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

XII. ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ ВО ВРАЩАЮЩИХСЯ

КОНВЕРТЕРАХ И ВРАЩАЮЩИХСЯ ТРУБЧАТЫХ ПЕЧАХ

(роторный процесс)

Современные способы производства стали в конвертерах, обеспечивающие получение металла, не уступающего по качест­ ву мартеновскому или приближающегося к нему, н'е лишены не­ которых недостатков.

К таким недостаткам относится большое количество бурого дыма, выделяющегося при продувке чугуна кислородом и тре­ бующего специальных устройств и затрат для ’его очистки. Угар

железа, улетучивающегося в виде окислов с конвертерными

газами, составляет около 1 %. Этот угар связан с резким мест­ ным повышенйем температуры в зоне соприкосновения кислоротной струи с металлом. Вторым существенным недостатком является сложность технологии переработки чугуна с высоким

содержанием фосфора для получения низкофоофористой стали с малым содержанием азота. Чугуны с содержанием фосфора в-

пределах от 0,5 до 1,5% трудно перерабатывать обычным тома-

совским способом. Современные высокопроизводительные спо­ собы производства стали должны:

а) обеспечивать получение металла, равноценного мартенов­

скому по механическим и технологическим свойствам;

б) давать возможность перерабатывать чугуны любого со­ става;

в) позволять выпускать плавку значительного веса (тоннаж большинства конвертеров, работающих в настоящее время, не может при весе плавки 15—40 т и частой повторяемости вы­

пусков обеспечивать равномерный от плавки к плавке состав,

стали и ее свойства);

г) не приводить к образованию большого количества буро­

го дыма;

д) быть экономичными.

Перечисленным условиям в значительной степени удовлетво­ ряют появившиеся в последние годы способы продувки кисло­ родом чугуна во вращающихся агрегатах.

212 Производство стали во вращающихся конвертерах и трубчатых печах

паров. Изменяя скорость вращения конвертера и способ вдува­ ния кислорода, можно регулировать ход процесса.

На рис. 70 [17] показана схема 30-т вращающегося конвер­ тера. Для заливки чугуна, загрузки руды, извести, скрапа и для слива стали и шлака конвертер может поворачиваться на цап­ фах вокруг поперечной оси. Во время продувки конвертер сто­ ит под углом 15—20° к горизонту. Кислород подается на поверх­ ность ванны через горловину конвертера водоохлаждаемой фур­ мой, наклоненной под углом 18—25° к горизонту. Во время про­ дувки конвертер вращается вокруг продольной оси со скоро­ стью 30 оборотов в минуту. Футеровка конвертера состоит из смолодоломитовых кирпичей и выдерживает 50 плавок. При при­ менении футеровки из магнезитового кирпича, как показали опыты, срок ее службы увеличивается в два — три раза. Конвер­

тер можно вынимать из механизма вращения и заменять но­ вым. Удобно иметь два 'механизма и три конвертера, из которых два постоянно в работе, а третий на смене футеровки, которая производится в другом месте.

Чугун с более высоким содержанием кремния рекомендуется

предварительно продувать кислородом в ковше для снижения содержания кремния.

В качестве охладителя используется в большинстве случаев железная руда или агломерат с содержанием железа 55%. Но может быть использован и скрап. При охлаждении процесса только рудой ее расход составляет 12—14%; при применении только скрапа вместо руды его расход теоретически может до­

стигать 40%, практически он составляет 15—20%. Скрап должен быть мелким, так как крупные куски могут не успеть распла­ виться. Расход извести составляет 13—14% от веса садки. Дли­ тельность продувки фосфористого чугуна при расходе кислорода 97%-ной чистоты в пределах 65—71 лг3 на 1 т чугуна составляет 35—40 мин. Продувка малофосфористого чугуна сокращается до 25 мин. Продолжительность продувки может быть сокращена путем оставления в конвертере конечного шлака предыдущей плавки, содержащего главным образом известь, окислы железа и мало фосфора, и путем присадки части извести и руды (ока­ лины, агломерата) по ходу продувки без ее остановки.

Процесс продувки ведется следующим образом. Первый пе­

риод— до слива шлака — продолжается 20—30 мин. Содержа­ ние углерода при этом составляет около 2% и фосфора 0,4%. Шлак сливается хорошо. В нем около 22% Р2О5 и всего 3—4%

214 Производство стали во вращающихся конвертерах и трубчатых печах

Оба сливаемых шлака пригодны для использования их в ка­

честве удобрений.

