Технология проведения конвертерной плавки. Методические указания к практическим работам №1-3 по дисциплинам «Теория и технология производства стали 1»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра металлургии

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОВЕДЕНИЯ КОНВЕРТЕРНОЙ ПЛАВКИ

Методические указания

к практическим работам № 1-3

по дисциплинам «Теория и технология производства стали 1» и

«Теория и технология производства стали 2»

Составители: А.Н. Роготовский, А.А. Шипельников, Т.В. Кравченко

Липецк Липецкий государственный технический университет

2014

1

УДК 669.18 (07)

Р598

Рецензент – И.Г. Бянкин, канд. техн. наук, доц.

Роготовский А.Н.

Р598 Технология проведения конвертерной плавки [Текст]: метод. указ.

к практическим работам № 1-3 по дисциплинам «Теория и технология производства стали 1» и «Теория и технология производства стали 2» /

сост.: А.Н. Роготовский, А.А. Шипельников, Т.В. Кравченко. – Липецк: Изд-во Липецкого государственного технического университета, 2014. –

29 с.

Рассмотрены практические аспекты проведения конвертерной плавки и приведены указания по расчету количества основных шихтовых материалов конвертерной плавки, в том числе по результатам предыдущей плавки с учетом контролируемых и неконтролируемых параметров. Главное внимание уделено методикам по расчету остаточных содержаний элементов после продувки в конвертере.

Предназначены для студентов 2-го и 3-го курсов направления 150400 «Металлургия», профиля подготовки «Металлургия черных металлов», изучающих дисциплины: «Теория и технология производства стали 1» и «Теория и технология производства стали 2»

Табл. 13. Библиогр.: 5 назв.

© ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный технический университет», 2014

2

2.1.Расчет остаточного содержания фосфора в металле после продувки…………………………………………………………………… 11

2.2.Расчет остаточного содержания серы в металле после продувки…………………………………………………………………… 14

2.3.Расчет остаточного содержания марганца в металле после продувки…………………………………………………………………….. 16

Практическая работа № 3. Расчёт шихты по результатам

предыдущей плавки………………………………………………………... 19

3.1.Расчет шихтовки по результатам предыдущей плавки…………. 19

3.2.Расчёт извести на плавку по фактической и заданной

3

Практическая работа № 1

Ориентировочный расчёт металлической части шихты для конвертерной

плавки

Правильность выбора (расчёта) количества чугуна и металлического лома проверяется тепловым балансом плавки. Ориентировочный расход металлической шихты может быть рассчитан по уравнению

где Сч, ч, ч, Рч, Тч, – содержание элементов и температура чугуна, % и °С;

Тм, См – содержание углерода и температура металла по окончании продувки, % и °С.

Масса чугуна Мч = 100 – Мл, %.

Варианты для расчёта расхода чугуна и лома приведены в табл. 4.

Рассчитанное количество лома сравните с приведёнными ниже данными [ 1 - 3]

и объясните, почему в зависимости от способа выплавки и страны,

производящей готовую сталь, доля лома в завалке колеблется в широких пределах (табл. 1-2).

Кислородно-конвертерный процесс был впервые реализован в промышленном варианте в 1952 г. и в течение последующих десятилетий получил интенсивное развитие и быстро вытеснил мартеновский процесс практически во всех промышленно развитых странах. Кислородно-конвертерный процесс в настоящее время является основным способом производства стали.

4

Приоритетное развитие процесса объясняется, прежде всего, его существенными технико-экономическими преимуществами в сравнении с

другими сталеплавильными процессами:

-высокой производительностью кислородных конвертеров (до 450 т/ч) и

мощностью современных конвертерных цехов до 6-8 млн. т готовой стали в год;

-высокой технологической гибкостью процесса, т.е. возможностью переработки различных шихтовых материалов и прежде всего чугунов различного химического состава;

-возможностью производства сталей широкого сортамента – от углеродистых обыкновенного качества до качественных, низко- и

среднелегированных;

-простотой конструкцией агрегатов, низким расходом огнеупорных материалов, относительно невысокой трудоемкостью ремонтов при высокой стойкости огнеупорной футеровки;

-возможностью внедрения систем отвода конвертерных газов без дожигания (снижение капитальных затрат, увеличение интенсивности продувки ванны кислородом и использование отводимого СО в качестве вторичного энергоносителя);

-эффективным управлением процессом и обеспечением выпуска металла

сминимальным количеством корректировок температуры и химического состава при работе на стабильной металлошихте.

Отличительной особенностью развития сталеплавильного, и в частности конвертерного, производства в России в последние годы является достаточно низкий уровень выплавки качественных легированных марок (от 20,9 до 58,6% по отдельным комбинатам) и соответственно большой объем производства углеродистого металла обыкновенного качества, что определяется, прежде всего,

потребностями внутреннего и особенно внешнего рынка.

