книги из ГПНТБ / Выплавка стали в малых конвертерах на кислородном дутье В. В. Кондаков и Н. С. Бойков ; под редакцией И. П. Бардина.1960 - 7 Мб

120 Другие способы производства стали с применением кислорода

Возникновение высоких температур в месте соприкосновения струи кислорода с металлом вызывает интенсивное испарение железа с образованием бурого дыма, а усиленная циркуляция ме­ талла понижает стойкость футеровки в средней части рабоче­ го пространства конвертера.

С целью лучшей организации струи кислород подают через головку-сопло типа Лаваля, в котором имеется вставка, образую­ щая прямую струю в центре и винтообразную на периферии. Для борьбы с образованием бурого дыма ванну продувают смесью кислорода и углекислого газа, а также пара и кислорода. Для увеличения стойкости футеровки рабочее пространство конвер­ теров расширяют в зоне факела.

Технологический процесс при продувке ванны кислородом сверху ничем не отличается от процесса, протекающего при по­ даче дутья сбоку или снизу. Следует отметить лишь несколько пониженную интенсивность плавки и меньший коэффициент ис­ пользования кислорода по сравнению с такой плавкой, когда

струя кислорода подается непосредственно в жидкий металл.

Однако эти факторы не являются решающими и вполне компен­ сируются экономией времени на подготовку и обслуживание кон

вертера и меньшим расходом огнеупорных материалов на фурмы, днища и футеровку.

Содержание азота в стали находится в прямой зависимости от чистоты кислорода, которым продувается чугун. Эксперимен­

тально доказано, что при концентрации кислорода в дутье выше 99% содержание азота в стали составляет менее 0,004%, т. с.

сталь в этом отношении не уступает мартеновской. Таким обра­ зом, продувка конвертера кислородом повышенной чистоты поз­ воляет существенно улучшить качество выплавляемой в нем стали.

Как показали исследования Центрального научно-исследова

тельского института черной металлургии (ЦНИИЧМ) и промыш­ ленная эксплуатация конвертеров на ряде заводов, при верхней подаче дутья можно успешно получать сталь из химически хо­ лодных мартеновских чугунов. Применение магнезито-хромито- вой (основной) футеровки позволяет получать в процессе про­ дувки основные шлаки и удалять фосфор, а также значительную

часть серы из металла.

Ниже описаны результаты некоторых исследований, прове денных ЦНИИЧМ в 1957 г. [8].

Образцы изготовлялись из стали, выплавленной в обычных

конвертерах, переведенных на продувку кислородом сверху. Сред­

ний вес садки составлял 17—18 т. Для продувки применяли кис­ лород чистотой 97,8—98%. Температура стали перед выпуском

была 1600—1680°, а при разливке—1460—1480°. Разливка си­ фоном в слитки весом 4,2—4,8 т. Средний состав исследованной

стали соответствовал марке КСт. 3 (аналогичной МСт. 3): 0,15—

0,22% углерода, 0,40—0,55% марганца, 0,03—0,05% серы, 0,02— 0,03% фосфора. Данные о содержании газов в стали, выплавлен­ ной в конвертере на кислородном дутье (КСт. 2 и КСт. 3), в мар­ теновской печи (МСт. 3) и в бессемеровском конвертере на воз­ душном дутье (БСт. 2), приведены в табл. 33. Анализ показал, что по содержанию кислорода и водорода конвертерная кисло­ родная сталь лучше мартеновской, но уступает ей по содержанию азота, что объясняется недостаточной чистотой применявшегося для продувки кислорода.

Микроструктура образца прокатанной кислородной конвер­ терной стали аналогична микроструктуре образца из мартенов­

ской стали; отмечено лишь повышенное содержание сульфатносиликатных включений (4—5 баллов против 3—4 баллов). Меха­ нические свойства металла полностью удовлетворяют требова­ ниям, предъявляемым ГОСТ 380—50 к ряду профилей проката (швеллеру, двутавру и пр.), и характеризуются следующими средними цифрами (сталь марки КСт. 3):

Предел прочности на растяжение . . 37—42 кг/мм2

Предел прочности на разрыв и предел текучести образца конвертерной стали несколько выше, а относительное удлинение и сжатие поперечного сечения несколько ниже, чем у образца мартеновской стали МСт. 3. Ударная вязкость конвертерной и

мартеновской стали, определенная на продольных образцах при температуре +20°, практически одинакова. Испытания конвер-

122 Другие способы производства стали с применением кислорода

терной стали на холодный загиб и свариваемость дали удовлет­

кислорода следует изменить, уменьшив отношение высоты ра­ бочего пространства к диаметру средней части до h-.d = 1,5-т- -т-1,8 вместо 2,54-3,5 в малых бессемеровских конвертерах с бо­ ковой подачей кислородного и воздушного дутья.

Малый конвертер рекомендуемой формы с верхней подачей кислорода показан на рис. 29.

