книги / Металлургия черных и цветных металлов

дутья. Жидкий металл и шлак при повалке конвертера не дол­ жны закрывать донные фурмы.

тера с донным дутьем. В остальном конструкция корпуса и футеровки сходна с таковыми для конвертеров верхнего дутья. В качестве огнеупоров для футеровки используют термообра­ ботанный периклазовый (магнезитовый) кирпич, а также кир­ пич на основе доломита. В 250-т конвертере с донным дутьем рабочий слой стен и нижнего конуса выложен из смолодоломитрмагнезитового кирпича, верхняя часть горловины — из хромо­ магнезита. Стойкость стен футеровки 900—1100 плавок, стой­ кость днищ 400—700 плавок. Донные фурмы представляют со­ бой две расположенные одна в другой металлические трубы. По внутренней трубе попадают газообразный кислород и пы­ левидную известь, а через зазор между внутренней и внешней трубами — охлаждающий реагент (обычно природный газ, пропан, мазут). Размер зазора в зависимости от вместимости конвертера и числа фурм колеблется в пределах 0,5—0,25 мм. В 250-т конвертере (рис. IV.12) в днище имеется 12 фурм с диа­ метром внутренней; трубы 45 мм, внешней 61 мм и с зазором

2,5 мм.

Корпус и механизм поворота для донных конвертеров имеют некоторые конструктивные особенности по сравнению с конвертерами верхнего дутья. Эти особенности определяются способом подвода дутья и, следовательно, наличием съемного днища. Подача к днищу кислорода или его смеси с порошко­ образной известью, а также газообразных или жидких углево-

S 2. Физико-химические особенности выплавки стали в конвертерах донного дутья

Донная продувка металла струями кислорода в защитной га­ зовой оболочке заметно изменяет характеристики кислородно­ конвертерного процесса по сравнению с верхней продувкой кис­ лородом. В первую очередь это сказывается на интенсивности перемешивания металлической ванны (см. рис. IV. 17). Она максимальная из всех вариантов подвода дутья. Увеличение мощности перемешивания как непосредственно струями дутья, так и пузырьками СО (образующимися в результате окисления углерода) приводит к некоторому снижению окисленности шлака. Снижение в нем содержания оксидов железа приводит к увеличению выхода годного. Пониженная окисленность шлака предопределяет и более высокое остаточное содержание мар­ ганца в металле, что соответственно вызывает уменьшение расхода ферромарганца (на 0,35—1,7 кг/т стали).

На рис. IV. 13 представлен график изменения содержания примесей в металле по ходу продувки мартеновского чугуна в конвертере донного дутья. Если сравнивать рис. IV.13 с рис. IV.4, на котором представлен аналогичный график для конвер­ тера с верхним дутьем, то можно видеть, что характеры изме­ нения концентрации углерода и кремния в процессе плавки мало чем отличаются друг от друга. Имеется отличие в изме­ нении содержания марганца и фосфора, причем наиболее ус­ пешно при донном дутье удаляется фосфор при подаче вместе с кислородом пылевидной извести. В связи с этим в донных процессах является обязательным вдувание вместе с кислоро­ дом пылевидной извести. Применение кусковой извести в дон­

меньшей окисленности шлака, и переход некоторого количества серы в газовую фазу.

Характерной особенностью донных процессов являются по­ вышенные концентрации водорода в металле, что связано с при­ менением в качестве охлаждающей среды в донных фурмах газообразного или жидкого топлива, содержащего углеводо­ роды. Термическая диссоциация углеводородов с выделением свободного водорода, происходящая непосредственно при вы­ ходе из фурм и в реакционной зоне, приводит к появлению в от­ ходящих газах значительного количества водорода. Газ, отхо­ дящий из конвертеров донного дутья, содержит 5—6 % Н2 (остальное: 85 % СО, 3 % С02, 5 % N2) , в то время как в от­ ходящих газах из конвертеров верхнего дутья содержание водо­ рода составляет 0,5—0,7 %.

Повышенное содержание свободного водорода в газовой ат­ мосфере приводит к увеличению концентрации водорода в ме­

Водород является весьма нежелательной примесью; повы­ шенная концентрация его в металле значительно ухудшает ка­ чество стали и может вызвать появление мельчайших внутрен­ них трещин (флокенов). В связи с этим в конвертерах донного дутья одной из конечных технологических операций после пре­ кращения подачи кислорода является кратковременная про­ дувка металлической ванны через донны& фурмы нейтральным газом (аргоном или азотом). Кратковременная продувка (1—3 мин) аргоном позволяет снизить содержание водорода примерно в два раза.

В конвертерах донного дутья выплавляют сталь из высоко­ фосфористого чугуна (процессы ОБМ и ЛВС) и из мартенов­ ского чугуна (процесс Ку-БОП).