На рис. 71 представлен характерный ход окисления приме­ сей при продувке томасовского чугуна кислородам во вращаю­ щемся конвертере при следующих условиях: вес чугуна 30 т; со­ став чугуна 3,54% С; 0,12% Si; 0,49% Мп; 1,84% Р; 0,058% S;

расход из1вести—13,8% и руды 11,6% от веса чугуна; расход

кислорода — 65 м3 на 1 т металла. Фосфор окисляется одновре­ менно с углеродом и при содержании углерода около 0,5% со­ держание фосфора уже очень низкое. В точке В состав стали: 0,018% Р; 0,013 S и 0,002% N2. Степень десульфурации очень высокая (77,5%), несмотря на низкое содержание марганца в

чугуне. Это достигается быстрым образованием активного шла­ ка и, главное, хорошим перемешиванием, играющим важную роль в процессе удаления серы из металла. При переделе мало­ фосфористых чугунов с повышенным содержанием серы шлак необходимо скачивать раньше — через 5—10 мин. после начала продувки. При переработке чугуна с содержанием фосфора до

1,8% можно получить низкофосфористую сталь при одном ска­

чивании шлака вместо двух, что сокращает цикл плавки.

Средний состав стали перед сливом из конвертера при ох­ лаждении процесса рудой, %:

извести 14% от веса стали; температура стали при выпуске со­ ставляет 1640°, сталь по составу и качеству не уступает марте­ новской. Из нее изготовляют корабельный лист и лист для глу­ бокой штамповки и вытяжки.

Выход стали равен 92% от веса залитого чугуна и достига­ ет почти 100% при использовании в качестве охладителя руды.

Потери железа с отходящими конвертерными газами значи­ тельно ниже, чем при продувке кислородом сверху в стационар­ ном конвертере, что объясняется более равномерными темпера­ турами без местных резких повышений благодаря вращению конвертера. Надобность в особом оборудовании для улавлива­ ния пыли .отпадает.

Расход доломита составляет 20 кг на 1 т стали. Преимущества описанного процесса следующие:

1.Возможность получить увеличение выхода жидкой стали за счет восстановления большого количества жел'еза из руды благодаря догоранию окиси углерода внутри конвертера и полу­ чаемому вследствие этого дополнительному количеству тепла.

2.Возможность получения среднеуглеродистой стали с низ­

ким содержанием фосфора из томасовских чугунов при останов­ ке процесса на заданном содержании углерода, без передувки

ипоследующего науглероживания.

3.Высокая степень десульфурации.

4.Низкое содержание азота в стали при чистоте кислоро­

да 97%.

5. Возможность относительно просто регулировать скорость окисления углерода путем изменения скорости вращения кон­ вертера.

6.Потери железа со шлаком и дымом невелики. Нет надоб­ ности в оборудовании для очистки дыма.

7.Можно с успехом рафинировать чугун для дальнейшей пе­

реработки в мартеновских и электросталеплавильных печах. 8. Имеется техническая возможность строительства 100-т (и

более) вращающихся конвертеров.

2.Производство стали во вращающейся трубчатой печи

Производство стали во вращающейся трубчатой печи после ряда опытов осуществлено на одном заводе в Обергауз'ене

(ФРГ) [18]. Вращение печи устраняет местное воздействие высо-

Рис. 72. Схема 60-т цилиндрической вращающейся печи:

1 — выпускное отверстие; 2 — отвод отходящих газов;

3 — вторичное сопло; 4 — первичное сопло

ких температур кислородного факела на футеровку, которая не­ прерывно меняет положение, являясь попеременно то ванной, то сводом. Это приводит в равномерному износу футеровки и уве­ личению срока ее службы. Помимо этого усиление перемешива­

ния ванны при вращении способствует лучшему протеканию про­ цессов окисления примесей и десульфурации.

На рис. 72 представлена схема 60-т вращающейся трубчатой печи (ротора). Длина ротора—14,6 м, внутренний диаметр — 2,7 м, наружный — 3,7 м. Футеровка ротора двуслойная: к кожу­

ху примыкает защитный слой магнезитового кирпича толщиной

120 мм. Рабочий слой футеровки выполнен из набивной смолодо­ ломитовой массы толщиной 380 мм. Кладка торцевых стен рото­

ра, в которых устроены отверстия,—переднее для слива чугу­ на, присадки добавок и подачи кислорода и заднее для отвода

отходящих газов и шлака, — выложена из хромомагнезитового

216 Производство стали во вращающихся, конвертерах и трубчатых печах

■кирпича. В задней торцевой стене имеется специальное шлако­ вое отверстие и сталевыпускное, устроенное так же, как в мар­ теновских печах. Печь медленно вращается со скоростью от 0,1 до 0,5 оборотов в минуту. Кислород подается в ротор двумя

струями (первичный и вторичный кислород), которые могут ре­ гулироваться раздельно и независимо друг от друга. Первичным кислородом, подаваемым в ванну через водоохлаждаемую фур­ му с соплом, продувают металл, окисляя примеси и перемеши­ вая ванну. Вторичный кислород подается над ванной для сжига­

ния образующейся от окисления углерода окиси углерода. Ван­ ной усваивается 60% тепла, образующегося при горении окиси углерода.

