Кислородно-конверторное производство

Впервые в мировой практике продувка чугуна кислородом была осуществлена инж. Н. И. Мозговым на машиностроительном заводе «Большевик» в г. Киеве в 1933 году. В период 1937 – 39 гг. в АН УССР была проведена серия опытов по продувке кислородом чугуна в ковшах с целью снижения содержания кремния, марганца и углерода. В 1944 г. продували чугун кислородом в конвертерах на Мытищинском машиностроительном заводе «Динамо», а за период 1944 – 52 годы экспериментировали продувку кислородом конвертеров вместимостью до 12,5 т различными способами: боковым, донным и подачей сверху. В 1945 г. был пущен первый кислородный конвертер на Тульском машиностроительном заводе, а в 1955 – 1957 гг. введены в строй конвертерные печи на Днепропетровском и Криворожском металлургических заводах. Большой вклад в развитие кислородного способа производства стали внес коллектив ЦНИИЧМ под руководством акад. И. П. Бардина. В зарубежной практике начали применять кислород в конвертерном производстве в Австрии (фирма «Фёст») с 1949 г.

УСТРОЙСТВО КИСЛОРОДНОГО КОНВЕРТЕРА

Устройство кислородного конвертера верхнего дутья (LD конвертер, BOF – от английского Basic Oxygen Furnace) показано на рисунке 4

Устройство кислородного конвертера верхнего дутья:

1 – корпус; 2 – футеровка; 3 – рабочее пространство конвертера; 4 – опорное кольцо с цапфами и системой крепления в нем корпуса; 5 – опорные узлы и станины; 6 – механизм поворота; 7 – кислородная фурма с системой крепления и перемещения

Типовые конструкции кислородных конвертеров имеют тоннаж 50 т, 100 т, 130 т, 160 т, 200 т, 250 т, 350 т и 400 т.

Производительность большегрузного кислородного конвертера в несколько раз превышает производительность самых мощных мартеновских печей; например, производительность одного конвертера вместимостью 400 т превышает производительность 600-т мартеновской печи в 8 – 10 раз. Современный конвертерный цех с тремя-четырьмя конвертерами вместимостью по 400 т каждый, два-три из которых работают непрерывно, при автоматизации и механизации производства может выдавать плавки с циклом 35 – 40 мин, что соответствует производительности 12 – 20 млн. т в год. 250-тонному кислородному конвертеру, сегодня необходимо около 20 тонн чистого кислорода, каждые 40 минут.

.

Схема получения стали в кислородном конвертере:

а — загрузка металлолома; б — заливка чугуна; в — продувка; г — выпуск стали; д — слив шлака.

Струя кислорода, проникающая в металл, частично отражается от его поверхности и вследствие трения при­водит в движение металлическую ванну вокруг струи. В том случае, когда скорость струи небольшая, глубина воронки невелика, и отраженная струя в основном растекается по поверхности ванны. Это обусловливает по­верхностное окисление металла, так как перемешивание его в зоне струи невелико, перенос кислорода в объем металла незначителен.

Схема взаимодействия струи газа и жидкости при про­дувке сверху

При большой скорости кислородной струи и, следо­вательно, глубокой воронке основная часть струи глу­боко проникает в металлическую ванну, вовлекая ме­талл и дробя его на большое количество капель. Струя разбивается на отдельные пузырьки, которые всплыва­ют вверх, увлекая за собой металл. Возникает циркуля­ционное движение. Часть струи отражается от поверх­ности ванны, захватывая капли металла, которые вновь возвращаются в ванну по сложным траекториям.

При этом кислород, проникающий в металл и отра­женный от него, химически взаимодействует с метал­лом. В результате этого взаимодействия объем газа мо­жет как увеличиваться, так и уменьшаться.

Увеличение объема газа наблюдается тогда, когда кислород преимущественно расходуется на окисление углерода. В середине плавки, когда окисляется только углерод и в основном до СО по реакции 2 [С]+0₂= = 2С0, объем газа увеличивается примерно в два раза.