Следует отметить, что все варианты донного процесса стра­ дают одним общим недостатком — меньшим на 2—4 % расхо­ дом лома, чем в конвертерном процессе с верхней продувкой (ЛД и другие варианты).

Конвертерные процессы с донной продувкой явились своего рода промежуточной ступенью для перехода к еще более совер­ шенному варианту конвертерной плавки — комбинированному дутью.

Гл а в а 5. ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ В КОНВЕРТЕРАХ

СКОМБИНИРОВАННЫМ ДУТЬЕМ

§1. Общая характеристика комбинированных процессов

Начиная с 1975—1980 гг. все большее распространение в про­ изводстве стали за рубежом и в СССР получают конвертеры с комбинированным дутьем. В этих конвертерах, наряду с по­ дачей кислорода в жидкий металл с помощью верхней верти­ кальной фурмы, через днище вдувают инертный газ или кисло­ род в оболочке защитного газа.

Идея комбинированной продувки была впервые осуществлена в работах ЦНИИЧМ в 1946—1960 гг. и днепропетровского ИЧМ. В 1958 г. В. Г. Федо­ ровичем был предложен комбинированный способ передела высокофосфори­ стых чугунов в конвертере путем! продувки жидкого металла сверху и снизу. Процесс, названный Ф-ИЧМ, отличался тем, что с целью обеспечения возмож­ ности более эффективного глубокого обесфосфоривания, обезуглероживания и дегазации металла, кислород через днище вдувают в оболочке водяного пара в период дефосфорации и обезуглероживания и в оболочке инертного газа в период дегазации. Фактически этот способ и предвосхитил многие ва­ рианты комбинированной продувки, которые позже были разработаны за ру­ бежом.

В конвертерах с комбинированным дутьем рационально сочетаются до­ стоинства верхней к донной продувки и в значительной мере устраняются их недостатки. При комбинированном дутье представляется возможным достичь достаточной интенсивности перемешивания металлической ванны, полнее про­ водить обезуглероживание, десульфурацию и дефосфорацию металла, увели­ чить выход годного и получить металл более высокого качества.

К настоящему времени существует более 30 вариантов ком­ бинированных процессов, которые можно классифицировать по типу применяемого донного дутья, способа его подачи и воз­ можности вдувания порошкообразных флюсующих и углерод­ содержащих материалов. Комбинированные процессы подраз­ деляют на три группы:

1) процессы, предусматривающие, наряду с верхней кисло­ родной продувкой, вдувание через днище нейтрального газа (ЛБЕ, ЗСМК и ИЧМ, ИЧМ и ДМ3, ТБМ, ЛД-КГ и др.);

2) процессы, предусматривающие, наряду с верхней кисло­ родной. продувкой, подачу через донные фурмы кислорода в ру­ башке защитного реагента (Ф-ИЧМ, ИЧМ-ДМК, К-БОП, ЛД-ОБ, СТБ и др.);

3) процессы, предусматривающие, наряду с верхним и дон­ ным дутьем, введение в конвертер дополнительных источников тепла, главным образом, в виде порошкообразных углеродсо­ держащих материалов (НПО «Тулачермет», ИЧМ, КМС,

КОИН и др.).

Все эти группы вариантов представлены на рис. IV.14.

Комбинированные процессы с донной продувкой инертным газом. В кислородно-конвертерном процессе с верхним кисло-

5 — углеводородов; 6 —кокса или угля

родным дутьем происходит недостаточное перемешивание металла и шлака, особенно в заключительной стадии продувки, что приводит к замедлению реакции окисления углерода и не позволяет достичь глубокого рафинирования металла от серы и фосфора.

Применение донной продувки инертным газом способствует интенсивному перемешиванию металлической ванны и прибли­ жает к равновесию реакции между металлом и шлаком. Инерт­ ный газ можно вдувать не только во время верхней продувки кислородом, но и после ее окончания. Продувка инертным га­ зом после прекращения верхнего кислородного дутья фактиче­ ски представляет собой опердцию, подобную внепечному рафи­ нированию инертным газом, которая обычно выносится из ме­ таллургического агрегата.

Инертный газ в этой группе процессов вдувают или через огнеупорные пористые блоки; или через одиночные фурмы. Продувка через пористые блоки с так называемыми мини-фур­ мами имеет то преимущество, что она может быть осущест­ влена в любое время плавки. Продувку через одиночные фурмы необходимо производить в течение всего периода плавки.

