Читайте также:
|
Шихтовые материалы кислородно-конвертерного процесса состоят из:
1) металлической (чугун, скрап, раскислители и легирующие добавки);
2) неметаллической (сыпучие твердые охладители, флюсы) частей.
Чугун, обычно применяют передельный следующего состава (ГОСТ 807-70), % мас.: 3,9¸4,3 С; 0,5¸1,0 Si; 0,4¸1,7 Mn; 0,03¸0,06 S; 0,05¸0,15 P (за рубежом используют чугун с более широкими пределами изменения состава). Температура чугуна обычно 1250¸1400 °С.
Состав чугуна, в частности содержание кремния оказывает большое влияние на ход процесса, качество стали, стойкость футеровки, технико-экономические показатели работы, особенно при охлаждении ванны железной рудой. С повышением содержания кремния в чугуне увеличивается выделение тепла в ванне и поэтому требуется большая присадка охладителей (например, руды, извести); в результате увеличивается количество шлака и содержание кремнезема в нем, потери железа с шлаком и выбросами. Соответственно снижается выход годного и стойкость футеровки. Ухудшается дефосфорация и десульфурация металла, особенно при работе без скачивания первичного шлака. Скачивание шлака увеличивает продолжительность продувки и снижает выход годного. При низком содержании кремния в чугуне (<0,3 %) замедляется растворение извести (т.е. образование шлака), удлиняется безшлаковый период в начале плавки, что приводит к заметалливанию и прогарам фурмы, ухудшается десульфурация в связи с малым количеством шлака. Снижение содержания кремния в чугуне (в связи с особенностями доменного процесса) обычно сопровождается ростом серы в нем. Лучшие показатели кислородно-конвертерного процесса получены при содержании кремния 0,3¸0,5 % при охлаждении процесса рудой (допускается 0,4¸0,8). При охлаждении ванны скрапом (ломом) оптимальное и допустимое содержание кремния выше вследствие смягчения его вредного действия при разбавлении металлической ванны скрапом.
Низкое содержание марганца в чугуне вызывает замедление шлакообразования, поскольку в первичных шлаках будет содержаться мало закиси марганца, ускоряющей растворение извести. С ростом содержания марганца в чугуне несколько снижается концентрация серы в чугуне и в готовой стали, в ряде случаев улучшается шлакообразование, но при этом увеличивается угар металла и снижается выход годного. Считают, что чугун должен содержать 0,45¸1,0 % Mn.
Содержание фосфора в чугуне не должно превышать 0,3 % (желательно <0,15 %, при большем необходимо промежуточное скачивание шлака, что снижает производительность конвертера). С ростом содержания фосфора увеличивается количество шлака в конвертере (обычно требуется проводить его скачивание в середине плавки), несколько снижается производительность агрегата, выход годного, стойкость футеровки. При содержании фосфора до 0,15 % можно работать без слива первичного шлака.
Поскольку десульфурация металла при плавке протекает недостаточно полно, чугун должен содержать <0,07 % S. Повышение содержания серы в чугуне приводит к увеличению его в стали, что нежелательно, т.к. она является вредной примесью (допустимое содержание серы в чугуне 0,04¸0,05 %). Необходимо не допускать попадание сернистого (доменного) шлака в миксер и в конвертер (содержание серы в таком шлаке до 1,0 %).
Скрап (ГОСТ 2787–86 «Лом и отходы черных металлов. Шихтовые. Классификация и технические требования», ГОСТ 1639–71 «Лом и отходы цветных металлов и сплавов. Общие требования»; ГОСТ 1993–73 «Лом и отходы цветных металлов и сплавов. Правила сбора, первичной обработки, хранения и транспортирования») применяется в качестве охладителя процесса. Количество присаживаемого скрапа увеличивают при повышении содержания кремния и марганца в чугуне, температуры футеровки конвертера перед плавкой, а также при уменьшении содержания углерода в стали заданной марки (так как в этом случае увеличивается угар железа) и достигает обычно 20¸30 % от веса жидкого чугуна. Лом должен быть чистым от посторонних примесей и малогабаритным, так как большие куски могут при загрузке механически повредить футеровку конвертера. С увеличение размеров кусков лома увеличивается продолжительность их растворения в металле (крупные куски могут не успеть раствориться за время плавки). Применение легковесного лома или стружки нежелательно в связи с увеличением продолжительности завалки. Наиболее удобный лом – отходы прокатных цехов.
