Машиностроение и механика

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

Металлургия стали: конвертерное производство стали - Технология плавки

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

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.