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

нию азота и фосфора и основным механическим и технологичес­ ким свойствам. При замене части воздушного дутья кислородом

или при продувке смесью чистого кислорода с водяным паром или углекислым газом в течение всего или части периода про­

дувки улучшается тепловой баланс за счет уменьшения содер­

жания азота в конвертерных газах. Уменьшение объема газов снижает количество уносимого ими из конвертера тепла. За этот счет сокращается продолжительность продувки и увеличивается выход стали, так как появляется возможность перерабатывать большее количество скрапа или железной руды. Уменьшение продолжительности продувки и количества азота в дутье при­ водит к снижению содержания азота в стали. Применение руды и окалины для охлаждения процесса и замена части извести

известняком позволяют достигнуть более высокой степени уда­ ления азота и дефосфорации.

В настоящее время применяются следующие способы продув­ ки томасовских чугунов:

1)продувка дутьем, обогащенным кислородом;

2)продувка парокислородной смесью;

3)продувка смесью кислорода с углекислым газом;

4)продувка технически чистым кислородом сверху.

Продувка дутьем, обогащенным кислородом. Воздух содер­

жит около 21% О2 и 79% N2. Если количество кислорода в дутье увеличить добавкой к нему газообразного кислорода, например, до 30% или больше, то соответствующим образом понизится со­

держание азота в дутье и количество уносимого им из конверте­ ра тепла. 1 м3 вдуваемого в конвертер азота уносит с собой та­ кое количество тепла, которым можно переплавить 1,45 кг скра­ па, а 1 м3 вдуваемого в конвертер кислорода позволяет перепла­ вить 5,6 кг скрапа. За счет более высокой концентрации кисло­ рода в дутье интенсифицируется процесс окисления примесей, что приводит к сокращению продолжительности продувки.

Применение дутья, обогащенного кислородом, имеет ряд преимуществ:

1. Благодаря более высокой температуре продувки достигается раннее растворение извести и связывание SiO2, вследствие чего

продувка протекает спокойно, стойкость футеровки и днища улучшается. Повышение температуры процесса дает возмож­ ность увеличить переработку скрапа.

2.Более высокий тепловой баланс процесса позволяет при

дутье, обогащенном кислородом до 30%, продувадь чугуны с по­ ниженным содержанием фосфора, например 1,19—1,37% при 0,24—0,47% S1 и 0,9—1,14% Мп, а также физически холодные

чугуны.

3.Производительность конвертеров увеличивается в резуль­ тате сокращения продолжительности продувки.

4.Увеличивается выход годного, например до 87—88% (про­

тив 86% при воздушном дутье), вследствие уменьшения содер­ жания железа в шлаке и уменьшения угара до 12—13% (вмес­ то 13—14% при дутье без кислорода).

5.Повышается степень десульфурации благодаря более высо­ кой температуре.

6.Улучшается качество стали вследствие снижения содержа­

ния азота при сокращении продолжительности продувки и умень­

шении содержания его в дутье. При правильном регулировании температуры, т. е. при своевременном прекращении подачи кисло­ рода, содержание азота в стали составляет в среднем 0,010% при колебаниях от 0,008 до 0,012%.

Дальнейшее снижение содержания азота в стали может быть достигнуто присадками руды или окалины, а также при замене части извести известняком, причем температура процесса при

этом не будет ниже нормальной благодаря обогащенному кисло­

родом дутью. Разложение СаСО3 сопровождается выделением СОг, которая при высоких температурах разлагается на СО и О; кислород окисляет углерод. В результате уменьшается количе­ ство азота в дутье, так как СОг заменяет часть дутья и сокра­ щает продолжительность продувки. При воздушном дутье нельзя пользоваться этим приемом работы, так как на разложение из­ вестняка и углекислоты расходуется много тепла. При дутье,

обогащенном кислородом, тепла оказывается достаточным не только для замены части извести известняком, но и для приса­ док совместно с известняком руды и скрапа.

По охлаждающему действию 1 кг известняка заменяет 1,9 кг скрапа; поэтому при работе с известняком для сохранения при­ садок скрапа нужно увеличивать содержание кислорода в дутье.

