6 7. Плавка с увеличенным расходом лома

Стальной лом является охладителем конвертерной плавки, и по условиям теплового баланса его расход без принятия специальных мер не может превышать 25–27 % от массы металлической шихты. В то же время увеличение доли лома в шихте, т.е. замена им части жидкого чугуна, считается важной с точки зрения экономики задачей, поскольку чугун дороже лома и снижение его расхода позволяет обойтись без расширения производственных мощностей по добыче и подготовке руд, производству кокса, выплавке чугуна. В связи с этим в последние годы расширяются поиски технологических

319

приемов, позволяющих перерабатывать в кислородных конвертерах повышенное количество стального лома.

Опробованы и на отдельных заводах освоены несколько разновидностей технологии плавки с увеличенным расходом лома, применяемых как при продувке сверху, так и при процессах с донной и комбинированной продувкой кислородом.

Предварительный нагрев Лома в конвертере. Оптимальной температурой нагрева лома в конвертере считают 600– 800 °С, поскольку при более сильном нагреве появляются участки местного перегрева с расплавлением и переокислением лома; образующиеся в этих участках оксиды железа вызывают сильное местное разрушение футеровки, а при заливке чугуна вызывают появление выбросов.

Нагрев лома горелками. Загруженный в конвертер стальной лом подогревают с помощью газокислородной горелки, после чего заливают жидкий чугун и проводят плавку по обычной технологии. При этом достигают увеличения количества стального лома в шихте на 4–11 % (от массы шихты); длительность подогрева на разных заводах составляет 6–18 мин, расход природного газа 5–13 и кислорода на нагрев 15–20 м³/т стали. Длительность продувки в конвертере при этом сокращается на 1–3 мин, вследствие уменьшения количества окисляющегося углерода.

Недостатки способа: увеличение длительности плавки и низкий коэффициент (30–50 %) использования тепла топлива при обогреве лома факелом сверху.

Нагрев лома за счет сжигания угля. Вместе с ломом в конвертер загружают каменный уголь, антрацит, кокс. Далее сжигают это топливо, подавая кислород через верхнюю или донные фурмы, после чего заливают чугун и ведут продувку до заданного содержания углерода.

По опыту одного из отечественных заводов при расходе угля приблизительно 16 кг/т стали и длительности прогрева около 8 мин можно увеличить расход лома до 33% от массы шихты.

Недостатки способа: увеличение длительности плавки, переход серы в металл из топлива, неравномерность прогрева лома по всему объему, приводящая к появлению участков с плавящимся металлом и участков с несгоревшим углем. В участках перегрева образующиеся оксиды железа вызывают усиленное местное разрушение футеровки.

320

Сжигание кускового топлива по ходу продувки. Топливо (уголь, антрацит, отходы производства кокса и др.) в виде кусков размером 6–25 мм загружают в конвертер после заливки чугуна или в начале продувки и, реже, под стальной лом. Расход топлива достигает 15–20 кг/т стали. При последующей продувке сверху углерод топлива окисляется до СО с выделением тепла. По опыту отечественных заводов при расходе угля 10 кг/т стали расход лома возрастает на 25-35 кг/т, примерно на Змин увеличивается длительность продувки, в готовой стали несколько возрастает содержание серы, которая переходит в металл из угля. Увеличение расхода топлива сверх 10 кг/т не рекомендуется, поскольку при этом наблюдаются неконтролируемые вспышки горения угля и выбросы.

Дожигание оксида углерода. В верхнюю часть полости конвертера над ванной подают кислород, обеспечивающий дожигание до СО₂ части оксида углерода, который выделяется из ванны в течение всей продувки в результате окисления содержащегося в металле углерода. Тепло, выделяющееся при реакции дожигания: СО + l/2O₂ = СО₂ + 282980 Дж/моль, передается ванне, что позволяет увеличить расход охладителя – стального лома. Достигаемое на разных заводах увеличение расхода лома составляет 1,5–6 % от массы металлической шихты. Кислород для дожигания СО вводят иногда в верхней конусной части конвертера через специальные боковые фурмы, а чаще – ведя продувку сверху с помощью двухъярусной фурмы. Последняя отличается от обычной кислородной фурмы тем, что выше головки с соплами, подающими кислород в ванну, расположен ряд сопел, через которые кислород поступает в пространство над ванной; струи кислорода, подаваемого для дожигания СО, должны быть направлены вниз под углом около 30° к вертикали. Второй ярус сопел находится на расстоянии 1,65–2,5 м от головки фурмы. Двухъярусная фурма обычно имеет два самостоятельных тракта подвода кислорода: один к продувочным соплам и второй к соплам для дожигания. Расход кислорода для дожигания обычно не превышает 30% от расхода на продувку.

