Перспективы развития конверторного производства

Тщательный анализ преимуществ и недостатков способов выплавки стали в конвертерах с верхней и нижней продувкой привел к созданию процесса, в котором металл продувается сверху кислородом и снизу - кислородом в защитной рубашке или аргоном (азотом). Использование конвертера с комбинированной продувкой по сравнению с продувкой сверху или снизу обеспечивает:

· снижение окисленности конечного шлака на 10 - 20% и повышение выхода годного на 0,2 - 0,3%;

· гомогенизацию металла в конвертере по составу и тем­пературе и повышение точности попадания в анализатор на выпуске (это позволяет сократить среднюю продолжительность продувки на 0,1 - 1,5 мин);

· снижение содержания углерода в конце продувки;

· снижение расхода раскислителей.

Благодаря выше перечисленным качествам комбинированная продувка получает все более широкое расп­ространение не только в России, но и за рубежом.

Комбинированная продувка

Широкое распространение этого способа продувки объясняется тем, что в рамках одной технологии одновременно реализуются основные преи­мущества как верхней, так и донной продувки. Основным сохраняемым преимуществом верхней продувки является ран­нее формирование основного шлака; основным сохраняемым достоинством донной продувки - интенсивное перемешивание ванны, в том числе металла и шлака, в связи с чем пони­жается их окисленность, улучшаются дефосфорация и десульфурация металла, уменьшается вспенивание ванны, возможно увеличение расхода лома и др.

Находят применение много разновидностей комбинирован­ной продувки, которые помимо подачи кислорода через фурму сверху включают следующие способы подачи газов через днище (снизу):

1. нейтральных газов (Ar, N₂) и реже СО₂ через пористые огнеупорные блоки в днище, за рубежом этот процесс полу­чил название ЛБЕ;

2. нейтральных газов через фурмы, выполненные в виде трубок, каналов в футеровке, кольцевых щелей; применяемые разновидности способа за рубежом - ЛД-ЦБ, ТБМ, ЛД-КГ, ЛД-ОТБ, НК-КБ, ЛД-КБ, ЛДС, НК-ЦБ, ЛД-КГЦ, ЛД-АБ;

3. кислорода, иногда с С0₂, через донные фурмы в коль­цевой защитной оболочке из углеводородов (ЛД - ОБ, ЛД - ХЦ, ЛЕТ);

4. кислорода с нейтральными газами в кольцевой оболочке из нейтральных газов (СТБ);

5. воздуха в кольцевой защитной оболочке из нейтральных газов (БАП);

6. кислорода с порошкообразной известью в кольцевой за­щитной оболочке (К - ОБМ, К - БОП), при этом подача кислорода сверху может производиться через специальные фурмы в верхней конусной части конвертера.

В процессах комбинированной продувки с вдуванием кис­лорода снизу его расход через дно составляет 10—20 % об­щего расхода и иногда более, а интенсивность продувки че­рез днище постигает 1-1,5 м³/(т * мин); в процессах с по­дачей через дно лишь инертных газов интенсивность продув­ки через дно составляет 0,02-0,25 м⁵/(т * мин). В зару­бежной практике наиболее широко распространен процесс ЛБЕ— продувка кислородом сверху и нейтральными газами снизу через пористые огнеупорные блоки в днище. Это объясняется тем, что из-за малого диаметра (1 - 1,5 мм) газопроводящих каналов (пор) в пористых блоках, жидкий металл не затекает в них даже при прекращении подачи га­за. Поэтому в любой момент можно изменить расход ней­трального газа или прекратить его подачу, гибко варьируя технологию продувки.

Необходимо отметить, что различия между многими про­цессами комбинированной продувки незначительны, большое же число названий связано в основном с престижными и па­тентными интересами частных металлургических фирм.

Особенностью устройства конвертера при таком виде продувке можно выделить две разновидности конвертеров. Одна из них - это конвертеры для про­дувки кислородом сверху и через дно. Они ничем не отли­чаются от конвертеров донкой продувки, имеют вставное днише с фурмами для подачи кислорода в кольцевой защитной оболочке.

Другая разновидность - это конвертеры для продувки кислородом сверху и нейтральными газами через дно; зачас­тую это переоборудованные конвертеры верхнего дутья. Кон­вертеры этой разновидности оборудованы вставными днищами с устройствами для вдувания газов и системой подвода га­зов к днищу через полые цапфы конвертера. Для рабочего слоя футеровки конвертера, как и у конвертеров верхней продувки применяют в основном без обжиговые смоло- и пекосвязанные огнеупоры на основе СаО и МgО. В футеровке днищ эти огнеупоры показали низкую стойкость, поэтому приме­няют магнезитохромитовые, магнезитоуглеродистые огнеупоры и разрабатывают новые, более стойкие в условиях службы днища.

Для вдувания нейтральных газов в футеровке днища уста­навливают 4-16 фурменных устройств - огнеупорных блоков, в которых имеются газопроводящие каналы. Применяют блоки с одним газопройодящим каналом (рис. 9.15, а), с нескольки­ми каналами (рис. 9.15,6) и пористые, с направленной по­ристостью (рис. 9.15, в). В поперечном сечении каналы могут быть круглыми или иметь форму плоской либо кольцевой щели. Чаще применяют блоки с каналами круглого сечения; они представляют собой либо круглое отверстие в огнеупоре, как это показано на рис. 9.15, а, либо вмонтированную в огнеупор стальную трубку. Диаметр

Рис. 9.15. Разновидности упорных блоков (фурм) с одним газоотводящим каналам (а), с несколькими (б), с направленной пористостью (в), для подачи нейтральных газов через дно: 1 – газоотводящая труба; 2 – каналы; 3 – закладная втулка; 4 – кассета из стальных листов.

