3.5.2. Киснево-конвертерний процес

Киснево-конвертерннй процес (ККП, ЬБ-, ВОР-процес) — це ви- цлавка стало з родкого чавуну 13 добавкою брухту в конвертер! з ос­новною футер1вкою 1 продувкою киснем зверху кр1зь водоохолодну фурму.

Нерш1 натвпромислов1 дослщи з продувки чавуну киснем зверху (у ковии) було проведено в колишньому СРСР в 1939 р. шженером М. I. Мозговим. У промисловому масштаб! ККП вперше проведено в 1!)52 —1953 рр. в Австрп на заводах у м1стах Л1нце 1 Донав1це.

Мостюсть перших кисневих конвертер1в становила 25 — 35 т. Ниш попа збыынилася до 350 — 400 т.

На основ1 проведених у 1954—1955 рр. експеримент1в у конверте­рах 1 ковшах мютюстю 8—15 т було спроектовано 1 введено в експлу- 1п ац1Ю в Украш1 перш1 в колишньому СРСР киснево-конвертерш цехи на металурпйних заводах 1м. Петровського (1956 р., м. Дшпропегровськ) I Кривор1жсталь (1957 р.). Ниш в Укра'пп працюють 23 конвертери.

Переход на виробництво стало у глуходонних конвертерах з основ­ною футеровкою о введения кисню зверху крозь металеву водоохолодну фурму докоронно змонив умови конвертерноо плавки. Виведення зо скла­ду дуття азоту, який вводився 3 пов1трям, зумовило зболыиеногя колькосто гсилоги, що використовуеться в плавц1. З'явилася можливость перероб- М1 чавунов 3 НИЗЬКИМ ВМОСТОМ СИЛ0Ц1Ю (фосфору), яко були основними джгрслами теплоти под час продувки повотрям, значно подвищити част- ку брухту, що иереплавляеться у конвертерах, а використання кисню з чистотою > 99,5 % значно знижуе в метало вмост азоту.

У 1954 — 1956 рр. усопшно завершились дослоди на Новотульському мпалургойному заводо та освоения в 1967 — 1968 рр. спочатку в Номеч- чшм, а попм у Францоо, США та онших краонах своту методу продувки фосфористого о звичайного переробного чавуну в конвертеро знизу стру- мгмсм кисню, оточеного для озоляцп його вод контактування з родким металом 6\ш днища юльцевими струменями вуглеводшв (процеси США/, ЬУ/5, 0-ВОР).

Наприкшщ 70-х роюв XX ст. створено комбшоваш конвертерт процеси донно-верхнього дуття. За комбшовано!" продувки досягаетын штенсивне й р1вном1рне в р1зних частинах ванни перем1шування мета лу, розосередження дуття, больше наближення системи шлак — метал до р1вноваги, сиокшний переб1г процесу продувки, високий вихщ при датно! стал!, менше пиловщцлення, можливкть иереробки великих шматк1в брухту, регулювання окиснення шлаку, швидке розчинення звичайного кускового вагша тощо.

Кр1м використання конвертер!в для переробки чавуну на сталь аг регати конвертерного типу ниш застосовують також для виробництпл леговано! та високолегованоТ стал1 продувкою натвпродукту, поперед ньо отриманого в дуговш електропеч1 або кисневому конвертер!, сум1 шами р13ного складу.

3.5.2.1. Конструкщя 1 футер1вка конвертеров

Кисневий конвертер, маса якого разом з футеровкою може перевп щувати 1000 т, знаходиться у зварному корпус! (рис. 3.3), виготовлено му 13 гиутих штамповаиих сталевих лисив завтовшки 50—120мм л вщповвдними ребрами жорсткостг. Корпус через цапфи спираеться на шдшипники, встановлен1 на станинах. Конвертер може повертатися на 360°.

