книги из ГПНТБ / Квитко, М. П. Кислородно-конвертерный процесс

_ При принятом нами соотношении С/С0 = 0,5 величина erf г = 0,5. Значение г — 0,45 по таблицам [51]. Для 1300° С зна

Таким образом, скорость плавления должна составлять

рис М 'пока?ьтяТЧНЫе РаСЧе™ П° плавкампредставленным на рис. 34, показывают, что при таких линейных скоростях плавле­

ния лома концентрация никеля «а 1-2-й минутах продувки не

ВеЛИЧИН ПОрядка 0,0015-0,0030%, т. е. пракически в 10 15 раз меньше, чем в действительности.

п *ХОнечно’ весовая скорость расплавления лома будет опведевЛТВСЯеГ° хаРактеР°м- п Ри завалке, например, листовой обвези мягтыу тпп°Р°СТЬ ялавлеиия может быть очень высокой вследствие ме?аллом ЩИН И б°ЛЬШИХ повеРхн°стей контакта лома с жидким

пИл а УЖН0 °™етить’ что скорость плавления лома в результате углерода, подсчитанную выше, следует рассматривать как максимальную, так как увеличение температуры ванны ком-

отнптРРГ„1СЯг Г еЛИЧеНИеМ вязкости сталв [52]. Установлено, что V/т) в ходе сталеплавильного процесса остается по­

стоянным. Величину коэффициента вязкости рассчитывали по уриопспИЮ

1760

Г] = 1 г - 1,724 -10-6е 1’98г (78) Р1873 — 0,1361

Vim — удельный объем жидкого углеродистого расплава при

1600 с.

Изложенное позволяет объяснить плавление скрапа с наблю­ даемыми скоростями одновременным воздействием диффузии уг­ лерода и местных перегревов. По всей вероятности, в локальных ооъемах ванны вблизи реакционной зоны (которую можно рассма­ тривать в этом случае как полусферический источник тепла) воз­ никают значительные перегревы по сравнению со средней темпе­

ратурой ванны. Ориентировочно оценить скорость плавления лома можно по равенству

П О

q — теплосодержание лома, ккал/кг;

А Т — перегрев над температурой плавления, град; 6Т— толщина пограничного (теплового) слоя.

Расчеты по этому равенству для величин перегрева порядка

дают скорость плавления порядка 20—25 см/мин, т. е. большую, чем на практике.

Таким образом, в конвертерах плавление лома происходит в основном под воздействием перегрева. Нужно отметить, что с увеличением интенсивности подачи кислорода величины пере­ гревов должны возрастать; при этом рост перегрева должен быть прямо пропорционален увеличению интенсивности подачи кис­

6 . Особенности пылевыделения при высокой интенсивности подачи кислорода

Повышение темпа подачи кислорода сопровождается увеличе­ нием пылевыделения. Характеристика пылевыделения при изменении интенсивности продувки (10-т конвертер) представлена в табл. 27.

Из табл. 27 видно, что степень запыленности линейно пропор­ циональна темпу подачи кислорода. Данные опытного конвертера подтверждаются результатами, полученными ЦНИИЧМ и НИОгаз на конвертере емкостью 100 т:

Уменьшение длительности продувки с ростом интенсивности не может оказать решающее влияние на величину потерь металла

111

Удельную скорость пылевыделёния (испарения железа) в об­

При одном и той же удельной скорости испарения количество испаряющегося железа зависит от размеров поверхности испаре­ ния. С ростом интенсивности продувки увеличение контактной поверхности металл таз должно быть пропорционально расходу кислорода, так как массовая скорость потока не изменяется

С увеличением поверхности контакта должно увеличиваться количество испаряющегося железа. Но, как было показано при анализе процесса усвоения кислорода, время контакта металла с газом уменьшается пропорционально расходу кислорода, по­ этому' величина эффективной поверхности контакта на единицу вводимого кислорода остается постоянной. Следовательно, при

изменении интенсивности продувки не должна изменяться интен­ сивность пылевыделения.

„С точки зрения изменения глубины ванны и времени взаимо­ действия газа с металлом увеличение пылеобразования с ростом интенсивности продувки можно объяснить следующим образом. В момент встречи струи кислорода с металлом образуются отдель­ ные газовые пузырьки, температура поверхности металлической оболочки которых весьма высокая. Только что образовавшиеся пузырьки содержат максимальное количество пыли при данной тем­ пературе (температуре реакционной зоны). По мере прохождения пузырьков через слой металла и шлака температура оболочки и внутреннего объема пузыря уменьшается пропорционально глу­ бине всплывания и времени пребывания пузырька в металле. С уменьшением температуры происходит, конденсация пыли и по­ глощение ее металлической оболочкой пузырька.

