4. Конвертерные процессы выплавки стали
4.1. Общая характеристика конвертерных процессов
Все конвертерные процессы осуществляются за счет тепла реакций окисления примесей чугуна, протекающих в зоне продувки металла воздухом или кислородом. Тепловые эффекты этих реакций характеризуются такими цифрами: (МДж/кг):
|
реакция |
С → CO |
C →CO2 |
Mn→MnO |
Si → SiO2 |
Р → Р2О5 |
|
окисление воздухом |
3,7 |
17,5 |
4,7 |
12,9 |
17,9 |
|
окисление кислородом |
11,2 |
32,9 |
6,3 |
19,3 |
24,5 |
Как видно из этих данных, количество выделяющегося тепла различно. Обусловлено это отсутствием затрат на нагрев азота при продувке кислородом. При окислении марганца, кремния и фосфора кислородом количество выделяющегося тепла возрастает на 30…60%, при окислении углерода до СО – в 3 раза, при окислении углерода в СО2 – почти в 2 раза. Общий же приход ΣQ тепла определяется тепловым эффектом реакций и составом чугуна:
(4.1)
где ∆[C], ∆[Mn], ∆[Si], ∆[P] – количество окислившихся компонентов чугуна, %.
qC … - тепловые эффекты реакций окисления, МДж/кг примеси.
При продувке чугуна воздухом окисление углерода покрывает лишь 35…50% потребности тепла на плавку, вклад марганца не превышает 10-12%, остальное тепло должно быть получено за счет окисления кремния и фосфора.
В бессемеровском процессе недостаток тепла компенсируется кремнием. Используемый для выплавки стали чугун должен содержать 0,9…1,5% кремния.
В томасовском процессе недостаток тепла компенсируется фосфором. Чугун должен содержать 1,5…2,0% фосфора.
При использовании технически чистого кислорода картина существенно меняется. В этом случае при окислении 4,0% углерода полностью компенсируются затраты тепла на нагрев металла до 1650˚С. При окислении остальных компонент выделяется уже избыточное тепло, что делает возможной переработку 25…30% металлолома от массы чугуна.
Технологическая схема всех конвертерных процессов примерно одинакова. В наклоненный конвертер загружают часть шлакообразующих материалов, металлолом (если позволяет тепловой баланс плавки), заливают чугун и начинают продувку. Шихтовка плавки, т.е. количество используемых на плавку материалов и их соотношение, должна быть такой, чтобы после окисления примесей и расплавления лома в жидком металле содержалось требуемое количество углерода, серы и фосфора, а его температура была бы достаточной для проведения операций раскисления, легирования и разливки стали.
Главное отличие между процессами – состав футеровки и дутья. Как уже отмечалось, бессемеровский процесс осуществляется в конвертере с кислой футеровкой, а в качестве дутья используют воздух, который подают через донные продувочные фурмы. Для футеровки используют динасовый кирпич, состоящий на 92…97% из кремнезема.
В этом процессе из-за кислой футеровки не удаляются сера и фосфор в шлак.
Томасовский процесс отличается от бессемеровского тем, что футеровку конвертера выполняют из основных огнеупоров (обожженный доломит на смоляной связке – смолодоломит). Это позволяет перерабатывать чугун с высоким содержанием фосфора и удалять серу из металла в шлак.
Названные процессы в настоящее время имеют ограниченное применение, а на территории Украины вообще не используются. Основное количество стали сейчас, выплавляют в кислородных конвертерах.