Металевий корпус конвертера симетричний вадносно вертикально! ос1 й футерований усередиш вогнетривкими матер1алами. На вщмшу В1д конвертера з нижн1м дуттям кисневий конвертер мае глухе днище, кисень надходить зверху кр1зь водоохолодну фурму шд тиском 1 2 МПа. 1нтенсившсть продувки киснем становить 2 — 6 м³/(т • хв), питома витрата кисню — 50 — 55 м³/т, тривалють продувки — 10 25 хв.

М1СТК1СТВ сучасних конвертер1в за масою рщко! стал! становить в'|д 10 до 400 т. У колишньому СРСР конвертери за М1стк1стю розпод! ляли так: 50, 100, 130, 160, 200, 250, 300, 3501400 т. М1стк1сть робочогп простору конвертера вибирають зпдно з проектного мютюстю та осо бливостями технологи — типом чавуну, охолодних 1 шлакоутворюваль них матер!ал1в, галыистю шлаку, що утворюеться. Питома мютюсть У_Ш1|. сучасних конвертер1в, тобто об'ем робочого простору, що належить до 1 т садки (радкий чавун + брухт), зазвичай становить В1Д 0,6 до 1,0 м³/ \\ Нижня межа вщповщае конвертерам велико!' мюткосп (С).

Форма 1 розмор нижньо! частини робочого простору конвертера пов'язаш з розм1щенням там чавуну, що заливаеться, забезпеченням кращого перем1шування металу 1 вщпов^дае конф!гурац11 спрацювання футер1вки. Глибина рщко!' ванни Н_ъ до початку продувки (глибинл у

сиокшному стано) е важливим технолопчним 1 конструктивним пара­метром. Бона визначае поперечний перероз конвертера, занурення етру- мипи дуття в розплав, р1вень иодйому розплаву под час продувания, дою ду ття на днище та шлаку 1 газов на футеровку стон. У сучасних великих конвертерах установить 1,4—1,8 м, зпдно з яким визначають внут- |)1 ц[ 111 й д1аметр Ш) цилондричноо частини конвертера. Так, для /!>()-тонних конвертеров з глибиною ванни 1,5 м и доаметр досягае 6,1 — (1,5 м, а для 100-тонних конвертеров за такоо само! глибини ванни — \ м.

Писота робочого простору конвертеров II ц ?л зросганням \х мосткосто ;1б1лмпуеться мало 1 становить для 100 — 350-тонних конвертеров 7,65 — 10 м. Спроби зменшити вщносну висоту робочого простору можуть иризнести до викидов, осюльки розплав под час продувки знаходить- сн близько боля горловини конвертера. Сшвводношення висоти робо­чого простору до доаметра для болыиосто конвертеров становить 1,2 — 1,5.

7Г\

Рис. 3.3. Кисневий конвертер:

I корпус; 2 — футеровка; 3 — внутрпиня порожнина; 4 — опорш вузли на станинах; ) корпус веденого зубчастого колеса; 6 — цапфа; 7 — опорпе юльце з цапфами 1 гигтемами кршлення в ньому корпусу; 8 — захисний кожух; 9 — електродвигуни иав1сного гину з редукторами; 10 — киснева фурма; 11 — кисень; 12 — вода для охолодження; I I льотка (сталевииускний отв1р); 14 — кшцевик фурми

Д|аметр горловини сучасних конвертеров знаходиться в межах 0,4 0,6 Е>, збольшуючись разом з мосткостоо конвертера. Горловина ве- /III к их розморов дае змогу проводите завантаження всоео маси металево-

го брухту одночасно, що зменшуе тривал1сть плавки. Проте зростаппи О_г призводить до зб1льшення теплових втрат та вмшту в стал! азоту, осюльки внаслщок велико! горловини у порожнину конвертера шдсмок туеться бшыпе пов1тря, азот якого розчиняеться в металл Характсрм стику конструктивних рОЗМ1р1В конвертеров М1СТК1СТЮ 40 — 350 т пане дено в табл. 3.2.

