книги из ГПНТБ / Роменец, В. А. Технико-экономический анализ кислородно-конвертерного производства

с задержками в поступлении чугуна из миксерного отде­ ления, которые не были зафиксированы как текущие про­ стои (рис. 15, б).

Поскольку заливка чугуна не является лимитирую­ щим звеном процесса, ее продолжительность (т3 .ч ) для нормальных условий работы агрегатов различной емко­ сти правомерно определять на основе корреляционного анализа фактических данных без какой-либо их коррек­ тировки. Математическое выражение указанной зависи­ мости имеет вид

С увеличением емкости агрегатов, хотя и имеет место возрастание т3 .ч , но оно намного отстает от увеличения емкости. Так, при увеличении емкости агрегатов с 25 до 300 т, т. е. в 12 раз, т з ч возрастает лишь вдвое. Следует отметить, что зависимость (18) неприемлема для расче­ та продолжительности цикла плавки при переделе фос­ фористых чугунов. Это обусловлено тем, что необходи­ мость сгущения в конвертере конечного шлака пре­ дыдущей плавки перед заливкой чугуна, вызванная опас­ ностью возникновения бурной реакции окисления угле­ рода (почти взрывной силы), требует определенных за­ трат времени и, естественно, увеличивает продолжитель­ ность операции заливки. Так, если для 50-г конвертера, перерабатывающего гематитовый чугун, полученная по зависимости (18), продолжительность операции заливки составляет 2 мин, то для фосфористых чугунов она на­ ходится в пределах 3—6 мин [55].

Определение нормальной продолжительности про­ дувки ванны кислородом в отличие от других периодов цикла плавки представляется наиболее сложным. Дело в том, что каждый из факторов, определяющих продол­ жительность указанного периода, находится в сложной связи со многими показателями процесса и производст­ венными условиями, обусловливаемыми как субъектив­ ными, так и объективными причинами (выбор в период проектирования цеха формы и геометрических размеров

71

жидкой стали (в результате увеличения потерь металла со шлаком).

Второй случай отвечает низкому положению фурмы, которое также обусловливает неприятные последствия — опасность эрозии футеровки днища и увеличение восхо­ дящих вихревых потоков, приводящих к повышенному выносу металла и шлака. С увеличением высоты рабоче­ го пространства над уровнем спокойной ванны и особен­ но при сокращении величины отношения площади встре­ чи кислородной струи к площади ванны восходящие вихревые потоки усиливаются, приводя к значительным

влияние на ход процесса продувки оказывает изменение давления кислорода и скорости истечения кислородной струи.

Одним словом, для каждого агрегата существуют свои оптимальные параметры продувки, которые отвеча­ ют минимально возможной ее продолжительности, обес­ печивающей наилучшие технико-экономические показа­ тели (выход годного, расход охладителей и т. д.).

Несмотря на различия в геометрических размерах ре­ торт для одной и той же емкости агрегатов, существует явно выраженная зависимость основных параметров ре­ торт от емкости (рис. 18). С увеличением емкости агре­ гатов не соблюдается подобия в параметрах ванн. Так,

такта. При прочих равных условиях это может быть до­ стигнуто путем снижения интенсивности продувки, что имеет место на практике. При этом характер этого сни­ жения пропорционален прежде всего изменению отно­ шения градиентов скоростей изменения параметров ван­ ны (ее диаметра и глубины) к емкости; чем больше зна­ чение этого отношения, тем ниже интенсивность продувки, отвечающая оптимальному дутьевому режиму.

76

Д ля агрегатов емкостью до 100 г величина этого от­ ношения резко возрастает, обусловливая при существую­ щих характеристиках фурм соответствующее снижение интенсивности продувки. При дальнейшем же увеличе­ нии емкости такое положение не наблюдается и зависи­ мость интенсивности продувки от емкости имеет зату­ хающий характер (см. рис. 17).

Немаловажным фактором, существенно влияющим на продолжительность периода продувки и уровень эконо­ мических показателей кислородно-конвертерного процес­ са, является удельный расход кислорода, который опре­ деляется структурой металлозавалки, химическим со ставом шихтовых материалов, типом охладителей чистотой кислорода и др.

