
- •1. Струминні течії
- •1.1. Конструкція дуттєвих пристроїв
- •1.2. Дозвукові струмені
- •1.3. Звукові і надзвукові струмені
- •1.4. Керування продувкою
- •2. Теорія конвертерних процесів
- •2.1. Взаємодія окислювальних струменів із металом
- •2.2. Фізико-хімічні процеси при взаємодії
- •2.3. Засвоєння кисню дуття
- •2.4. Окислювання кремнію
- •2.5. Окислювання марганцю
- •2.6. Окислювання вуглецю
- •2.7. Десульфурація
- •2.8. Дефосфорація
- •2.9. Окислюваність металу
- •2.10. Азот і водень у сталі
- •2.11. Тепловий бік процесу
- •2.12. Пилоутворення
- •2.13. Шлакоутворення
- •2.14. Перемішування ванни
- •2.15. Керування продувкою
- •3. Процеси повітряного дуття
- •3.1. Будова і схема роботи конвертерів донного повітряного дуття
- •3.2. Бесемерівський процес
- •3.3. Томасівський процес
- •3.4. Мале бесемерування
- •3.5. Збагачення донного повітряного дуття киснем і застосування інших газових сумішей
- •4. Процес із верхньою кисневою продувкою
- •4.1. Історія виникнення і розвитку процесу
- •4.2. Схема конвертера, загальний виклад технології
- •4.3. Фурми, сопла, дуттєвий режим
- •Io2•τ≈const. (4.3)
- •4.4. Механізм окислювальних процесів. Динаміка рідкої ванни
- •4.5. Шихтові матеріали і вимоги до них
- •4.6. Особливості окислювання і виведення домішок
- •4.7. Шлакоутворення
- •4.8. Служба футеровки
- •4.9. Фізичні втрати металу
- •4.10. Матеріальний і тепловий баланси плавки
- •4.11. Теплові втрати конвертерів
- •4.12. Тепловий режим
- •Кількість феросплавів Мфспл і навуглецьовувача* розраховують за формулою
- •5. Донна киснева продувка
- •5.1. Шихтовий режим
- •5.2. Дуттєвий режим
- •5.3. Тепловий режим
- •5.4. Технологічні взаємозв'язки
- •5.5. Фосфористий чавун
- •5.6. Низькомарганцевистий чавун
- •5.7. Ванадієвий чавун
- •6. Комбінована продувка
- •6.1. Типи продувки
- •6.2. Особливості конструкції дуттєвих пристроїв і агрегатів
- •6.3. Дуттєвий режим
- •6.4. Технологічні взаємодії
- •6.5. Тепловий режим
- •6.6. Вибір конвертерного процесу для конкретних умов підприємства
- •7. Варіанти технології
- •7.5. Конвертери (печі) з оптимізованим використанням енергії- eof*
- •7.6. Продувка фосфористих чавунів
- •7.7. Продувка високо.Марганцевистих чавунів
- •7.8. Продувка ванадієвих чавунів
- •7.9. Продувка хромовмісних чавунів
- •7.10.2. Варіанти безперервного сталеплавильного процесу (бсп)
- •7.11. Аргонокисневе рафінування
- •8.1. Попередня обробка чавуну
- •8.1.1. Мета обробки
- •8.1.2. Позадоменна десульфурація чавуну
- •8.1.3. Позадоменна дефосфорація чавуну
- •8.1.4. Задачі і принципи десиліконізації чавуну
- •8.2. Задачі позапічної обробки сталі в конвертерних цехах
- •8.3. Відсікання і виявлення шлаку при випуску металу з конвертера
- •8.4. Сучасні технології розкислювання і легування сталі
- •8.6. Обробка сталі у ковші нейтральним газом
- •8.7. Обробка сталі при зниженому тиску (вакуумування)
- •8.8. Нагрівання сталі у ковші при атмосферному тиску
- •8.10. Якість і призначення конвертерних сталей
- •9. Керування конвертерним процесом
- •9.1. Контроль процесу
- •9.2. Статичне керування
- •9.3. Динамічне керування
- •9.4. Системи автоматизації