Конвертери за конструкщею корпусу можуть бути сущльнозвар ними або 31 зшмною шоломною частиною, або 31 зшмним днищем Вщ'емш частини корпусу закршлюють до його основно! цилшдрпч но! частини клинопод1бними з'еднаннями для швидкого 1 надшпот розшмання, осюльки р13ьбов1 з'еднання (болти, гайки) в умовах на гр1вання й деформацп корпусу не вщповщають поставленим вимогам Найбшыие зазнае нагр1вання 1 деформац!! шоломна частина, але зам! на Г! новою пов'язана з труднощами шдгонки до цилшдрично! частями корпусу, тому в сучасних конвертерах шоломну частину роблять не зншною.

У шоломнш частиш розм1щена льотка для випускання сталь Вину скання кр1зь льотку, а не зливання через горловину дае змогу зменшп ти потрапляння шлаку в сталь та Г! перемпиування, яке може призвести до зворотного переходу фосфору 31 шлаку в метал. Льотка мае метале ве облицювання 1 закриваеться вогнетривкою глиною. Кут нахилу ка налу отвору льотки може змшюватися в1д нуля до 45 ° й визначаеться зручьпстю гарячих ремонт1в отвору 1 траектор1ею струменя шд час зли вання сталЦ що потребуе точного центрування в1дносно сталерозливно го ковша.

Зн1мн1 днища конвертер1в за конструкц1ею под1ляють на зшмш при ставн1 та вставн1 пробковк Вони забезпечують, з одного боку, економио Б0гнетрив1в донно! частини, а з шшого — швидке охолодження 1 ре монт футер1вки. Кр1м того, ЗН1МН1 днища забезпечують можливхсть по давання знизу вогнетрив1в для ремонту футер1вки. ЗН1МН1 днища при кршлюють за допомогою кронштейн1в, болпв 1 клин1В, а вставн! — за допомогою клинових або кулачкових з'еднань.

Основний недол1к зн1много днища — небезпека проривання металу в М1СЦ1 з'еднання днища з корпусом конвертера 1 зниження жорсткост!

Таблиця 3.2. Розм1ри кисневих конвертеров

С, т	Нв, м	О, м	Я /О	^пиг. м3/т	К м	Ог, м
40	5,50	3,00	1,83	0,81	1,00	1,50
100	7,65	4,00	1,90	0,80	1,50	1,65
200	9,50	5,95	1,60	1,03	1,78	3,10
250	8,83	6,60	1,34	1,01	1,45	3,20
300	9,27	6,55	1,41	0,87	1,90	3,43
350	9,90	7,00	1,41	0,92	1,80	4,00

його нижньоГ частини. Кр1м того, ця небезпека ктотно посилюеться 31 Вбиьшенням мюткосп конвертера.

Вставш днища зазвичай е люком у центр! днища. Вщносно невелик! розмори люка з його центральним положениям дають змогу зберегти Жорстк!сть 1 мщтсть корпусу глуходонного конвертера, забезпечуючи Переваги зшмних днищ.

Опорне юльце 7 (див. рис. 3.3), до якого прикршлеш цапфи б, на сучасних конвертерах розмщене окремо вщ корпусу. Це дае змогу рНшомгрно розвантажувати корпус конвертера вщ дп сил ваги 1 за- безпечуе можлив1Сть вшьних температурних 1 силових деформацш як Корпусу, так 1 опорного К1льця, не зумовлюючи перекосу цапф. Для иахисту опорного юльця вщ перегр1вання 1 потрапляння крапель мета­лу й шлаку над ним приварюють до корпусу конвертера захисний ко­жух 8.

Механизм повороту конвертера знаходиться пщ робочою площад­кою 1 мае два або шлька електродвигушв. Для великих конвертерхв мехашзм повороту складаеться з двох приводов, що ирацюють син­хронно, кожний з яких з'еднаний з одтею цапфою 6 (див. рис. 3.3). На цапф1 жорстко закршлене вёдене зубчасте колесо, закрите корпусом 5. ()бертання колеса забезпечують калька електродвигушв з редукторами 9, нихщш вали-шестерш яких мають зчеилення з колесом.