При верхней продувке эффективность передачи тепла ванне от факела дожигания СО невелика (30–35 %); достигаемое снижение расхода чугуна составляет от 1,5 до 3–4 %. При комбинированной продувке из-за лучшего перемешивания ван-

21-4050 321

ны коэффициент усвоения ею тепла дожигания повышается (иногда до ~ 60 %); достигнуто снижение расхода чугуна на 4–6 % от массы металлической шихты. Недостатком способа является перегрев футеровки в районе дожигания СО, т.е. в верхней части конвертера, и заметное снижение здесь стойкости футеровки.

Вдувание пылевидного угля. Молотый каменный уголь, антрацит и иногда кокс вдувают в металл через верхнюю или донные фурмы. Этот способ часто применяют в сочетании с дожиганием СО до СО₂, что увеличивает приход тепла.

Вдувание угля через верхнюю фурму находит ограниченное применение. На одном из отечественных заводов при вдувании кокса в струе кислорода сверху в количестве 10–12 кг/т стали достигнуто увеличение расхода лома на 50 кг/т; вместе с тем примерно на 2 мин возрастает длительность продувки, что ведет к снижению производительности конвертера. В конвертерах, работающих с продувкой кислородом сверху и нейтральными газами снизу, освоено вдувание угля через верхнюю фурму в токе азота (способ АЛКИ, Люксембург). При расходе угля ~ 10 кг/т стали и дожигании СО до СО₂ расход лома увеличен на 50 кг/т при возрастании длительности продувки.

Разработано несколько разновидностей технологии вдувания пылевидного угля через донные фурмы. На одном из заводов Швеции в конвертерах с комбинированной продувкой освоено вдувание пылевидного угля и кокса через донные фурмы в струе азота; каждый кг вводимого в ванну топлива позволил увеличить расход лома на 4 кг. На ряде зарубежных заводов применяют разработанный в Германии способ КМС, позволяющий довести долю лома в шихте до 50–60%. При этом в конвертер загружают стальной лом, далее его нагревают около 10 мин (примерно до 700 °С), подавая через донные фурмы кислород с топливом (угольной пылью, природным газом). Затем на нагретый лом заливают жидкий чугун, и около 30 мин ведут продувку ванны кислородом через донные фурмы. В течение большей части этой продувки в струе кислорода вдувают уголь с добавкой извести, при этом вдуваемый уголь окисляется с выделением тепла, нагревающего ванну, а содержание углерода в металле остается примерно постоянным. После прекращения подачи угля происходит окисление углерода металла до требуемого в выплав-

322

ляемой марке стали содержания. В течение всей плавки через специальную верхнюю фурму или боковые фурмы в конусной части конвертера вдувают кислород для дожигания СО. При 60% лома в шихте общая длительность плавки в 130-т конвертере составляет ~ 65 мин, расход кислорода 120 м³/т, расход угля ~ 60 кг/т стали.

Перспективными считаются основанные на вдувании топлива с кислородом через донные фурмы процессы переработки в конвертерах шихты из 100 % стального лома – освоенный в Германии в промышленном масштабе процесс КС; процесс, разработанный Институтом черной металлургии (г. Днепропетровск) на опытном 1,5-т конвертере; процесс, разработанный на 10-т опытном конвертере НПО "Тулачермет"; процесс, опробованный в 160-т конвертерах Западно-Сибирского металлургического комбината. Все они предусматривают загрузку лома одной или несколькими порциями, иногда на оставленную от предыдущей плавки порцию жидкого металла, и последующее расплавление лома за счет подачи угля или природного газа с кислородом через донные фурмы; иногда дополнительно подают природный газ через фурму сверху или сжигают кусковой уголь, загружаемый вместе с ломом. После расплавления металла в конвертер зачастую загружают кусковой уголь и ведут продувку кислородом через дно и иногда через дно и сверху; через донные фурмы вместе с кислородом вдувают уголь с известью. Как при нагреве лома, так и во время продувки в верхнюю часть конвертера подают кислород для дожигания СО до СО₂. Продувку жидкого металла ведут до получения заданного содержания углерода в металле; угля вдувают столько, чтобы обеспечивалась требуемая температура металла перед выпуском из конвертера. Работа 130-т конвертера КС характеризуется примерно следующими показателями: длительность плавки ~ 110 мин, расход угля 250-300 кг/т стали, кислорода ~ 280 м³/т, природного газа ~ 30 м³/т, извести ~ 90 кг/т.