- •А.Н. Шаповалов Металлургия стали курс лекций
- •1 Основные понятия и определения
- •1.1 Основные этапы развития сталеплавильного производства
- •1.2 Классификация сталей
- •1.3 Сталеплавильные шлаки
- •1. Основность шлака
- •Общие принципы установления оптимального шлакового режима плавки
- •2 Основные реакции сталеплавильных процессов
- •2.1 Окисление углерода
- •Основы синхронизации процессов обезуглероживания и нагрева металла
- •2.2 Окисление и восстановление кремния
- •Обеспечение заданного содержания кремния в готовой стали
- •2.3 Окисление и восстановление марганца
- •2.4 Окисление и восстановление фосфора
- •2.5 Удаление серы (десульфурация металла)
- •3 Конвертерное производство стали
- •3.1 История конвертерного производства стали
- •3.2 Устройство кислородного конвертера с верхней продувкой
- •3.3 Шихтовые материалы и требования к ним
- •3.4 Технология кислородно-конвертерной плавки
- •3.5 Дутьевой режим плавки
- •3.6 Поведение составляющих чугуна при продувке
- •3.7 Шлакообразование и требования к шлаку
- •3.8 Поведение железа и выход годного металла
- •3.9 Материальный и тепловой баланс кислородно-конвертерной плавки
- •3.10 Переработка лома в конвертерах
- •3.11 Конвертерные процессы с донной продувкой кислородом
- •Устройство конвертера
- •Технология плавки – отличительные особенности
- •3.12 Сравнение процессов с верхней и донной продувкой кислородом
- •3.13 Конвертерные процессы с комбинированной продувкой
- •4 Выплавка стали в подовых сталеплавильных агрегатах
- •4.1 Принцип работы мартеновской печи
- •4.2 Устройство мартеновской печи
- •4.3 Конструкция отдельных элементов мартеновской печи
- •4.4 Основные особенности и разновидности мартеновского процесса
- •4.5 Основные периоды мартеновской плавки и их значение
- •4.6 Тепловая работа и отопление мартеновских печей
- •4.7 Шлакообразование и шлаковый режим мартеновской плавки
- •4.8 Особенности мартеновского процесса при высоком содержании чугуна в шихте
- •4.9 Показатели и перспективы мартеновского производства стали
- •4.10 Сущность работы двухванных сталеплавильных агрегатов
- •4.11 Технология плавки в двухванных сталеплавильных агрегатах
- •4.12 Перспективы применения двухванных печей
- •5 Внепечная обработка стали
- •5.1 Раскисление и легирование стали в ковше
- •5.2 Обработка металла вакуумом
- •5.3 Продувка металла инертными газами в ковш
- •5.4 Внеагрегатная десульфурация
- •6 Основы теории кристаллизации
- •6.1 Процессы при выпуске и выдержке металла в ковше
- •6.2 Способы разливки стали
- •6.3 Сущность процесса кристаллизации
- •7 Разливка стали в изложницы
- •7.1 Оборудование для разливки стали
- •7.2 Подготовка оборудования к разливке
- •7.3 Строение стальных слитков
- •7.4 Химическая неоднородность слитков
- •7.5 Температура и скорость разливки
- •7.6 Технология разливки стали в изложницы
- •7.6.1 Особенности разливки спокойной стали
- •7.6.2 Особенности разливки кипящей стали
- •7.6.3 Технология разливки полуспокойной стали
- •7.7 Дефекты стальных слитков
- •8 Непрерывная разливка стали
- •8.1 Сущность непрерывной разливки
- •8.2 Классификация мнлз
- •8.3 Основные узлы мнлз
- •8.4 Технология непрерывной разливки
- •8.5 Качество непрерывнолитого слитка
- •8.6 Литейно-прокатные комплексы
- •Рекомендуемая литература
3.11 Конвертерные процессы с донной продувкой кислородом
Первые попытки замены воздушного дутья в бессемеровском и томасовском процессах не дали положительных результатов из-за отсутствия технологии продувки, обеспечивающей высокую стойкость днища конвертеров. Однако разработка способов донной продувки металла кислородом продолжалась, поскольку широкое промышленное применение процесса с верхней подачей дутья выявило его серьезные недостатки, к которым прежде всего относятся:
Высокие потери железа с отходящими газами, шлаком, выбросами и выносами.
Неполное и непостоянное от плавки к плавке усвоение вдуваемого кислорода ванной.
Большая дополнительная высота, требующаяся для размещения кислородных фурм.
Для исключения указанных недостатков разрабатывались возможности применения донного кислородного дутья. Задача состояла в том, чтобы предотвратить активное взаимодействие струй кислорода с металлом непосредственно у выхода из фурм, т.е. отодвинуть вглубь металла реакционную зону, имеющую очень высокую температуру (>2000°С) и значительное содержание оксидов железа, а поэтому вызывающую интенсивное разрушение (эрозию) днища.
Проводившиеся впоследствии в ряде стран исследования привели к разработке пригодного для промышленного использования метода введения кислорода снизу в виде струй, окруженных кольцевой защитной оболочкой из углеводородов. Кольцевая оболочка предотвращает контакт кислорода с чугуном у фурм и обеспечивает охлаждение околофурменной зоны.
Охлаждение околофурменной зоны происходит потому, что на выходе из фурмы протекает ряд эндотермических процессов: разложение углеводородов (CН4=С+2Н2-Q); растворение углерода в металле с поглощением тепла (С=[С]-Q); неполное сгорание углеводородов (CH4+1/2O2= CO+2{H2}- Q.
Отвод реакционной зоны вглубь металла происходит потому, что газ, будучи восстановителем, предотвращает окисление железа вдуваемым кислородом непосредственно у фурм.
При таких условиях в нижней части реакционной зоны не развивается очень высокая температура и не образуются оксиды железа, поэтому не наблюдается интенсивного износа фурм и днища уже при расходе топлива ~ 5 % от расхода кислорода (максимальный расход ~ 10 %).
В качестве источника углеводородов для создания защитной оболочки вокруг кислородной струи в конвертер подают тонкий слой природного газа (его основу составляет метан СН4), пропана (C3H8) и иногда жидкого топлива (сложные углеводороды типа СmНn). Расход природного газа составляет 6—8, пропана около 3,5 % от расхода кислорода.
Устройство конвертера
Конвертеры для донной кислородной продувки имеют отъемное днище, а в остальном схожи с конвертерами, применяемыми при верхней продувке кислородом. В днище в зависимости от емкости конвертера устанавливают от 7 до 22 фурм. Каждая фурма состоит из двух концентрически расположенных труб; по средней трубе из нержавеющей стали или меди с внутренним диаметром 24—50 мм подают кислород, внешняя труба из нержавеющей стали образует кольцевой зазор толщиной 0,5—2 мм вокруг наружной. Через зазор подается защитная среда — газообразные или жидкие углеводороды.