книги из ГПНТБ / Производство стали в конвертерах учебное пособие для подготовки квалифицированных рабочих на производстве С. И. Лифшиц. 1960- 17 Мб

0,25 — теплоемкость жидкого чугуна, кал1кг ■ °C. 2. Воздух вносит:

36,15 • 0,233 • 50 = 420 кал,

где 50° — температура воздуха при входе в конвертер; 0,233 — теплоемкость при 50°.

3. Горение углерода вносит:

8137-0,81 + 2452-3,23 = 14 511 кал,

где 8137 — теплота сгорания углерода в СОг, кал; 2452 — теплота сгорания углерода в СО, кал. 4. Горение и ошлакование кремния вносит:

7015 • 1,2 = 8420 кал,

марганца в МпО.

6. Окисление Fe в FeO вносит:

1191 ■ 1,57= 1870 кал.

Расход тепла

Температура металла и шлака составляет 1650°; температу­ ра отходящих конвертерных газов у горловины равна 1500°:

1. Теплосодержание стали

92,37(0,1671500 + 65 + 0,2(1650— 1500)1 = 31914 кал.

где 1500 — температура плавления стали, °C;

0,167 — теплоемкость стали до плавления, кал/кг ■ °C;

65 — теплота плавления стали, кал!кг;

0,2 — теплоемкость жидкой стали, кал/кг-°С.

2. Теплосодержание шлака:

6,91 (0,264 ■ 1650 + 50) = 3355 кал,

где 0,264 — теплоемкость кислого шлака, кал[кг°С;

90 Бессемеровский процесс

0,329 — теплоемкость СО, азота и водорода при 1500°. Тепловой баланс приведен в табл. 18.

Таблица 18

значительные потери тепла с отходящими конвертерными газа­ ми, незначительное теплосодержание шлака; больше половины всего количества тепла вносится жидким чугуном.

IX. ТОМАСОВСКИЙ ПРОЦЕСС

1. Сущность томасовского процесса

При томасовском процессе в конвертерах с основной футе­ ровкой, состоящей из смолодоломитовых блоков, продуваются

чугуны с высоким содержанием фосфора— 1,6—2,0%. В конвер­ тер загружается известь. После окисления углерода, когда в шлаке накапливается достаточное количество окислов железа, позволяющее перевести известь в раствор, начинает интенсивно

окисляться и переходить в шлак фосфор. Поэтому при томасов­ ском процессе на воздушном дутье металл всегда передувается до низкого содержания углерода (0,04—0,05%). При производ­ стве углеродистых сталей необходимо науглероживать металл.

Тепло, выделяющееся при окислении фосфора, обеспечивает на­ грев металла до температур, необходимых для нормальной раз­ ливки. При определенных условиях получается некоторый избы­ ток Тепла, который может быть использован для расплавления скрапа. Фосфор в томасовском процессе играет такую же роль,

как кремний в бессемеровском. Шлаки томасовского про­ цесса, содержащие большое количество Р2О5, после соответст­ вующей обработки с успехом используются в качестве удобре­

ния в сельском хозяйстве.

Наибольшее распространение томасовский процесс получил в Западной Европе (ФРГ, Франция, Бельгия, Люксембург), где имеются большие запасы фосфористых железных руд. В этих странах томасовский процесс является основным способом про­

изводства стали.

В СССР перспектива применения томасовского передела зна­ чительно расширяется в связи с развитием Керченского место­ рождения бурых железняков, содержащих 43% Fe и около 1,8% Р, а также Аятского и Лисаковского месторождений в Кустанай­ ской области Казахской ССР, руды которых позволяют получать чугуны с содержанием 0,8 и 1,0—1,2% Р.

2. Устройство и служба томасовского конвертера

Томасовские конвертеры отличаются от бессемеровских толь­

ко характером футеровки и некоторыми размерами. На рис. 22

представлен томасовский конвертер емкостью 40—45 т.

для кирпичей составляется из смеси отборного свежеобожженного и отработанного доломита (по 50%) и обезвоженной смолы, подогретой до 50—70°.

