18.Опишите структуру теплового баланса конвертерной плавки

Тепловой баланс конвертерной плавки

Сталь, выпускаемая из конвертера, должна быть нагрета до температуры 1600—1660 °С, в то время как заливаемый в кислородный конвертер чугун обычно имеет температуру 1300-1450 °С. Источником тепла для нагрева стали, шлака, отходящих газов, а также для компенсации теплопотерь при плавке является тепло, выделяющееся при окислении примесей чугуна. Расчеты теплового баланса конвертерной плаки и практика показывают, что общее количество тепла, выделяющегося при окислении примесей чугуна при любом его составе, значительно превышает потребность в тепле для нагрева стали до температуры выпуска и для компенсации теплопотерь. Если в конвертере перерабатывать один чугун, то температура металла в конце продувки была бы 1850-1900 °С, что недопустимо. Поэтому при кислородно-конвертерной плавке всегда применяют охладители (обычно стальной лом). Расход охладителей определяют на основании расчета теплового баланса плавки; он должен быть таким, чтобы поглощалось все избыточное тепло и при этом обеспечивалось бы получение требуемой температуры металла перед выпуском из конвертера. В табл. 1 приведены данные о тепловом балансе конвертерных плавок при использовании в качестве охладителя стального лома. Основные приходные (вносящие тепло) статьи теплового баланса- это физическое тепло жидкого чугуна и тепло экзотермических реакций окисления; немного тепла дают экзотермические реакции шлакообразования (реагирования СаО с SiO2 и СаО с P2O5). С учетом того, что около 50% вносимого тепла приходится на долю жидкого чугуна, очень важно проведение мероприятий по увеличению температуры заливаемого чугуна. Таблица 1. Соотношение между приходными и расходными статьями теплового баланса конверторной плавки *Примечание. Общий приход (расход) тепла составляет 180-200 МДж/100 кг шихты. Из экзотермических реакций окисления первое место по количеству вносимого тепла занимает реакция окисления углерода (несмотря на то, что около 30% этого тепла уносится из конвертера газообразными продуктами реакции - СО и СO2), на втором месте стоит реакция окисления кремния, на третьем - реакции окисления железа в шлак; роль окисления прочих составляющих металла менее значительна. Особо следует подчеркнуть роль изменения количества кремния в перерабатываемом чугуне. Поскольку тепловой аффект реакции окисления кремния велик, изменение его содержания в чугуне очень сильно влияет на величину прихода тепла и температурные условия плавки (конечную температуру металла и расход охладителей). Основные расходные статьи теплового баланса: тепло, уносимое жидкой сталью и шлаком, а также конвертерными газами; из общего количества тепла, идущего на нагрев стали (69-72%) 15-21% расходуется на нагрев и расплавление стального лома. К основным видам потерь тепла относятся потери в окружающую атмосферу через корпус конвертера, температура которого составляет 120-350 °С; потери с охлаждающей фурму водой; потери на нагрев футеровки, охлаждающейся в межпродувочные периоды, которые можно подсчитать как сумму потерь излучением через горловину конвертера и в результате свободной конвекции воздуха в полости конвертера. Необходимо подчеркнуть, что при увеличении простоев конвертера между плавками теплопотери излучением и конвекцией сильно возрастают. Охладители конвертерной плавки. В качестве охладителей можно использовать стальной лом, железную руду, известняк, окалину, железорудные агломерат и окатыши, доломит и др. Обычно используют стальной лом. Это объясняется тем, что он заменяет значительную часть дорогостоящего чугуна, снижая стоимость стали; кроме того, при снижении расхода чугуна отпадает необходимость в дополнительных мощностях по выплавке чугуна, производству кокса, добыче и обогащению железных руд. При использовании стального лома избыточное тепло процесса расходуется на его нагрев и расплавление, охлаждающая способность 1 кг лома составляет 1410 кДж (при 1620 °С); расход лома по условиям теплового баланса не превышает 25—27% от массы металлической шихты. Железную руду, окалину, окатыши, известняк, иногда известь и другие добавки обычно используют для корректировки температуры металла — вводя небольшими порциями по ходу продувки или в ее конце в случае получения на той или иной плавке избыточной температуры металла. Руду, окалину, окатыши и агломерат, содержащие оксиды железа, иногда применяют также для ускорения шлакообразования, загружая в конвертер в начале продувки. При использовании руды избыточное тепло расходуется на ее нагрев и восстановление железа из оксидов; восстановленное железо несколько повышает выход годной стали. Охлаждающее воздействие руды в 3,0—3,8 раза выше охлаждающего воздействия равного количества лома. При использовании в качестве охладителей известняка и доломита тепло расходуется на разложение СаСО3 и MgCO3. Редкое использование этих охладителей связано с тем, что они не увеличивают выход годного металла.