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

Показатели работы конвертеров при продувке чугуна кислородом сверху 229

новской печи на этом заводе 24 т. Считают, что производитель­ ность одного конвертера равна производительности трех совре­ менных мартеновских печей. На заводе Мак-Лаут в Трентоне (США) часовая производительность 35-т конвертера достигает 60 т; 180-т электропечь на этом же заводе дает 21 т!час [20].

Установлено, что производительность цехов, работающих с продувкой чугуна кислородом сверху, не ниже производительно­ сти цехов, работающих на воздушном донном дутье. Характер­ ной особенностью конвертерного передела на кислородном: ду­

тье является лучшее использование объема конвертера по срав­

нению с работой на воздушном дутье.

Следовательно, при одном и том же объеме конвертера при продувке кислородом сверху вес плавки можно иметь больше, чем на воздушном дутье.

В табл. 63 приводится примерный месячный баланс времени

по цеху с тремя 25-т конвертерами, работающими на кислород­ ном дутье. В работе одновременно находятся только два конвер­ тера; третий в ремонте или в резерве.

Время, затрачиваемое на ремонт, сушку и разогрев конверте­ ра, составляет 28,2 часа.

Рациональным методом работы является ремонт конвертеров на специальных стендах (необходимо иметь резервный конвер­ тер). Тогда постоянно в работе могут быть все конвертеры, за исключением времени, необходимого на съем отработавшего кон­ вертера и установку отремонтированного и высушенного на спе­

циальном стенде конвертера на место его работы в конвертер­ ном пролете. По опытные данным это время составляет 1,7 часа.

В табл. 64 приводится баланс железа, выведенный на осно­

вании точного взвешивания всех шихтовых материалов и содер­ жания железа в них.

Потери железа при кислородном конвертерном переделе мар­

теновского чугуна на 2% выше, чем при переделе этого же чугу­ на в мартеновских печах.

На выход годной жидкой стали при продувке чугуна кисло­ родом сверху при прочих равных условиях оказывает влияние

удельный объем конвертера. Чем выше отношение объема кон­

вертера к весу металлической садки, тем меньше металла выбра­ сывается за пределы конвертера при бурной реакции окисления

углерода. Так, например, при увеличении удельного объема кон­ вертера с 0,8 до 1,0 Л13/т при садке жидкого чугуна 20 т выход годного увеличился на 1%. По ходу кампании конвертера, когда футеровка изнашивается и объем конвертера увеличивается, вы­ ход годного повышается,' если при этом не увеличивается садка.

Так, например, выход годного в конце кампании (через 150—200

плавок) увеличивается по сравнению с началом кампании почти

на 2%.

Расход жидкого чугуна является функцией выхода годных слитков. Он зависит также от состава чугуна, определяющего угар примесей. Расход чугуна определяется делением единицы

на выход годного. Например, при выходе годных слитков 88% расход чугуна равен:

1:0,88 = 1,136 m на 1 m годных слитков.

При использовании скрапа или железной руды расход чугу­ на понижается, но редко опускается ниже единицы. Например, при работе с 7,1—7,8% РУДЫ в шихте с содержанием железа око­ ло 60% и при содержании железа в чугуне 93,5% расход чугуна составляет около 1,112 т на 1 т годных слитков, или 1,09 на 1 т

жидкой стали. На расходный коэффициент чугуна на 1 т годных слитков оказывают влияние брак и скрап, получаемые в процес­

се работы.

Расход скрапа или железной руды и окалины зависит от со­ става и температуры чугуна, от темпа работы конвертеров, под­

Показатели работы конвертеров при продувке чугуна кислородом, сверху 231

держивающего высокую температуру футеровки при следовании одной плавки за другой без перерывов, от расхода кислорода и положения фурмы над ванной. Расход скрапа может быть дове­

ден до 25%, расход руды и окалины до 60—80 кг на 1 т годных

слитков. Расход извести или известняка зависит от содержания кремния и фосфора в чугуне, от количества скрапа или руды,

Рис. 77. Зависимость содержания остаточ­ ного марганца в стали от содержания мар­ ганца в чугуне:

1 — работа со спуском шлака; 2 — работа без спуска шлака

сти. При продувке обычных мартеновских чугунов с присадками скрапа расход извести обычно колеблется в пределах от 50 до

60 кг на 1 т годных слитков, а при работе с рудой — от 70 до

90 кг/т.

Расход раскислителей при продувке чугуна кислородом свер­ ху низкий вследствие малой окисленности металла и небольшого угара раскислителей. Ферромарганцем для раскисления кипя­ щей стали почти не пользуются, так как в большинстве случаев оказывается достаточным восстановленного марганца при про­ дувке мартеновских чугунов в обычном интервале температур

(рис. 77, 78).

Стоимость металлической шихты и добавочных материалов при кислородном конвертерном процессе несколько выше, чем при бессемеровском и мартеновском переделах. Основная разни­ ца в стоимости металлической части шихты между мартеновским

и кислородным конвертерным процессами заключается в удельном расходе чугуна в связи с тем, что в мартеновских печах используется значительно больше лома, чем в конвертерах. При работе же без присадок скрапа эта разница еще увеличивается.

