Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Новотроицкий филиал

Федерального государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Государственный технологический университет «Московский институт стали и сплавов»

Кафедра металлургических технологий

А.Н. Шаповалов

Курс лекций

Часть 2 металлургия стали: конвертерное производство стали

Курс лекций по дисциплине «Металлургия стали»

для студентов специальности 150101

заочной форы обучения

Новотроицк - 2007

УДК 669.18

Шаповалов А.Н. Металлургия стали: Курс лекций. Ч.2 «Конвертерное производство стали» для студентов специальности 150101. – Новотроицк: НФ МИСиС, 2007. – 32с.

Курс лекций по дисциплине «Металлургия стали» предназначен для студентов специальности 150101 "Металлургия черных металлов" заочной формы обучения. Вторая часть курса – «Конвертерное производство стали» посвящена изучению основных вариантов конвертерного способа выправки стали: бессемеровского, томасовского, «классического» кислородно-конвертерного, донного и комбинированных способов, а также содержит сведения о конструкции применяемых агрегатов, технологии плавки, основных закономерностях и показателях процессов.

Указания соответствуют государственному образовательному стандарту высшего профессионального образования по направлению 150100 – МЕТАЛЛУРГИЯ.

Одобрено на заседании кафедры МТ

«___» ________2007г.

© Московский государственный институт стали и сплавов (Технологический университет) (МИСиС), 2007

Содержание

Лекция 1 (0,5 часа). Конвертерные процессы с донным воздушным дутьем 4

Лекция №2 (4 часа). Кислородно-конвертерный процесс 5

2.1 Устройство кислородного конвертера (0,5 часа) 5

2.2 Шихтовые материалы (0,25 часа) 10

2.3 Технология плавки (1 час) 11

2.4 Дутьевой режим плавки (0,25 часа) 14

2.5 Поведение составляющих чугуна при продувке (0,5 часа) 15

2.6 Шлакообразование и требования к шлаку (0,25 часа) 17

2.7 Поведение железа и Выход годного металла (0,25 часа) 19

2.8 Материальный и тепловой баланс кислородно-конвертерной плавки (0,5 часа) 20

2.9 Переработка лома в конвертерах (0,5 часа) 21

Лекция №3 (1 час). Конвертерные процессы с донной продувкой кислородом 22

3.1 Устройство конвертера с донной продувкой (0,25 часа) 23

3.2 Преимущества и недостатки кислородно-конвертерной плавки с донной продувкой (0,25 часа) 24

3.3 Технология конвертерного процесса с донной подачей кислородного дутья (0,5 часа) 24

Лекция №4 (0,5 часа). Конвертерные процессы с комбинированной продувкой 27

Библиографический список 29

Лекция 1 (0,5 часа). Конвертерные процессы с донным воздушным дутьем

Сущность конвертерных процессов на воздушном дутье (бессеме­ровского и томасовского) заключается в том, что залитый в пла­вильный агрегат (конвертер) чугун продувают снизу воздухом. Кислород воздуха окисляет примеси чугуна, в результате чего он превращается в сталь. Тепло, выделяющееся при окислении, обеспе­чивает нагрев стали до температуры выпуска (~1600°С).

Бессемеровский процесс (в конвертере с кислой футеровкой) был предложен и разработан англичанином Г. Бессемером в 1856г., томасовский (в конвертере с основной футеровкой) С. То­масом в 1878 г.

Устройство конвертера: бессемеровский и томасовский, конвертеры представляют собой сосуд грушевидной формы, выполненный из стального листа с футеровкой изнутри. Футеровка бессемеровского конвертера кис­лая (динасовый кирпич), томасовского — основная (смолодоломит).

Плавка в бессемеровском конвертере.

В конвертер заливают бессемеровский чугун (0,7-1,25 % Si-0,5-0,8 % Mn; 3,8-4,4 % С; <0,06 % Р; <0,06 % S) при температуре 1250—1300 "С и продувают его воздухом в течение 10— 15 мин. За время продувки окисляются углерод, кремний и марганец чугуна и из образующихся окислов формируется кислый шлак. После того, как углерод окислился до заданного содержания, про­дувку заканчивают, металл через горловину конвертера сливают в ковш, одновременно раскисляя его.