Сыпучие твердые охладители (окислители) – железная руда (21–22 класса ТУ 14-9-289-84), агломерат, окатыши или брикеты из руды, или концентрата, прокатная окалина(фракционный состав 10¸80 мм).
Их преимущества по сравнению с ломом:
а) возможность их подачи в конвертер порциями по ходу продувки, что сокращает длительность цикла плавки (примерно на 5¸10 %);
б) уменьшение удельного расхода газообразного кислорода (на 12¸15 %) в связи с тем, что все перечисленные охладители содержат легко усваиваемый ванной кислород в виде окислов железа;
в) улучшение шлакообразования в связи с тем, что руда вносит в ванну окислы железа (растворитель извести) и не охлаждает так сильно ванну в начале плавки, как лом, вводимый обычно одной порцией;
г) пригар (восстановление железа из руды).
Преимущества лома по сравнению с сыпучими материалами:
а) более постоянный охлаждающий эффект и полное (100 %) усвоение, что обеспечивает достижение оптимальной температуры для заданной марки стали и способствует повышению ее качества, уменьшение потерь металла при разливке;
б) более спокойное течение процесса (без выбросов), что способствует повышению выхода годного;
в) малое количество примесей в ломе, что уменьшает общий угар элементов, расход шлакообразующих, количества шлака, потери железа со шлаком.
Выбор метода охлаждения плавки определяются местными технологическими и экономическими условиями (наличием лома, средств для его разделки, ценой лома и др.). В большинстве случаев применение лома более целесообразно, чем применение руды обычного качества. Хорошие результаты дает комбинированный метод охлаждения: в основном ломом и комбинированными присадками руды (агломерата) для регулирования температуры металла по ходу продувки.
Нельзя применять пылевидную железную руду. Куски должны быть размером от 10 до 100 мм. Руда должна содержать >62 % Fe и менее 8 % SiO2.
Требования к сыпучим материалам: содержание железа должно быть высоким, а содержание кремнезема (менее 8 %), влаги, серы и мелких фракций – низким. Более низкое содержание кремнезема присуще окалине (менее 2,5 % SiO2), а также агломерату, окатышам, брикетам, изготовленных из рудных концентратов. Поэтому их применение предпочтительнее. Количество сыпучих охладителей в шихте в случае плавки без использования лома зависит от состава чугуна и его температуры, обычно составляет 4¸7 %.
В качестве флюсов (шлакообразующих) используют известь, известняк, боксит, плавиковый шпат, соду.
Известь (СаО) в значительной степени определяет ход шлакообразования, десульфурации, дефосфорации и основные показатели кислородно-конвертерной плавки (выход стали, расход материалов). Должна быть свежеобожженной (ОСТ 14-16-42-90 «Известь для сталеплавильного и ферросплавного производства», марки ИС-1, ИСД-1 и ИС-2), равномерного состава и содержать >90 % СаО, менее 3 % SiO2 и не более 0,10 % S, размер кусков 20¸50 мм. Применение более мелких кусков недопустимо, т.к. они будут вынесены из конвертера отходящими дымовыми газами. Содержание влаги в извести должно быть минимальным.
Боксит и плавиковый шпат (CaF2, ГОСТ 7618–83) присаживают для ускорения шлакообразования и обеспечения нужной вязкости (разжижения) шлака. Боксит Б–6 по ГОСТу содержит 37¸50 % Al2O3, 10¸20 % SiO2 и 12¸25 % Fe2O3. Влаги много: 10¸20 %, поэтому его сушат. Большое количество влаги приводит к повышению в стали содержания водорода и выбросам при загрузке в конвертер боксита. Главное шлакообразующее воздействие оказывает содержащийся в боксите глинозем. Отрицательной особенностью боксита является высокое содержание в нем кремнезема, иногда превышающее 20 %, что увеличивает количество шлака и снижает стойкость футеровки конвертера. Содержание кремнезема в боксите не должно превышать 0,5¸1,0 % от массы металлической шихты. В настоящее время вместо боксита чаще используют плавиковый шпат (85¸95 % CaF2), содержащий не более 5 % SiO2. Его присадка значительно ускоряет растворение извести и формирование подвижного основного шлака.
