2.9 Переработка лома в конвертерах (0,5 часа)

Основным недостатком конвертерных процессов является низкий расход лома в шихте, обычно составляющий не более 25-28% при средней доле лома в сталеплавильной шихте примерно ~ 45-50%.

Все известные методы повышения доли лома в шихте кон­вертерных процессов можно объединить в две основные группы:

1) методы, позволяющие лучше использовать тепло самого процесса (дожигание СО до СО, в полости конвертера, исключение применения твердых окислителей, уменьшение потерь тепла во вре­мя перевозок жидкого чугуна, остановок конвертера и т. д.);

2) методы дополнительного подвода тепла, прежде всего нагрева лома в поло­сти конвертера или в специальных устройствах.

Дожигание СО в полости конвертера теоретически представля­ет большой источник тепла, позволяющий довести долю лома в шихте до 50%. Для проведения дожигания в верхнюю часть полости конвертера над ванной подают кислород (через двухъярусную фурму), обеспечивающий протекание реакции: СО + 1/2O₂ = CO₂ + 282 980 Дж/моль, тепло от которой передается ванне, что и позволяет увели­чить расход охладителя — стального лома. Однако попытки использовать этот источник тепла показали, что реальное увеличение доли лома не превышает 10-15%, а стой­кость футеровки конвертера резко снижается, угар железа возраста­ет, особенно при верхней подаче дутья, поэтому положительный суммарный эффект от использования этого метода можно иметь только при донной подаче дутья.

Подогрев лома в конвертере сжиганием твердого топлива (кок­са, антрацита) часто рассматривают как наиболее эффективный метод повышения доли лома в шихте. Кусковой каменный уголь (антрацит) или кокс загружают в конвертер на стальной лом или после заливки чугуна и начала продувки. Продувку ванны кислородом ведут сверху или через донные фурмы, иногда в сочетании с дополнитель­ной подачей кислорода для дожигания СО до СО₂.

Этот способ имеет ряд недо­статков.

1. Удовлетворительное сжигание и использование тепла твердого топлива, загружаемого вместе с ломом, возможно лишь при донной подаче кислорода. При верхней подаче кислорода сжигание углерода кокса неполное и сопровождается большим окислением лома, что в даль­нейшем ухудшает тепловой баланс, поскольку окисление углерода чугуна оксидами железа - эндотермический процесс.

2. Увеличивается продолжительность плавки вследствие необхо­димости введения дополнительной операции подогрева лома, дли­тельность которой должна быть не менее 5 мин, и удлинения опера­ции заливки чугуна (необходимо заливать чугун медленно, чтобы не вызвать выбросов, возможных в результате взаимодействия углеро­да чугуна с жидкими оксидами железа, образовавшимися во время подогрева).

3. Ухудшается шлакообразование, поскольку часть твердого топ­лива остается не сгоревшей до начала продувки и во время продувки, попадая в шлак, восстанавливает оксиды железа, способствует свер­тыванию шлака, увеличению выносов и выбросов.

4. Твердое топливо, особенно кокс, имеет высокое содержание серы, что осложняет задачу десульфурации металла, т.е. повышение качества стали.

В связи с этим этот метод тоже не получил широкого распрост­ранения. Но им обычно пользуются в некоторые исключительных случаях, например, при вынужденном резком уменьшении расхода чугуна вследствие ремонта доменной печи и т. п.

В отечественной практике освоен способ, который предусматри­вает загрузку антрацита кусками размером 6—20 мм до или после заливки в конвертер чугуна и последующую продувку ванны кислородом сверху. При расходе угля около 1 % от массы шихты уменьшается расход чугуна на 2,5—3,5 % (от массы шихты), но в то же время возрастает длительность продувки, что снижает производительность конвертера примерно на 6 %.

Вдувание пылевидного угля. Молотый каменный уголь или кокс вдувают в ванну в струе кислорода, подаваемого через фурму сверху или через донные фурмы. Тепло, выделяющееся при окислении вводимого углерода позволяет увеличить расход лома. Способ часто применяют в сочетании с подачей кислорода в верхнюю полость конвертера для дожигания СО до CO₂ при такой комбинированной технологии доля стального лома в шихте может быть увеличена до 50 % и более.

Подогрев лома в конвертере сжиганием газообразного или жидкого топлива. Загруженный в конвертер стальной лом подогре­вают с помощью топливно-кислородной горелки, после чего заливают жидкий чугун и проводят плавку по обычной технологии. При этом достигают увеличения количества стального лома в шихте на 4—9 % (от массы шихты); длительность подогрева на разных заводах состав­ляет 8—18 мин, расход природного газа 5—13 и кислорода на нагрев 15—20 м³/т стали. Длительность продувки в конвертере при этом сокращается на 1—3 мин, вследствие уменьшения количества окисляющегося углерода.

Для повышения доли лома в шихте иногда применяют ферросилиций, карбиды кремния (SiC) и кальция (СаС₂). Эти матери­алы, загружаемые с ломом, во время продувки окисляются со значи­тельным тепловым эффектом. Однако они дороги и дефицитны, поэтому их систематическое применение бесперспективно.

Предварительный подогрев лома вне конвертера в простых устройствах (совках и ковшах) малоэффективен, поскольку в них удается нагреть лом только до 500-600°С, а сооружение специаль­ных устройств, более совершенных в теплотехническом отношении, увеличивает капитальные и текущие затраты.

Перспективным является плавление лома в шахтной печи с получением синтетического чугуна. Освоение такой технологии переработки лома будет означать новый этап развития не толь­ко конвертерного процесса, но и производства стали в целом.