§ 1. Конструкции сталеплавильных агрегатов непрерывного действия (санд)

К настоящему времени предложено множество различных вариантов конструкций САНД и технологий выплавки в них стали. Можно дать следующую условную классификацию непрерывных сталеплавильных процессов.

1. По организации процесса: 1) многостадийные (с раз делением операции на стадии), при этом в каждой емкости или части агрегата проводится одна или несколько техноло гических операций: дефосфорация, десульфурация, раскисле ние и т.п.; 2) одностадийные, когда все операции удаления примесей и превращения чугуна в сталь протекают одновре менно или почти одновременно.

2. По конструкции агрегата: 1) операция проводится на поду, при этом газообразные и твердые реагенты (кислород, флюсы, руды й т.п.) поступают в так называемые подовые, желобные реакторы; 2) операция проводится таким образом, что металл, шлак, добавочные материалы находятся во взве шенном, распыленном каплеобразном состоянии (так называе мые струйные реакторы).

3. По организации технологии: 1) движение шлака и ме талла происходит в одном направлении; 2) шлак и металл двигаются относительно друг друга по принципу противотока (рис. 221). Примером одностадийного непрерывного стале плавильного процесса может служить схема, разработанная Британским научно-исследовательским институтом черной металлургии BISRA. В процессе BISRA падающую струю чугуна окружает кольцевая струя кислорода, которая разбивает металл на капельки диаметром 1–2 мм. Поверхность контакта

653

Рис 221 Технологическая схема САНД конструкции МИСиС

а – принцип прямотока, б – принцип противотока, 1 – чугун, 2 – ввод шлако-

образующих смесей, 3 – спуск шлака, 4 – выпуск металла

между металлом и кислородом оказывается громадной и выгорание примесей происходит мгновенно. Процесс обработки металла в струе называют струйным рафинированием.

Схема процесса представлена на рис. 222. Падающая вниз струя чугуна, непрерывно поступающая в установку, обрабатывается тонкоизмельченными флюсами и кислородом, капельки рафинированного металла и шлака падают в приемный ковш, металл собирается внизу под пенящимся шлаком, отстаивается и непрерывно выпускается в ковш для последующей разливки. Последующие капельки металла должны проходить через этот шлаковый слой, дополнительно рафинирующий металл. Отработанный шлак непрерывно стекает в шлаковую чашу. Капельки металла в процессе рафинирования окисляются: 1) в зоне распыливания струи чугуна; 2) при свободном падении капель в окислительной атмосфере; 3)при прохождении через слой вспененного шлака; 4) в ковше. Опыты показали, что при температуре металла 1500–1600 °С и диаметре капли металла 2–Змм скорость обезуглероживания превышает 3 % С/с: при раздроблении капель до размеров < 3 мм степень десульфурации превышает 50 %.

Достоинством процесса струйного рафинирования является то обстоятельство, что основные реакции здесь протекают в условиях отсутствия контакта металла с огнеупорной ^футе-

654

ровкой. Однако условия эксплуатации футеровки приемного ковша (отстойника) сложны, так как происходит взаимодействие футеровки с высокоактивным окислительным шлаком. Трудной задачей является также разработка технологии, при которой спускаемый из агре-

Рис 222 Установка струйного типа для непрерывного рафинирования жидкого чугуна института BISRA

1 – промежуточное устройство, 2 – чугун, 3 – кислород, 4 – известь, 5 – реакционная камера, 6 – отходящие газы, 7 – шлак, 8 – отстойник, 9 – сталь, 10 – шиберный затвор, 11 – ковш для УНРС

Рис 223 Схема установки для непрерывного рафинирования конструкции IRSID

гата шлак содержит минимальное количество оксидов и, следовательно, обеспечивается максимальный выход годного металла. Эти недостатки не позволили внедрить предложенный процесс в промышленность.

В большинстве предложенных конструкций САНД предусмотрена возможность организации ведения плавки на поду. Широкую известность получила конструкция САНД, разработанная французским институтом черной металлургии IRSID. Агрегат состоит (рис. 223) из трех частей: реакционной камеры 1, отстойника 3 и камеры доводки 5. Чугун непрерывной струей поступает в камеру по желобу. Одновременно при помощи водоохлаждаемого устройства (фурмы) 2 в камеру непрерывно подается кислород с молотой известью. Реак-

655

ционная камера содержит небольшое количество жидкого металла и слой металло-шлако-газовой эмульсии. Под действием подъемной силы пузырей газа эта эмульсия поднимается и перетекает в отстойник, где шлак отделяется от металла. Шлак стекает через отверстие 4, а металл сифоном передается в камеру доводки, где подвергается раскислению и доводке по составу. Конструкция установки предусматривала возможность устройства желоба, по которому шлак из второй камеры (отстойника) мог бы перетекать в первую камеру для повышения степени использования шлакообразующих и уменьшения потерь железа с уходящим шлаком.

В 1971–1976 гг. проводили испытания САНД конструкции МИСиС. Установка включала четыре ванны, соединенные последовательно (рис. 221). В первых трех осуществлялось рафинирование вдуванием газообразного кислорода через верхние фурмы, а в последней – регулирование содержания углерода и раскисление. Вместимость каждой ванны составляла 0,86 м³ при глубине расплава 600 м и массе 6 т. Производительность этого опытно-промышленного агрегата достигала 21 т/ч, степень удаления серы 21 %, фосфора 93 %.

Окончательные выводы о показателях работы агрегатов такого типа в промышленных условиях и, соответственно, о перспективах внедрения сделать пока трудно.