3.3. Технология плавки
Плавка состоит из следующих периодов:
наклоняют конвертер и загружают лом одним лотком с помощью крана;
заливка чугуна, конвертер переводят в вертикальное положение;
подают кислород и опускают фурму, начало продувки с одновременной подачей первой порции сыпучих шлакообразующих (извести, боксита или плавикового шпата и железной руды 2/3 от общего количества) через горловину;
подача оставшихся шлакообразующих порциями (от двух до пяти порций) по ходу продувки в течение первой трети ее длительности с помощью специального выдвижного желоба (автоматизированной системы, состоящей из ряда бункеров для хранения сыпучих, питателей, весов и лотков, находящихся над конвертером);
повалка конвертера для отбора проб металла, шлака и замер температуры;
слив металла, раскисление и легирование;
слив шлака;
отбора проб металла, шлака и замер температуры.
В зависимости от содержания фосфора в чугуне и требуемого его содержания в готовой стали, а также от содержания углерода и серы в ней процесс ведут со спуском (чаще в середине продувки) или без спуска промежуточного шлака. Для ускорения растворения в шлаке извести в конвертер вводят боксит и плавиковый шпат. Последний действует эффективнее и добавляется в количестве 0,150,4 % к массе металла. Чем больше требуемая степень дефосфорации и десульфурации, тем больше расходуется плавикового шпата.
Лом и железную руду используют для охлаждения металлической ванны. Лом обычно подают измельченным (в виде «сечки»). Руда используется не только для охлаждения, но и является окислителем. При ее применении снижается содержание примесей в металле, сокращается время плавки, уменьшается расход кислорода на 10 %, повышается стойкость футеровки конвертора. Степень охлаждения металлической ванны при использовании руды в 3,5 раза выше, чем при использовании лома.
При проведении продувки кислородная фурма устанавливается в строго определенном положении по высоте. Расстояние от головки фурмы до уровня спокойной ванны в зависимости от емкости конвертера и принятой технологии составляет 0,73,0 м. Благодаря высокому давлению кислородные струи внедряются в жидкий металл и вызывают его циркуляцию и перемешивание со шлаком. По мере растворения извести основность шлака увеличивается и к концу продувки превышает значение 2,5, что обеспечивает удаление в шлак серы и фосфора. Шлаковый режим оказывает существенное влияние на ход плавки, на качество выплавляемой стали, а также на стойкость футеровки конвертера. Важно обеспечить не только нужные свойства шлака, но и как можно более раннее его образование. Для ускорения шлакообразования присаживают плавиковый шпат или боксит.
В начале продувки передельного чугуна происходит энергичное окисление кремния, марганца и фосфора; окисление углерода в этот период обычно замедляется, а шлак обогащается окислами железа. С нагревом ванны скорость окисления углерода возрастает, достигает максимума в середине плавки, при этом часто происходят выбросы металла из конвертора. Предотвратить выбросы можно опусканием фурмы и уменьшением подачи кислорода. Четкого деления плавки на периоды, с точки зрения последовательности окисления примесей не наблюдается. Изменение химического состава металла за время продувки приведено на рисунке 4.
После снижения содержания углерода до заданного продувку прекращают (момент окончания продувки определяют по количеству израсходованного кислорода, по длительности, по виду пламени и искр, вырывающихся из горловины конвертера), поднимают фурму выше горловины и наклоняют конвертер. Отбирают пробы, замеряют температуру металла, выпускают, раскисляют и легируют сталь. Если содержание углерода выше требуемого, производят додувку плавки (при низком содержании углерода – производят науглероживание металла, например, термоантрацитом).
Сталь из конвертера обычно сливают в сталеразливочный ковш не через горловину, а через специальную летку (сталевыпускное отверстие) в шлемовой части конвертера, которая предварительно разделывается. Это уменьшает перемешивание металла со шлаком, предотвращает возможный обратный переход фосфора в металл.