3.3. Технология плавки
Плавка состоит из следующих периодов:
- наклоняют конвертер и загружают лом одним лотком с помощью крана;
- заливка чугуна, конвертер переводят в вертикальное положение;
- подают кислород и опускают фурму, начало продувки с одновременной подачей первой порции сыпучих шлакообразующих (извести, боксита или плавикового шпата и железной руды 2/3 от общего количества) через горловину;
- подача оставшихся шлакообразующих порциями (от двух до пяти порций) по ходу продувки в течение первой трети ее длительности с помощью специального выдвижного желоба (автоматизированной системы, состоящей из ряда бункеров для хранения сыпучих, питателей, весов и лотков, находящихся над конвертером);
- повалка конвертера для отбора проб металла, шлака и замер температуры;
- слив металла, раскисление и легирование;
- слив шлака;
- отбора проб металла, шлака и замер температуры.
В зависимости от содержания фосфора в чугуне и требуемого его содержания в готовой стали, а также от содержания углерода и серы в ней процесс ведут со спуском (чаще в середине продувки) или без спуска промежуточного шлака. Для ускорения растворения в шлаке извести в конвертер вводят боксит и плавиковый шпат. Последний действует эффективнее и добавляется в количестве 0,15¸0,4 % к массе металла. Чем больше требуемая степень дефосфорации и десульфурации, тем больше расходуется плавикового шпата.
Лом и железную руду используют для охлаждения металлической ванны. Лом обычно подают измельченным (в виде «сечки»). Руда используется не только для охлаждения, но и является окислителем. При ее применении снижается содержание примесей в металле, сокращается время плавки, уменьшается расход кислорода на 10 %, повышается стойкость футеровки конвертора. Степень охлаждения металлической ванны при использовании руды в 3,5 раза выше, чем при использовании лома.
При проведении продувки кислородная фурма устанавливается в строго определенном положении по высоте. Расстояние от головки фурмы до уровня спокойной ванны в зависимости от емкости конвертера и принятой технологии составляет 0,7¸3,0 м. Благодаря высокому давлению кислородные струи внедряются в жидкий металл и вызывают его циркуляцию и перемешивание со шлаком. По мере растворения извести основность шлака увеличивается и к концу продувки превышает значение 2,5, что обеспечивает удаление в шлак серы и фосфора. Шлаковый режим оказывает существенное влияние на ход плавки, на качество выплавляемой стали, а также на стойкость футеровки конвертера. Важно обеспечить не только нужные свойства шлака, но и как можно более раннее его образование. Для ускорения шлакообразования присаживают плавиковый шпат или боксит.
В начале продувки передельного чугуна происходит энергичное окисление кремния, марганца и фосфора; окисление углерода в этот период обычно замедляется, а шлак обогащается окислами железа. С нагревом ванны скорость окисления углерода возрастает, достигает максимума в середине плавки, при этом часто происходят выбросы металла из конвертора. Предотвратить выбросы можно опусканием фурмы и уменьшением подачи кислорода. Четкого деления плавки на периоды, с точки зрения последовательности окисления примесей не наблюдается. Изменение химического состава металла за время продувки приведено на рисунке 4.
После снижения содержания углерода до заданного продувку прекращают (момент окончания продувки определяют по количеству израсходованного кислорода, по длительности, по виду пламени и искр, вырывающихся из горловины конвертера), поднимают фурму выше горловины и наклоняют конвертер. Отбирают пробы, замеряют температуру металла, выпускают, раскисляют и легируют сталь. Если содержание углерода выше требуемого, производят додувку плавки (при низком содержании углерода – производят науглероживание металла, например, термоантрацитом).