2.Переработка жидкого чугуна во вращающихся агрегатах

сприменением кислорода

Совсем недавно были разработаны новые способы переработ­ ки жидкого чугуна в сталь с применением кислорода во вращаю­

щемся конвертере (процесс Калдо; Швеция) и в роторной вра­

щающейся печи (ФРГ).

Роторная вращающаяся печь. Печь такого типа (рис. 30)

была разработана и опробована в 1956 г. на заводе в Обергаузене

в Германии [9]. Опытно-промышленная установка состоит из ци­ линдрической вращающейся печи, или «ротора», и соответствую­ щего оборудования для заливки жидкого чугуна, загрузки до­ полнительных твердых материалов, подачи кислорода, отвода и очистки газообразных продуктов и пр. Размеры ротора: длина

14,6 м, наружный диаметр 3,7 м, внутренний 2,7 м; емкость по заливаемому чугуну 60 т. Одно из торцовых отверстий ротора служит для заливки жидкого чугуна, присадки добавочных ма­

териалов и ввода кислорода, другое — для отвода газообразных продуктов и спуска шлака. Кроме того, имеется летка для пери­ одического выпуска шлака и стали. Огнеупорная футеровка со­ стоит из слоя магнезитового кирпича толщиной 120 мм и слоя утрамбованной смолодоломитовой массы. Кислород подается в печь двумя соплами, обеспечена возможность регулирования рас­ хода, давления и концентрации кислорода для каждого сопла.

Первичный кислород вдувается в металлическую ванну для не­ посредственного окисления примесей и дополнительного переме­

шивания ванны. Вторичный кислород вводится в пространство над ванной для дожигания окиси углерода, образующейся в про­ цессе окисления углерода. Разогрев ротора в период пуска осу­ ществляется при помощи мазутной горелки.

После заливки чугуна начинается продувка кислородом. Ко­

личество тепла, выделяемого в ванне вследствие окисления при месей чугуна и над ванной при горении окиси углерода, доста­ точно для переработки чугуна в сталь и необходимого перегрева металла.

Малофосфористый чугун перерабатывается в роторе в сталь ( без каких-либо затруднений.

Если в исходном чугуне содержится много фосфора (1,5— 2,0%), то производится промежуточное скачивание шлака. Полу­

чаемый при этом шлак содержит до 20% фосфорного ангидрида и после размола может быть использован в качестве удобрения. Затем путем добавки руды и извести в роторе наводится новый шлак, состав которого обеспечивает глубокую дефосфорацию жидкого металла. Под этим шлаком ведется продувка кислоро­ дом до конца плавки. Конечный шлак остается в печи и после до­ бавки руды и извести служит первичным шлаком для следующей

Рис. 30. Роторная вращающаяся печь:

I — ротор; 2—фурма для подачи кислорода в жидкую ванну: 3 — фурма для подачи кислорода поверх ванны; 4 — отвод газообразных продуктов; 5 — ковш для жидкой

плавки. Продолжительность всей плавки составляет около 2 час.,

причем 15 мин. затрачивается 'на загрузку руды и извести и

15 мин. — на заливку чугуна. Продувка, скачивание шлака и вы­ пуск металла занимают около 1,5 час. Таким образом, с точки зрения длительности плавки роторный процесс занимает проме­

жуточное положение между конвертерной и мартеновской плав­ ками.

Окисление фосфора в роторном процессе протекает одновре­ менно с окислением углерода. Так, например, при содержании

в ванне 1% углерода концентрация фосфора снижается до 0,1— 0,2%; это объясняется более благоприятными условиями проте­ кания реакции дефосфорации в роторе (по сравнению, например,

Рис. 31. Взаимодействие кислорода с металлом и окисью угле­ рода в роторе

с томасовским процессом) благодаря более высокой активности шлака и лучшему температурному режиму. Скорость окисления углерода регулируют, изменяя количество руды и газообразного кислорода, вводимых в ванну в период фришевания. Положи­ тельное влияние на развитие процесса обезуглероживания ока­

зывает струя кислорода, усиливающая перемешивание металли­

ческой ванны со шлаком.

Вторичный кислород, подаваемый в рабочее пространство пе­ чи для дожигания окиси углерода, повышает окислительную спо­ собность газовой фазы и способствует ускорению процесса фри­ шевания. Вследствие бурного выделения окиси углерода в зоне поступления кислорода в металл наблюдается местное вздутие кипящей ванны (рис. 31), напоминающее подъем уровня ванны во время продувки в конвертере.

Сильно окислительная атмосфера в рабочем пространстве ро­ тора и отсутствие в газах серы способствуют активному развитию

процесса десульфурации, который протекает более интенсивно.

126 Другие способы производства стали с применением кислорода

чем в обычном томасовском или основном мартеновском процес­ сах. Конечное содержание серы в стали в большинстве случаев

составляет около 0,02% (десульфурация 60—70%).

При ведении плавки со скачиванием первичного шлака обыч­

ными способами, применяемыми в сталеплавильных процессах,,

конечное содержание фосфора в металле ниже 0,03%.