Отходящие газы отсасываются трубой со стороны, противо­

положной подаче кислорода. Отвод дыма и газа значительно проще, чем от конвертера. Очистка их от пыли также несложна.

Порядок работы у роторной печи следующий (рис. 73).

Рис. 73. Установка роторной печи:

/ — печь; 2 — устройство для забрасывания в печь руды и извести; 3 — подвижной желоб для слива чугуна; 4 — тележка для подачи кислородных фурм; 5 — доменная

печь; 6 — сталеразливной ковш; 7 — шлаковый чан

Передвижное забрасывающее устройство подается к перед­ нему торцевому отверстию и им присаживают в печь известь, ру­ ду и окалину, после чего оно отодвигается ib сторону. Устанавли­

вается передвижной желоб, и чугун непосредственно из домен­

ной печи выпускается в роторную печь, вмещающую весь вы­ пуск чугуна — 60 т. После удаления желоба к отверстию подка­ тывается тележка с кислородными фурмами.

Фурмы установлены на специальных салазках и вводятся в

печь электродвигателем. Начинается продувка.

В печи выплавляется из томасовского чугуна либо полупро­ дукт для мартеновских печей, либо готовая сталь. В первом слу­ чае через 40 мин. останавливается продувка и получается ме-

галл с содержанием 1% Си около 0,1% Р- Пер'ед выпуском ме­ талла из печи удаляется большая часть шлака. Для лучшего

удаления шлака необходимо сооружать опрокидывающее устрой­

ство. При плавке на готовую сталь сливают шлак по достиже­ нии содержания углерода в металле примерно 2%. Содержание фосфора при этом 0,1—0,2%. Этот шлак имеет относительно не­

большое содержание железа (8—12%) и достаточно высокое со­ держание Р2О5 (18—20%), что позволяет использовать его пос­

ле помола в качестве удобрения. После скачивания шлака наво­ дят новый известью и рудой и продувают ванну до заданного со-

а В в

Рис. 74. Кривые выгорания элементов при раз­ личных способах продувки томасовского

чугуна:

а— конвертер с воздушным дутьем; б — конвертер

сдутьем, обогащенным кислородом; в — вращаю­

щаяся роторная печь

следующей плавки. Сталевыпускное отверстие открывают, когда

оно находится в верхнем положении.

Продолжительность плавки (от выпуска до выпуска) при пе­ ределе томасовского чугуна на готовую сталь составляет 2 часа, из которых 15 мин. затрачивается на заброску в печь руды и извести, 10—15 мин. — на заливку чугуна; 50—60 мин. — на про­ дувку стали и на слив шлака; 10 мин.— на выпуск стали. Остальное время — межплавочные простои.

Сравнение хода окисления примесей при продувке томасов-

ского чугуна в конвертере воздухом, дутьем, обогащенным кис­

лородом, и в роторе три продувке кислородом представлено на рис. 74. Дефосфорация в роторе опережает обезуглероживание благодаря быстрому формированию известково-железистых шла­ ков. Шлакообразование ускоряется благодаря присадкам боль­ ших количеств железной руды и высоким температурам, дости­ гаемым дожиганием окиси углерода внутри ротора. Конечное

218 Производство стали во вращающихся конвертерах и трубчатых печах

содержание фосфора в готовой стали обычно ниже 0,030%. Вос­ становления фосфора из шлака не наблюдается.

Скорость продувки зависит от расхода и давления первично­ го кислорода и от расхода руды. Кислород, подаваемый непо­

средственно в жидкий металл, вызывает бурное перемешивание

ванны. Высокие скорости окисления углерода дают большие объемы окиси углерода, которая, выделяясь, вспучивает ванну.

Вторичный кислород, соприкасаясь с вспученными шлаком и ме­

таллом, также частично переходит в жидкун>ванну и принимает участие в окислительных процессах (рис. 74).

Рис. 75. Схема процесса в роторной печи

Степень десульфурации при переделе чугуна во вращающей­ ся роторной печи выше, чем при других основных сталеплавиль­ ных процессах, так как сера частично окисляется в SO2, шлак же

имеет высокую температуру.

Считают, что 15% S удаляется в виде SO2, что видно по дан­ ным анализа отходящих газов.

Содержание азота в роторной стали равно 0,004% при содер­ жании 95% кислорода в дутье.

3.Материальный и тепловой баланс роторного процесса

Материальный баланс 1 г жидкой стали приведен в табл. 59..

Низкий расход чугуна на 1 т стали при роторном процессе получается благодаря восстановлению железа большой рудной

присадкой и низким потерям железа.

Общий расход кислорода составляет 90 нм3 на 1 т стали. Около >/3 этого количества кислорода расходуется на сжигание окиси углерода. Вторичный кислород может быть чистотой 70— 90%. Если вторичный кислород подогревать в рекуператоре, то можно использовать еще менее чистый кислород. При подогре­ ве до 800—1000° вторичный кислород можно заменить воз­

духом.