Процесс в конвертере протекает интенсивно. Высокая скорость технологических реакций объясняется присутствием в конвертере шламометаллической эмульсии, увеличивающей поверхность контакта между металлом и шлаком примерно в 10 тыс. раз по сравнению с сечением конвертера. Частички шлака, выброшенные продувкой кислорода из ванны в объем конвертера, содержат большое количество диспергированных капелек металла, которые, взрываясь, образуют газы. Обильное газовыделение, сопровождающее процесс сталеварения, является одним из существенных недостатков технологии. Очистка этих газов и предшествующее их охлаждение продолжают оставаться сложными проблемами.
Возможны различные способы применения конвертерного газа. Сжигая газ непосредственно над конвертером в котлах специальной конструкции, получают пар. Улавливание газа после охлаждения и очистки позволяет использовать его как топливо в энергетических агрегатах или в качестве восстановителя в технологических процессах [3].
2.1 Характеристика конвертерного газа
Образующийся в процессе плавки конвертерный газ выходит из рабочего пространства через горловину. В конвертерном газе в незначительном количестве (по 1%) содержатся азот, водород и кислород. Основными составляющими являются оксид углерода (II) (до 90%) и оксид углерода (IV) (до 10%). Такой состав газа обусловливает высокую теплоту его сгорания (8,5-9,2 МДж/м³) и токсичность. Газовая смесь, содержащая больше 12,5% СО, становится взрывоопасной при концентрации кислорода более 5%. Выход газов и их состав переменны по ходу продувки [4,5].
Объем выделяющихся из конвертера газов определяют по максимальной скорости обезуглероживания, а также по содержанию вводимого при продувке кислорода. Практически количество конвертерного газа, выходящего из горловины конвертера, составляет 60–80 м³ на 1 т садки.
Соответственно режиму работы конвертера в газоход, где происходит охлаждение газов перед газоочисткой, конвертерный газ поступает периодически лишь в периоды продувки.
Температура конвертерного газа колеблется в пределах 1400–1800°С. Можно считать, что температура газов, выходящих из конвертера, близка к температуре металла. При проектировании охлаждающих устройств в качестве расчетного значения принимают 1600°С. Высокая температура газов на выходе из конвертера обусловливает значительные потери физической теплоты с газами, являющиеся существенной долей в тепловом балансе конвертерной плавки (10%).
Конвертерный газ — высококачественное технологическое и энергетическое топливо. Его технологическая ценность определяется большим содержанием СО и возможностью использования газа в качестве восстановителя. Энергетическая ценность конвертерного газа определяется высокой теплотой сгорания и малым выходом продуктов сгорания на единицу получаемой теплоты, что обеспечивает высокий к. и. т. Эти особенности конвертерного газа необходимо учитывать при выборе системы и способа отвода и использования.
Вместе с газами из конвертера увлекается значительное количество паров металла и капелек, выбрасываемых из ванны в процессе обезуглероживания (кислородной продувки). Пары и частички состоят в основном из железа и его оксидов. Вне конвертера пары металла конденсируются, образуя плавильную пыль.
На крупность пыли и ее состав существенно влияет способ отвода газа из конвертера: при доступе воздуха и горении конвертерного газа или без доступа воздуха [7]. При отводе газов с дожиганием содержание частичек размером меньше 0,5 мкм составляет примерно 20%, 0,5–1 мкм и более 1 мкм — 15%.
В ходе продувки химический состав пыли несколько изменяется. Количество пыли, выносимой из конвертера, достигает 1,5% от массы металлошихты, что на 1 т жидкой стали (при выходе годного металла 90%) составляет примерно 16 кг. Если на 1 т жидкой стали приходится 80 м³ конвертерного газа, то его запыленность равна примерно 200 г/м³. При большой запыленности и указанном химическом и дисперсном составе газы имеют темную окраску и быстро загрязняют окружающую среду. В зависимости от концентрации пыли газы приобретают следующую окраску, г/м³:
500 и более темно-красная
200 — 250 красная
100 — 150 розовая
70 и менее серая
Допустимое содержание пыли в газах, выбрасываемых в атмосферу, 100 мг/м³. По мере совершенствования пылеулавливающих аппаратов нормы пылевых выбросов будут снижаться.
Все сказанное выше о выходе и запыленности газов относится к традиционной технологии конвертерного процесса с верхней продувкой ванны кислородом. В последнее время находят применение донная и комбинированная продувки с использованием в качестве энергоносителя не только кислорода, но и вдуваемого топлива.
При подаче кислорода через днище верхняя плоскость ванны остается более спокойной. Выход газов сопровождается меньшими выбросами и уносом плавильной пыли. Таким образом, увеличивается выход годного, что привлекает внимание к этой технологии. Унос при донном дутье содержит больше мелких фракций. Применение топлива приводит к увеличению суммарного выхода газов и к изменению их состава.
При отводе газов без доступа воздуха пылевидные частички имеют более крупные размеры. Соответственно этим особенностям выбирается схема газоочистки. При более мелких фракциях пыли требования к газоочистке повышаются [8].