Расход кислорода зависит от.'его чистоты, от состава метал­ лической части шихты и от технологических особенностей про­ цесса. Усвоение газообразного кислорода приближается к 95%.

232 Основные технико-экономические показатели

При работе с присадками скрапа потребность в кислороде для

окисления примесей меньше; при работе с рудой расход кисло­ рода на окисление примесей чугуна выше, но часть кислорода вносит руда. В большинстве случаев расход кислорода на 1 т ста­ ли колеблется в пределах от 52 до 58,5 м3.

В стоимость передела входят все затраты, необходимые для передела металлической шихты в сталь. В связи с тем, что при

Рис. 78. Зависимость содержания остаточно­ го марганца от температуры стали

продувке мартеновского чугуна кислородом сверху получается сталь, по своему качеству равноценная мартеновской, следует сравнивать экономику этих двух процессов. В табл. 65 приведено примерное сравнение .расходов по переделу 1 т чугуна при вы­ плавке бессемеровской стали на воздушном дутье, мартеновской

(250-т печи) и кислородной конвертерной (25-т конвертеры).

При кислородном переделе по сравнению с обычным бессеме­ ровским возрастают энергетические затраты в связи с повышени­ ем расхода электроэнергии и воды. Эти расходы обусловлены

большим количеством механизмов, дымоочисткой и охлаждени­ ем кислородных фурм и зонтов над конвертерами. Расход воды

только на очистку дыма составляет 8,2 м3 на 1 т стали, т. е. боль­

ше, чем расходуется на все нужды при бессемеровском процессе.

Расход электроэнергии на дымоочистку равен около 4 квт-ч на

1 т стали. Разница между стоимостью кислорода и воздушного дутья составляет 5 руб. 46 коп.

Энергетические затраты мартеновского производства значи­ тельно превышают таковые при конвертерном кислородном про­ цессе вследствие расходов на технологическое топливо.

Текущий ремонт и содержание основных средств дает наи­ большее увеличение затрат при кислородном процессе по сравне-

234 Основные технико-экономические показатели

нию с бессемеровским из-за стоимости огнеупоров как по цене, так и по количеству, в связи с тем, что объемный вес магнезитохромитого кирпича на 25% выше объемного веса динаса, кото­ рым выкладываются бессемеровские конвертеры. При выкладке рабочего слоя конвертеров из смолодоломитового кирпича и при увеличении стойкости футеровки расходы по текущему ремонту конвертеров могут быть значительно снижены. Если учесть стои­ мость заправочных материалов, расходуемых при мартеновском производстве: 9 кг сырого доломита на 1 т стали по 50 руб за 1 т, '32 кг обожженного доломита по 223 руб. за 1 т и 7 кг магнезито­

вого порошка по 250 руб. за 1 т, то это составит дополнительно

'9 руб. 34 коп. на 1 т стали, и стоимость огнеупоров при мартенов­ ском переделе значительно превысит стоимость огнеупоров при конвертерном кислородном процессе.

Таким образом, при продувке чугуна кислородом сверху стои­ мость передела получается приблизительно на 31 руб. или почти на 30% меньше, чем при мартеновском процессе. Сталь же по

жачеству не отличается от мартеновской.

По сравнению с бессемеровским процессом стоимость пере­ дела при кислородном дутье выше на 27 руб. главным

•образом за счет энергозатрат и расходов по ремонту. Однако ка­ чество бессемеровской стали значительно ниже, чем конвертер­ ной, полученной продувкой чугуна кислородом сверху.

XV. РАЗЛИВКА СТАЛИ

Разливка стали является завершающим этапом сталепла­ вильного производства. При сливе стали1 из конвертера в ковш,

разливке и затвердевании ее в изложницах протекают сложные процессы, оказывающие значительное влияние на газонасыщенность стали, количество и характер неметаллических включений, химическую неоднородность слитка, его структуру и поверхность.

1. Слив стали из конвертера. Процессы, протекающие в ковше при разливке

При сливе стали из конвертера в ковш металл остывает и окисляется за счет кислорода атмосферного воздуха. Чем выше

расположен конвертер над сталеразливочным ковшом, тем более длинный путь проходит струя металлла, тем больше она погло­ щает кислорода. Увеличение окисленности металла влечет за со­ бой повышение угара раскислителей и загрязнение стали про­ дуктами раскисления. Для уменьшения этого явления в некото­ рых цехах устраиваются специальные механизмы для подъема сталеразливочного ковша под горловину конвертера при сливе стали. На качество металла оказывает влияние быстрота слива стали в ковш. Особое значение это имеет для основных процес­ сов (томасовского и кислородного), при которых образуется жидкоподвижный шлак. При чрезмерно быстром сливе стали через горловину происходит ее перемешивание с жидким шла­

ком, в результате чего возможна бурная реакция в ковше с вы­

бросом части шлакаКроме того, возможно значительное изменение состава метал­

ла в ковше. Сталь должна сливаться таким образом, чтобы не было перемешивания ее со шлаком. Устройство летки для слива стали устраняет это. Бессемеровский шлак комкообразный, с низкой реактивной способностью и поэтому реакции в ковше при разливке бессемеровской стали не получают заметного развития.