- •10.1. Параметри агрегатів
- •10.3. Футеровка
- •10.4. Охолодження й очищення конвертерних газів
- •11. Конвертерний цех
- •11.1. Схема роботи цеху
- •11.2. Вантажопотоки
- •11.3. Планування цеху
- •12.2. Метал
- •12.3. Неметалеві матеріали
- •12.5. Вода
- •13. Техніко-економічні показники
- •14. Аварії і техніка безпеки
12.2. Метал
Проблеми рециркуляції матеріальних відходів конвертерного виробництва, у першу чергу, пов'язані з переробкою шлаків, шламів і пилу газоочисток та підготовки для плавки металургійного брухту, стружки й інших вторинних чорних металів. При цьому якщо шлакова продукція знаходить застосування, в основному, у будівельній промисловості, то препаровані (підготовлені для утилізації) шлами, пил і брухт надходять майже цілком у металургійний переділ. Головні напрямки підготовки металевого брухту - фрагментування і класифікація, видалення кольорових металів, підігрівання і пакетування легковагого брухту, брикетування стружки і видалення мастил.
Сталеплавильне виробництво, виготовлення кінцевих сталевих виробів, супроводжувані утворенням скрапу, створили комплексну систему, що включає рециркуляцію скрапу, яка знаходилась у збалансованому стані століттями. Однак поява й акумулювання в сталі шкідливих для її якості і важко видаляємих з неї елементів - міді, олова, цинку, свинцю, вісмуту, сурми, миш'яку, нікелю, хрому, молібдену, кобальту, ванадію вже починає порушувати баланс, що склався, особливо при виробництві листової сталі на міні-заводах (в електропечах), коли витрати скрапу на одиницю продукції значні. Контроль вмісту домішок і видалення їх у процесі сталеплавлення є однією з важливих задач сучасної металургії, вирішення якої забезпечить бажаний замкнутий цикл основної групи конструкційних матеріалів. Нижче наведені розроблювані і застосовувані технології очищення скрапу від домішок кольорових металів.
Рафінування випаровуванням у контрольованій атмосфері пов'язане з відносно низькою температурою кипіння деяких кольорових і лужних металів, °С: Аs - 622, К - 760,Na - 890, Сd - 765, Zn - 906. Із оксидів кольорових і лужних металів найбільш низьку температуру кипіння мають, °С: Na20 - 1350, РbО - 1470, SnО - 1425, Sb203 - 1425.
Цинк виділяють термічною обробкою оцинкованих аркушів, що відслужили, при температурі 600°С. Після відпалювання (100°С) крихкий шар інтерметалевої фази механічно видаляють із поверхні. Використовують також вакуумну обробку автомобільного скрапу при температурі 600-1100°С, початкова газова фаза складається з азоту або оксиду вуглецю. Ефективний безперервний процес електролітичного добування цинку з автомобільного і вагонного скрапу, що завантажується в гарячий лужний розчин, де цинк розчиняється і потім осаджується на катоді. Перелічені процеси забезпечують рециркуляцію і скрапу і цинку.
Олово зі сталевого скрапу економічно доцільно видаляти на установках з річною потужністю ЗО тис.т скрапу електролітичним шляхом у каустичній содовій ванні при І = 85°С. Знайде, очевидно, застосування процес обробки вкритого оловом скрапу реактивними газами (Н25) при=300-550°С с наступним механічним видаленням шару SnS.
