Технология плавки
Наиболее простым и самым распространенным вариантом конвертерных процессов является проведение плавки в одношлаковом (моношлаковом) режиме. Это возможно при содержании фосфора в чугуне < 0,2-0,3%, т. е. при переделе низкофосфористых чугунов. В этом случае технологический цикл обычно состоит из нескольких операций, продолжительность которых приведена ниже, мин:
Завалка лома ...................……………….. 3—4
Заливка чугуна .... ...........………………...3-4
Продувка .......................……………….. 10-25
Взятие пробы, ожидание анализа ........ .3—4
Слив (выпуск) металла ............ ..……….. 5-10
Слив шлака ....................... ………………1-2
Осмотр и подготовка конвертера к
очередной плавке, в т. ч. торкретирование 0-5
Общая длительность цикла (плавки) ....... .25-50
Продолжительность отдельных операций и цикла (плавки), как правило, не зависит от вместимости конвертера. Это объясняется тем, что по мере повышения вместимости конвертера повышается интенсивность дутья (4-5 м3/т-мин) и совершенствуется оборудование, позволяющее уменьшить продолжительность таких операций, как завалка лома, заливка чугуна и т.д.
Перед началом каждой плавки осуществляют ее шихтовку (планирование), то есть определяют оптимальные для данных условий количества (расходы) чугуна, лома, шлакообразующих материалов и кислорода, обеспечивающие по окончании продувки получение металла с заданной массой, температурой и концентрацией углерода, фосфора и серы.
Плавку начинают с загрузки в конвертер лома. Завалка лома осуществляется в наклонном положении конвертера при помощи совков, объем которых и грузоподъемность обслуживающих их кранов принимают такими, чтобы весь лом был подан в одном совке, т. е. загрузку осуществить в один прием. Подача лома в нескольких совках увеличивает продолжительность завалки и плавки в целом, следовательно, снижает производительность конвертера. При одновременном потреблении нескольких видов лома, во избежание значительного разрушения футеровки, в первую очередь загружают легковесный, а затем тяжеловесный. Равномерное распределение лома на днище достигается наклоном конвертера в противоположную от загрузки сторону. Затем из заливочного ковша с помощью мостового крана через горловину наклоненного конвертера заливают жидкий чугун. Заливка чугуна в требуемом количестве, известного химического состава и температуры осуществляется в один прием при помощи чугуновозных ковшей соответствующей вместимости.
После заливки чугуна конвертер поворачивают в вертикальное рабочее положение. В полость конвертера вводят фурму, включая подачу кислорода. Затем загружают первую порцию шлакообразующих (известь с плавиковым шпатом и иногда с добавкой руды, окалины, окатышей, боксита). В первую порцию входит. 1/2—2/3 шлакообразующих, оставшееся количество вводят несколькими порциями в течение первой трети длительности продувки. Эти материалы вводят порциями 1% массы металла, чтобы не вызвать переохлаждения ванны и нарушения нормального хода плавки. Часть извести (20-40%) иногда вводят до заливки чугуна.
Сыпучие шлакообразующие загружают с помощью автоматизированной системы, состоящей из бункеров для хранения сыпучих, питателей, весов и лотков, по которым материалы ссыпают в горловину конвертера. Система обеспечивает загрузку сыпучих без остановки продувки по программе, задаваемой оператором с пульта управления конвертером.
Кислородную фурму устанавливают в строго определенном положении. Расстояние от головки фурмы до уровня спокойной ванны в зависимости от емкости конвертера и принятой в данном цехе технологии составляет 0,8—3,3 м. Обычно для ускорения шлакообразования продувку начинают при повышенном положении фурмы, а через 2—4 мин ее опускают до обычного оптимального положения. Интенсивность подачи кислорода в зависимости от конструкции фурмы и принятой технологии находится в пределах от 2,5 до 5— 7 м3/т-мин).
За счет вводимого кислорода окисляются избыточный углерод, а также кремний, марганец и небольшое количество железа, причем окисление кремния и марганца заканчивается в первые 3—4 мин продувки.
Из образующихся окислов (исключая СО) и загружаемой в конвертер извести и других сыпучих формируется шлак. Основность его по мере растворения извести увеличивается и к концу продувки составляет 2,5—3,7. В течение всей продувки в шлак из металла удаляются фосфор и сера.
Образующиеся при окислении углерода пузырьки СО вспенивают металл и шлак и существенно усиливают циркуляцию шлака и металла, что ускоряет процессы окисления, дефосфорации, десульфурации, нагрева металла и др. Вместе с пузырьками окиси углерода из металла удаляются растворенные в нем вредные газы — водород и азот.
Выделяющееся при реакциях окисления тепло обеспечивает нагрев металла до требуемой перед выпуском температуры и расплавление стального лома. Плавление лома обычно заканчивается в течение первых 2/3 длительности продувки.