Для уменьшения содержания фосфора в стали при работе

на дутье, обогащенном кислородом, иногда прибегают к скачи­ ванию первичного фосфористого шлака и наведению нового содой с последующей кратковременной продувкой (около 25 сек.). Для предохранения ванны от сильного охлаждения, вызываемого при­ садкой и разложением соды, вместе с ней дают подогревающие добавки, например силикокальций, который при окислении дает

достаточное количество тепла, не снижая при этом основности шлака, так как образующийся SiOa сразу связывается СаО, полу­ чившейся от окисления кальция. Если температура металла по­ зволяет, то вторичный шлак наводится только содой. Содержание фосфора в стали перед скачиванием шлака составляет 0,055%,

после продувки с наведенным содовым шлаком снижается в среднем до 0,040%. Во вторичном шлаке содержание железа око­ ло 15%, но в связи с тем, что шлака мало, потери железа невелики.

Применение кислорода в томасовской. производстве lit

Обогащение дутья кислородом является в настоящее время наиболее распространенным методом получения томасовской стали улучшенного качества. В большинстве случаев обогащение дутья ведется до содержания кислорода 30%.

В табл. 23 приведено содержание азота, фосфора и серы в стали в зависимости от состава дутья и вида добавок.

Таблица 23

Продувка парокислородной смесью. Для получения низко-

азотистой томасовской стали необходимо до возможного мини­ мума уменьшить парциальное давление азота в конвертерных газах. Эта задача может быть успешно решена путем удаления азота из дутья. Однако продувка чистым кислородом снизу не может быть осуществлена вследствие резкого падения стойкости

фурм и днищ из-за чрезмерно высоких температур, которые развиваются у выхода кислорода из сопел. Поэтому для сниже­ ния температуры процесса к кислороду нужно добавлять в ка­ честве охладителя другие газы, не содержащие азота. Такими газами — охладителями в современной практике работы конверте­

ров с основной футеровкой являются водяной пар и углекислый газ. При продувке указанной смесью около 30% пара проходит через металл, не разлагаясь и не принимая участия в процессе.

Этот пар, нагреваясь в конвертере, уносит значительное количе­

ство тепла. Остальное количество его (~70%) разлагается на кислород и водород с затратой тепла. По данным одного иссле­ дования 1 кг пара по своему охлаждающему действию может заменить 6,8 кг скрапа. Смесь, состоящая из 60% кислорода и

40% перегретого пара, по тепловому действию равна воздуху.

Чем меньше в смеси пара, тем горячее будет идти процесс и тем

больше можно переплавлять скрапа.

Содержание азота в парокислородном дутье зависит от чи­ стоты кислорода и обычно не превышает 8—10%. В связи с

мого в конвертер с дутьем в единицу времени. При парокислородном дутье продолжитель­ ность продувки значительно сокращается. Если производитель­ ность 16-т конвертера на воздушном дутье составляет 1,1 т!мин,

она составляет 1,9 т/мин.

Вредного влияния водорода на механические свойства стали,

полученной на парокислородном дутье, не обнаружено. Продувка парокислородной смесью протекает спокойно, без

выбросов, даже при повышенном содержании кремния в чугу­ не — 0,75%- Уменьшение выбросов объясняется уменьшением объ­ ема и скорости газов, проходящих через ванну конвертера. Воз­ можность продувать чугуны с повышенным содержанием крем­ ния позволяет исключить предварительное обескремнивание

чугуна.

Пламя парокислородной продувки отличается от пламени

1 14 Томасовский процесс

газа-охладителя может применяться углекислый газ. Разложе­ ние СО2 на СО и О требует 66 560 кал на 1 кг-мол СО2, т. е. 1 м3 СО2, разлагаясь, поглощает

66-5Ю- « 3000 кал,

22,4

где 22,4 лР — объем 1 кг-мол СО2.

Опытом установлено, что при продувке смесью кислорода и углекислого газа разлагается 90% СО2. Охлаждающее действие

Продолжительности првдувми,л<ин.

Рис. 31. Ход продувки в томасовском кон­

вертере с применением кислорода и угле­ кислоты

углекислоты выше, чем водяного пара; считают, что 1 м3 СО2 по своему охлаждающему действию равноценен 9,25 кг скрапа.