Футер1вка кисневих конвертеров працюе у найважчих умовах унас- л1док контактування 31 шлакометалевою ванною 1 високотемиератур- ними газами. Кр1м того, вона зазнае удар1в твердо! шихти гид час за­калки та знакозмшних мехашчних 1 терм!чних навантажень. В Ук- р.'Гмм найчастшге використовують вогнетриви, характеристики яких подано в табл. 3.3.

Дв1 головш складов! в0гнетрив1в — СаО 1 М§0 мають вщповщио температуря плавления 2300 1 2800 °С. Оксид кальщю у калька раз1в 1мкидше розчиняеться в сталеплавильному шлаку, шж оксид магшю, и кий бшыи схильиий до гщратаци. Тому з пщвищеиням вмшту М§0 у емолозв'язаному вогнетрив! до певно! меж) (60 — 65 %) стшюсть футе- р||1КП 1ПДВИ1ЦуеТЬСЯ. За ВИЩОГО ВМ1СТу М§0 ТбрМОСТШЮСТЬ 1 мщшсть цегли знижуються.

Периклазошпшелщний вогнетрив вщр!зняеться великою мщшстю, иле НМ1СТ у ньому оксиду хрому (III) Сг₂0₃ знижуе температуру плав­ления. Вш не завжди шлакотривкий. Вогнетриви для футер1вки кон- иертерп) використовують у вигляд1 цегли, блоков 1 маси для набивания. Диижипа цеглини — 300 — 360 мм, маса — 10—15 кг. Використання Л'юкш, пезважаючи на велик! розм1ри 1 внаслщок цього зменшення к1 чысогп ШВ1В, не знайшло поширення через значну масу блоюв та 1мч1рпн'нпя умов пращ пщ час мурування вручну.

Ма кордоном використовують иериклазовуглецев1 вогнетриви, що мштять, %: М)1<) У Г) 80, СаО - 5-20, С - 10-20.

Набивания використовують лише на деяких д1лянках футер1вки для герметизацп мурування 1 забезпечення вшьного розширення цегли шд час нагр1вання. Здебшыиого футеровку кладуть без розчину — всуху, теля чого пепелиК1 идлини засииають магнезитовим порошком, а не лик1 зазори набивають смолодолом1товою масою.

Осюльки вогнетриви гид час нагр1вання розширюються, то в кожному кольцевому шар1 мурування через певш штервали роблять темпера турш шви, встановлюючи дерев'яш прокладки.

Кам'яновупльна, або синтетична, смола (6—10 %) та шпи вуглс цевм1сн1 матер1али (загалом до 20 % С), яю додають при виробництт вогнетривов, створюють шд час подальшого випалювання в конвертер! вуглецеву зв'язку. Бона забезпечуе високу буд1вельну мщшсть вогнетри В1В 1 зменшуе змочування та роз'Удання цегли шлаком. Футер1вка зазпаг коксувального роз1гр1вання безпосередньо в конвертер! за температу ри 1100—1200 °С. Для кожного складу вогнетривкого матер1алу вста новлюють оптимальний режим нагр1вання 1 випалювання (для запоб1 гання випадкам розтр!скування).

Одним з основних факторов, що визначають строк експлуатацп вог нетрив1в футер1вки на смолянш зв'язщ, е глибина шару Х_к, в якому

Таблиця 3.3■ Склад I властивост1 вогнетрив1в, як1 використовують для футерш ки кисиевих конвертеров