Раскисление стали проводят осаждающим методом в ковше во время выпуска. В конвертер раскислители не вводят во избежание их большого угара. При выплавке спокойной стали раскислители вводят в струю металла в следующей последовательности:
– в начале ферромарганец или силикомарганец;
– затем ферросилиций;
– в последнюю очередь алюминий.
Кипящую сталь раскисляют одним ферромарганцем.
П
Рисунок 4. –
Изменение состава металла, шлака и
температуры ванны при продувке чугуна
кислородом сверху (низкоуглеродистая
сталь, охлаждение рудой). Стрелки –
присадки извести и охладителей [2].
ри
раскислении спокойной стали угар
раскислителей составляет: марганца
1025
%, кремния 1525
%, для кипящей стали угар марганца равен
2035%.
Расход алюминия на раскисление в зависимости от содержания углерода в выплавляемой стали составляет 0,150,80 кг на 1 тонну стали и увеличивается при снижении содержания углерода.
В целях получения стали с заданными свойствами применяют в качестве добавок различные сплавы: феррохром, никель и др. Для науглероживания металла применяют электродную муку, молотый кокс, термоантрацит.
Остатки шлака сливают в шлаковую чашу. Температура стали на выпуске 16201670 С, зависит от заданной марки стали и применения методов внепечной обработки металла: обработка синтетическим шлаком (СШ), твердыми шлакообразующими смесями (ТШС), вакуумирование, продувка аргоном, модифицирование порошок содержащей проволокой в ковше, обработка шлакообразующими смесями (ШОС) перед разливкой в промежуточном ковше и в кристаллизаторе и др.) Далее металл разливают в слитки или на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).
При взаимодействии кислорода с жидким металлом температура быстро возрастает до величины, при которой начинается испарение железа. Пары железа, выносимые газом, окисляются, образуя бурую пыль, что является особенностью и недостатком конвертерного процесса. Запыленность газа, выделяющегося из конвертора, достигает 200 г/м3, а размер частиц пыли не превышает 1 мкм. Температура газов, выходящих из конвертора, достигает 15001700 С, а содержание в них СО составляет 90 %. Поэтому этот газ необходимо направлять в котлы-утилизаторы, очищать от пыли, а оставшийся газ сжигать в факелах или отводить в газгольдеры и использовать как топливо или химическое сырье. В качестве альтернативы можно дожигать, используя тепло отходящих газов в котлах-утилизаторах, затем очищать газ от пыли и выбрасывать в атмосферу при запыленности менее 100 мг/м3.
В конвертере, работающего с дожиганием, газ при продувке поступает из него в камин, при этом он смешивается с воздухом из окружающей атмосферы и сгорает. Горячие отходящие газы отдают тепло в котле-утилизаторе, а затем направляются в охладитель (чаще всего с водяными форсунками), где охлаждаются до температуры, допустимой для пропускания через пылеулавливающее устройство (чаще трубы Вентури и циклоны). Вентилятор засасывает отходящие газы в пылеочистное устройство и направляет оттуда их в дымоход. В дымоходе постоянно горит факел, исключающий взрыв газа. Пыль из газа осаждается в коленном промывном устройстве и смывается в отстойник, откуда отправляется на дальнейшую переработку. Азот, необходимый для продувки очистной установки, подается по трубопроводу. При поломках и авариях газ выбрасывается в атмосферу через дымовую трубу.
Дымообразование при продувке металла кислородом в конвертере существенно (на 1,01,5 %) снижает выход годного металла. Снизить количество образующейся в процессе LD пыли можно путем увеличения количества кремния и марганца в металле и добавления водяного пара к кислородному дутью (особенно при высоком содержании углерода в металлической ванне). При содержании 3 % С в ванне введение 50 % H2O в струю кислорода приводит к трехкратному снижению количества пыли. К сильному снижению пыли приводит использование комбинированного дутья или донного.
Переход от использования односопловых фурм к многосопловым снизил потери металла с пылью в 1,22 раза за счет рассредоточения дутья и ускорения формирования шлака.