Поскольку

АЯ = klbl

112

при постоянной первоначальной глубине ванны количество пыли gn пропорционально

Тогда при переходе от одной интенсивности к другой запылен­ ность газов должна изменяться в соответствии с выражением

Расчеты по этому соотношению очень хорошо согласуются с по-

,лученными опытными данными (см. табл. 27). Нужно отметить, что данные последних исследований на промышленных конвертерах не подтвердили увеличение пылевыделения с ростом интенсивности [43, 53]. Увеличение запыленности отходящих газов авторы объ­ ясняют в основном увеличением выноса извести. Увеличение выноса извести с возрастанием линейных скоростей выхода газов бесспорно, однако приводимые результаты анализов пыли на СаО количественно плохо согласуются с данными по увеличению массы металла,, теряемого с пылью. Этот вопрос нуждается в дополни­ тельных исследованиях.

Потери с плавильной пылью оказались связанными и со сте­

пенью рассредоточения дутья (табл. 28).

* Числитель — г/м3; знаменатель — % от массы шихты.

Этот факт можно объяснить следующим образом. Согласно урав­ нениям (58), (59) и отмеченному выше факту уменьшения массовой скорости шлакообразования (см. с. 104) при рассредоточенной продувке, можно заключить, что общая высота вспененной ванны (высота слоя металла и шлака) уменьшается обратно пропорцио­ нально рассредоточению дутья (числу сопел фурм). Уменьшение высоты слоя металла и шлака должно сопровождаться уменьше-

*

114

Нужно отметить, что снижение выхода годного не отмечается в публикациях, относящихся к промышленным конвертерам. Однако необходимо учитывать одну особенность: с ростом интен­ сивности подачи кислорода увеличивается расход лома и возможна компенсация потерь с пылью (или выносом) уменьшением общего угара железа. Однако если не принимать специальные меры, то абсолютные потери железа будут возрастать с увеличением интен­ сивности. Так, баланс железа на опытном конвертере НТМЗ пока­ зал, что при одной и той же конструкции фурм увеличение интен­ сивности сопровождается увеличением потерь металла.

Обобщая материал этой главы, можно отметить, что техноло­ гически повышение интенсивности продувки ограничивается только возможным уменьшением выхода годного металла. Однако это можно устранить соответствующим изменением шлакового режима и сечений горловины конвертеров. Необходимо отметить также, что ни в одном из исследований, относящихся к интенсив­ ной продувке, не отмечается уменьшение выхода годного. Правда, выход годного не является в этом случае показателем: с повыше­ нием интенсивности продувки возрастает расход лома, и несмотря на абсолютное увеличение потерь выход годного может остаться тем же самым. Это иллюстрируется данными табл. 29.

Изменяя шлаковый режим и конструкции конвертеров и фурм, можно ликвидировать угрозу роста потерь металла с увеличением интенсивности. Интенсивность продувки плавки нужно ограничи­ вать подругой причине. Продолжительность продувки, определяе­ мая интенсивностью подачи кислорода, является лишь одной из составных частей всего цикла плавки. Поэтому увеличение только интенсивности продувки, например, вдвое, не влечет за собой дву­ кратного увеличения производительности. Интенсивность про­ дувки определяется уровнем современной техники, который при­ менительно к конвертерному производству характеризуется дли­ тельностью вспомогательных операций и стойкостью футеровки конвертеров.

Стойкость футеровки определяет интенсивность продувки при числе конвертеров, равном трем и более. По существующим нормам

В дальнейшем длительность ремонтов конвертеров емкостью до 150 т будет, по-видимому, составлять 72 ч, емкостью 300 т и более— 120 ч. Взаимосвязь между стойкостью футеровки и допустимой ин­ тенсивностью подачи кислорода можно описать выражениями:

для конвертера емкостью 100 т Ф — (п — 2) 78,5 /; для конвертера емкостью 300 т Ф — (п — 2) 131/,

где п — число конвертеров.

Результаты расчетов представлены на рис. 36, из которого сле­ дует, что для конвертеров большой емкости интенсивность про­ дувки не может превышать 8 м3/(т-мин), так как при более высоких значениях интенсивности должно обеспечиваться увеличение

116

стойкости конвертеров до 1000—1100 плавок. Зависимость интен­ сивности от стойкости построена для цехов с тремя конвертерами

длительностью вспомогательных операций. Цикл вспомогательных операций конвертерной плавки для лучших советских цехов и боль­ шинства зарубежных складывается из следующих операций, мин:

Время вспомогательных операций можно сократить, применяя усовершенствованное механическое оборудование, контрольно­ измерительную аппаратуру и правильно организуя производство. Так, подбирая непрерывный ряд марок в сортаменте цеха, можно сократить или совершенно исключить отбор проб и ожидание ана­ лиза, как это делается в отдельных цехах Японии. Однако время некоторых вспомогательных операций или нельзя совсем сократить, или можно сократить очень незначительно. К таким операциям относятся повороты конвертера, слив шлака и металла, завалка лома и заливка чугуна. С учетом реальных возможностей обслужи­ вания конвертеров между плавками (ремонт горловины, подварки и т. д.) минимально достижимый цикл будет ориентировочно со­ ставлять, мин:

117

Этот минимальный цикл также можно сократить, если, напри­ мер, обеспечить завалку лома или в чугуиовозный ковш, или сверху (в вертикальном положении конвертера) и сократить время заливки чугуна и обслуживания конвертера (это потребует реше­ ния ряда вопросов, практически пока не решаемых). Однако и в этом случае цикл вспомогательных операций не может составить менее 10,5 мин. Эту величину следует считать, по-видимому, иде­ альным пределом.

