5.1. Конструкция конвертера донного дутья

Конвертер донного дутья существенно отличается от агрегата с верхней кислородной фурмой. Эти отличия заключаются в следующем:

- профиль конвертера и его размеры должны обеспечить размещение металла и шлака в агрегате, когда он находится в горизонтальном положении при отключенном дутье;

- т.к. процесс идет без выбросов, высота конвертера меньше высоты такого же по емкости конвертера с верхним дутьем;

- подвод газа в конвертер осуществляется через полую цапфу, подобно бессемеровскому и томасовскому конвертерам;

- конвертер имеет вставное днище с установленными в нем фурмами.

Отношение =1,15 – 1,25 против 1,6 – 1,8 при верхнем дутье.

Удельный объем =0,8 – 1,1 м³/т, такой же, как и при верхней продувке.

Количество фурм от 6 до 12.

Их общая площадь в см² равна 1 – 3 садкам конвертера, выраженным в тоннах.

Ширина щели между наружной и внутренней трубами фурм 0.5…2,5 м .

Размещение фурм в днище выбирают исходя из результатов моделирования. При этом установлено, что симметричное расположение более предпочтительно, чем асимметричное.

Материалом для изготовления фурм служит сталь, иногда для изготовления внутренней трубы используют медь.

Изучение процесса переноса тепла в фурмах и околофурменной зоне показало, что в период продувки температура в реакционной зоне находится на уровне 2050 - 2250˚С. Охлаждающий эффект фурм обнаруживается на расстоянии до 100 мм от фурмы.

Температура внутренней трубы	40 - 150˚
температура наружной трубы	200 - 400˚
температура на расстоянии 10мм от фурмы	500 -600˚
температура на расстоянии 30мм	1000 - 1200˚

Давление дутья перед фурмой устанавливают таким, чтобы не допустить пронизывание ванны кислородом.

5.2. Особенности процесса выплавки стали с донным дутьем

По сравнению с кислородным конвертером верхнего дутья в процессах с донной продувкой, имеют место более благоприятные гидродинамические условия, за счет чего, примерно на порядок, выше поверхность контакта газ – металл – (2м²/т против 0,1 -0,2 м²/т), более совершенен контакт металл – шлак.

Это обуславливает следующие особенности процесса:

- имеет место лучшее усвоение вдуваемого кислорода металлической ванной, что позволяет повысить интенсивность продувки:

- содержание FeO в шлаке существенно ниже (5 – 7% против 15 –20%), что объясняется увеличением поверхности металл – шлак и более быстрым расходование (FeO) на окисление примесей, выход годного за счет этого выше на 1,5 – 2,0%;

- концентрация кислорода в металле по ходу продувки соответствует равновесной или ниже равновесной, что также связано с более интенсивным перемешиванием металл - шлак и благоприятными условиями протекания реакции окисления углерода;

- пониженная окисленность шлака по ходу продувки определяет поведение марганца: в процессе плавки концентрация [Mn] выше на 0,1 – 0,2%, не отмечается «горб» восстановления марганца при повышении температуры. Это позволяет снизить расход марганца на раскисления на 0,35 – 1,7 кг/т (по различным данным);

- крупногабаритный скрап (до 5т) полностью расплавляется, в то время как при верхней продувке замедляется цикл плавки и снижается выход годного.

Низкое (FeO) требует продувки до низких [C] для десульфурации и дефосфорации.

Не удалось достичь повышения расхода металлолома до 30 -35%, о чем сообщалось в первых публикациях. Прогнозируя увеличение расхода лома, исходили из предположения, что в процессе продувки будет происходить перемешивание и взаимодействие кислородной и газовой струи, т.е. будет происходить горение газа, что и позволит улучшить тепловой баланс плавки. В действительности поведение газа иное. В процессе продувки он диссоциирует СН₄ → С + 2Н₂, продукты диссоциации частично усваиваются металлом, частично удаляется в атмосферу. На подогрев газа до температуры 900 - 1000˚С и диссоциацию углеродов требуются дополнительные затраты тепла. Поэтому тепловой баланс плавки с донным кислородным дутьем менее благоприятен, чем процесс LD. В результате этого количество перерабатываемого лома здесь ниже на 5 – 7%. Необходима промывка аргоном для удаления Н₂ в конце плавки.

Как часто бывает с новыми процессами, при изучении донной продувки были выявлены новые возможности, которые послужили импульсом к разработке на его основе комбинированных процессов. Некоторые из них позволили не только достичь уровня расхода лома, характерного для верхней продувки, но и превзойти его, исключив тем самым основной недостаток донной продувки и сохранив все ее преимущества, связанные с эффективным перемешивание ванны.

Известны к настоящему времени многочисленные процессы комбинированного дутья.

Процессы с комбинированной продувкой, в которых дополнительно к верхней подаче кислорода осуществляется снизу подача либо нейтрального газа в количестве 0,1 – 0,2 м³/т мин, либо кислорода в защитной среде углеводородного топлива.

В первом случае доля лома может быть доведена до 28 – 29%, во втором – до 30 – 32%.

Продувка нейтрального газа может быть осуществлена как через специальные донные фурмы, так и через огнеупорное днище с направленной пористостью.

При верхней продувке можно легко и в широких пределах регулировать окисленность шлака (ΣFeO) и за счет этого влиять на скорость растворения извести и шлакообразование.

В комбинированных процессах, т.е. при одновременной продувке сверху и снизу, достигается сочетание преимуществ верхней и донной продувки.

При этом оказалось, что состав газа, подаваемого через днище, имеет второстепенное значение. Главное в том, что этот газ перемешивает ванну и ускорят массообмен между металлом и шлаком. Поэтому появились процессы, в которых снизу вдувают аргон, азот, СО₂. Т.к. эти газы инертны, упростилась конструкция донных фурм.

Затем в качестве донных продувочных устройств стали использовать пористые огнеупорные блоки и керамические фурмы – вставки с диаметром каналов не более 2 мм. Это позволило останавливать и возобновлять продувку в любой момент, т.к. фурмы не заметалливались: проникновению металла в канал препятствовали силы поверхностного натяжения.

На Западно – Сибирском металлургическом заводе переоборудовано два конвертера с целью продувки нейтральным газом через пористое днище. Получены результаты, показывающие, что сохраняются все преимущества донной продувки (окисленность шлака, высокая скорость рстворения извести).

Тепловой баланс стал более благоприятен, однако стойкость днища значительно снизилась. Требуются огнеупоры соответствующего качества.

Вариант комбинированной продувки кислородом через верхнюю и нижние фурмы осуществлен на комбинате им. Дзержинского.

Идея комбинированной продувки получила значительное развитие в других странах и была реализована в промышленных масштабах в Японии и Западной Европе.