Наибольшее распространение из этой группы процессов по­ лучил процесс ЛБЕ, предусматривающий вдувание в металли­ ческую ванну через пористые огнеупорные блоки в днище кон­ вертера инертного газа (Ar, N2, СО, С02) в сочетании с верх­ ним кислородным дутьем. Для верхней продувки используют специальную двухъярусную фурму, в которой кроме обычных сопл, предназначенных для вдувания кислорода в ванну, име­ ется ряд отверстий для потока кислорода, дожигающего СО до С02 в полости конвертера. Продувку инертным газом через по­ ристые блоки начинают за несколько минут до окончания кис­ лородной продувки сверху и продолжают ее в течение 1—2 мин после прекращения верхнего дутья. В 1986 г. во всем мире экс­ плуатировалось свыше 100 конвертеров ЛБЕ. Опыт работы кон­ вертеров ЛБЕ свидетельствует о повышении выхода годного (до 1 %), снижении расходов шлакообразующих материалов, увеличении концентрации остаточного марганца на 0,04 % в металле, снижению расхода алюминия.

Широкое распространение получил и вариант, предусматри­ вающий вдувание инертного газа через одиночные фурмы, ус­ танавливаемые в днище. Этим вариантом работают конвертеры на Западно-Сибирском металлургическом комбинате, заводе им. Петровского, Череповецком металлургическом комбинате и на целом ряде зарубежных заводов. Наряду с инертными га­ зами (Аг, N2) через донные фурмы вдувают СО, доменный газ, С02, а иногда совместно с ними известняк.

Комбинированные процессы с донной кислородной продув­ кой. Они предусматривают наряду с верхним кислородным дутьем подачу через донные фурмы (типа труба в трубе) кислорода в защитной рубашке эндотермического вещества, т. е. в этих процессах сочетается чисто верхнее и донное кис­ лородное дутье (процесс Ф-ИЧМ и др.). В некоторых вариан­ тах для донной продувки в заключительный период плавки ис­ пользуются инертные или слабоокислительные газы (С02), а также вдувается порошкообразная известь. Доля донного кислородного дутья не должна превышать 30 % (обычно она ниже) по отношению к общему расходу кислорода. Эти ва­ рианты комбинированного процесса также обеспечивают повы­ шение выхода годного, снижение окисленности шлака и ме­ талла, уменьшение расхода раскислителей и др.

Комбинированные процессы с использованием твердого топ­ лива. Возникновение комбинированных процессов, в которых используются дополнительные источники тепла, в частности твердые виды топлива, связано с настоятельной необходимо­ стью увеличения доли лома, перерабатываемого в кислородных конвертерах. Проблема увеличения расхода лома является од­ ной из важнейших Задач современного сталеплавильного про­ изводства. Она связана с непрерывным увеличением ресурсов

10 % расход лома и улучшить шлакообразование. В двухъярус­ ных фурмах, наряду с вдуванием кислорода, необходимого для окислительного рафинирования металла, подается кислород в свободной от металла и шлака объем конвертера или в верх­ ние слои шлаковой пены для дожигания СО.

На рис. IV. 15 представлена фурма, предложенная ДМИ и УкрНИИмет для 150-т конвертеров «Криворожстали». Нижний ярус имеют обычный пятисопловый наконечник с углом наклона сопл к вертикали 20°. Второй верхний ярус расположен на рас­ стоянии 1650 мм, в нем под углом 30—45° расположены 6—

8 сбпл диаметром 15—18 мм. Расход кислорода через сопла верхнего яруса составлял 100—200 м3/мин, нижнего 400—

500м3/мин.

Вкачестве донных продувочных устройств применяют огне­ упорные блоки — вставки с мини-фурмами и металлические трубки, т. е. одиночные, чаще всего коаксиальные фурмы раз­ личной конструкции, размещаемые в днище конвертеров.

Пористые огнеупорные блоки с мини-фурмами применяют для подачи преимущественно нейтральных или слабоокислительных газов (С02). Одиноч­ ные фурмы используют как для вдувания инертных газов, так и для подачи кислорода в защитной рубашке охлаждающих реагентов. В последнем случае чаще всего применяют коаксиальные фурмы типа труба в трубе.

Пористые блоки, применяемые в процессе ЛБЕ, имеют стандартные раз­ меры обычного кирпича (рис. IV.16, а) со средним сечением 150x100 мм. По этому сечению распределены около 50 каналов (мини-фурм) диаметром 1,5— 2,0 мм. Для снижения потерь давления при производстве блоков принимают особые меры для упрочнения структуры вокруг отверстия канала и получения гладкой поверхности каналов. Блок имеет металлический кожух, изготавли­ ваемый из листовой стали толщиной 1,8—2,5 мм. К донной части кожуха при­ варена соединительная трубка для, подвода газа к отверстиям. Для избежа­ ния утечки газа через зазор между кирпичом и кожухом в нижней части ко­ жуха имеется уплотняющий фланец.

Блоки с щелевидными мини-фурмами (рис. IV. 16, б) состоят из четырех обычных кирпичей, разделенных стальными прокладками и помещенных в об­ щую кассёту. Вдоль широких граней кирпичей имеются прямоугольные каналы для газа (Аг или N2). К каждому продувочному элементу газы поступают че­ рез короткие гибкие шланги. Эти элементы устанавливали только по перифе­ рии днища конвертера.