Обычно первые периоды плавки ведут на воздушном или обога­ щенном кислородом дутье и в конце обезуглероживания перехо­ дят на смесь кислорода с углекислым газом.

Температурный режим плавки регулируют изменением пода­ чи углекислого газа при постоянном расходе кислорода. Пламя

очень яркое благодаря тому, что в газах до 55% СО. Может быть достигнуто содержание азота в стали до 0,003%.

рилась.

Например, сталь, полученная на парокислородном дутье для тонких и толстых листов, листов для глубокой вытяжки, холодно-

игорячекатаной полосы, труб, проволоки и болтов, не отличается по качеству от кипящей мартеновской стали. Из 5-мм катанки

получена без промежуточного отжига проволока диаметром 0,3

и0,19 мм; из мартеновской стали такая проволока получалась только с промежуточным отжигом. При изготовлении эмалиро­

ванной посуды из тонких листов при их отбортовке и сварке тре­ щин не было. Технологические испытания на свариваемость и за­

гиб хорошие.

Сталь, выплавленная с применением дутья, обогащенного

кислородом, с охлаждением процесса рудой и известняком, так­ же приближается по своим свойствам к мартеновской стали.

Новые методы продувки томасовской стали значительно по­ вышают ее качество и расширяют область применения.

12. Материальный и тепловой баланс томасовского процесса

Материальный баланс

Исходные данные для расчета приведены в табл. 24.

Таблица 24

Содержание элементов, %

Принимаем, что */4 всего углерода выгорает в СО2, а 3/4 в СО. Угар железа составляет 2%; из футеровки в шлак переходит 2%

от веса металла.

Состав доломита: 2,5% ЗЮг; 2,0% А1гО3; 59,0% СаО; 36,5% MgO.

Состав извести: 2,0% SiOa; 1,0% AI2O3; 93,0% СаО; 4,0% СО?.

Сера удаляется из металла в виде MnS, которая в дальней­

окисляется: 0,8 — 0,034 = 0,766%. Расчет ведется на 100 кг чугуна.

Количество кислорода, потребного для окис­ ления примесей, и получающиеся окисли

ВСО2 окисляется углерода: 0,25-3,3 = 0,825 кг.

ВСО окисляется углерода: 0,75 • 3,3 = 2,475 кг.

Данные о количествах необходимого кислорода приведены в

Для упрощения последующих расчетов пренебрегаем влаж­

На 1 т чугуна теоретически необходимо 305 № воздуха.

В39,35 кг воздуха имеется 9,13 кг кислорода и 30,22 кг азота. При обогащении дутья газообразным кислородом до 30%

(объемы.), весовой состав дутья будет следующим: 1 м3 дутья, состоящего из 30% О2 и 70% N2, .весит:

0,01(30 • 1,43 + 70- 1,25)= 1,3. кг..

В составе такого дутья кислорода:

118 Томасовский процесс

В 27,7 кг обогащенного дутья 9,13 кг кислорода и 18,57 кг

азота, т. е. значительно меньше, чем при воздушном дутье.

При продувке парокислородной смесью объем дутья еще мень­

водорода на каждый килограмм смеси. Для того чтобы парокис­ лородной смесью внести 9,13 кг кислорода, нужно

9,13 — 11,4 кг смеси.

0,8

В этом количестве смеси 9,13 кг кислорода, 1,37 кг неразложив-

шегося пара, 0,34 кг водорода и 0,56 кг азота.

Вес 1 м3 парокислородной смеси составляет 1,12 кг. Это рассчи­

тывается так. 100 кг смеси имеют объем

где 1,43—вес 1 м3 кислорода; 1,25—вес 1 м3 азота; 0,804—вес 1 м3 пара.

100:88,84= 1,12 кг.

Объем смеси

= ю,2 л3, 1,12 ’

или 102 м3 на 1 т чугуна.

Определение состава шлака

В извести содержится 2% SiO2. Для ошлакования SiO2 в 2СаО • SiO2 необходимо СаО:

2--!^-= 3,74%.

60

Свободной СаО в извести:

93,00 —3,74 = 89,26%.