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

чениями было очень незначительным: оксидные включения 1,5— 2,5 баллов, сульфидные включения 0,5—1,5 баллов.

Общее количество неметаллических включений в большинст­

ве случаев не превышало 2,5—3 баллов и только в отдельных плавках повышалось до 4,5 баллов.

Отсутствие азота в дутье и энергичный барботаж металличе­ ской ванны способствует удалению азота, растворенного в жид­ ком чугуне, заливаемом в конвертер.

Исследования последних лет показали, что. для того, чтобы получить сталь с содержанием 0,004% азота и менее, достаточно исключать азот из дутья только в заключительный период про­ дувки, начиная с 0,5% углерода. Первый период и большую часть периода окисления углерода (от исходного до 0,5% С) можно проводить на атмосферном или обогащенном кислородом

дутье. Установлено также, что можно получить металл с низким содержанием азота (0,004%), если концентрация азота в дутье заключительного периода продувки не превышает 0,5%.

С точки зрения расхода кислорода на тонну металла продув­

ка чугуна технически чистым кислородом через дно наиболее вы­

годна по сравнению с другими способами (боковой и верхней подачей). Однако широкому внедрению этого способа в практи­ ку препятствует крайне низкая стойкость дутьевых фурм, не пре­ вышающая 1—2 плавок. Поэтому была разработана и внедрена

в практику многих предприятий подача кислородного дутья в малый конвертер при помощи наклонной боковой фурмы, как в малых бессемеровских конвертерах на воздушном дутье. Устрой­ ство и оборудование малого бессемеровского конвертера с боко­ вой подачей кислородного и комбинированного (воздушно-кис­ лородного) дутья подробно рассмотрены ниже.

Преимущества кислородной плавки в малых конвертерах

Улучшение теплового баланса плавки и свойств металла при продувке кислородом повышают технико-экономическую эффек­

тивность процесса.

Более благоприятный тепловой баланс создает условия для гибкого управления плавкой. При плавке в конвертере чугуна, обычно применяемого при воздушном дутье, получающийся из­ быток тепла может быть использован для переработки лома не­ посредственно в конвертере. В конвертере с кислородным дутьем

можно использовать более холодный химически и физически жидкий чугун. Перепад температур чугуна 100—150° между вы­ пуском из вагранки и заливкой в конвертер может быть исполь­ зован для обессеривания чугуна в ковше (содой или другими реагентами), что расширяет сортамент переплавляемого в ваг­ ранке лома.

плавка в конвертере емкостью менее 1,0—1,5 т сопряжена с из­ вестными трудностями; нормальная же плавка на кислороде возможна 1в конвертерах емкостью менее 0,5 т. Это имеет важное значение для предприятий с небольшой потребностью в сталь­ ном литье или таких, где конвертер используется лишь периоди­ чески.

С точки зрения повышения качества металла наиболее пер­ спективно применение кислорода в малых конвертерах (или дру­ гих малых агрегатах) с основной футеровкой.

ЛИТЕРАТУРА

1.О. А. Есин, П. В. Гельд. Физическая химия пирометаллургических процессов, ч. I, Металлургиздат, 1950.

2.О. А. Есин, П. В. Гельд. Физическая химия пирометаллургиче­

ских процессов, ч. II, Металлургиздат, 1954.

процесса на чистом кислороде, Кислород, № 1, 1945.

11. Производство стали с применением кислорода. Сб. трудов ЦНИИЧМ. Вып. 13, Металлургиздат, 1956.

ГЛАВА II

МАЛЫЙ БЕССЕМЕРОВСКИЙ КОНВЕРТЕР ДЛЯ РАБОТЫ НА КИСЛОРОДЕ И ОБОРУДОВАНИЕ ЦЕХА

Характерной особенностью малых бессемеровских конверте­ ров является боковой подвод дутья (в больших бессемеровских и томасовских конвертерах применяется донный подвод).

Малый бессемеровский конвертер имеет опорные станины,

механизм поворота и оборудование для подачи дутья. Конвертер, или реторта, представляет собой металлический

цилиндр с плоским, коническим или сферическим днищем и уз­

кой горловиной в форме наклонного усеченного конуса. Внутри

конвертер имеет кирпичную или набивную огнеупорную футеров­ ку, предохраняющую металлическую одежду, или кожух кон­ вертера от воздействия жидкого металла.