Мідь, на відміну від олова і цинку, що вкривають сталь тонким шаром, знаходиться в залізному скрапі як механічна суміш частин електромоторів, охолоджувачів, змійовиків, проводів і т.п. Відмінна риса міді полягає в тому, що вона не окислюється в продуктах згоряння будь-якого палива при наявності сталевого брухту і може бути вилучена шляхом її виплавлення. Виправдали себе ручне сортування і розмелювання скрапу на куски малих розмірів з наступним магнітним розподілом заліза і міді. В Японії розподіл здійснюють за допомогою відеокамер і ПЕОМ на конвейєрі (ідентифікація міді за кольором). У США обробляють скрап сумішшю повітря і соляної кислоти при І = 600-900°С - мідь випаровується у вигляді хлоридів, конденсується і складується для рециркуляції. Випробувана екстракція міді рідкою ванною металу (АІ, РЬ, Ві), в якій мідь швидко розчиняється, а залізо нерозчинне. 90% міді зі скрапу видаляється у вигляді Си2Б при витримуванні скрапу в штейні (80% FeS+20% Na2S) при 1000°С в атмосфері азоту.
Це, очевидно, технології майбутнього. Поки що в промисловості кожен завод змішує «брудний» (з домішками) скрап із більш чистим або з залізом прямого відновлення, розробляючи рецепти для кожної марки сталі. Зниження вмісту домішок у сталі при цьому досягається за допомогою їх розчинення і рівномірного внесення в усі вироби. Подібну технологію слід вважати лише тимчасовим вирішенням проблеми, а не рециркуляцією і тим більше - не рафінуванням сталі.
Прийоми видалення домішок кольорових металів із рідких залізовуглецевих сплавів наступні. Мідь видаляють вакуумною обробкою або сульфідними шлаками (Nа2S*FеS; Na2S04*FeS; Nа2С03'FeS) з наступним випаровуванням натрію зі шлаку, знесірченням розплаву; при цьому досягається рециркуляція міді в кольорову металургію. Олово видаляють, формуючи кальцієвмісні шлаки за реакцією 2 [Са] + [Sп]=(Са2Sп).
Цей метод також підходить для видалення свинцю, вісмуту, миш'яку і сурми - усі вони утворюють стійкі інтерметалеві з'єднання з кальцієм. Іншим методом видалення олова зі сталевих розплавів є (як і у випадку з міддю) вакуумне рафінування, спрощене тією обставиною, що олово утворює летки речовини SnS, SnО, а також хлориди. Молібден видаляють додаванням до розплаву РеБ і утворенням стабільних сульфідів молібдену. Очищення розплавів від хрому і ванадію не настільки проблематичне - останні легко окислюються і розчиняються в шлаках з подальшою рециркуляцією.
У США найбільше поширення одержали способи переробки автомобільного брухту з застосуванням кріогенного дроблення. Витрати рідкого азоту в цих процесах складають близько 400 кг/т, що відповідає енергетичним витратам (з урахуванням виробництва азоту) приблизно 60-70 кг у.п./т. Наступні після дроблення автомобільного брухту стадії розподілу грунтуються на магнітній сепарації, гідравлічній класифікації з застосуванням циклонів, збага-
чення у важких середовищах, грохочення і т.д. Мідь і алюміній у процесі кріогенного дроблення залишаються пластичними і подрібнюються в меншій мірі.
Як важкі середовища використовують суспензію високодисперсних часток феросиліцію і ферохрому у воді. З їх застосуванням неферомагнітну частину дробленого брухту (частки розмірами 0,5-50 мм) вдається розподілити на складові: неметалева фракція, алюміній і його сплави, мідь і мідні сплави.
Мокрі методи очищення застосовуються також при підготовці замасленого брухту. Брухт для видалення мастила промивають в апаратах барабанного типу гарячою водою і спеціальним розчином, який потім піддають регенерації.
Поряд з наведеними існують і розвиваються різні теплові методи підготовки і переробки брухту.
Теплові
методи підготовки металевого брухту
включають його пакетування і брикетування,
видалення мастила й емульсій, а також
кольорових металів. При фільтрації
технологічних газів через брухт
(особливо подрібнений) з них частково
видаляється пил, що приводить до
збільшення виходу придатного продукту.
