2.4.5.1. Кислородно - конвертерный процесс

Сущность кислородно – конвертерного процесса заключается в том, что налитый в плавильный агрегат (конвертор) расплавленный чугун продувают струей кислорода воздуха. Углерод, кремний и другие примеси окисляются и тем самым чугун переделывается в сталь.

Разработано несколько вариантов кислородно – конвертерных процессов, рис. 2.24.

Рис. 2.24. Разновдности кислородно –конвертерных процессов:

а - продувка кислородом сверху; б – продувка кислородом снизу (через дно); в – комбинированная продувка (кислородом сверху и раздичными газаит через дно).

Кислородный конвертер представляет собой поворачивающийся на цапфах сосуд грушевидной формы, рис. 2.25, футерованный изнутри и снабженный леткой для выпуска стали и отверстием сверху для ввода в полость конвертера кислородной фурмы, отвода газов, заливки чугуна, загрузки лома и шлакообразующих и слива шлака.

Футерован конвертер огнеупорным материалом ( у кожуха магнезит или хромомагнезит, внутренний - рабочий слой – доломитосмоляная масса или кирпич).

Рис. 2.25. Общий вид кислородного конвертера

Конвертор устанавливают на опорных станинах при помощи цапф, и он может поворачиваться вокруг оси, что необходимо для заливки чугуна и других технологических операций, рис. 2.26.

Рис. 2.26. Технологические операции конвертерной, плавки: а - загрузка лома; б - заливка чугуна; в - начало продувки; г - замер температуры; д - слив металла; е - слив шлака:

1 - газоотвод; 2 - полупортальная загрузочная машина; 3 - совок; 4 - мосто­вой кран; 5 - заливочный ковш; 6 - бункер; 7 - течка; 8 - термопара; 9 - бункер для ферросплавов; 10 - сталеразливочный ковш; 11 - шлаковая чаша (ковш)

Жидкий чугун заливают (рис. 2.26, б) в наклоненный кон­вертер через отверстие горловины с помощью мостового кра­на 4 из заливочного ковша 5, который обычно вмещает всю порцию заливаемого чугуна (до 300 т и более). Заливочные ковши с чугуном доставляют к конвертерам из миксерного или переливного отделений.

Для загрузки сыпучих шлакообразующих материалов кон­вертер оборудован индивидуальной автоматизированной сис­темой. Из расположенных над конвертером расходных бунке­ров, где хранится запас материалов, их с помощью электро­вибрационных питателей и весовых дозаторов выдают в про­межуточный бункер 6, а из него материалы по наклонной течке (трубе) 7 ссыпаются в конвертер через горловину. При этом система обеспечивает загрузку сыпучих без оста­новки продувки.

Вместимость современных конвертеров дости­гает 50 - 400 т.

Кислород вдувают в конвертер вертикальной трубчатой водоохлаждаемой фурмой, опускаемой в горловину конвертера, но не доходящей до уровня металла на 1200 -2000 мм. Таким образом, кислород не про­дувается через слой металла (как воздух в старых конвертерных процессах), а подается на поверхность залитого в конвертер металла. Это дает возможность перерабатывать чугуны с различным содержанием примесей, а также не только вводить в конвертер жид­кий металл, но и добавлять к нему для охлаждения скрап или желез­ную руду (количество скрапа на некоторых заводах доводят до 30 % массы металла).

Началом очередного цикла в кислородном конвертере служит завалка в него лома и других металлических отходов; на некоторых за­водах в конвертор вводят железную руду. После введения этих добавок в конвертер начинают заливать жидкий чугун, подвозимый из миксера в чугуновозных ковшах. После того как металл займет 1/5 объ­ема конвертера, загружают известь, необходимую для связывания фосфора; в конвертор опускают водоохлаждаемую фурму и подают в нее технический кислород. В конвертере начинается интенсивный процесс окисления металла кислородом, который прежде всего, встре­чаясь с частичками железа, окисляет их по реакции:

2 [Fe] + O₂ = 2 (FeO) + Q

Кроме железа, окисляются и примеси, но окисление их может про­исходить не только кислородом, но и перешедшей в шлак закисью железа по реакциям:

[Si ] + O₂ = (SiO₂) + Q;

[Mn] + (FeO) = [Fe] + (MnO) + Q;

2 [P] + 5 (FeO) = 5 [Fe] + (P₂O₅) + Q;

2 [C] + O₂ = 2 CO + Q

В уравнениях реакций химические элементы, находящиеся в ме­талле, заключены в квадратные скобки, а находящиеся в шлаке, — в круглые.

Все эти реакции протекают в конвертере с кислородным дутьем одновременно, причем последняя реакция способствует перемешива­нию металла.

После 15 – 16 - минутной продувки поднимают фурму, наклоняют конвертер, берут пробу металла на анализ и скачивают большую часть шлака. Это занимает 7 - 8 мин, за это время экспресс-анализом определяют основные параметры стали, затем конвертер вновь ставят в вертикальное положение, опускают фурму и вторично продувают кислородом несколько минут в зависимости от данных анализа и за­данной марки стали.

В это время продолжаются реакции окисления и интенсивно идут реакции шлакообразования:

SiO₂ + 2 CaO = 2 CaO* SiO₂

P₂O₅ + 4 CaO = CaO*P₂O₅

и многие другие физико-химические процессы; в конце вторичной продувки в конвертер вводят раскислители (ферромарганец и ферросилицием). Марганец и кремний реагируют с растворенным кислородом; их окислы образуют с окислами железа жидкую шлаковую фазу, что помогает вывести продукты раскисления из металла.

Затем фурму вновь подни­мают, конвертер наклоняют, бе­рут контрольную пробу метал­ла, термопарой погружения из­меряют его температуру, после чего сталь выпускают через бо­ковую летку в разливочный ковш; после слива металла ска­чивают оставшийся шлак и за­делывают выпускное отверстие. Весь технологический цикл плавки занимает 50—60 мин, а продолжительность продувки кислородом – 18 -30 мин.

Преимущества кислородно – конвертерного процесса:

1. Более высокая производительность: часовая производительность мартеновских и электродуговых печей до 140 т/ ч, конвертеров 400-500 т/ч;

2. Более низкие капитальные затраты, т.е. затраты на сооружение цеха, простота конструкции конвертера и возможность установки в цехе меньшего числа плавильных агрегатов;

3. Меньше расходы по переделу: электроэнергии, топлива, огнеупоров, сменного оборудования, зарплаты и др.

4. Процесс более удобен для автоматизации управления ходом плавки;

5. Благодаря четкому ритму выпуска плавок работа уонвертеров легко сочетается с непрерывной разливкой;

6. Лучшие условия труда и меньше загрязнение окружающей среды.

Недостатки процесса:

1. Более повышенные потери металла с пылью и за счет угара металла;

2. Возможны выбросы металла и шлака;

3. Потери со шлаком значительного количества окислившегося и металлического железа (корольки- от 2 до 6 %;

4. Необходимость сооружения сложных и дорогих пылеочистительных установок.