Среднее содержание азота в полностью раскисленной ротор­ ной стали при концентрации кислорода в дутье 95% составляло

0,004%. Напомним, что при верхней подаче в конвертер кислоро­ да чистотой 98% содержание азота в стали было почти вдвое большим (0,006—0,007%).

Содержание окиси углерода в отходящих газах регулируют,, изменяя глубину погружения сопла в металл, кроме того, оно определяется соотношением расходов первичного и вторичного кислорода.

Тепловой баланс роторного процесса показывает, что ванна усваивает около 60% тепла, выделяемого при горении окиси угле­ рода. Тепло, получаемое от реакции окисления фосфора, играет

второстепенную роль, поэтому в роторе можно перерабатывать чугуны с любым начальным содержанием фосфора. Общее ис­

пользование тепла составляет около 75%.

При расходе 100 кг железной руды на тонну стали расход

жидкого чугуна составляет 997 кг/т стали. Руда вносит 27 Л13

кислорода на 1 т стали. При общем расходе кислорода 90 мА/т

дает высокими механическими свойствами благодаря низкому содержанию фосфора, серы и газов. Содержание кислорода в готовой стали находится в пределах 0,005—0,015%, что соответ­ ствует лучшим маркам мартеновской и электростали. Наряду

с этим отмечается высокая степень чистоты стали по неметалличе­ ским включениям. По ударной вязкости роторная сталь не усту­

пает мартеновской.

По мнению немецких специалистов, стоимость роторной ста­ ли в условиях Германии значительно ниже стоимости мартенов­ ской стали и приближается к стоимости томасовской. В усло­ виях Советского Союза стоимость роторной стали с точки зре­ ния как эксплуатационных расходов, так и капитальных затрат

соответствует стоимости мартеновской [10].

Вращающийся конвертер (процесс Калдо). Конвертер этого типа разработан и эксплуатируется на заводе Домнарвет в Шве­

ции [11]. Установленный наклонно конвертер емкостью 30 т вра-

На заводе Домнарвет вращающийся конвертер применяется

для передела высокофосфористых чугунов (1,8—2,0% Р). Про­ должительность продувки (чистой) составляет 35—40 мин. Рас­ ход кислорода 65—70 м3/т чугуна.

Рис. 32. Вращающийся 30-т конвертер в положении продувки:

Регулирование технологического режима и процессов окисле­ ния примесей осуществляется здесь не только путем изменения режима подачи кислорода, но и вращением реторты, способ­ ствующим более равномерному распределению температур и лучшему контакту металла и шлака. Благодаря этим особен­

ностям гидродинамики процесса выделяется значительно мень­

ше дыма, что устраняет необходимость в оборудовании для

очистки газа.

128 Другие способы производства стали с применением кислорода

Процесс дефосфорации идет настолько быстро, что содер­ жание фосфора понижается до 0,025% при наличии в ванне

0,5% С и выше. Содержание серы в стали составляет 0,015% при

исходном содержании ее в чугуне до 0,06%- При продувке кис­ лородом чистотой 97% содержание азота в металле составляет около 0,002%. Вращение конвертера способствует также коагу­ ляции неметаллических включений в металле и переходу их в шлак. Таким образом, по данным шведских специалистов, сталь, получаемая во вращающемся конвертере, не уступает по своим

качествам мартеновской и даже электростали.

Общие потери железа со шлаком и газами невелики. Выход

жидкой стали составляет 97% с учетом железной руды, загру­

жаемой в конвертер для охлаждения ванны.

Очевидно, процесс Калдо может быть использован и для переработки чугунов с меньшим содержанием фосфора, в част­ ности передельного (мартеновского) чугуна и чугуна, получае­

применения вращающегося конвертера в сочетании с вагранкой при производстве стального фасонного литья. В этом случае возможность получения высококачественного металла при ис­ пользовании обычных материалов и даже с высоким содержа­ нием серы и фосфора должна компенсировать относительно вы­

сокие эксплуатационные расходы и капитальные затраты на строительство малого вращающегося конвертера.

3.Производство стали в малых агрегатах

вкомплексе с вагранкой

Впрактике чугунолитейного производства давно применя­ ется продувка кислородом чугуна в копильнике вагранки для

перегрева его за счет тепла экзотермических реакций окисления. При давлении кислорода 3—6 ата и расходе 4—6 м3/т чугуна достигается перегрев металла на 50—100°; при этом угар соста­ вляет: 0,15—0,25% углерода, 0,2—0,25% кремния, 0,2—0,3%

марганца, 0,3—0,4% железа. Этот метод успешно применяется в производстве тонкостенного литья (для радиаторов и пр.), ковкого чугуна, ответственного литья из модифицированного чугуна и т. д.

Способы подвода кислорода в копильник вагранки снизу показаны на рис. 33. Существенным недостатком является ма­ лая стойкость фурм, быстро разрушающихся в условиях высо­ ких температур (свыше 2000°) и повышенной в этой зоне кон­ центрации закиси железа.