5.1.4.4. Кислородно-конвертерный способ производства стали

Этот способ является сейчас главным в массовом производстве стали в мире и в России. Он сохранил достоинства бессемеровского и томасовского способов переработки чугунов:

- передел в сталь идет без расхода топлива - необходимое для разогрева металла тепло выделяется за счет экзотермических реакций выгорания примесей чугуна (около 47% от общего количества тепла);

- высокая производительность;

- низкие капитальные и эксплуатационные расходы.

При этом устранены недостатки конвертеров с продувкой чугуна воздухом: насыщение стали азотом, необходимость иметь в чугунах повышенную концентрацию элементов-теплоносителей (кремния или фосфора). В кислородных конвертерах возможно перерабатывать любые типы чугунов. Использование верхнего дутья позволило значительно повысить срок службы конвертеров.

Конвертер представляет собой сосуд грушевидной формы, изготовленный из стального листа толщиной 50-100 мм, футерованный внутри огнеупорным материалом (рис. 5.21). Цилиндрическая часть конвертера охвачена опорным кольцом. К кольцу крепятся цапфы, на которых конвертер вращается вокруг горизонтальной оси. На одной из цапф (а на большегрузных конвертерах - на обеих цапфах) укреплено зубчатое колесо, связанное с приводом вращения конвертера. В шлемной части конвертера находится летка, через которую выпускают готовую сталь.

Рис. 5.21. Кислородный конвертер: 1 - опорный подшипник; 2 - цапфа;

3 - кожух; 4 - опорное кольцо; 5 - ведомое колесо; 6 - электродвигатель;

7 - опорная станина; 8 - летка

Футеровка конвертера двухслойная. Арматурный слой, примыкающий к кожуху, толщиной около 200 мм, делают из магнезитового кирпича. Рабочий слой толщиной до 700 мм изготавливают из смолодоломитомагнезитового кирпича (60-70% MgO). Стойкость кладки 400-800 плавок. Современные конвертеры имеют диаметр 6-7 и высоту 9-10 м. Вместимость таких конвертеров достигает 300-400 т (глубина металлической ванны 1,7 м). Подача кислорода производится вертикальной водоохлаждаемой фурмой длиной до 25 м (рис. 5.24). К нижней части трубы приваривается медная головка с одним или несколькими соплами.

Технология плавки. Кислородно-конвертерный процесс осуществляется следующим образом (рис. 5.22).

В освободившийся от металла и шлака предыдущего цикла конвертер при помощи крана загружают стальной лом (а), затем заливают чугун (б); загружают шлакообразующие (в); опускают кислородную фурму и начинают продувку металла (г); после окончания продувки (16- 18 м) выпускают сталь (д) и шлак (е). Общая продолжительность цикла 50- 60 м. По ходу продувки чугуна кислородом в результате протекания экзотермических реакций температура металла растет с 1300 до 1650°С.

Хотя при конвертировании окисляются все

Рис. 5.22. Порядок операций кислородно- составляющие чугуна: Fe; С; Р; Мn; Si, скорость

конвертерной плавки этих процессов неодинакова. В соответствии с за-

кономерностями физической химии относительные скорости процессов окисления элементов определяются совместным влиянием двух факторов:

- величиной химического сродства элементов к кислороду, мерой которого может служить константа равновесия реакции окисления;

- концентрацией данного элемента в расплаве (мольной долей).

При практическом осуществлении конвертирования для обеспечения жела-тельных скоростей окисления тех или иных элементов разрабатывают соответствующие технологические приемы.

Одним из методов управления плавкой является регулирование глубины проникновения кислородной струи в жидкий металл путем изменения расстояния фурмы от поверхности ванны. В первый период продувки фурму устанавливают на значительном расстоянии от поверхности металла - 1,5 м. В это время интенсивно окисляются железо, фосфор, кремний и марганец (рис. 5.23).

Рис. 5.23. Изменение концентраций