Скрап-кислородный процесс
Скрап-кислородный процесс отличается от скрап-рудного лишь тем, что в периоды плавления и доводки кислород твердых окислителей заменяется кислородом дутья. Эта замена при полном ее использовании позволяет увеличить производительность мартеновских печей в 1,5-2 раза. Преимущества скрап-кислородного варианта мартеновского процесса: во-первых, вдувание газообразного кислорода в ванну позволяет повысить в несколько раз скорость окислительного рафинирования металла; во-вторых, замена кислорода твердых окислителей, на разложение которых расходуется большое количество тепла, газообразным кислородом улучшает тепловой баланс плавки и приводит к снижению расхода топлива. Однако при вдувании кислорода в ванну обычно наблюдается некоторое снижение стойкости печи (увеличение расходов на огнеупоры и ремонтные работы) и неизбежно уменьшение выхода годной стали (вследствие почти полного исключения из шихты твердых окислителей и увеличения угара железа). Однако эти потери обычно меньше того выигрыша, который достигается при уменьшении продолжительности плавки (повышения производительности печи) и снижении расхода топлива.
Кроме того, при скрап-кислородном процессе гораздо проще управление реакцией окисления углерода, в частности легче достижение заданного содержания углерода в металле по расплавлении. Это объясняется тем, что расход вдуваемого в ванну кислорода, определяющий остаточное содержание углерода в металле, можно легко изменить (увеличить или уменьшить) по ходу процесса, например, взяв пробу металла и определив в нем содержание углерода до расплавления ванны. Такая корректировка невозможна при скрап-рудном процессе, так как все расчетное количество твердого окислителя присаживается в ванну в начале процесса - в период завалки сыпучих материалов.
Таким образом, скрап-кислородный процесс является не только самым высокопроизводительным способом мартеновского передела шихт с высоким содержанием чугуна, но и наиболее легко управляемым процессом.
Продувка ванны кислородом, являющаяся основной отличительной особенностью технологии скрап-кислородного мартеновского процесса, обычно начинается с момента заливки чугуна и ведется до начала чистого кипения, т. е. в течение главных по продолжительности и значению технологических периодов (операций). Основными параметрами продувочного периода плавки являются удельный расход дутья (Wд, м3/т), удельная интенсивность продувки [iо2 ,м3/(т-ч)] и продолжительность продувки (τп , ч). Они между собой связаны:
Удельный расход кислорода определяется расчетом по балансу кислорода, учитывающего коэффициент усвоения кислорода (обычно составляет 0,7-0,9, но может быть > 1, если во время продувки ванны имеет место интенсивное поглощение кислорода из атмосферы печи).
Удельный расход кислорода, вдуваемого в ванну в период плавления в основном зависит от доли чугуна в шихте, его химического состава и содержания углерода в металле по расплавлении. Кроме того, если плавку ведут с введением в период завалки твердого окислителя, расход кислорода зависит также от расхода последнего.
Обычно при скрап-кислородном процессе расход кислорода на продувку ванны в период плавления колеблется в пределах 15-25 м3/т, в период доводки 5-10 м3/т.
Удельная интенсивность продувки. Она обычно изменяется в пределах 5-20 м3/(т ч) в зависимости от конкретных условий работы цеха (печи). Практика показывает, что продувка с удельной интенсивностью < 5 м3/(т-ч) не оправдывает затраты на кислород и его подачу в ванну, сооружение газоочистки и т. п. При 20 м3/(т-ч) производительность мартеновских печей можно увеличить в два раза и более.
Однако полное использование этих возможностей интенсификации мартеновского процесса ограничено возможностями по кислороду и шихтоподаче. Кроме того, чем выше удельная интенсивность продувки, тем больше должна быть доля жидкого чугуна в шихте. Это объясняется тем, что скорость обезуглероживания увеличивается в большей степени, чем скорость нагрева металла, поэтому относительное изменение температуры ванны уменьшится, т. е. на нагрев ванны на одну и ту же величину требуется больше углерода. Поскольку углерод в ванну вносится чугуном, то его расход должен быть увеличен.
В связи с этим скрап-кислородным процессом работает только часть мартеновских печей, обычно имея удельную интенсивность продувки 6-8, редко 10 м3/(т ч). При этом производительность печей увеличивается на 25-35%, редко выше, а удельный расход кислорода для продувки составляет 15-25 м3/т.
Синхронизация процессов обезуглерож ивания и нагрева металла в скрап-кислородном мартеновском процессе обеспечивается гораздо легче, чем в конвертерных процессах благодаря тому, что, во-первых, проще контролировать текущие значения содержания углерода и температуры, во-вторых, имеется регулируемый подвод тепла извне.