Сталь из конвертера обычно сливают в сталеразливочный ковш не через горловину, а через специальную летку (сталевыпускное отверстие) в шлемовой части конвертера, которая предварительно разделывается. Это уменьшает перемешивание металла со шлаком, предотвращает возможный обратный переход фосфора в металл.
Раскисление стали проводят осаждающим методом в ковше во время выпуска. В конвертер раскислители не вводят во избежание их большого угара. При выплавке спокойной стали раскислители вводят в струю металла в следующей последовательности:
– в начале ферромарганец или силикомарганец;
– затем ферросилиций;
– в последнюю очередь алюминий.
Кипящую сталь раскисляют одним ферромарганцем.
 |
Расход алюминия на раскисление в зависимости от содержания углерода в выплавляемой стали составляет 0,15¸0,80 кг на 1 тонну стали и увеличивается при снижении содержания углерода.
В целях получения стали с заданными свойствами применяют в качестве добавок различные сплавы: феррохром, никель и др. Для науглероживания металла применяют электродную муку, молотый кокс, термоантрацит.
Остатки шлака сливают в шлаковую чашу. Температура стали на выпуске 1620¸1670 °С, зависит от заданной марки стали и применения методов внепечной обработки металла: обработка синтетическим шлаком (СШ), твердыми шлакообразующими смесями (ТШС), вакуумирование, продувка аргоном, модифицирование порошок содержащей проволокой в ковше, обработка шлакообразующими смесями (ШОС) перед разливкой в промежуточном ковше и в кристаллизаторе и др.) Далее металл разливают в слитки или на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).
При взаимодействии кислорода с жидким металлом температура быстро возрастает до величины, при которой начинается испарение железа. Пары железа, выносимые газом, окисляются, образуя бурую пыль, что является особенностью и недостатком конвертерного процесса. Запыленность газа, выделяющегося из конвертора, достигает 200 г/м3, а размер частиц пыли не превышает 1 мкм. Температура газов, выходящих из конвертора, достигает 1500¸1700 °С, а содержание в них СО составляет ~90 %. Поэтому этот газ необходимо направлять в котлы-утилизаторы, очищать от пыли, а оставшийся газ сжигать в факелах или отводить в газгольдеры и использовать как топливо или химическое сырье. В качестве альтернативы можно дожигать, используя тепло отходящих газов в котлах-утилизаторах, затем очищать газ от пыли и выбрасывать в атмосферу при запыленности менее 100 мг/м3.
В конвертере, работающего с дожиганием, газ при продувке поступает из него в камин, при этом он смешивается с воздухом из окружающей атмосферы и сгорает. Горячие отходящие газы отдают тепло в котле-утилизаторе, а затем направляются в охладитель (чаще всего с водяными форсунками), где охлаждаются до температуры, допустимой для пропускания через пылеулавливающее устройство (чаще трубы Вентури и циклоны). Вентилятор засасывает отходящие газы в пылеочистное устройство и направляет оттуда их в дымоход. В дымоходе постоянно горит факел, исключающий взрыв газа. Пыль из газа осаждается в коленном промывном устройстве и смывается в отстойник, откуда отправляется на дальнейшую переработку. Азот, необходимый для продувки очистной установки, подается по трубопроводу. При поломках и авариях газ выбрасывается в атмосферу через дымовую трубу.
Дымообразование при продувке металла кислородом в конвертере существенно (на 1,0¸1,5 %) снижает выход годного металла. Снизить количество образующейся в процессе LD пыли можно путем увеличения количества кремния и марганца в металле и добавления водяного пара к кислородному дутью (особенно при высоком содержании углерода в металлической ванне). При содержании ~3 % С в ванне введение 50 % H2O в струю кислорода приводит к трехкратному снижению количества пыли. К сильному снижению пыли приводит использование комбинированного дутья или донного.
Переход от использования односопловых фурм к многосопловым снизил потери металла с пылью в 1,2¸2 раза за счет рассредоточения дутья и ускорения формирования шлака.
Дата добавления: 2015-11-26; просмотров: 117 | Нарушение авторских прав