Общая длительность плавки составляет 20-30 мин; поскольку шлак кислый (55-65 % SiO₂; 15-25 % FeO; 15-20 % MnO), при плавке не удаляются сера и фосфор.

Плавка в томасовском конвертере.

В конвертер для образования основного шлака загружают из­весть (12—18 % от массы металла), заливают томасовский чугун (1,6-2,0 % Р; 0,2-0,6 % Si; 0,8-1,3 % Mn; <0,08 % S; 2,8-3,3 % С), имеющий температуру 1180—1250 °С, и ведут продувку воздухом в течение 16—22 мин. За это время окисляются углерод, марганец и кремний; в формирующийся основной шлак удаляются фосфор и сера. Продувку заканчивают, когда содержание фосфора в металле снизится до 0,05—0,07 %, после чего металл выпускают в ковш, куда вводят раскислители.

Общая длительность плавки составляет 25-40 мин. Состав конечного шлака: 16-24 % P₂О₅, 42-45 % CaO, 5-10 % SiO₂, 8-15 % FeO, 7-10 % MnO; благодаря высокому содержанию P₂О₅ этот шлак используют в качестве удобрения.

Видоизменения бессемеровского и томасовского процессов

Достоинства бессемеровского и томасовского процессов — высокая произво­дительность, простота устройства конвертера, отсутствие необходимости применять топливо, малый расход огнеупоров и связанные с этим более низкие, чем при марте­новском и электросталеплавильном процессах капитальные затраты и расходы по переделу.

Однако обоим процессам присущ большой недостаток — повышенное содержа­ние азота в стали (0,010—0,025 %), вызываемое тем, что азот воздушного дутья растворяется в металле. По этой причине бессемеровская и томасовская сталь обла­дают повышенной хрупкостью и склонностью к старению. Для получения стали с пониженным содержанием азота в 1950—65 применялись способы продувки снизу парокислородной смесью и смесью кислорода и углекислого газа, а также метод продувки дутьем, обогащен­ным кислородом.

Дутье обогащенное кислородом содержит от 30 до 40 % кислорода. При более высоком содержании кислорода, как показал опыт, резко снижается стойкость днищ конвертера, что является следствием возникновения у фурм зон высоких температур из-за протекания экзотермических реакций окисления составляющих чугуна. При воздушном дутье температура у днища была ниже, так как азот, содержащийся в дутье в большом количестве, играл роль охладителя.

Применение обогащенного дутья позволяет сократить длительность продувки (примерно на 30 %), поскольку в этом случае по сравнению с воздушным дутьем возрастает количество кислорода, вводимого в конвертер в единицу времени. Из-за уменьшения количества азота в дутье сокращаются потери тепла с отходящими газами, что позволяет перерабатывать до 10—15 % лома. Выплавляемая сталь содержала 0,006—0,009 % N, т. е. больше чем мартеновская.

Продувка парокислородной смесью позволяет полностью исключить азот из дутья, получать сталь с очень низким содержанием азота (0,001-0,0035 %) и сокра­тить длительность продувки. Пары воды, попадая в конвертер, разлагаются на во­дород и кислород с поглощением тепла. Обычно применялись смеси, содержавшие около 50 % кислорода и пара, которые в тепловом отношении эквивалентны воз­душному дутью. В связи с возможностью насыщения металла водородом метод при­менялся при выплавке низкоуглеродистых сталей для глубокой вытяжки, в которых водород не опасен, но важно иметь очень низкое содержание азота.

Продувка смесью кислорода и углекислого газа в соотношении 1 : 1 позволяла получать сталь с низким содержанием азота, но из-за высокой стоимости дутья применялась реже, чем другие способы комбинированной продувки снизу.

В период с 1955 по 1975 гг. бессемеровский и томасовский про­цессы и их разновидности были вытеснены кислородно-конвертер­ными процессами с верхней и нижней подачей дутья.