При энергичном обжиге она коксуется и связывает между со­

бой зерна доломита. Износ футеровки происходит от химиче­

ского и механического воздействия шлака и металла. Стойкость ее в среднем составляет около 300 плавок и достигает 400. В до­

ступных местах футеровку можно ремонтировать между плав­ ками смолодоломитовой массой при помощи ложки. Масса

дается на поврежденное место и слегка утрамбовывается

ложкой.

Днище. Днища томасовских конвертеров в отличие от бессе­

меровских, как правило, делаются вставными, игольчатыми (рис.

23). Набиваются днища жирной смолодоломитовой массой.

Стойкость днищ в значительной степени зависит от качества до-

лах от 13 до 26 см2 в зависимости от емкости конвертера, но на­ иболее часто составляет 15—17 см2. Высота нового днища рав­

на 800—1100 мм.

Обжиг днищ производят в течение 40—50 час. в специальных

печах с быстрым доведением температуры до 500—600° во избе­ жание вытекания смолы из массы. Во время обжига из смолы удаляются летучие вещества, и она разлагается с образовани­

ем смоляного кокса, цементирующего доломит.

Днище изнашивается главным образом у сопел, где обра­

зуются воронки. Помимо качества материалов и способа изго­ товления днища, на его стойкость оказывают влияние техноло­ гические факторы и в том числе дутьевой режим. Чем ниже продолжительность продувки и чем выше скорость дутья на вы­ ходе из сопел, тем меньше износ днища. Увеличение числа со­ пел без изменения давления дутья, т. е. уменьшение скорости

дутья, снижает стойкость днища. Повышение давления дутья,

например, с 1,5 до 2,0—2,5 ати при прочих равных условиях увеличивает срок службы днища. Стойкость днищ колеблется в пределах от 40 до 75 плавок, а иногда достигает 100 плавок.

Днища, масса каторых уплотнялась на вибрационных машинах,

имеют более высокую стойкость, чем трамбованные.

Некоторое распространение получили днища с магнезито­ выми фурмами, которые прессуются под высоким давлением и обжигаются по специальному режиму. Прочность фурм при сжатии составляет 350—620 кг/см2. Чем выше прочность фурм в холодном состоянии, тем дольше они служат. Фурмы устанав­

ливаются на чугунную донную плиту и крепятся к ней винтами через среднее сопло. Затем на плиту устанавливается кожух-

шаблон и межфурменное пространство послойно заполняется нагретой до 70—80° смолодоломитовой массой, которая уплот­ няется трамбованием или вибрированием. Перед заполнением

последнего слоя сопла фурм закрывают деревянными пробка­ ми, чтобы они не засорялись. Обжиг днищ с магнезитовыми фурмами ведется с учетом особенностей огнеупоров магне­ зитового класса. Не менее 20 час. днище выдерживается при 250°, а затем температуру доводят до 650—750°. После обжига днище медленно остуживается и подается к конвертеру горя­ чим. Днище с магнезитовыми фурмами нельзя охлаждать, так как термическая стойкость магнезита низка. Поэтому в случае остановки конвертера его нужно подогревать коксом или газом. Днище с магнезитовыми фурмами равномерно изнашивается и служит в среднем больше 100 плавок (70—140 плавок).

Смена изношенных днищ в томасовских конвертерах произ­ водится так же, как и в бессемеровских. Между днищем и кон­

вертером делается уплотнение из жирной набивной массы.

В табл. 19 приведены основные размеры некоторых тома-

Сырыми материалами томасовского процесса служат чугун, скрап, известь, железная руда и окалина. Требования, предъяв­ ляемые к скрапу и железной руде, рассмотрены выше. Известь должна содержать как можно больше СаО и минимальные ко­ личества SiOz, серы и AI2O3. Уменьшение содержания серы в извести на 0,1% снижает сернистость томасовской стали на

0,02%. Применяться должна только свежеобожженная известь без разложившейся пушонки.

