Машиностроение и механика

  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

Металлургия стали: конвертерное производство стали - Конвертерные процессы с донной продувкой кислородом

Article Index
Металлургия стали: конвертерное производство стали
Кислородно-конвертерный процесс
Футеровка
Кислородная фурма
Шихтовые материалы
Технология плавки
Дутьевой режим плавки
Поведение составляющих чугуна при продувке
Шлакообразование и требования к шлаку
Шлаковый режим
Поведение железа и Выход годного металла
Материальный и тепловой баланс кислородно-конвертерной плавки
Переработка лома в конвертерах
Конвертерные процессы с донной продувкой кислородом
Устройство конвертера с донной продувкой
Преимущества и недостатки кислородно-конвертерной плавки с донной продувкой
Технология конвертерного процесса с донной подачей кислородного дутья
Конвертерные процессы с комбинированной продувкой
All Pages

Конвертерные процессы с донной продувкой кислородом


Первые попытки замены воздушного дутья в бессемеровском и томасовском процессах не дали положительных результатов из-за отсутствия технологии продувки, обеспечивающей высокую стойкость днища конвертеров. Поэтому на смену бессемеровскому и томасовскому процессам пришел кислородно-конвертерный процесс с верхним дутьем. Однако разработка способов донной продувки металла кислородом продолжалась, поскольку широкое промышленное применение процесса с верхней подачей дутья выявило его серьезные недостатки:

1. Высокие потери железа с отходящими газами, шлаком, выбросами и выносами. В результате уменьшается выход годного металла (увеличивается рас­ход металлошихты) и возникают осложнения с очисткой отходящих газов.

2. Неполное и непостоянное от плавки к плавке усвоение вдува­емого кислорода ванной, что повышает стоимость передела и ослож­няет управление плавкой.

3. Большая дополнительная высота, требующаяся для размеще­ния кислородных фурм. Вследствие этого, во-первых, повышаются капитальные затраты; во-вторых, исключается нормальное размещение конверте­ров в существующих мартеновских цехах.

Для исключения указанных недостатков разрабатывались воз­можности применения донного кислородного дутья. Задача состояла в том, чтобы предотвратить активное взаимодействие струй кислоро­да с металлом непосредственно у выхода из фурм, т.е. отодвинуть вглубь металла реакционную зону, имеющую очень высокую темпе­ратуру (>2000°С) и значительное содержание оксидов железа, а по­этому вызывающую интенсивное разрушение (эрозию) днища.

Проводившиеся в ряде стран исследования привели к разработке пригодного для промышленного использования метода введения кислорода снизу в виде струй, окруженных коль­цевой защитной оболочкой из углеводородов. Кольцевая оболочка предотвращает контакт кислорода с чугуном у фурм и обеспечивает охлаждение околофурменной зоны.

Охлаждение околофурменной зоны происходит потому, что на выходе из фурмы протекает ряд эндотермических процессов: разложение углеводородов (CН4=С+2Н2-Q); растворение углерода в металле с поглощением тепла (С=[С]-Q). При этом если даже протекает частичное сжигание газа с образова­нием СО, то и в этом случае наблюдается поглощение тепла, по­скольку реакция CH4+1/2O2= CO+2{H2} является эндотермической (Q=100 кДж/моль).

Отвод реакционной зоны вглубь металла происходит потому, что газ, будучи восста­новителем, предотвращает окисление железа вдуваемым кислоро­дом непосредственно у фурм.

При таких условиях в нижней части реакционной зоны не развивается очень высокая температура и не образуются оксиды железа, поэтому не наблюдается интенсивного износа фурм и днища уже при расходе топлива ~ 5 % от расхода кислорода (максимальный расход ~ 10 %). При высоком расходе защитного газа может происходить даже зарастание днища у фурм. Такая защита кислородной струи оказалась очень эффективной и позволила повысить стойкость футеровки днища томасовских конвертеров с 50 до 200 и даже 400 плавок.

В качестве источника углеводородов для создания защитной оболочки вокруг кислородной струи в конвертер подают тонкий слой природного газа (его основу составляет ме­тан СН4), пропана (C3H8) и иногда жидкого топлива (сложные углеводороды типа СmНn). При их разложении образуются водород и углерод (например: СН4 = 2Н2 + С, которые частично окисляются и в объеме металла помимо продукта окисления углерода — СО дополнительно появляются Н2, Н2О, СО и CO2. Расход природного газа составляет 6—8, пропана около 3,5 % от расхода кислорода.