Во время продувки конвертер находится в вертикальном или слегка наклонном положении, в зависимости от необходимого положения фурм относительно уровня жидкого металла. Для за­ ливки жидкого чугуна, при взятии проб металла и шлака, при сливе металла и шлака после продувки конвертер поворачива­ ется на цапфах, закрепленных на его корпусе или опорном коль­ це. Подшипники, на которые опираются цапфы, установлены на специальных стойках. Одна из цапф связана с механизмом пово­

рота, через другую, полую,—подается дутье.

Основной характеристикой конвертера является его емкость, т. е. величина садки жидкого металла. Малые бессемеровские

конвертеры на воздушном дутье строятся емкостью 1,0—3,0 т, редко до 5 т; наиболее экономичны в работе и распространены в промышленности конвертеры емкостью 1,5—2,5 т.

Малые бессемеровские конвертеры, работающие на кислоро­ де, мало отличаются по своей конструкции от конвертеров, рабо­ тающих на воздушном дутье. Изменения коснулись главным образом лишь дутьевой системы (число и расположение фурм), так как изменилось количество дутья, подаваемого в конвертер

в единицу времени (подача дутья). С уменьшением количества дутья за счет исключения объема азота соответственно снижа­ ется количество отходящих из конвертера газов, что позволяет уменьшить удельный объем рабочего пространства.

За последние десять лет на ряде ‘предприятий СССР построе­

ны и успешно работают бессемеровские конвертеры на кислороде емкостью от 0,6 до 3,0 т. Наибольшее распространение полу­ чили конвертеры емкостью 0,6—0,8 т и 1,5 т.

Малый конвертер емкостью 1,5—2,5 т для работы на кисло­ роде показан на рис. 5.

1. Рабочее пространство конвертера

От правильного выбора объема и конфигурации конвертера для данной садки в значительной степени зависят технико-эконо­ мические показатели: потери металла за счет угара и выноса,

потери тепла в окружающее пространство, продолжительность продувки, стойкость футеровки и температура получаемой стали.

Рабочее пространство представляет собой свободный объем

внутри конвертера, ограниченный снизу подиной (лещадью), а

сверху—горловиной. Горловина выполняется в виде наклонного усеченного конуса.

При вертикальном положении конвертера нижняя часть ра­ бочего пространства служит металлоприемником, куда подводит­ ся и дутье.

Объем рабочего пространства конвертера должен быть значи­ тельно больше объема жидкой металлической садки, так как при

продувке металл и шлак вследствие бурного хода реакций окисления и механического воздействия дутья сильно вспучива­ ются и часть их выбрасывается из конвертера. Наличие свобод­ ного пространства над металлической ванной не только умень­

шает потери металла, но и способствует окислению СО и СОг, что дает дополнительное тепло ванне, обеспечивая получение более горячей стали. Однако чрезмерное увеличение объема ра­

бочего пространства приводит к увеличению потерь тепла и де­ лает установку более громоздкой, а работу ее менее эконо­ мичной.

В малых бессемеровских конвертерах на воздушном дутье лучшие показатели достигаются при удельном объеме конвер­ тера, равном 0,7 -т- 0,95 м3/т, или при отношении объема конвер­

тера Vк к объему жидкой металлической садки Vc , равном

_= 5,0 -э-7,0. Vc

При использовании кислорода эти параметры могут быть уменьшены благодаря резкому снижению количества дутья и от­ ходящих газов на единицу садки (расход воздушного дутья, как

известно, составляет 700—800 нм31т, а расход технического кис­

лорода 50—60 нм3!т). При проектировании малых конвертеров,

44 Малый конвертер для работы на кислороде и оборудование цеха

работающих на кислороде, было принято:

где Q — вес садки, т.

Следует, однако, иметь в виду, что вопрос о соотношении ве­ личины садки и параметров VK :Q и VK : Vc изучен недоста­

точно.

Приведенные выше значения относятся лишь к конвертерам

емкостью 0,6—1,5 т.

Размеры рабочего пространства конвертера для данной сад­ ки зависят от глубины ванны hB и площади зеркала металла в спокойном состоянии F в , соотношение которых определяется выражением

Vc = FB • hB.

В малых конвертерах на воздушном дутье соотношение глу­ бины и площади зеркала ванны оказывает значительное влияние

на скорость протекания реакций окисления. Большинство действу­ ющих конвертеров емкостью 1,5—2,5 т имеют ванну глубиной

400—500 мм.

В малых конвертерах емкостью 0,6—1,5 т при продувке кис­

лородом глубина ванны может быть от 320 до 600 мм.