Тепло от окисления кремния в томасовском процессе не име «ет решающего значения. При повышенном содержании кремния в чугуне получается пенистый шлак, способствующий выбросам при продувке и понижению выхода годного. Кроме того, увели­ чивается количество шлака и снижается стойкость основной фу­ теровки. Кремний в томасовском чугуне следует считать неже­ лательной примесью. Нужно стремиться к его содержанию в

.пределах 0,2—0,3%, особенно при дутье, обогащенном кислоро­ дом, или при продувке парокислородной смесью. В связи с тем что выплавка малокремнистого чугуна в доменных печах может повести к повышению содержания в нем серы, иногда прибега­ ют к обескремниванию томасовского чугуна кислородом в ков­ шах или при их наполнении у желоба доменной печи.

Иногда до продувки в ковш присаживают известняк в ко­

личестве 1 % от веса чугуна. Ковш подается под водоохлаждае­ мый или футерованный колпак с вытяжной трубой. Трубка или фурма для подвода кислорода вставляется в прорезь в колпа­ ке (рис. 25).

В табл. 20 приводятся некоторые данные об обескремнива­ нии чугуна [5].

Чем выше первоначальное содержание кремния в чугуне,

тем выше эффективность обескремнивания.

При продувке томасовского чугуна в ковшах парокислород­ ной смесью не получается бурого дыма. Опыты на одном заво­ де в СССР показали, что при расходе кислорода 4,8 нм?/т и па­

ра 4,0 кг/т при давлении 4,5 ат окислялось 0,20% Si (41,5% на­ чального содержания), 0,55% Мп (29,5% начального содержа­ ния) и 0,29% С (7,3% начального содержания). Содержание

фосфора практически не изменялось. Когда добавили смесь ру­

ды и известняка по 15 кг на 1 т чугуна при наполнении ковша,

держания. Продувка велась дюймовой железной трубкой, погру­

жаемой в металл на 150—200 мм [6].

Сера при томасировании удаляется с трудом, поэтому содер­ жание ее в чугуне должно быть по возможности низким.

Содержание углерода в томасовском чугуне всегда меньше,

чем в бессемеровском.

Томасовский чугун имеет температуру плавления 1050— 1100°; благодаря высокому содержанию фосфора он обладает повышенной жидкоподвижностью, что обеспечивает хорошее перемешивание дутья с металлом, несмотря на пониженную

температуру чугуна при сливе в конвертер (1200—1250°).

4. Периоды плавки. Реакции томасировании. Изменение состава металла и шлака по ходу продувки

На рис. 26 представлено примерное изменение состава ме­ талла, шлака и температуры по ходу томасовского процесса при продувке воздухом. Плавку можно разбить на три периода.

Первый период. После загрузки скрапа, извести и слива чугуна конвертер устанавливают в вертикальное положение, и начина­ ется первый период продувки, характеризующийся низким сла­ босветящимся пламенем. В этот период, как и при бессемеров­ ском процессе, происходит окисление железа, кремния — реак­ ция (1) и марганца — реакция (4). Углерод в эти первые мину­ ты продувки окисляется незначительно из-за низких темпера­

тур. Получающиеся в первый период продувки окислы FeO,

БЮг и МпО образуют шлак, приближающийся по своему со­ ставу к бессемеровскому. Значительная часть извести еще на­ ходится в твердом состоянии и только небольшое ее количество переходит в раствор; поэтому шлак состоит в основном из сили­

катов железа — реакция (2) и марганца, в котором плавают

куски извести. За счет тепла реакций окисления кремния, мар­ ганца и железа и шлакообразования температура увеличивает­ ся. При физически холодном чугуне теплоты этих реакций мо­ жет оказаться недостаточно для нагрева операции, что обусло­ вит холодный ход процесса с высоким угаром железа и выбро­ сами. При высокой температуре чугуна, что в частности имеет место после обескремнивания его в ковшах кислородом, первый период может слиться со вторым, так как при этих условиях угле­

род интенсивно окисляется с самого начала процесса. Первый период при нормальном процессе длится около 3 мин. В газах первого периода имеется некоторое количество свободного кис­ лорода (0,07—0,12%), около 10% СО2, 10% СО и 80% N2.

Второй период. Второй период — это период окисления уг­ лерода, сопровождающийся длинным и ярким пламенем. В свя­

зи с тем, что температура во втором периоде ниже, чем при бес-