Учитывая современный уровень техники (отсутствие динамиче­ ского управления процессом) и требования сортамента, минималь­ ным циклом вспомогательных операций в настоящее время следует считать величину порядка 16 мин. С такой продолжительностью работают лучшие японские цехи (при наличии непрерывного по основным элементам ряда марок стали).

На рис. 37 показана взаимосвязь длительности вспомогатель­ ных операций и интенсивности продувки для цеха, в состав кото­ рого входит три конвертера любой емкости.Сплошная кривая харак­ теризует оптимальные условия работы цеха (-^продувки = — твспом.). Вертикальные сплошная и штриховая линии показывают мини­ мальные пределы в идеальном и реальном случаях соответст­ венно. Как следует из рис. 37, при существующих продолжительнос­ тях вспомогательных операций для обеспечения оптимальных усло­ вий работы цехов не требуется высокая интенсивность подачи кис­ лорода.

Поскольку конвертерные цехи связаны с доменными, прокат­ ными, огнеупорными и кислородными цехами, необходим опреде­ ленный резерв времени в конвертерных цехах. Этот резерв, приня­ тый проектными организациями, составляет 5—6 мин. С учетом этого резерва на рис. 37 нанесена штриховая кривая.

Анализ рис. 37 показывает, что с учетом необходимого резерва

118

соответствует времени вспомогательных операций без резерва 13,5 мин. Дальнейший технический прогресс будет характеризо­ ваться значениями интенсивности, лежащими в области, ограни­ ченной сплошной и штриховыми линиями. Заштрихованная часть рис. 37 представляет собой область нереальных значений интен­ сивности с точки зрения работы конвертерных цехов в оптималь­ ных условиях производства. Увеличение интенсивности подачи кислорода выше значений, определяемых штриховой линией, будет сопровождаться ростом капитальных и эксплуатационных затрат, не пропорциональным росту производства, и будет представлять собой не что иное, как компенсацию недостаточно высокого уровня техники и организации производства.

Расчетные величины производительности цехов в зависимости от интенсивности подачи кислорода даны на рис. 38. Верхние линии отвечают производительности при тпродув1(|1 = тпспом в от­ сутствие резерва, а нижние — с резервом.

Анализ рис. 36—38 позволяет утверждать, что для цехов, со­ стоящих из трех и более конвертеров любой емкости, интервал це­ лесообразных значений интенсивности составляет 5—8 м3/(т.мин).

Рис. 38. Зависимость про­ изводительности конвер­ теров от интенсивности подачи кислорода (время вспомогательных опера­ ций равно времени про­

дувки)

Производительность ц еха , млн. Т/ год

костью футеровки, длительностью вспомогательных операций и интенсивностью продувки не носит определяющего характера. Это объясняется очень большой величиной резерва при одном по­ стоянно работающем конвертере (примерно от 75 до 60% кален­ дарного времени на втором конвертере, стоящем в ремонте и ре­ зерве). Это намного перекрывает потребность в ремонтном времени и позволяет менее жестко связывать время продувки со временем вспомогательных операций.

11-9

Взаимосвязь между производительностью, длительностью вспо­ могательных операций и интенсивностью продувки для цеха с двумя конвертерами показана на рис. 39. Из сопоставления кри­ вых рис. 39 следует, что для такого цеха практически одинаковую эффективность дает и увеличение подачи кислорода и уменьшение времени вспомогательных операций (с точки зрения роста произ­ водительности). Однако при сокращении длительности вспомога­ тельных операций в большинстве случаев можно обойтись без до­ полнительных капиталовложений, ограничиваясь лишь улучше­

Это обеспечит минимальный размер капиталозатрат и значитель­ ный рост производительности.

Кроме того, при строительстве крупных конвертеров капиталь­ ные затраты на собственно конвертерные отделения для близких емкостей (например 300 и 400 т) примерно одинаковы. Поэтому вряд ли целесообразно настолько резко увеличивать интенсивность (тем более, что это потребует создания принципиально нового вида кислородного оборудования), если переход от одной емкости к другой позволяет получить резкий прирост производительности при малых затратах.

На основании изложенного можно заключить, что оптимальные пределы интенсивности подачи кислорода в настоящее время (и в ближайшем будущем) составляют 5—7 м3/(т-мин).

При повышенной интенсивности подачи кислорода концентра­ ция примесей в конечном металле не отличается от концентрации

120