Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

MS / Лекция_11

.pdf
Скачиваний:
25
Добавлен:
06.02.2016
Размер:
120.22 Кб
Скачать

102

11 ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В КИСЛОРОДНЫХ КОНВЕРТЕРАХ ДОННОГО ДУТЬЯ

Диаметр рабочего пространства кислородного конвертера донного дутья больше, чем в конвертере верхнего дутья равного тоннажа, а кислород подается в металл при помощи нескольких фурм, рассредоточенных по площади днища.

Это позволяет увеличить интенсивность продувки и сократить ее продолжи-

тельность на 10 – 20%.

Большая интенсивность продувки в сочетании с подачей кислорода через рассредоточенные по площади днища донные фурмы приводит к тому, что в конвертерах донного дутья ванна перемешивается с большей интенсивностью и более равномерно. Поэтому по ходу плавки в конвертерах донного дутья сис-

тема металл-шлак ближе к состоянию термодинамического равновесия, чем в конвертерах верхнего дутья.

Этим обусловлен ряд существенных особенностей технологии производ-

ства стали в кислородных конвертерах донного дутья.

11.1 Окисленность шлака

Одним из следствий высокой интенсивности перемешивания ванны в конвертере донного дутья является меньшая окисленность шлака. Характер из-

менения содержания (FeO) при рафинировании металла в конвертерах верхнего и донного дутья показан на рисунке 11.1. Из рисунка видно, что в течение 90%

продолжительности продувки (τпр) содержание (FeO) не превышает 5 – 7% и

только при содержании углерода в металле менее 0,1% быстро увеличивается,

достигая 15% и более.

Зависимость содержания железа в шлаке от концентрации углерода в ме-

талле на повалке конвертера показана на рисунке 11.2.

Следствием низкого содержания железа в шлаке, а также меньших потерь железа в результате испарения, является то, что выход жидкой стали в конвер-

103

Рисунок 11.1 – Изменение содержания (FeO) при продувке в конвертерах:

1 – LD; 2 – OBM

Рисунок 11.2 – Зависимость содержания железа в шлаке от концентрации углерода на повалке конвертера:

1 – 250-т конвертер LD; 2 – 230-т конвертер OBM

терах донного дутья на 1 – 2% выше, чем в конвертерах верхнего дутья.

104

11.2 Окисленность металла

Зависимость содержания кислорода в металле от концентрации углерода на повалке конвертеров верхнего и донного дутья показана на рисунке 11.3.

Рисунок 11.3 – Зависимость содержания кислорода в стали от концентрации уг-

лерода на повалке конвертера:

1 – LD; 2 – OBM

Из рисунка видно, что при производстве в конвертерах донного дутья низкоуглеродистых марок стали содержание кислорода в металле в конце про-

дувки существенно ниже. Меньшую окисленность металла в конвертерах дон-

ного дутья принято объяснять тем, что при равном тоннаже глубина их ванны меньше (в среднем на 0,15 м). Кроме того, вместе с кислородом в металл пода-

ется защитный газ в количестве, равном 5 – 7% расхода кислорода. Все это спо-

собствует уменьшению парциального давления оксида углерода в поднимаю-

щихся в расплаве пузырях на 0,012 – 0,015 МПа и увеличению раскислительной способности растворенного в металле углерода.

При выплавке стали в конвертерах донного дутья меньшее содержание кислорода в металле в конце продувки способствует снижению угара раскисли-

105

телей и уменьшению их расхода.

11.3 Поведение марганца

Низкая окисленность шлака по ходу плавки в конвертерах донного дутья определяет поведение марганца. В начале и середине продувки марганец почти не окисляется, в связи с чем отсутствует классический «марганцевый горб», ха-

рактеризующий восстановление марганца при высокой скорости окисления уг-

лерода и высокой температуре ванны при продувке металла кислородом в кон-

вертерах верхнего дутья. Характер поведения марганца по ходу плавки в кон-

вертере донного дутья показан на рисунке 11.4.

Рисунок 11.4 – Изменение состава металла по ходу продувки в 25-т конвертере донного дутья

Более высокое содержание марганца по ходу продувки приводит, по мне-

нию абсолютного большинства авторов, к более высоким концентрациям этого элемента перед выпуском. Зависимость остаточного содержания марганца от концентрации углерода в металле для конвертеров верхнего и донного дутья приведена на рисунке 11.5.

106

Рисунок 11.5 – Остаточные концентрации марганца при плавке в 230-т

конвертерах завода «Chiba» (Япония). Содержание марганца в начале плавки 0,55 – 0,65%:

1Q-BOP; 2 – LD

11.4Дефосфорация металла

В кислородных конвертерах донного дутья низкое содержание оксидов железа в шлаке приводит к тому, что при использовании для наведения шлака кусковой извести быстрое понижение концентрации фосфора в металле наблю-

дается только в заключительном периоде продувки при содержании углерода менее 0,1% (рисунок 11.6а). При этом сталь с высоким и средним содержанием углерода получают путем выплавки низкоуглеродистого металла и последую-

щего науглероживания его в ковше.

При продувке металла порошкообразной известью в потоке кислорода окисление фосфора протекает на протяжении всего времени продувки (рисунок

11.6б).