Основной шлак, покрывающий металл в ковше, взаимодей­ ствует с шамотной футеровкой ковша и металлом. В ковше за­ канчиваются реакции раскисления, частично выделяются из ме­

талла неметаллические включения и растворенные в нем газы. Шлак обогащается глиноземом и кремнеземом за счет футеров­ ки ковша; основность его понижается, что может повести к пере­ ходу части фосфора в металл. Чем больше проходит времени от

236 Разливка стали

слива стали из конвертера до конца разливки, тем значительнее

развиваются процессы в ковше. Особо загрязненными являются

последние порции металла, которые относительно длительное время находятся в непосредственном контакте со шлаком. При разливке сверху последний слиток может вследствие этого ока­ заться худшего качества. При разливке сифоном всей плавки на одном поддоне последний металл попадает во все слитки. Для

уменьшения взаимодействия шлака с металлом ib ковше необхо­ димо стремиться к тому, чтобы металл в ковше был покрыт ми­ нимальным слоем шлака, достаточным для предупреждения рез­ кого остывания металла и образования настылей на дне ковша.

2.Затвердевание (кристаллизация) слитка спокойной стали

визложнице

Сталь затвердевает в виде кристаллов, имеющих форму ело­ чек и называемых дендритами (от греческого слова «дендрон»— дерево). Затвердевание начинается при соприкосновении жидко-

Маточный раствор (менее чистая жидкость)

а б в в

Рис. 79. Схема затвердевания слитка спокойной стали:

а — мелкие дендриты; б — столбчатые кристаллы; в — равноосные кристаллы; г — жидкая сталь

го металла с относительно холодными стенками и дном изложни­ цы интенсивно отводящими тепло жидкой стали в окружающую атмосферу. Быстрое замораживание стали у стенок изложницы приводит к одновременному образованию большого количест­ ва кристаллов, которые мешают друг другу развиваться. Корко­

вый слой слитка состоит из мелких неоринтированных кристал­ лов (рис. 79, а). По мере разогрева изложница расширяется, а корковый слой, охлаждаясь, суживается. В результате между за­ твердевающим слитком и стенками изложницы образуется воз­

душный зазор, плохо проводящий тепло. Наличие зазора и умень­ шение отвода тепла через раскаленный корковый слой замедля­ ют кристаллизацию жидкой стали. Создаются благоприятные условия для образования крупных столбчатых дендритов (рис. 79, б), которые растут внутрь жидкой сердцевины слитка

перпендикулярно к стенкам изложницы, отводящим тепло. Чем крупнее слиток и чем горячее сталь, тем больших размеров до­ стигают столбчатые кристаллы. Столбчатые кристаллы растут до тех пор, пока выделение скрытой теплоты кристаллизации и

уменьшение интенсивности отвода тепла раскаленной затвердев­ шей оболочкой слитка не уменьшат разницу температур между концами столбчатых дендритов и еще жидкой сердцевиной слит­ ка. В результате уменьшения температурного перепада на грани­

це твердой и жидкой части слитка кристаллизация сильно замед­ ляется или даже прекращается на некоторый период. Постепенно

температура жидкой сердцевины слитка понижается и достигает температуры затвердевания. Средняя зона слитка состоит из бес­ порядочно расположенных равноосных кристаллов. Неориенти­

рованное расположение дедритов в центральной части слитка

(рис. 79, в) объясняется тем, что они образуются на неровной

поверхности столбчатых кристаллов, а также наличием большо­

го количества центров кристаллизации — неметаллических вклю­ чений, пригнанных в жидкую сердцевину слитка столбчатыми кристаллами. Таким образом, слиток спокойной стали состоит из трех кристаллических зон. В нижней осевой части слитка име­ ется конус чистого .металла, который образуется под влиянием сильного охлаждающего действия дна изложницы или толстого поддона.

3. Химическая неоднородность стального слитка

Температура плавления стали зависит от количества раство­ ренных в ней примесей. Чем чище металл от примесей, тем выше его температура плавления. В жидкой стали примеси распреде­ лены почти равномерно. Если бы слиток жидкой стали затвердел мгновенно, то и в твердом слитке примеси были бы распределе­ ны равномерно по высоте и сечению. При медленном затвердева­ нии крупного стального слитка происходит процесс избиратель­ ной кристаллизации. В первую очередь затвердевают кристаллы более чистого металла с меньшим содержанием примесей как имеющего более высокую температуру затвердевания. Остаю­ щаяся еще жидкой часть слитка, называемая маточным раство­ ром, обогащается примесями (углеродом, серой, фосфором и др.), понижающими температуру ее плавления. В результате избирательной кристаллизации слиток получается неоднородным по химическому составу. Это явление называется ликвацией,