5

Существует три вида конвертеров: с донной продувкой, верхней и комбинированной. В настоящее время наиболее распространенными в мире являются конвертеры с верхней продувкой кислородом – агрегаты весьма производительные и относительно простые в эксплуатации. Однако в последние годы во всем мире конвертеры с донным и с комбинированным (сверху и снизу)

дутьем начинают теснить конвертеры с верхней продувкой.

В настоящее время в мире применяется и разрабатывается много различных методов комбинированной продувки расплавленной ванны,

рационально сочетающих верхнюю и донную продувку, причем в последней используется как кислород, так и инертные газы (аргон, азот).

В настоящее время в мире насчитывается более 20 вариантов процессов с комбинированной продувкой. Процессы с комбинированной продувкой по виду вдуваемого снизу газа можно разделить на две группы:

I – процессы, в которых снизу подают кислород (O/([O]F)). Они, в свою очередь, подразделяются на:

Iа – процессы, в которых доля подаваемого через днище кислорода более

20% от общего расхода кислорода; интенсивность подачи дутья снизу составляет

0,7-1,5 м3/(мин.т);

Iб – процессы, в которых доля подаваемого через днище кислорода составляет 2-10% от общего расхода кислорода; интенсивность подачи дутья снизу составляет 0,08-0,5 м3/(мин.т);

II – процессы, в которых снизу подают нейтральные газы, оксид и диоксид углерода, воздух (O/N).

6

Всего существует более 50 вариантов конвертерного процесса (табл. 3),

основным в мире принято считать ON .

Конвертеры с донной продувкой кислородом из-за меньшего угара железа позволяют получить больший (на 1,5-2 процента) выход годной стали по сравнению с конвертерами с верхней продувкой. Плавка в 180-тонном конвертере с донной продувкой длится 32-39 мин, продувка – 12-14 мин, то есть производительность выше, чем у конвертеров с верхней продувкой. Однако необходимость промежуточной замены днищ нивелирует это различие в производительности.

Таблица 3

Универсальная классификация конвертерных процессов

7

В предполагаемой классификации принята следующая система индексации:

О – кислород;

А – воздух;

N – нейтральные газы (азот, аргон);

Н – водяной пар;

С – СО или СО2;

L – порошкообразная известь;

F – различное топливо;

D – раскислители;

Р – предварительный подогрев лома;

В, Т, К – бессемеровский, томасовский и калдо процессы соответственно;

(;) – независимый тракт подачи;

(+) – подача по одному тракту;

(,) – реагенты применяют совместно;

[ ] – фурменное устройство «труба в трубе»;

F[O] – по зазору фурменного устройства «труба в трубе» проходит топливо, а внутри трубы подается кислород;

{ } – меры по дожиганию СО до СО2.

В кислородно-конвертерном процессе с верхней продувкой достаточно интенсивное перемешивание достигается только в середине плавки при интенсивном окислении углерода. В начале и в конце плавки перемешивание недостаточно, что затрудняет глубокое рафинирование металла от серы и фосфора.

Комбинированная подача кислорода через верхнюю и донные фурмы еще более, чем при одной донной продувке, ускоряет процесс окисления углерода и повышает производительность конвертера. По сравнению с чисто донной продувкой в случае комбинированного процесса в сопоставимых условиях

8

температура металла выше. Кроме того, при комбинированной продувке уменьшение расхода кислорода через верхнюю фурму снижает пылеобразование и разбрызгивание.

Таким образом, можно определить следующие преимущества комбинированной продувки:

-более высокая по сравнению с верхней продувкой стабильность результатов от плавки к плавки;

-спокойный ход продувки;

-меньшие потери железа со шлаком и пылью;

-меньший угар ферросплавов в связи с более низкой окисленностью металла (расход ферромарганца снижается на 0,05-1,0 кг/т; алюминия – на 0,12- 0,35 кг/т);

-обеспечение в сравнении с верхней продувкой более высокого выхода годной стали (0,5-1,0%);

-ускорение массообменных процессов способствует снижению расхода флюсующих материалов (извести на 4-6 кг/т и плавикового шпата на 0,5-1,0 кг/т);

-сокращение длительности продувки на 1-2 мин;

-возможность организации дожигания СО до СО2 в полости конвертера,

что дает возможность компенсировать тепловые потери на нагрев нейтральных

газов и ограниченность экзотермических реакций от окисления железа в шлак;

-способствует повышению остаточного содержания марганца на 0,02- 0,2%, так как меньшая окисленность системы металл-шлак при комбинированной продувке снижает коэффициент распределения марганца по сравнению с верхней продувкой;

-увеличение стойкости футеровки, так как происходит снижение жесткости продувки кислородом сверху.

9