9.2. Технология плавки
При переработке обычного низкофосфористого ( <6,3 % Р) чугуна находят применение две разновидности технологии донной продувки: с применением кусковой или порошкообразной извести.
Плавка с применением кусковой извести. В наклоненный конвертер загружают стальной лом, затем заливают чугун. При заливке чугун не должен достигать донных фурм. Одновременно с подъемом конвертера в вертикальное положение начинается период продувки, и в конвертер вводят известь с плавиковым шпатом.
В период продувки протекают те же процессы, что и при верхнем дутье (см. выше), однако имеется ряд отличий, обусловленных в первую очередь очень интенсивным перемешиванием металла и шлака при донном дутье. В результате интенсивного перемешивания металла и шлака получает сильное развитие реакция [С] + (FеО) = СО + +Fе; вследствие этого содержание (FеО) в шлаке по ходу продувки не; превышает 5—6 % (см. рис. 46, б). Лишь после окончания окисления углерода (при содержании <0,1%С), начинается окисление железа, поэтому резко возрастает содержание FеО в шлаке
Рис. 46. Изменение состава металла и шлака по ходу донной продувки кислородом с применением порошкообразной (а) и кусковой (б) извести/
В связи с малым содержанием в шлаке FеО известь растворяется очень медленно. Активное ее растворение, т. е. формирование основного шлака происходит лишь после того, как углерод окислится до <0,1 °/о, т. е. когда в шлаке возрастает количество FеО.
Важным отличием является то, что содержание серы и фосфора в металле в течение почти всей продувки остается неизменным (см. рис. 46, б); их удаление начинается лишь после сформирования основного шлака, т. е. в конце продувки. В связи с этим при работе с кусковой известью для получения стали с требуемым низким содержанием фосфора и серы необходима продувка до очень низких содержаний углерода в металле (<0,05%); при этом заметно возрастают потери железа со шлаком в виде оксидов.
Вследствие низкого содержания FеО в шлаке реакция окисления марганца [Мn] + (FеО) = (МnО) + Fе получает ограниченное развитие и количество окисляющегося в процессе продувки марганца (30—40%) меньше, чем при верхнем дутье (~70%).
Продувку заканчивают после получения необходимых низких содержаний фосфора и серы в металле. После окончания продувки кислородом обязателен кратковременный (20—60 с) период продувки металла аргоном или азотом в связи с тем, что вдуваёмые защитные углеводороды разлагаются при температурах конвертерного процесса, и образующийся при разложении водород растворяется в металле. В конце донной продувки количество водорода достигает 6—10 см3/100 г металла, что недопустимо для сталей многих марок. Кратковременная продувка нейтральным газом обеспечивает снижение содержания водорода до 2—4 см3/100г металла.
При выпуске металла в ковш производят раскисление и как правило, науглероживание, поскольку металл в конце продувки содержит <0,05% С.
Плавка с применением порошкообразной извести. После загрузки лома и заливки чугуна начинают продувку; в течение первых 1/2—2/3 ее длительности вдувают порошкообразную известь иногда с добавкой концентрата плавикового шпата. Размер частиц извести должен быть <0,15 мм, ее расход составляет 40—70 кг/т.
Содержание FеО в шлаке, как и при использовании кусковой извести, по ходу продувки не превышает 5—6%, но характер шлакообразования, дефосфорации и десульфурации иной (см. рис. 46, а). Благодаря применению порошкообразной извести и интенсивному перемешиванию уже в начале продувки формируется шлак с высоким содержанием оксида кальция и начинается удаление в шлак фосфора и серы. Это позволяёт получать достаточно низкие концентрации вредных примесей при сравнительно высоком содержании углерода в металле, т. е. выплавлять средне- и высокоуглеродистые стали.
В связи с интенсивным перемешиванием ванны реакции между шлаком и металлом в большей степени, чем при верхнем дутье, приближаются к равновесию, поэтому обеспечивается более полное удаление в шлак фосфора и серы, более низкая окисленность металла. Содержание марганца в конце продувки, так же, как и при работе с кусковой известью, выше, чем при верхнем дутье. Продувку заканчивают при заданном содержании углерода; после достижения этого содержания вместо кислорода и углеводородов через фурмы в течение 20—60 с вдувают инертные газы для удаления водорода. Основные показатели процессов при обоих вариантах технологии следующие: интенсивность продувки 3—6 м3/(т*мин); длительность продувки 8—13 мин; удельный расход кислорода 45—55 м3/т, природного газа 4— 5 м3/т, пропана 1,5 м3/т, жидкого топлива 2—3 л/т. Расход азота на продувку металла и подачу в межплавочные периоды через фурмы для их охлаждения достигает 15—20 м3/т.