Особенности производства стали

Технология плавки - отличительные особенности

Шлакообразование при донной подаче дутья и использовании кусковой извести ухудшается вследствие снижения температуры шлака и содержания в нем оксидов железа. Снижение температуры шлака вызвано перенесением высокотемпературной реакционной зоны из верхних горизонтов ванны в объем металла. В этих условиях температура шлака близка к температуре металла, которая в первой половине плавки < 1500°С.

Уменьшение содержания оксидов железа связано с интенсификацией перемешивания металла и шлака и более восстановительным характером газовой фазы (содержание СО₂ в газовой фазе при верхнем дутье - 10 %, а при донной не более 3-4%). В этих концентрация оксидов железа обычно не превышает 5-6% (при верхней продувке 15-20%).

Поэтому нормальная выплавка углеродистой стали в конвертерах с донной подачей кислорода возможна только при использовании порошкообразной извести, вдувая ее также снизу в струе кислорода. В этом случае создаются благоприятные условия для шлакообразования, особенно в начальной стадии этого процесса.

Поведение примесей

За время продувки окисляется избыточный углерод, кремний, часть марганца; формируется шлак, в который удаляются фосфор и сера; расплавляется стальной лом; за счет тепла реакций окисления нагревается металл. Вначале, как и при продувке сверху, преимущественно окисляются кремний и марганец. Вместе с тем для процесса характерен ряд отличий, связанных прежде всего с тем, что при подаче дутья через несколько фурм снизу обеспечивается резкое усиление интенсивности перемешивания ванны.

В этих условиях существенно увеличивается поверхность контакта металл--газ и металл-шлак, что ведет к снижению окисленности шлака. Поэтому содержание FeO в шлаке по ходу продувки не превышает 5--6 %.

Из-за низкого содержания FeO в шлаке реакция окисления марганца

[Мn] + (FeO) = (MnO) + Fe

получает ограниченное развитие и количество окисляющегося за время продувки марганца (30-40 %) меньше, чем при верхней продувке (70-80%).

Окисление фосфора. При донной подаче дутья с применением порошкообразной извести дефосфорация протекает несколько полнее, чем при верхней подаче дутья.

Удаление серы. При донной подаче дутья с порошкообразной известью возрастает коэффициент распределения серы между шлаком и металлом (при В= 3-3,5 Lg= 6-8, может достигать 10), и доля серы, переходящей в газовую фазу (15-20%), поэтому общая степень десульфурации (переход в шлак и газовую фазу) увеличивается и обычно составляет 50-60% (при верхней подаче дутья 30-50%).

Особенностью процесса является то, что водород, образующийся в результате термического разложения вдуваемых углеводородов, растворяется в металле и в конце продувки содержание водорода достигает 6--9 см³ на 100 г металла, что недопустимо для сталей многих марок. Для удаления избыточного водорода перед выпуском проводят кратковременную (в течение 10--60 с) продувку металла аргоном; содержание водорода при этом снижается до 2--4 см³ на 100 г.металла.

Длительность продувки в зависимости от интенсивности подачи кислорода изменяется от 8 до 14 мин, удельный расход кислорода 45-55 м³/т, природного газа 4--5 м³/т, пропана 1,5 м³/т, жидкого топлива 2--3 л/т. Расход азота на продувку металла и на подачу в межплавочные периоды через фурмы с целью их охлаждения достигает 15--20 м³/т.

Тепловой баланс плавки при донной подаче дутья, несмотря на введение некоторого количества топлива, ухудшается. Это связано в основном с тем, что сжигание топлива происходит неполно, выделяющееся тепло обычно не компенсирует затраты тепла на разложение углеводородов; кроме того, уменьшается окисление железа. Вследствие этого доля лома в шихте при донной подаче дутья снижается на 2-5% по сравнению с верхней подачей.

12. Сравнение процессов с верхней и донной продувкой кислородом

Конвертерный процесс с донной подачей кислорода по сравнению с верхней подачей дутья, обладая значительно лучшими условиями взаимодействия дутья с ванной, имеет следующие основные преимущества:

в 3--5 раз уменьшаются потери железа с отходящими газами, поскольку наиболее крупные частицы бурого дыма (Fе₂О₃) поглощаются при прохождении через слой металла и шлака

почти отсутствуют потери с выбросами из-за более спокойного хода продувки;

в 1,5--2 раза уменьшаются потери железа со шлаком вследствие меньшего содержания в шлаке окислов железа;

увеличивается выход жидкой стали на 1,5-2% из-за п.1-3;

повышается и стабилизируется степень усвоения кислорода ванной, что облегчает управление процессом;

появляется возможность повышения интенсивности продувки, следовательно, производительности конвертера на 5-10%;

уменьшение расхода кислорода, объясняемое лучшим (на 5--10 %) его использованием в связи с тем, что окисляется меньше железа и меньшее количество углерода окисляется до СО₂ (в отходящих газах содержится <5 % СО₂, тогда как при продувке сверху до 10--15 %);

уменьшение количества окисляющегося при продувке марганца, что ведет к экономии ферромарганца;

более высокая степень дефосфорации и десульфурации;

уменьшается поглощение азота дутья вследствие понижения температуры в зоне взаимодействия кислорода и металла;

создаются благоприятные условия для организации вдувания в ванну различных инертных газов (аргона, азота) и порошкообразных материалов (извести, графита, угля и др.).

уменьшение высоты конвертерной установки из-за отсутствия вертикально-перемещаемых фурм, что упрощает сооружение конвертерного цеха;.

Вместе с тем, для процесса с донной продувкой кислородом характерны следующие недостатки:

необходимо применение порошкообразной извести, что требует специального оборудования для ее помола и вдувания;

необходима продувка металла инертным газом для удаления водорода, а также подача через фурмы инертного газа или воздуха в межплавочные периоды для охлаждения фурм;

усложняется конструкция и эксплуатация днища с системой подвода кислорода, защитной среды, инертного газа и измельченной извести;

возникают простои конвертера при замене днищ, которая длится 8--20 ч;

на 2--5 % уменьшается количество перерабатываемого лома, что связано с затратой тепла на разложение углеводородов и уменьшением прихода тепла от окисления железа (в шлак) и в результате уменьшения доли углерода, окисляющегося до CO₂;

необходимы специальные устройства для улавливания дыма и выносимых из конвертера капель металла при его наклоне.

Конвертерный процесс с донным топливно-кислородным дутьем хотя и имеет ряд преимуществ по сравнению с процессом с верхней подачей дутья, однако его применение целесообразно лишь в специфических условиях: при переделе высокофосфористых и ванадийсодержащих чугунов, а также при выплавке особонизкоуглеродистой стали (< 0,05% С) из любого чугуна. При переделе обычных чугунов на сталь с нормальным содержанием углерода предпочтительна верхняя подача дутья, поскольку можно работать на кусковой извести и обеспечить стойкость футеровки конвертера на порядок выше.

13. Конвертерные процессы с комбинированной продувкой