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

120 Томасовский процесс

С о ста в газов

При воздушном дутье:

При дутье, обогащенном кислородом до 30%:

дутье, обогащенное кислородом, при 50° (принимаем для него ту же теплоемкость):

27,7 • 0,233 • 50 = 322 кал,

парокислородное дутье при 180—200° (общее количество сме­ си 11,4 кг; в ней 0,6- 11,4 = 6,84 кг кислорода и 4,56 кг пара; в 6,84 кг технического кислорода 92 %-ной чистоты 6,84 ■ 0,92 = = 6,28 кг кислорода и 0,56 кг азота; 4,56 кг пара диссоциируют

= 2,85 кг кислорода и 0,34 кг водорода; всего такая смесь даст

кислорода 6,28 + 2,85 = 9,13 кг,. т. е. потребное количество). 200(6,28 • 0,223 + 0,56 • 0,249 + 4,56 • 0,452) = 720 кал,

где 0,223 — теплоемкость кислорода при 200°, кал/кг • °C; 0,249 — теплоемкость азота, кал/кг • °C;

0,452 — теплоемкость паров воды, кал/кг • °C. 3) Окисление углерода в СО2 и СО вносит:

0,825 • 8137 + 2,475 • 2452 = 12765 кал.

4) Окисление и ошлакование кремния в 2СаО • SiO2 вносит:

книге Г. Н. Ойкса и М. М. Трубецкова «Расчеты мартеновских печей», Метал-

лургиздат, 1949.

X. КОНВЕРТЕРНЫЙ ПРОЦЕСС С ПРОДУВКОЙ

ЧУГУНА КИСЛОРОДОМ СВЕРХУ

Основными недостатками бессемеровской и томасовской стали, полученной на воздушном донном дутье, является повы­ шенная хрупкость, особенно при низких температурах, большая склонность к старению (снижению ударной вязкости по мере службы изделий), плохая электросвариваемость. Эти недостат­ ки вызываются повышенным содержанием азота, кислорода, фосфора и неметаллических включений в бессемеровской и то­ масовской стали по сравнению со сталью, выплавленной в мар­

теновских печах.

Кроме того, в бессемеровских конвертерах с кислой футе­

в глуходонном конвертере с основной футеровкой можно полу­ чить сталь с низким содержанием азота, кислорода и фосфора

из обыкновенного мартеновского чугуна. Опытом установлено,

что эта сталь по своему качеству не уступает мартеновской.

1.Сущность процесса

Вглуходонный конвертер сливается чугун и присаживаются скрап, известь и железная руда. Сверху на ванну вдувается кислород через водоохлаждаемую фурму с медным соплом. Сопло устанавливается на определенном расстоянии над уровнем ванны в спокойном состоянии. Кислород чистотой выше 99% подается в конвертер под давлением 10—14 ати.

Количество подаваемого кислорода зависит от садки конверте­

ра, размеров и формы сопла. Например, при продувке 25,5 т

чугуна через круглое сопло диаметром 42 мм подается кисло­

рода 65—80 мг1мин. При садке 37 т в сопле типа Лаваля с

выходным отверстием диаметром 65 мм подается 140—160 м3 кислорода в минуту. Расход кислорода изменяется в зависи­

мости от периода и хода плавки.

При продувке струя кислорода проникает в металлическую

ванну и образует в ней реакционную зону (рис. 32, а), в кото-

126 Конвертерный процесс с продувкой чугуна кислородом сверху

рой развиваются очень высокие температуры — около 2400°.

Частицы металла, вступающие в непосредственное соприкосно­ вение с кислородом в реакционной зоне, полностью окисляются;

образуются окислы железа и примесей чугуна: FeO, SiOa, МпО, Р2О5 и СО. Окислы железа быстро перемещаются по ванне и

Рис. 32. Схемы реакционной зоны при обычном (а) и при высоком (б) положении фурмы над зеркалом ванны

переносят процессы окисления примесей за пределы реакцион­ ной зоны. Быстрое перемещение окислов железа обусловливает­ ся интенсивным перемешиванием ванны, вызываемым ее дви­ жением от воздействия струи кислорода и от выделения боль­ ших объемов окиси углерода. По данным Г. П. Иванцова [10], при содержании углерода в ванне 3,5% на каждый объем вдуваемого кислорода при 0° приходится 1,85 объемов окиси углерода при 1500°.