Вогнетрив	Склад, %					Об'емна ЩШЬШСТЬ, г/см3		Межа М1ЦНОСТ1 на стиснення, МПа			Уявна пори­стость
	м§о	СаО	ЗЮ2	А12Оэ+ ^Ре203	шсля виго- тов- лення		П1СЛЯ випа­лю­вання	П1СЛЯ виго- тов- лення	ШСЛЯ випа­лю­вання
Смолодоло-	30-	50-	1-4	1-5	2,7 —		2,6-	12-	12-	11-
М1ТОВИЙ	40	56			3,2		2,8	37	18	29
Смолодоло-	46-	30-	1-6	1-5	2,7-		2,5-	9-	9-	2-
м1томагнези-	54	52			3,2		2,9	18	51	20
товий
Смоломагне-	61-	23-	2-3	3-5	2,8-		2,6 —	4-	12-	15-
зитодолом!-	64	26			3,2		2,8	11	35	23
товий
Магнезито-	77-	7-	3-4	2-3	2,8-		2,5-	11-	12-	15-
вий обпа-	84	9			3,1		2,8	15	41	24
лений
Периклазо-	68 —	—	—	—	—		2,9-	—	43-	19-
ШПШеЛ1ДШ	72						3,1		61	23
(обпаленО*

"Периклазошпшелщна цегла М1стить 10—13 % Сг₂Оз-

Рис. 3.4. Динамша змши глибини шару футе- р|йки на смолянш зв'язщ, в якому закшчилися Процсси коксування, у продес! кампанп кон­вертера М1стк1стю 130 (/) 1 55 (2) т (Ы — номер Поточно! плавки; ЛГ' — максимальна юлькшть Плннок за кампашю)

,1НК1Нчилися процеси коксування. За температури 250 °С у смолянш зи'язщ вогнетриву починаеться, а за температури 400 °С закшчуегься Исретворення смоли на коксовий залишок. Цей процес вщбуваеться лише в 100— 150-мШметровш глибиш футеровки пщ час коксувально- 1Ч> роз1гр1вання 1 продовжуеться безпосередньо пщ час виплавки стал1 у ироцеа кампанп конвертера (рис. 3.4). Залежшсть глибини коксу- иаипя вщ к1лькост1 плавок мае екстремальний характер. Крутий пщйом кривих на початку кампанп конвертера пов'язаний 13 роз1гр1ванням футеровки, а похилий хщ право! частини кривих зумовлений вигаром И и1д час кампанп.

Конвертер футерують за схемою, зображеною на рис. 3.5. На внут- |>1шшй поверхш кожуха / залишають зазор 2 завтовшки 20 —30 мм, мкмй заповнюють листами азбесту. Вш дае змогу футер1вщ в1льно роз- ширюватиея пщ час нагр1вання, запоб1гае виникненню температурних паиружень у кожуа, частково е 130ляцшним шаром, що знижуе його мигршання. Арматурний (захиений) шар 3 завтовшки 115 — 230 мм роб- лмть 13 магнезитового, магнезитохромистого або випаленого долом1тового тн петривкого материалу без розчину. Вш експлуатуеться роками 1 дае ,1Могу використовувати виродовж кампанп повну товщину внутр1шньо- ю (робочого) шару футер1вки, заиоб1гае перегр1ванню кожуха конвер­тера, особливо наприюнщ кампанп, коли внутршш шари футерхвки ;кжмм зношеш.

0 0,2 0,4 0,6 0,8 Ы/Ы'

12 3 4 5

2	к/. /
			/ 4

Рис. 3.5. Схема мурування футе- р!вки кисневого конвертера

Шар набивки завтовшки 50—150 мм роблять 13 вогнетривко!' маси 4, що за складом аналопчна цегл1 робочого шару, але з бхльшим вмьстом смоли. Цей шир уппльнюе мурування робочого шару н ироцеа його виготовлення, комиенсуе иипруження, що виникають пщ час на- 1|||нлмпи 1 розширення робочого шару, жишпъ вогнетривю матер1али робочого тиру паприкшщ його експлуатацп вугле- цем смоли та полегшуе видалення Гх для ремонту футер1вки (без иошкодження рпОочого шару).

Робочий шар 5, що безпосередньо контактуе з металом, шлаком I газами, роблять 13 смолозв'язано! або периклазовуглецево'! вогнетрнм ко! цегли (блошв) без розчину з перев'язуванням шв1в юльцями або за гвинтовою ЛШ1еЮ.

