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

Из данных табл. 44 следует, что наиболее рациональным ва­ риантом продувки с точки зрения конечных концентраций фосфора является четвертый, обеспечивающий минимальное содержание фосфора при сравнительно высокой степени десульфурации, уме­ ренной окисленности шлака и высоком содержании пятиокиси фосфора в конечном шлаке. Этот вариант предусматривает ска­ чивание шлака и обновление его присадками соды и извести в ко­ личестве не менее 0,45% от массы чугуна с последующей додувкой в течение 30—50 с.

Оптимальное содержание фосфора в металле перед присадкой извести и соды составляло 0,04—0,07%. Содержание фосфора перед выпуском зависит от содержания фосфора в предваритель­ ной пробе, поэтому концентрация фосфора перед додувкой не должна во всех вариантах технологии превышать 0,1%. Исследо­ ванием установлено, что сама по себе продувка паро-кислородной смесью не дает преимуществ с точки зрения дефосфорации.

Значительное влияние на окисление фосфора оказывает марга­ нец чугуна: для получения кондиционного по фосфору металла

Приведенные данные характерны только для передела чугуна, получаемого на базе руд Керченского месторождения.

Содержание азота в исследовательских плавках было весьма низким — средняя концентрация его в металле для всех плавок составляла 0,0036%. Частотные данные по содержанию азота в металле представлены в табл. 46.

Содержание азота в стали исследовательских плавок было не­ сколько более высоким по сравнению с содержанием азота, ука­ занным в зарубежных публикациях. Повышенные содержания азота в плавках НТМЗ объясняются тем, что частично продувку вели воздухом, обогащенным кислородом. В исследованиях было показано, что содержание азота в стали снижается с уменьшением продолжительности продувки металла в первом периоде обога­

191

щенным дутьем и с увеличением длительности продувки во втором периоде паро-кислородной смесью, что, естественно, связано с уменьшением парциального давления азота. Интересно отметить, что в период обесфосфоривания азот практически не удаляется; в основном азот удаляется в период обезуглероживания. Часть исследовательских плавок была проведена полностью на парокислородном дутье. Установлено, что при расходе пара более 30 м3/т чугуна содержание азота в стали не превышает 0,0030%.

О содержании кислорода перед раскислением в опытном ме­ талле судили в основном по окисленности шлака. Зависимость содержания кислорода в металле от окисленности железа в шлаке приведена ниже:

Поскольку окисленность шлака при донном дутье (в том числе и при паро-кислородном) зависит в основном от длительности передувки, содержание кислорода растет с увеличением ее длительно­ сти (или с увеличением количества дутья на 1 т чугуна).

Особый интерес представляет исследование содержания в стали водорода, так как при паро-кислородной продувке происходит значительное насыщение им металла, что обусловлено разложе­ нием пара дутья. Исследования показали, что среднее содержание водорода в плавках, проведенных в продувкой во втором периоде только паро-кислородной смесью, достигает 12,8 см3/100 г. Частот­ ные данные по распределению содержания водорода в стали перед выпуском при додувке металла паро-кислородным дутьем приве­ дены в табл. 47. При разливке содержание водорода несколько уменьшалось и в среднем составило 8,5 см3/ 100 г. Частотные дан­ ные по результатам разливки приведены в табл. 48.

Такое высокое содержание водорода при разливке является существенным недостатком томасовского способа с использова­ нием паро-кислородной смеси, так как сортамент выплавляемой стали ограничивается в этом случае только кипящим металлом:

192

По внешним признакам продувка паро-кислородной смесыо резко отличается от продувки других видов: появляется ослепи­ тельно яркое пламя (что объясняется догоранием водорода над конвертером) и полностью отсутствует вылевыделение. Это — одно из самых значительных преимуществ паро-кислородного

Рис. 78. График плавки на паро-кислородном дутье

дутья. Отсутствие дыма объясняется по-видимому, восстановлени­ ем окислов железа пыли водородом в момент их образования. Охлаждением реакционной зоны отсутствие пыли в данном случае объяснить нельзя, так как охлаждение происходит и при про­ дувке углекислотно-кислородной смесью, когда пылевыделение практически такое же, как и при обогащенном кислородом дутье.

Яркое пламя при паро-кислородном дутье затрудняет ведение процесса, так как по виду пламени практически невозможно опре­ делить, следует ли переходить на передувку. В период обезугле-

194

рожнвания из конвертера также выделяется ярко-белое пламя и полностью отсутствует бурый дым. Отсутствие характерных признаков, свидетельствующих о начале передувки, требует спе­ циальной аппаратуры, фиксирующей окончание продувки.

Показатели процесса исследовали на балансовых плавках. Нужно отметить, что для конвертера НТМЗ малой емкости тепло­ вые потери были весьма велики, что не давало возможности про­ вести плавки от начала и до конца только на паро-кислородном дутье. Поэтому для сравнения в табл. 50 и 51 приведены теорети­ ческие балансы при работе только с применением пара и кисло­ рода. Для условий НТМЗ наиболее рациональным оказался рас­ ход пара 22—35 м3/на 1 т чугуна. Количество кислорода, образую­ щегося в результате разложения пара в период продувки паро­

* При работе в течение всей плавки на паро-кислородном дутье.

*" При работе на обогащенном дутье в первом периоде и паро-кислородном — во втором.

Технические показатели процесса по балансовым плавкам приведены ниже:

196

Как видно из материального и теплового балансов, а также средних технологических данных по балансовым плавкам, ре­ зультаты теоретических расчетов очень хорошо совпадают с прак­ тическими результатами. Нужно отметить, что увеличение теплопотерь опытного конвертера практически точно компенсируется уменьшением тепла на диссоциацию пара.