Ряд авторов обращает внимание на то, что с учетом возможной рефосфо-

рации при раскислении содержание фосфора в металле перед выпуском плавки

107

Рисунок 11.6 – Изменение химического состава металла и шлака в конвертере донного дутья при использовании кусковой (а) и порошкообраз-

ной (б) извести

должно составлять 0,015 – 0,020%. С этой целью при использовании порошко-

образной извести продувку также приходится заканчивать при содержании уг-

лерода 0,05% и менее. В этих условиях система металл-шлак приближается к равновесию по фосфору и результаты дефосфорации при использовании куско-

вой и порошкообразной извести существенно не различаются. Этот вывод под-

тверждается рисунками 11.7 и 11.8, на которых приведены зависимости кон-

центрации фосфора в металле от окисленности и основности шлака в первых сериях опытных плавок (кривые) и при тщательной отработке технологии (точ-

ки).

108

Рисунок 11.7 – Зависимость концентрации фосфора в металле на выпуске от содержания FeO в шлаке:

1 – порошкообразная известь; 2 – кусковая известь

Рисунок 11.8 – Зависимость концентрации фосфора в металле на выпуске от основности конечного шлака:

1 – порошкообразная известь; 2 – кусковая известь

11.5 Десульфурация металла

Авторы зарубежных исследований сообщают, что степень десульфурации металла в конвертерах донного дутья может составлять 50 – 60% вместо 30 –

109

40% при продувке сверху.

Большую эффективность удаления серы при продувке через днище при-

нято объяснять тем, что фактические значения коэффициента распределения серы между шлаком и металлом при равной основности шлака несколько выше,

чем при продувке сверху (рисунок 11.9).

Рисунок 11.9 – Влияние основности шлака (В) на величину коэффициента рас-

пределения серы:

1 – донная продувка; 2 – продувка сверху

Указывается также, что в конвертерах донного дутья большее количество серы удаляется из металла в результате реакции

[S] + {O2 } = {SO2 } .

(11.1)

Однако, имеются также сообщения о том, что при выплавке стали с со-

держанием углерода менее 0,1% концентрация серы на повалке конвертера не зависит от типа процесса (рисунок 11.10).

Для получения содержания фосфора 0,015 – 0,020% продувку в конверте-

рах донного дутья необходимо вести до содержания углерода 0,05% и менее.

Скорее всего именно этим можно объяснить результаты широких промышлен-

ных исследований, выполненных сотрудниками ЦНИИЧермет и ВНИИМетмаш

(г. Москва), которые позволяют утверждать, что при обычных концентрациях

110

Рисунок 11.10 – Зависимость содержания серы в металле от концентрации углерода на повалке 200-т конвертера:

1 – верхняя продувка; 2, 3 – донная продувка

серы в чугуне степень десульфурации металла в конвертерах верхнего и донно-

го дутья имеет близкие значения.

11.6 Содержание водорода в металле

При подаче кислорода в расплав в оболочке из углеводородов содержа-

ние водорода в металле увеличивается в результате протекания реакций

{H 2O} = 2[H]

+ [O] ,

(11.2)

0,5{H 2 } =

[H] .

(11.3)

При этом содержание водорода в металле определяется интенсивностью двух одновременно протекающих процессов: растворения газа и удаления его вследствие дегазирующего действия пузырей СО. Когда плавка заканчивается при очень низком содержании углерода в металле, большая часть вдуваемого в ванну кислорода расходуется на окисление железа. При этом парциальное дав-

ление СО в продуктах реакции уменьшается, а парциальные давления Н2О и Н2

увеличиваются. В этот период плавки содержание водорода в металле заметно возрастает и может достигать 6 – 10 см3/100 г.

111

Для понижения конечной концентрации водорода в металле в заключи-

тельном периоде плавки используют продувку ванны аргоном или азотом через донные фурмы в течение 0,5 – 1,5 минут с расходом 2 – 3 м3/т.

11.7 Состав металлической шихты

Тепловые балансы плавки в конвертерах с верхней и донной продувкой существенно отличаются.

При продувке сверху в отходящих из конвертера газах содержится боль-

шее количество СО2, то есть заметное количество СО догорает в рабочем про-

странстве конвертера, увеличивая приход тепла. Кроме того, при продувке сверху большее количество тепла поступает в результате окисления железа.

При донной продувке больше тепла теряется с отходящими из конвертера газами, имеют место потери тепла, связанные с нагревом и разложением угле-

водородов защитного газа.

Поэтому количество лома, которое можно переработать в конвертерах донного дутья, примерно на 5% меньше, чем в конвертерах с верхней продув-

кой.

В заключение следует также сказать о следующих особенностях эксплуа-

тации кислородных конвертеров донного дутья:

связанное с отсутствием верхних фурм снижение капитальных затрат при строительстве новых и реконструкции существующих цехов перекрыва-

ется затратами на днища, трубопроводы и средства контроля;

смена днищ, которая продолжается не менее 8 часов, сводит на нет эко-

номию времени, достигнутую в результате сокращения длительности продувки;

в связи с высоким содержанием водорода в отходящих газах для их очи-

стки предпочтительно использование мокрых скрубберов.

Соседние файлы в папке MS