подачей кислорода сверху через водоохлаждаемую фурму в прак­ тически современном варианте.

Соответствующие исследования были выполнены в Австрии в 1952— 1954 гг.,' там же появились и первые кислороднО-конвер- терные цехи с конвертерами емкостью 30 т. В СССР первый кисло­ родно-конвертерный цех пущен в эксплуатацию на заводе им. Пет­ ровского в 1956 г.

В 1957 г. мировая выплавка кислородно-конвертерной стали составляла 2821 тыс. т; работало 5 конвертерных цехов с 11 кон­ вертерами, причем 3 пз них в СССР. В то время на долю СССР

приходилась почти треть всей мировой выплавки. К началу 1961 г. в мире действовало уже 32 конвертерных цеха с 64 кон­ вертерами. В настоящее время выплавка кислородно-конвер­ терной стали в отдельных странах, таких как Япония, США, ФРГ, превышает для каждой отдельно взятой страны мировой уровень 1960—1961 гг. В табл. 1 приведены данные, характери­ зующие выплавку стали в кислородных конвертерах в основных

Из табл. 1 следует, что первое место по выпуску кислородноконвертерной стали занимает Япония, развивающая свое стале­ плавильное производство практически только за счет ввода кисло­ родно-конвертерных цехов. Если учесть, что первый цех в Япо­ нии появился в 1957 г. (Кукиока, конвертер емкостью 85 т), то средний прирост производства кислородно-конвертерной стали составлял в этой стране около 7 млн. т/год. Несколько меньший уровень производства кислородно-конвертерной стали в США.

Мировое производство кислородно-конвертерной стали в 1971 г. достигло 239 млн. т/год. Необходимо отметить, что в ближайшие годы в различных странах, будут введены в эксплуатацию новые агрегаты суммарной мощностью около 100 млн. т.

7

В Советском Союзе действуют 29 конвертеров в составе 10 кон­ вертерных цехов; в этих конвертерных цехах в 1971 г. было выплавлено 23,2 млн, т. Таким образом, СССР по производству конвертерной стали занимает четвертое место в мире после Япо­ нии, США п ФРГ. Небезынтересно отметить, что до 1962 г. СССР

по конвертерному производству занимал первое место в мире и лишь затем, вследствие замедления развития этого способа производства у нас в стране, переместился на четвертое.

Целесообразность дальнейшего преимущественного развития кислородно-конвертерного производства в СССР не вызывает сомнений, поэтому в течение 1970—1975 гг. производство конвер­ терной стали предполагается увеличить на 88% с доведением ее доли до 29% от общей выплавки. Однако и по абсолютному уровню производства и соотношениям в общей доле выплавки СССР

будет в этой области серьезно отставать от ведущих капитали­ стических стран.

Ниже приведены данные прогнозов развития черной метал­ лургии США на 1975 и 1995 гг., подготовленные Стенфордским научно-исследовательским институтом для министерства торговли США:

Как следует нз приведенных данных, в ближайшие годы в США (п тем более, в Японии) доля кислородно-конвертерного металла не будет ниже 50%.

Развитие кислородно-конвертерного производства идет по пути строительства крупных конвертерных цехов с конвертерами емкостью 150—200 т и более. При этом, как правило, ликвиди­ руются мартеновские цехи соответствующих заводов. В табл. 2 приведены данные, характеризующие ввод в эксплуатацию кон­ вертерных цехов в США в 1970—1973 гг.

Новые конвертерные цехи очень большой производительности намечено ввести в Японии. Уже начато строительство завода компании «Фудзи сейтецу»; будут построены кислородно-кон­ вертерные цехи суммарной мощностью 12 млн. т стали в год.

Следует отметить, что кислородно-конвертерное производство развивается не только количественно и не только увеличиваются емкости конвертеров, но и изменяются его качественные характе­ ристики. Если в начале существования процесса сортамент вы­ плавляемого металла ограничивался в основном рядовым углеро­ дистым металлом, то в настоящее время сортамент значительно расширен. Освоена выплавка кипящих и спокойных марок стали, рельсового металла, металла для арматуры, трубных сталей,

8

стали для глубокой и особосложнои вытяжки, для магистральных газопроводов, низколегированных сталей 'всего мартеновского сортамента. В полупромышленном и промышленном масштабе освоена выплавка электротехнических сталей, нержавеющего

МСТ2ЛЛ 3.

Одной из основных проблем кислородного сталеварения, особенно для отечественных заводов, являлась стойкость футе­ ровки. Средняя стойкость футеровки конвертеров в СССР до 1967 г. не превышала, как правило, 180 плавок. За последние годы в результате проведения научно-исследовательских работ по улучшению качества огнеупоров и совершенствованию тех­ нологии плавки и кладки конвертеров стойкость огнеупорной футеровки значительно увеличилась и составляет 550—700 плавок. Однако эту величину не следует рассматривать как предельную — за рубежом стойкость конвертеров в ряде случаев достигает 1000 плавок. Это обеспечивается применением кирпича очень высокого качества, большим числом типоразмеров кирпича и улучшением качественных характеристик сырых материалов.

Наряду с расширением сортамента и увеличением стойкости футеровки резко возросла и производительность кислородно­ конвертерных цехов. При этом рост производительности обусло­ влен как увеличением интенсивности продувки, так и исключе­ нием и сокращением вспомогательных операций. Интенсивность

Подсчеты показывают, что при такой продолжительности про­ дувки, доведении длительности цикла плавки до 30 мин и стой­ кости футеровки более 400 плавок конвертерный цех со 100—

9