Утилізація тепла за рахунок підігріву
брухту одночасно дозволяє значно
скоротити витрати на використання
вторинних енергоресурсів.
Один з основних недоліків теплової підготовки металобрухту пов'язаний з окислюванням заліза, що може привести до значного зниження металургійної цінності брухту. Звичайно, для успішного розвитку такої підготовки повинні бути поширені малоокислю-вальні і безокислювальні методи нагрівання, тим більше, що і процеси випарного теплового рафінування металу можуть бути найбільш успішно реалізовані лише у віднов-лювальній (контрольованій) атмосфері.
Найбільш важлива проблема - рафінування металобрухту для конвертерів від кольорових металів, що його забруднюють. Значна кількість фізичного і хімічного тепла, що міститься в конвертерних газах, дозволяє вирішити цю проблему за рахунок тепла газів, що відходять, і, тим самим, різко знизити енергоємність конвертерної сталі. Можлива схема підігріву брухту з використанням тепла конвертерних газів наведена на рис. 12.6. Підготовлений брухт завантажується в систему газовідвідного тракту через бункер-нагромаджувач. Брухт за допомогою штовхачів послідовно проходить чотири камери: дві конвективного нагрівання (З і 5) і дві - радіаційного (2 і 4). У камерах 2 і 3 брухт нагрівається до 1100-1250°С у відновній атмосфері, цинк випаровується і плавиться мідь. Цинк у пароподібному стані виноситься в камери 4 і 5, де окислюється і перетворюється в пил, мідь же збирається у нагромаджувачі камери 2, з якого періодично випускається. У камері 5 частина пилового цинку осідає на холодному брухті.
Для
зменшення осідання пилу цинку у випадку
дуже подрібненого брухту висота
завантажувального шару в камері 5
повинна бути знижена. Загальна маса
брухту, який накопичується в димовому
тракті, розраховується на 4-5 завантажень
конвертера, що забезпечує прогрівання
брухту до високої температури і
глибоку внутрішню утилізацію тепла.
У тракті передбачається також камера
для допалювання мастила. Для підтримки
необхідної температури і складу
газів у період простою конвертера в
камеру 9 передбачається подача не
лише повітря, але й палива; у камеру 2
також передбачене введення палива.
При роботі конвертера подача палива
відключається.
Для нагрівання стружки застосовується кілька типів печей: барабанні, камерні, шахтні та ін. Основний тип печі для нагрівання дробленої стружки - барабанна. Варіант такої печі для оезокислювального нагрівання стружки з випалюванням мастила показаний на рис. 12.7. Відмінна риса печі - наявність жарової труби. У жарову трубу направляються продукти згоряння, які ежектують у неї пари мастила. Воно згоряє за рахунок надлишкового кисню продуктів згоряння. Стружка, нагріта до 750-850°С, з печі висипається у приймальний бункер брикетувального преса, де пресується у брикети розмірами 0,3x0,3x0,3 м (щільність брикетів приблизно 5,0 т/м3). У системі підтримується розрідження, що виключає попадання парів мастила в атмосферу. Для безпеки роботи в герметизуючих тамбурах встановлені чергові пальники.
Муфелювання дещо ускладнює і здорожує процес нагрівання стружки. Малоокислю-вальне нагрівання стружки може бути здійснене і без муфелювання. Паливо при малоокис-лювальному нагріванні спалюється при п=0,8 + 0,98; для допалювання палива, парів мастила і сажі передбачається спеціальна камера з температурою не менше 1000°С. Необхідність підтримки позитивного тиску в печі пов'язана в цьому випадку з обов'язковою установкою аспіраційної системи. Для ефективної роботи установок з допалювання мастила, що видаляється з металобрухту, у системі автоматичного керування тепловим процесом обов'язково передбачається контроль газів.