Машиностроение и механика

Дутьевой режим плавки

Дутьевой режим плавки можно считать оптимальным, если обеспечивается выполнение следующих основных требований: 1) высокая скорость удаления примесей металла (окисления углеро­да) при наиболее полном и примерно постоянном усвоении кисло­рода; 2) быстрое шлакообразование; 3) отсутствие выбросов ме­талла и шлака; 4) минимальное образование выносов и дыма; 5) минимальное содержание газов в конечном металле. Выполнение этих требований возможно лишь при поддержании в заданных пределах основных параметров дутьевого режима, к которым от­носятся интенсивность подачи дутья (продувки), давление и чисто­та кислорода, положение (высота) фурмы над уровнем спокойной ванны.

Удельный расход кислорода изменяется в пре­делах от 47 до 57 м³/т стали, возрастая при увеличении содержания окисляющихся примесей в чугуне и снижаясь при увеличении доли стального лома в шихте, поскольку лом содержит меньше окисля­ющихся элементов, чем чугун.

Давление кислорода перед фурмой должно быть в определенных пределах. Выходные сопла Лаваля кислородной фурмы преобразуют энергию давления газа в кинетическую. Для достаточного заглубления кислородных струй в ванну и полного усвоения металлом кислорода необходима высокая кинетическая энергия струй, поэтому размеры сопел рассчитывают так, чтобы скорость струи на выходе из них составляла 450—500 м/с. Давление кислорода перед фурмой при этом должно быть 1,2—1,6 МПа, в су­ществующих цехах оно изменяется от 0,9 до 1,4 МПа.

Высота расположения фурмы имеет оптималь­ные пределы. При чрезмерно высоком расположении фурмы кислородные струи не будут внедряться в металл («поверхностный обдув») и будет низка степень усвоения кислорода; при чрезмерно низком положении («жесткая продувка») усиливается вынос капель металла отходящими газами и абразивный износ фурмы каплями металла, существенно замедляется шлакообразование и др. С учетом этого в конвертерах разной емкости фурму устанавливают на высоте, соответствующей расстоянию до уровня ван­ны в спокойном состоянии от 0,8 до 3,3 м. В этих пределах высота обычно возрастает при увеличении емкости конвертера и за­висит также от конкретных условий работы данного конвертера.

Изменение высоты положения фурмы во время продувки обычно используют для регулирования окисленности шлака и ускорения его формирования. Обогащение же шлака окислами железа, как известно, существенно ускоряет растворение извести, т.е. шлакообразование; при этом, естественно, несколько уменьшается поступление кислорода в ме­талл и, следовательно, скорость окисления углерода.

Повышение положения фурмы и снижение давления и рас­хода кислорода, вызывая уменьшение глубины внедрения струй в ванну, обеспечат повышение окисленности и скорости формирова­ния шлака и некоторое замедление окисления углерода; опускание фурмы и повышение давления и расхода кислорода — снижение окис­ленности шлака и ускорение окисления углерода.

Наиболее часто на практике пользуются изменением уровня по­ложения фурмы, применяя так называемую «двухступенчатую про­дувку», когда для ускорения шлакообразования продувку начинают при повышенном положении фурмы, и затем ее опускают до опти­мальной высоты.

В период интенсивного газовыделения, которое наблюдается в середине продувки, для улучшения шлакообразования фурму иногда несколько поднимают (обычно на 100-200 мм). Такой подъем фур­мы особенно необходим при переделе низкомарганцовистых чугунов, когда обычно наблюдается так называемое свертывание шлака (полная потеря жидкоподвижности его), вызванное резким сниже­нием содержания оксидов железа. В конце продувки в случаях выплавки низкоуглеродистой стали фурму опускают немного ниже основного положения, что позволяет несколько уменьшить окисленность шлака и металла.

Продувку при повышенном положении фурмы применяют также для дополнительного нагрева ванны, который при этом достигает­ся в результате окисления некоторого количества железа и дожи­гания части СО до СО₂ над ванной.

Положение фурмы изменяют и при появлении выбросов. Если выбросы появ­ляются в начале плавки, когда шлак не сформировался, произво­дят подъем фурмы (на 100-300 мм). Если выбросы появляются при сформировавшемся шлаке, фурму опускают без снижения или с одновременным снижением интенсивности продувки.

Интенсивность продувки в отличие от расхода кислорода в единицу времени, который возрастает при росте емко­сти конвертера и для большегрузных конвертеров достигает 2000 м³/мин, не зависит от емкости; она определяется главным обра­зом конструкцией кислородной фурмы (числом сопел в ней) и яв­ляется почти постоянной в условиях того или иного конвертерного цеха. На разных заводах величина интенсивности J находится в пре­делах 2,5—5,0 и иногда доходит до 7 м³/т-мин).

Интенсивность подачи кислорода J определяет длительность продувки t, которая так же как и величина J не зависит от емкости конвертера. Связь между величинами t и J примерно можно вы­разить следующим уравнением: t = Q/J, где Q — удельный расход кислорода, равный как выше от мечалось 47—57 м³/т.

С целью сокращения длительности плавки интенсивность про­дувки стремятся увеличить. Однако опыт показал, что имеется определенный допустимый уровень интенсивности продувки, после превышения которого начинаются выбросы металла и шлака из конвертера. Объясняется это тем, что при росте расхода кислорода возрастает скорость окисления углерода, и следовательно, количе­ство выделяющихся пузырьков окиси углерода, вспенивающих ванну; при подъеме вспенившейся ванны до уровня горловины могут по­явиться выбросы.

Опыт показал, что допустимый уровень интенсивности продувки тем выше, чем больше число сопел в фурме. Применяемые в настоящее время трех- семисопловые фурмы обеспе­чивают, как отмечалось, интенсивность продувки от 2,5 до 5— 7 м³/т-мин); расход кислорода через одно сопло не превышает 150—250 м³/мин.

Чистота кислорода оказывает большое влияние на качество стали, поскольку от нее зависит содержание в стали азота. Так, например, при использовании кислорода со степенью чистоты 98,3—98,7 % сталь содержит 0,004—0,008 % N, а при степени чистоты кислорода 99,5—0,002—0,004 % N. Поглощение металлом азота, несмотря на его очень низкое содержание в дутье, объясняется наличием зоны высоких температур (2500 °С) и высоким давлением дутья, обеспечивающим значительное парциальное давление азота в реакционной подфурменной зоне. Опыт показал, что для предотвра­щения насыщения металла азотом необходимо применять кислород c чистотой не менее 99,5 %.

<< Prev - Next >>