Газообразные продукты окисления углерода (СО и немного СО2) покидают конвертер через горловину, образуя высокотемпературный поток отходящих газов, в котором содержится много (до 250 г/м3) мелкодисперсных частиц Fе2О3. Поэтому каждый конвертер оборудуется сложной системой охлаждения и очистки отходящих газов с фильтрами "мокрого" или "сухого" типов.
Характерной особенностью плавки в кислородном конвертере является образование под кислородной фурмой высокотемпературной реакционной зоны с температурой 2100—2600 °С, что связано с протеканием в этой зоне экзотермических реакций окисления составляющих чугуна.
Продувка в зависимости от интенсивности подачи кислорода (2,5-5-7 м3/т мин) и удельного расхода кислорода на процесс 45-55 м3/т) продолжается от 12 до 25 мин и должна быть закончена на заданном для выплавляемой марки стали содержании углерода. К этому моменту металл должен быть нагрет до необходимой температуры (1580—1650 °С), а содержание серы и фосфора в нем не должно превышать допустимых для данной марки стали пределов.
Момент окончания продувки, примерно соответствующий требуемому содержанию углерода в металле определяют по количеству израсходованного кислорода, по длительности продувки, по показаниям ЭВМ. Окончив продувку из полости конвертера выводят кислородную фурму и осуществляют отбор пробы металла и шлака на химический анализ [C], а также измерение температуры металла с помощью специального зонда или, повернув (повалив) конвертер в горизонтальное положение, с помощью ручных пробоотборников и термопар.
В случае, если металл имеет отклонения от заданных значений по температуре или по содержанию углерода, то проводят операции по исправлению плавки:
а) при избыточном содержании углерода проводится кратковременная додувка, обеспечивающая получение заданного содержания углерода. Додувка является отклонением от нормальной технологии, поскольку она приводит к снижению качества стали, увеличению продолжительности и ресурсоемкости плавки. Для упрощения ведения продувки в современной практике сознательно идут на получение низкого конечного содержания углерода в металле (0,03-0,05%) при выплавке большинства марок стали, с последующим ее науглероживанием в ковше.
Снижение качества стали при додувке прежде всего связано с повышением содержания азота в металле (на 0,001-0,003%) вследствие попадания в конвертер большого количества воздуха (азота) в перерыве между продувками.
б) при излишне высокой температуре проводят охлаждение металла, вводя в него охладители и делая выдержку после их ввода в течение 3—4 мин. Охлаждение перегретого металла возможно как в конвертере, так и в ковше. Рациональнее всего охлаждение вести в ковше, поскольку при этом, во-первых, можно более точно регулировать температуру металла перед разливкой, что очень важно при разливке на МНЛЗ; во-вторых, исключается лишняя операция в конвертере.
Наиболее распространенным вариантом охлаждения металла в ковше является опускание на некоторое время крупного куска металла (сляба) в жидкую сталь и продувка ее инертным газом (аргоном). В конвертере охлаждение металла иногда осуществляют присадкой чистого лома или твердого чугуна, а также извести или доломита.
в) при недостаточной температуре металла проводят додувку при повышенном положении фурмы или же вводят в конвертер ферромарганец или снликомарганец с последующей додувкой;
г) при недостаточном содержании углерода производят науглероживание металла присадками молотого кокса или графита на струю металла при его выпуске в ковш. Но этим способом трудно получить металл с содержанием углерода более 0,20-0,30%. При производстве высокоуглеродистых сталей (>0,50%) хорошо зарекомендовала себя технология выпуска металла в ковш, в который предварительно наливают требуемое количество жидкого чугуна, совместно с вводом небольшого количества коксика
После любой корректировки, проведенной в конвертере, снова отбирают пробы металла и шлака, измеряют температуру.
После выполнения необходимых операций по исправлению плавки конвертер наклоняют, выпуская сталь в ковш через летку. Выпуск металла совмещается с его раскислением-легированием (присадкой ферросплавов и алюминия в ковш), поэтому продолжительность этой операции должна быть достаточной для полного расплавления и равномерного распределения в объеме металла вводимых присадок. Она зависит от вместимости конвертера, но не должна быть < 5 мин. Конвертерный шлак отсекают, забрасывая специальные шары внутрь конвертера в конце выпуска или подавая инертный газ в сталевыпускное отверстие снаружи.
Слив шлака осуществляют в шлаковую чашу через горловину конвертера, повернув его в противоположную от выпуска металла сторону.
Осмотр и подготовка конвертера к очередной плавке сводятся к осмотру и восстановлению футеровки, устранению обнаруженных повреждений. К обычным повреждениям относятся неизбежный износ (более или менее равномерное разрушение) футеровки и образование настылей, в первую очередь на горловине. Неизбежный износ футеровки восстанавливают торкретированием, т. е. набрасыванием магнезитового порошка с добавкой смолы при помощи специальной машины или нанесением шлакового гарнисажа (загущенного доломитом шлака). Торкретирование проводят не после каждой плавки, а через 5-10 плавок в зависимости от состояния футеровки. В начале кампании торкретирование вообще не проводят.