Ниш б1лышсть конвертер1в футерують у два шари, осюльки за руч но!' набивки шар 4 не мае потребно'! мщносп, що шод1 призводить до часткового обвалення футер1вки.

Шоломна частина футер1вки зношуетьея повшьшше, шж цил'шд рична, тому п (з метою економп вогнетрив1в) роблять тоншою на 100 150 мм. Для футер1ВКИ викориетовують ВИСОКОСТШК1 СМОЛОДОЛОМП'ОЫ або магнезитохром1тов1 вогнетриви. Арматурний шар льотки виклада ють 13 магнезитовоТ цегли, а отв1р — 31 спещальних блоюв, виготовле них на основ1 плавленого магнезиту.

Днище конвертера виготовляють 13 юлькох шар1в: нижнш — 13 ша мотно'1 цегли (60 — 70 % $Ю₂, 30 — 40 % А1₂0₃), поим кладуть юлька ша р1В магнезитовоТ, апот1м — емолозв'язаноГ або периклазовуглецево'1 цегли

У процес1 продувки конвертера робочий шар футер1вки зношуетьея внасл1док мехагпчних вплив1в (удари куешв брухту П1д час завалки його в конвертер, зривання настил1в тощо), розчинення и в шлаку, а також шд Д1ею терм1чних напруг. Швидкость розгару футер1вки зале жить вщ складу шихти, марок стал!, яку виплавляють, дуттьового режп му, процесу шлакоутворення та якосп вогнетрив1в. Вона становить близь ко 2,5 мм за плавку для периклазошшнелщно!" цегли, 1,5 — для смоле> долом1тово'1 1 менше 1 мм за плавку для магнезитовоТ. Тривалкть кам пани конвертера залежить як вщ швидкосп розгару футер1вки, та:с I В1Д початково! товщини робочого шару, 1 становить (без торкретувап ня) 350 — 450 плавок для периклазошпшелщних, 400 — 900 — для смо лодолом1тових 1 600—1000 — для магнезитових вогнетрив1в на Д1ляп ках найб1льшого зношення. Якщо на будь-як1Й д1лянц1 внутршньо! поверхн1 розгар футер1вки досягае арматурного шару, конвертер зуии няють на ремонт.

Для п1двищення тривалост1 кампани проводять гарячий ремонт футер1вки, застосовуючи торкретування. Суть методу полягае в нане сенн1 на зношеш д1лянки кладки порошку вогнетривкого матер1алу за допомогою торкрет-машини 0нод1 вогнетривкий матер1ал спец1алык1 вдувають через вертикальну фурму). Розр1эняють нап1всухе, вологе та вогневе (факельне) торкретування долом1товою, долом1томагнезитовою 1 магнезитохром1товою масами.

За нап1Всухого 1 Бологого торкретування маса 13 бункера подаеться у пот1К стисиеного пов1тря, п1сля чого викидаеться через сопло тор к рет-машини на зношене М1сце футер1вки. Слщ зазначити, що за па швсухого торкретування нанесений шар утримуеться на футер1вц1 прше, Н1Ж за Бологого, що призводить до шдвшцених витрат вогнетрив1в, алс за Бологого торкретування потр1бно б1льше часу на прогр1вання вс» нетривко! маси та ешкання п з футер1вкою.

За факельного торкретування сумш1 вогнетривких порошюв 1 коксо­вого пилу (торкрет-маса) подаеться на зношену поверхню футеровки в СТрумеш кисню за допомогою торкрет-фурми. На виход! сум1ци 13 со- Нсл фурми коксовий пил загоряеться в струмеш кисню. Вогнетривкий Порошок нагр1ваеться до 1650 — 1800 °С 1 нриварюегься до поверхш )утер]вки. Швидк1С.ть розгару шару нанесеноТ торкрет-маси становить

4 мм за плавку. У раз1 оптимально пщ1брано1 тривалосп торкрету- |йпня 1 його пертдичносп можна майже запоб1гти зношенню футеров­ки конвертера.