6 12. Процессы с аргоно- и парокислородным дутьем

В последние годы получает распространение выплавка в конвертерах низкоуглеродистых и, в частности, низкоуглеродистых коррозионностойких и электротехнических сталей путем продувки смесями аргон–кислород и пар–кислород. В 1990 г. процессом аргоно-кислородной продувки, получившего название АОД-процесса, было произведено более половины мировой выплавки коррозионностойких сталей. Широкое распространение этого процесса связано с тем, что он позво-

335

ляет получать хромоникелевую коррозионностоикую сталь с очень низким содержанием углерода при использовании дешевого высокоуглеродистого феррохрома, в то время как традиционный способ выплавки этих сталей в электропечах требовал применения дорогостоящего низкоуглеродистого феррохрома.

Суть процесса АОД сводится к тому, что расплав, содержащий высокоуглеродистый феррохром, обезуглероживают в конвертере, вдувая аргоно-кислородную смесь; при этом достигается очень низкая (0,03–0,01 %) концентрация углерода в металле без значительного окисления железа и хрома, что происходило бы при продувке одним кислородом. Причина этого в том, что в зонах протекания реакции [С] + 1/2О₂ = СО ее продукт – СО разбавляется аргоном, т.е. снижается парциальное давление СО, благодаря чему равновесие реакции сдвигается вправо, в сторону более полного окисления углерода. Кроме того, для уменьшения окисления хрома процесс ведут при высокой (1700–1720 °С) температуре (поскольку окисление хрома 2[Сг] + 1,5О₂ = = Сг₂О₃ идет с выделением тепла, повышение температуры вызывает сдвиг равновесия реакции влево).

Распространенный вариант технологии выплавки хромони-келевой коррозионностойкой стали процессом АОД заключается в следующем. В электродуговой печи получают из стального лома, углеродистого феррохрома и никеля расплав, содержащий требуемые количества хрома и никеля и 1– 2,5 % углерода с температурой ~ 1550 °С. Расплав заливают в конвертер вместе с 1–2 % электропечного шлака и ведут продувку, подавая аргоно-кислородную смесь в защитной оболочке из аргона через фурмы, расположенные в стенке конвертера над днищем. Продувка делится на два периода – окислительный, когда металл продувают смесью кислорода и аргона переменного состава, и восстановительный, когда продувку ведут аргоном. Окислительная продувка длится 30–50 мин, ее начинают смесью с соотношением расходов кислорода и аргона 3:1. По мере уменьшения концентрации углерода в металле долю аргона в смеси увеличивают, что облегчает окисление углерода; заканчивают продувку при соотношении кислород–аргон 1: 3,5.

По ходу продувки в конвертер несколькими порциями загружают известь (до 6 % от массы металла), а в середине

336

продувки – охладитель (скрап). За время продувки окис ляются весь кремний и углерод, а также немного железа, марганца и хрома (при исходном содержании хрома, например, 16,5 % его концентрация в металле снижается до ~ 14,5 %). Образующийся, из электропечного шлака, добавляемой извести и продуктов окисления шлак содержит менее 2–4 % оксидов железа, до 20–30 % Сг₂О₃ и в конце окислительного периода, имея основность 1,8–2,0, является тугоплавким и гетерогенным. Когда углерод окислен до содержания около 0,03 %, начинают восстановительный период, задачами которого являются восстановление хрома из шлака и удаление в шлак серы. Отключают подачу кислорода, в конвертер вводят известь для повышения основности шлака, ферросилиций и силикомарганец для восстановления хрома из шлака и плавиковый шпат (до 0,75 % от массы металла) для разжижения шлака, чтобы он стал реакционноспособным. Продувка аргоном длится 8 мин и более. За это время кремний восстанавливает большую часть оксидов хрома шлака (усвоение хрома составляет примерно 98 % от исходного содержания в шихте), а также оксидов железа и марганца. В шлак удаляется до 50 % (и более) содержавшейся в металле серы за счет ее реагирования с СаО. Содержание фосфора в металле остается неизменным, поскольку он не удаляется в шлак из-за низкого содержания в последнем оксидов железа. Общий расход кислорода и аргона составляет ^соответственно 20–30 и 10–25 м³/т стали. Технология АОД-процесса постоянно совершенствуется; находят применение ряд разновидностей этой технологии. Одна из них предусматривает вдувание аргоно-кислородной смеси в течение первых 5–8 мин окислительной продувки с помощью вводимой в конвертер сверху фурмы. Еще одна разновидность предусматривает проведение восстановительного периода с раздельным восстановлением хрома и десульфурацией. При этом в начале периода в конвертер добавляют ферросилиций и плавиковый шпат и ведут продувку аргоном до восстановления хрома из шлака. Далее шлак сливают, в конвертер вводят новую порцию шлакообразующих – известь с плавиковым шпатом и вновь проводят продувку аргоном. При этом в шлак удаляется сера (до 90 % от ее исходного содержания). С целью экономии дорогостоящего аргона иногда в начале окислительного периода вместо него используют азот.

337

Паро-кислородное рафинирование, получившее наименование КЛУ-процесса, развито менее широко, чем АОД-процесс. Продувку полупродукта, выплавляемого в дуговой электропечи, здесь ведут в конвертере с донными фурмами смесью пар–кислород в кольцевой защитной оболочке. По мере уменьшения содержания углерода в металле долю пара в дутье увеличивают, что позволяет получать очень низкое (~ 0,015 %) содержание углерода в нержавеющей стали. Паро-кислородное дутье дешевле аргоно-кислородного, но в конце плавки требуется продувка нейтральным газом с целью удаления из металла водорода, источником которого служит водяной пар дутья.