При воздушном дутье величина выступа футеровки зависит

выступа b (см. рис. А, табл. 14) может быть принята равной 80— 120 мм. Диаметр цилиндрической части d при этом может быть приближенно определен из выражения:

d = 1,165/^7= 1,165 1/

V fiD

Диаметр нижней части конвертера, в котором металлоприемник выполняется в виде цилиндра меньшего размера (см. рис. Б,

табл. 14), определяется из выражения:

d, = j/” 4 '^в- = 1,13

Диаметр верхней части цилиндра может быть принят равным

d = (1,1 4- 1,3)^.

На практике, для удобства ремонта, диаметр верхней части ци­ линдра принимают больше диаметра нижней части на удвоен­ ную ширину или толщину кирпича (ИЗ или 65 мм).

Величина диаметра горловины dr и угла наклона ее оси а оказывают значительное влияние на интенсивность выброса ме­ талла и шлака. При кислородном дутье диаметр устья горло­ вины может быть меньше, чем при воздушном, однако при этом следует иметь в виду удобство заливки металла и возможность чистки реторты. В действующих малых конвертерах на кисло­ родном дутье диаметр горловины составляет 250 мм для емкости

0,8—1,5 т и 300 мм — для емкости 1,5—3,0 т. Угол наклона оси горловины а равен 20—30°. Высота горловины в свету составляет

hr = (0,75 - 0,90) d.

Высота цилиндрической части рабочего) пространства /гц от лещади до плоскости разъема горловины для принятого объема конвертера определяется из выражения

где VK—общий объем рабочего пространства конвертера, м3: Йг—объем горловины, .и3;

ствие большего удельного объема.

Данные о размерах и параметрах конвертеров, работающих на технически чистом кислороде, и типовых малых конвертеров емкостью 1,5 и 2,5 т, работающих на воздушном дутье, -приведе­ ны -в табл. 14.

2.Огнеупорная футеровка конвертера

Вмалом конвертере, как и в других металлургических агре­ гатах, футеровка испытывает воздействие высоких и переменных

по величине температур, а также механическое и химическое

воздействие металла, шлака и газов.

Впроцессе продувки жидкого металла в рабочем простран­ стве конвертера развиваются температуры до 1800° С; в конце

48 Малый конвертер для работы на кислороде и оборудование цеха

продувки и во время слива температура металла иногда дости­

гает 1700—1720° С. Следовательно, поверхностные слои футеров­ ки находятся под воздействием температуры, приближающейся к температуре размягчения и плавления обычных огнеупорных материалов. Механическая прочность футеровки в этих условиях понижается.

Большое влияние на стойкость футеровки оказывают резкие

колебания температуры. За время паузы между продувками, т. е. в период между окончанием продувки и выпуском металла одной плавки до заливки металла следующей плавки, темпера­

тура в рабочем пространстве реторты падает до 1300—1250° С. В течение 15—20 мин. температура‘снижается на 500—550° С. В ходе последующей продувки температура за 8—15 мин. вновь поднимается до максимальной величины. Перепад температур

вызывает растрескивание поверхностного слоя огнеупоров, ко­

торое тем значительнее, чем резче колебание температур.

На кислую футеровку конвертера разрушающе действуют на­ ходящиеся в шлаке окислы железа и закись марганца, которые

образуют с компонентами футеровки легкоплавкие соединения.

Повышение кислотности шлака путем присадок кремнезема в ви­ де кварцевого песка ослабляет разъедающее действие шлака, но полностью ликвидировать его практически не удается. Наряду с этим футеровка испытывает химическое воздействие жидкого металла и газов.

Стойкость футеровки, т. е. число плавок между капитальны­ ми ремонтами, зависит от состава чугуна и шлака, скорости и ха­ рактера циркуляции их, параметров дутья, а также от профиля и размеров рабочего пространства конвертера и фурмы. Качество огнеупорных материалов и выполнения футеровки играют при этом исключительно важную роль.

Таким образом, материалы, применяемые для футеровки конвертера, должны обладать высокой огнеупорностью, термо­ стойкостью и достаточной механической прочностью при высоких

температурах.

Применяемые в металлургии огнеупоры обладают указанны­ ми свойствами в различной степени. Различными являются и ус­

ловия их службы с точки зрения температурного режима, соста­ ва шлаков и механических нагрузок.

Условия службы огнеупорных материалов в малых конверте­ рах, определяемые технологией процесса (периодичностью рабо­ ты, переменными тепловыми и механическими нагрузками, аг­ рессивностью шлаков, энергичной циркуляцией металла, шлака и газов и т. п.), чрезвычайно тяжелые. Стойкость футеровки ма­

лого конвертера, выполненной из обычных огнеупоров, значитель­

но меньше, чем стойкость футеровки других металлургических агрегатов. Если, например, кампания доменной печи составляет