канала в одноканальных блоках достигает 8 мм. Пористый блок сечением 100 х 150 мм может иметь до 50 каналов диаметром 1-1,5 мм.

Нейтральный газ подводят либо непосредственно к каналу блока (на рис. 9.15, а - через вмонтированную в огнеупор цилиндрическую втулку 3), либо через охватывающую огне­упорный блок кассету 4 (рис. 9.15, б, в) из стальных лис­тов. Фурменные блоки на разных заводах располагают разно­образными способами - в одной половине днища и по всей его площади, параллельными рядами и по окружности и дру­гими способами, добиваясь за счет этого улучшения переме­шивания и основных показателей плавки. Стойкость днищ обычно ниже стойкости футеровки стен, и днище приходится заменять чаще, чем футеровку стен.

Многочисленные варианты комбинированной продувки можно в основном свести к двум разновидностям: продувке кислородом сверху и снизу и продувке кислородом сверху и нейтральными газами снизу. Как уже отмечалось, наибольшее распространение получила вторая разновидность комбиниро­ванной продувки, поскольку она может обеспечить высокую интенсивность перемешивания ванны и в то же время более проста и требует заметно меньших затрат при переоборудо­вании конвертера и цеховых коммуникаций на комбинирован­ную продувку.

Ниже дана краткая характеристика технологии комбини­рованной продувки, основанной на опыте отечественных кон­вертерных цехов. Продувку кислородом сверху ведут через обычные и иногда через двухъярусные фурмы. Нейтральные газы (N₂, Аr) подают через одноканальные фур­менные блоки, число которых изменяется от 4 до 10. Обычно снизу в течение большей части продувки подают азот, а в ее конце азот заменяют аргоном. Это делают, чтобы предот­вратить растворение в металле азота, которое, как извест­но, усиленно идет при высоких температурах; в начале же продувки при низкой температуре металла азот в нем почти не растворяется, и поэтому используют менее дефицитный, чем аргон, и более дешевый азот.

Плавка состоит из тех же периодов, что и при верхней продувке, иногда после окончания продувки кислородом предусматривают дополнительный период - проду­вку аргоном длительностью до 3-6 мин. Режим подачи кисло­рода через верхнюю фурму (интенсивность продувки, измене­ние высоты положения фурмы по ходу продувки) примерно та­кой же, как и при верхней продувке. Режим подачи нейт­ральных газов через донные фурмы рекомендуется следующий.

Во время завалки лома, заливки чугуна подают азот с интенсивностью 0,015-0,05 м³/(т * мин). В течение первых 30 % длительности продувки подают азот с расходом 0,02-0,15 м³/(т * мин). В середине продувки (примерно от 30 до 65 % ее длительности), когда велика скорость окисления углерода и ванна интенсивно перемешивается пузырями СО, расход азота снижают до 0,02-0,06 м³/(т * мин). В течение оставшегося времени кислородной продувки расход газа уве­личивают до 0,08-0,30 м³/(т * мин), причем за 2-4 мин до окончания продувки азот обычно заменяют аргоном.

Во время повалки конвертера, отбора проб, ожидания анализа, слива металла и шлака через донные фурмы подают аргон или азот с расходом от 0,02 до 0,05-0,08 м³/(т * мин). При появлении в ходе продувки призна­ков выбросов расход азота увеличивают до максимальной пропускной способности донных фурм.

Характер изменения состава металла и шлака по ходу продувки остается таким же, как и при верхней продувке. Вместе с тем, благодаря дополнительному перемешиванию ванны подаваемыми снизу газами, уменьшается вспенивание ванны и вероятность выбросов, снижается со­держание FеО в шлаке (примерно на 5 *%), повышается сте­пень дефосфорации и десульфурации, уменьшается количество окисляющегося марганца.

Продувку заканчивают после получения в металле задан­ного содержания углерода. Иногда после окончания кисло­родной продувки проводят дополнительную продувку аргоном снизу в течение 1-3 мин с расходом до 0,3 м³/(т * мин); при этом снижается окисленность шлака и содержание угле­рода в металле в результате протекания реакции (FеО) + + [С] = Fе + СО и в металле снижается содержание фосфора (примерно на 20-30 %) и серы (примерно на 10-25 %). При выплавке особо низкоуглеродистых сталей кислородную про­дувку прекращают при содержании углерода в металле 0,03 -0,04 % и затем ведут перемешивающую продувку аргоном в течение 3—6 мин, получая низкоуглеродистый (до 0,01 % С) металл при невысоком содержании FеО в шлаке, т.е. без по­вышенного угара железа.

Основные достоинства комбинированной продувки при по­даче нейтральных газов через дно в сравнении с верхней продувкой:

· уменьшение вспенивания ванны и отсутствие выбросов;

· более низкая окисленность шлака и металла в течение всей продувки;

· более высокий выход годного металла из-за уменьшения выбросов и потерь железа со шлаком в виде оксидов;

· более полное удаление в шлак фосфора и серы, что по­зволяет снизить расход шлакообразующих;

· кроме того, улуч­шается усвоение шлаком извести; возможность выплавлять низкоуглеродистую сталь без по­лучения переокисленного шлака и больших при этом потерь железа;

· некоторое уменьшение количества окисляющегося при про­дувке марганца; при технологии, предусматривающей дожигание СО в по­лости конвертера лучшее усвоение ванной тепла от дожигания СО, что позволяет увеличить расход лома в большей степени, чем при продувке сверху.

Недостатком процесса считают необходимость снижения расхода лома (или увеличения расхода чугуна на 5-10 кг/т стали) в связи с тем, что уменьшается приход тепла от окисления железа в шлак и расходуется тепло на нагрев по­даваемых в конвертер холодных нейтральных газов.