Переработка лома в конвертерах
Основным недостатком конвертерных процессов является низкий расход лома в шихте, обычно составляющий не более 25-28% при средней доле лома в сталеплавильной шихте примерно ~ 45-50%.
Все известные методы повышения доли лома в шихте конвертерных процессов можно объединить в две основные группы:
1) методы, позволяющие лучше использовать тепло самого процесса (дожигание СО до СО, в полости конвертера, исключение применения твердых окислителей, уменьшение потерь тепла во время перевозок жидкого чугуна, остановок конвертера и т. д.);
2) методы дополнительного подвода тепла, прежде всего нагрева лома в полости конвертера или в специальных устройствах.
Дожигание СО в полости конвертера теоретически представляет большой источник тепла, позволяющий довести долю лома в шихте до 50%. Для проведения дожигания в верхнюю часть полости конвертера над ванной подают кислород (через двухъярусную фурму), обеспечивающий протекание реакции: СО + 1/2O2 = CO2 + 282 980 Дж/моль, тепло от которой передается ванне, что и позволяет увеличить расход охладителя — стального лома. Однако попытки использовать этот источник тепла показали, что реальное увеличение доли лома не превышает 10-15%, а стойкость футеровки конвертера резко снижается, угар железа возрастает, особенно при верхней подаче дутья, поэтому положительный суммарный эффект от использования этого метода можно иметь только при донной подаче дутья.
Подогрев лома в конвертере сжиганием твердого топлива (кокса, антрацита) часто рассматри вают как наиболее эффективный метод повышения доли лома в шихте. Кусковой каменный уголь (антрацит) или кокс загружают в конвертер на стальной лом или после заливки чугуна и начала продувки. Продувку ванны кислородом ведут сверху или через донные фурмы, иногда в сочетании с дополнительной подачей кислорода для дожигания СО до СО2.
Этот способ имеет ряд недостатков.
1. Удовлетворительное сжигание и использование тепла твердого топлива, загружаемого вместе с ломом, возможно лишь при донной подаче кислорода. При верхней подаче кислорода сжигание углерода кокса неполное и сопровождается большим окислением лома, что в дальнейшем ухудшает тепловой баланс, поскольку окисление углерода чугуна оксидами железа - эндотермический процесс.
2. Увеличивается продолжительность плавки вследствие необходимости введения дополнительной операции подогрева лома, длительность которой должна быть не менее 5 мин, и удлинения операции заливки чугуна (необходимо заливать чугун медленно, чтобы не вызвать выбросов, возможных в результате взаимодействия углерода чугуна с жидкими оксидами железа, образовавшимися во время подогрева).
3. Ухудшается шлакообразование, поскольку часть твердого топлива остается не сгоревшей до начала продувки и во время продувки, попадая в шлак, восстанавливает оксиды железа, способствует свертыванию шлака, увеличению выносов и выбросов.
4. Твердое топливо, особенно кокс, имеет высокое содержание серы, что осложняет задачу десульфурации металла, т.е. повышение качества стали.
В связи с этим этот метод тоже не получил широкого распространения. Но им обычно пользуются в некоторые исключительных случаях, например, при вынужденном резком уменьшении расхода чугуна вследствие ремонта доменной печи и т. п.
В отечественной практике освоен способ, который предусматривает загрузку антрацита кусками размером 6—20 мм до или после заливки в конвертер чугуна и последующую продувку ванны кислородом сверху. При расходе угля около 1 % от массы шихты уменьшается расход чугуна на 2,5—3,5 % (от массы шихты), но в то же время возрастает длительность продувки, что снижает производительность конвертера примерно на 6 %.
Вдувание пылевидного угля. Молотый каменный уголь или кокс вдувают в ванну в струе кислорода, подаваемого через фурму сверху или через донные фурмы. Тепло, выделяющееся при окислении вводимого углерода позволяет увеличить расход лома. Способ часто применяют в сочетании с подачей кислорода в верхнюю полость конвертера для дожигания СО до CO2 при такой комбинированной технологии доля стального лома в шихте может быть увеличена до 50 % и более.
Подогрев лома в конвертере сжиганием газообразного или жидкого топлива. Загруженный в конвертер стальной лом подогревают с помощью топливно-кислородной горелки, после чего заливают жидкий чугун и проводят плавку по обычной технологии. При этом достигают увеличения количества стального лома в шихте на 4—9 % (от массы шихты); длительность подогрева на разных заводах составляет 8—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.
Для повышения доли лома в шихте иногда применяют ферросилиций, карбиды кремния (SiC) и кальция (СаС2). Эти материалы, загружаемые с ломом, во время продувки окисляются со значительным тепловым эффектом. Однако они дороги и дефицитны, поэтому их систематическое применение бесперспективно.
Предварительный подогрев лома вне конвертера в простых устройствах (совках и ковшах) малоэффективен, поскольку в них удается нагреть лом только до 500-600°С, а сооружение специальных устройств, более совершенных в теплотехническом отношении, увеличивает капитальные и текущие затраты.
Перспективным является плавление лома в шахтной печи с получением синтетического чугуна. Освоение такой технологии переработки лома будет означать новый этап развития не только конвертерного процесса, но и производства стали в целом.