При продувке кислородом сверху происходит как прямое окисление примесей чугуна кислородом, так и через шлак, при­ чем соотношение обоих процессов можно регулировать измене­ нием расхода кислорода и высоты фурмы над уровнем ванны.

Чем выше расход и давление кислорода и чем ближе фурма к

зеркалу ванны, тем глубже струя кислорода проникает в ме­ талл и тем большее развитие получают реакции прямого окис­ ления. При уменьшении расхода кислорода и повышении высо­ ты фурмы над уровнем ванны реакционная зона становится мелкой (рис. 32, б) и развиваются поверхностные реакции окисления в связи с тем, что кислородом охватывается большая площадь ванны. При этом увеличивается содержание окислов

железа в шлаке и преобладают реакции окисления примесей чугуна через шлак.

Изменением расхода кислорода и высоты подъема фурмы над уровнем ванны в спокойном состоянии можно регулировать содержание окислов железа в шлаке, что имеет очень важное значение для процесса шлакообразования, так как известь хо­ рошо растворяется в железистых шлаках.

Создание активных известково-железистых шлаков в самом

начале процесса позволяет получать высокую степень дефос­ форации независимо от содержания углерода в металле. Фос­ фор окисляется одновременно с углеродом.

Так как металл продувается технически чистым кислородом, в конвертерных газах почти отсутствует азот, благодаря чему потери тепла в этом процессе значительно ниже, чем при бес­ семеровском и томасовском переделах. Избыток тепла может

быть использован для расплавления скрапа или восстановления железа руды. Наличие избытка тепла позволяет продувать хи­ мически холодные мартеновские чугуны.

Преимущества продувки чугуна кислородом сверху заклю­ чаются в следующем:

1)простота конструкции конвертера, так как отпадает на­ добность в днищах со сменными фурмами. Стойкость металли­ ческой водоохлаждаемой фурмы для подачи кислорода высока (выше 1000 плавок);

2)возможность осуществления надежной дефосфорации ме­ талла при любом содержании углерода в стали;

3)низкое содержание азота и кислорода в стали;

4)качество стали по механическим и технологическим

свойствам, не уступающее мартеновской;

5)расширение сырьевой базы для выплавки чугуна;

6)возможность перерабатывать скрап и железную руду за счет избытка тепла и тем самым повышать выход жидкой стали;

7)значительно меньшие ' капитальные затраты на строи­

тельство по сравнению с мартеновским цехом одинаковой про­ изводительности;

8)высокая производительность конвертера.

Недостатком процесса является выделение большого коли­ чества бурого дыма, который несет с собой очень мелкую пыль. Для очистки конвертерных газов нужно сооружать специаль­ ную установку.

2. Устройство конвертера для продувки чугуна

кислородом сверху

Конвертеры для продувки чугуна кислородом сверху по своей конструкции не отличаются от бессемеровских и тома-

128 Конвертерный процесс с продувкой чугуна кислородом сверху

совских, работающих на воздушном дутье, но имеют глухое днище без фурм и воздушной коробки. Днище обычно делается отъемным для удобства ремонта.

Горловина. Горловина, как и в конвертерах, работающих на донном дутье, обычно смещена относительно оси конвертера для удобства слива чугуна.

На одном заводе в Советском Союзе горловина выполняет­ ся из чугуна с залитыми трубками для циркуляции воды

(рис. 33). Водоохлаждаемая горловина не сгорает, сохраняет первоначальный диаметр всю кампанию работы конвертера и легко очищается от металлических и шлаковых настылей.

По конструкции и размерам горловина конвертеров, рабо­

тающих с подачей кислорода сверху, практически ничем не от­

личается от горловин бессемеровских и томасовских конверте­ ров. Горловина оказывает влияние на работу конвертера и на

содержание азота в стали. При широкой горловине в конвер­ тер попадает атмосферный воздух; значительная часть азота этого воздуха поглощается жидкой ванной, так как темпера­ тура в реакционной зоне очень высока.

Размер горловины влияет на количество выбросов и выход жидкой стали. На одном заводе был исследован выход годного металла на 20-т конвертерах объемом 16,5 м3 при диаметре

горловины по кожуху 1600 и 1300 мм. Продувка велась кис­ лородом сверху с расходом кислорода 55—60 мъ!мин. Выход жидкой стали у конвертера с горловиной диаметром 1300 мм оказался на 1,8% выше, чем у конвертера диаметром 1600 мм.