Наибольшее влияние на удельный расход кислорода оказывают химический состав и температура чугуна, ко­ торыми обусловлено количество окисляющихся компо­ нентов шихты. Применение железорудных охладителей способствует сокращению расхода газообразного кисло­ рода, так как последний в материальном балансе плавки частично заменяется кислородом руды. В практике кис­ лородного конвертирования удельный расход кислорода

ломом, железорудными материалами и известняком (табл. 14). Соотношение их в шихте по рассматриваемым цехам существенно различается. Это, а также понижен­ ная чистота кислорода (рис. 19), как правило не отве­ чающая требованиям кислородно-конвертерного процес­ са, и ряд других причин (высокий процент плавок, требующих додувки; ошибки в расчетах расхода охла­ дителей, приводящие к передувкам плавок, и т. п.) соз­ дают определенные трудности в использовании отчетных данных при определении величины удельного расхода кислорода для нормальных условий работы с примене­ нием в качестве охладителя углеродистого лома. Анализ опубликованных зарубежных данных в сопоставлении с результатами расчетов материальных балансов плавок при применении чугуна эффективного состава1 позволил

1 Вопрос об эффективном составе чугуна для нужд кислородноконвертерного производства рассматривается в гл. III.

77

цехах произошло значительное повышение интенсивности продувки и, как следствие этого, сокращение ее продол­ жительности. Этому способствовали конструктивные из­ менения кислородоподводящего оборудования, а также усовершенствование систем отвода и очистки конвертер­ ных газов [67—70].

Основное влияние на изменение интенсивности про­ дувки за рассматриваемый период оказало применение многосопловых фурм, причем эффект от этого для су­

личением же емкости агрегатов в силу рассмотренных ранее причин эти условия нарушались и результаты работы агрегатов большой емкости не отвечали их по­ тенциальным возможностям. Поэтому применение много­ сопловых фурм не дало ожидаемых результатов на аг­

родной струи с поверхностью ванны и глубины ее про­ никновения в расплав) при удовлетворительных аэроди­ намических характеристиках условий массопереноса в рабочем пространстве. Результатом этого явилось рез­ кое повсеместное улучшение работы большегрузных аг­ регатов с точки зрения как увеличения их производитель­ ности, так и роста уровня экономических показателей (выхода годного, доли лома в шихте и т. д.). Для иллю­ страции вышеизложенного в табл. 15 и на рис. 20 в ка­ честве примера приведены данные оптимальных рабочих параметров продувки для одноструйных и многоструй­ ных фурм [72], применяемых в кислородных конвертерах емкостью 73 и 210 т соответственно в Аликуиппе и Клив­ ленде (США). Оптимальные значения положения фурм над уровнем спокойной ванны, установленные на основа­ нии опыта эксплуатации конвертеров в Кливленде, со­ ставляют для трех- и одноструйной фурм соответственно 1,30 и 2,00 м . При таких значениях положения фурм пло­ щади встречи кислородной струи с поверхностью ванны

82

оказываются одинаковыми, т. е. с этой точки зрения оба варианта продувки находятся в равных условиях.

В цехе с 210-г конвертерами при указанных выше по­ ложениях одно-, и многоструйной фурм давление кисло­ родной струи на поверхность ванны в последнем случае оказывается почти вдвое выше (табл. 15), а следователь­ но, и больше проникающая способность струи. На агре­ гатах емкостью 73 т степень такого воздействия оказы­ вается ниже; меньше и в целом эффект от применения многоструйных фурм. Именно это обстоятельство и яви­ лось основной причиной тех сдвигов в интенсивности продувки, которые наблюдались в кислородно-конвертер­

работка параметров дутьевого режима способствовали

83

При этом получены обнадеживающие результаты: про­ должительность продувки сократилась на 6,5 мин, а со­ держание серы и фосфора в готовой стали снизилось на

56% и увеличению расхода лома в металлозавалке на 3,5—4,0%. Проведенное исследование доказало техниче­ скую возможность работы кислородных конвертеров с интенсивностью продувки, в 4—6 раз превышающей ее уровень в действующих цехах.

Однако такую работу в действующих цехах нельзя считать целесообразной по целому ряду причин. Преж­ де всего при такой работе процесс становится трудно­ управляемым вследствие как инерционности кислородоподводящей аппаратуры, так и наличия в расплаве зна­ чительного количества кислорода, процесс усвоения

сивности продувки возникают затруднения в шлакооб­ разовании. Из-за неполного растворения извести труд­ но достижима высокая основность конечных шлаков. К неприятным последствиям повышения интенсивности продувки до указанных выше пределов следует отнести запаздывание в расплавлении лома, особенно неподго­ товленного крупногабаритного.

Серьезным недостатком продувки с чрезмерной ин­ тенсивностью является увеличение потерь железа и шлакообразующих с отходящими газами, что связано в пер­ вом случае с увеличением поверхности испарения, а во втором — с ростом значений кинетической энергии газо­ вого потока [79, 80]. Помимо этого, происходит увеличе­ ние потерь металла с окислами в шлаке.

В действующих цехах организация продувки с ин­ тенсивностью, значительно превышающей существую-

&4