Таким образом, к преимуществам паро-кнслородного дутья относится возможность получения стали с низким содержанием азота и практически полное отсутствие потерь железа с бурым дымом; к недостаткам — значительные затраты тепла (18— 19%

впересчете на конвертеры большой емкости). На паро-кислород­ ном дутье, по-видимому, практически невозможно выплавлять сталь спокойных марок вследствие повышенного содержания во­ дорода в ней; для получения низких концентраций серы и фос­ фора, как и при обогащенном, дутье, необходимо применять спе­ циальные приемы, приводящие к затратам времени, тепла и ма­ териалов (скачивание шлака, присадки соды и др.).

Указанные серьезные недостатки, по-видимому, и послужили причиной того, что паро-кислородное дутье не применяют. Изве­ стен только один конвертерный цех, работавший с использованием паро-кислородного дутья (завод в Эбби, Англия). В цехе получали низкоуглеродистый металл, предназначенный для глубокой вы­ тяжки. Цех оборудован тремя конвертерами емкостью по 60 т каждый и двумя миксерами емкостью по 1250 т. Футеровка кон­ вертеров и днищ смолодоломитовая. Пар поступал от заводской магистрали при 230—250° С и нагревался в специальном паро­ перегревателе до 350° С. Соотношение между паром и кислородом регулировалось автоматически: расход кислорода устанавливали

взависимости от расхода пара.

Вцехе перерабатывали обычный томасовский чугун, содержа­ щий 1,8% Р, 0,8% Мп и 0,35% Si. Продувку плавок вели с про­ межуточным скачиванием шлака: шлак удаляли при содержании углерода 0,025% и фосфора 0,04—0,07%. Удаляемый шлак со­ держал 10—14% Fe и 18—21% Р 20 5. После скачивания, шлака

загружали мелкую известь и продувку продолжали до получения стали, содержащей ~0,02% С и 0,02% Р; шлак при этом содер­ жал около 24% Fe и 11% Р 20 5. Средняя длительность цикла плавки составляла 30 мин.

Содержание азота в стали в среднем составляло 0,0010%. Сте­ пень удаления азота при исходном содержании его в чугуне

197

0,005—0,006% была равна 80%. По качеству металл, получен­ ный при паро-кислородном дутье аналогичен металлу мартенов­ ского процесса.

Недостатками нового процесса на этом заводе являлись незна­ чительное количество переплавляемого скрапа (5% от массы чу­ гуна при соотношении кислорода и пара 0,9 : 1 и 10% при соотно­

Рис. 79. Схема установки для испарения жидкой двуокиси углерода:

/— баллоны с двуокисью углерода; 2 — перепускная рампа; 3 — подогреватель пере­ пускного вентиля; 4 — испаритель двуокиси углерода; 5 — ресивер емкостью 50 м*.

ными трубками представляет собой сложный процесс и требует больших затрат времени (выдержка днищ под нагревом до 8 су­ ток).

Недостатки метода производства стали с использованием пара привели к тому, что компания «Стил оф Уэлс» перевела цех на работу с верхним кислородным дутьем. Это еще раз подтверждает сделанный ранее вывод о том, что для Советского Союза этот процесс вряд ли может оказаться перспективным.

Применяя продувку смесью кислорода и двуокиси углерода, можно достигнуть таких же содержаний азота и других элементов в металле, что и при паро-кислородной продувке. Но какие-либо достоверные сведения о промышленном применении этого метода отсутствуют. Это, по-видимому, связано с тем, что до сих пор не предложен дешевый способ получения двуокиси углерода.

ЦНИИЧМ и НТМЗ проведены исследования на полупромыш­ ленном конвертере с применением углекислотно-кислородного дутья. Поскольку в этом случае можно не опасаться повышенной

198

влажности дутья и выпадения конденсата, оборудование для по­ дачи двуокиси углерода намного упрощается.

В условиях исследования двуокись углерода из баллонов под­ вергали газификации в испарителе с площадью нагрева 9 м2. Подогрев осуществляли насыщенным паром. Схема установки приведена на рис. 79. В опытных плавках величины садки, общей и удельной площади сечения сопел и удельного объема конвертера были такими же, как и при паро-кислородном дутье. В первом

Для улучшения теплового баланса воздух и кислород ПОДО- гревали в пароперегревателе и бойлере.

Опытные плавки проводили по двум технологическим вариан­ там: без скачивания шлака и добавок скрапа и соды и со скачи­ ванием промежуточного шлака, с добавками скрапа или соды и последующей додувкой в течение 20—35 с. Как и в.случае паро­ кислородного дутья, лучшие результаты получены при втором варианте технологии; характер изменения составов металлической ванны и шлака был практически таким же, что и при паро-кисло­ родном дутье.

Содержание азота в металле опытных плавок колебалось в пре­ делах 0,0025—0,0035% при расходе воздуха в первом периоде продувки меньше 90 м3 на 1 т чугуна; при увеличении расхода воздуха в первом периоде содержание азота возрастало (0,0035% и более).

По внешним признакам продувка металла углекислотно­ кислородной смесью резко отличается от продувки паро-кислород­ ной смесыо: отходящие газы содержат значительное количество окислов железа, практически такое же, как и при продувке воз­ духом, обогащенным, кислородом. Переход с обогащенного дутья на углекислотно-кислородное не сопровождался изменением цвета

199

отходящих газов. Значительное пылесодержание отходящих га­ зов является самым серьезным недостатком углекислотно-кисло­ родного дутья, поскольку необходимо предусматривать газо­ очистки. Для изучения процесса были проведены балансовые плавки (табл. 52, 53).

* С учетом использования в первом периоде обогащенного дутья.

200