В начале плавки, когда преимущественно окисляют­ся кремний, марганец, железо и фосфор, объем газа мо­жет уменьшаться. То же самое может наблюдаться в конце плавки при достижении <0,05% [С], когда кис­лород в основном расходуется на окисление железа.

В связи с этим интенсивность перемешивания метал­ла в конверторе неодинакова в различные периоды плав­ки, если даже интенсивность подвода кислорода посто­янна.

В конвертор всегда подводится холодный кислород, но в результате взаимодействия с ванной он мгновенно нагревается, резко в 5—6 раз увеличивая свой объем. Это способствует интенсификации перемешивания ванны. По­следнее является важнейшей особенностью реальной кон­верторной ванны по сравнению с холодным моделирова­нием, например с продувкой воды воздухом.

В. И. Баптизманским была получена эмпирическая зависимость, связывающая глубину проникновения струи в жидкость с параметрами дутьевого режима:

где h — глубина проникновения струи, м; р — давление дутья перед соплом, МПа (ат); d₀ – диаметр сопла, м; х –высота подъема фурмы над уровнем металла, м; В — постоянная, зависящая от вязкости и других свойств жидкости (для стали В ≈ 40); у_т — объемная масса жидкости, Мг/м³; К — коэффициент, рав­ный 40 (зависит от размерности других величин).

Зависимость глубины проник­новения струи в жидкую ванну h от давления перед соплом и диаметра сопла d_a (x=l,0 м)

Согласно этой за­висимости, глубина проникновения кисло­родной струи в металл определяется главным образом давлением дутья, расстоянием от сопла фурмы до по­верхности и диаметром сопла. Следовательно, изменяя эти парамет­ры, можно управлять величиной поверхност­ного контакта окисли­тельной газовой струи со шлаком и глубиной проникновения ее в жидкую ванну. При данных производствен­ных условиях диаметр сопла и давление кислорода обычно остаются практиче­ски постоянными. Поэтому глубина проникновения струи обычно регулируется изменением положения фурмы.

При разработке проекта нового конвертора или ре­конструкции старого возможно изменение также давле­ния и диаметра сопла. При этом следует иметь в виду следующее.

Положение фурмы относительно спокойной ванны обычно изменяют в пределах 1—2 м. Однако во время продувки шлак и металл в той или иной степени вспени­ваются, поэтому большую часть времени фурма нахо­дится в затопленном состоянии (л:«0).

При заданном (принятом) расходе дутья диаметр сопла зависит от давления и числа сопел в фурме. Сле­довательно, наиболее важным параметром, определяю­щим взаимодействие струи кислорода с жидкой ванной, является давление дутья.

Зависимость глубины проникновения струи в жидкую ванну от давления дутья и положения фурмы, рассчи­танная по формуле (189) для случая х=1м, приведена на рис. 64. Данные рис. 64 являются ориентировочными, так как формула (189) получена в результате холодного моделирования и не учитывает возможность изменения объема газа в зависимости от периода плавки и другие особенности взаимодействия струи кислорода с жидким металлом. Тем не менее формула имеет опреде­ленное значение при выборе параметров дутьевого ре­жима и дутьевых устройств. В частности, как следует из рис. 64, при глубине жидкой ванны 2 м и давлении дутья перед соплом 1 МПа (10 ат) диаметр сопла дол­жен быть не более 50 мм, а при указанном давлении дутья и диаметре сопла интенсивность подачи дутья со­ставляет всего 250 м³/мин. Такая интенсивность прием­лема лишь на конверторах малой емкости. На конвер­торах большой емкости интенсивность продувки больше. Например, на конверторе емкостью 250 т при удельной интенсивности продувки 4 м³/(т·мин) интенсивность продувки составляет 1000 м³/мин. Подача такого коли­чества кислорода через одно сопло может привести к увеличению глубины проникновения струи в жидкую ван­ну до 3 м и более, что недопустимо с точки зрения стой­кости днища конвертора. Следовательно, необходима по­дача дутья через многосопловую фурму.

Число сопел в фурме может быть 3—6 и более. В конверторах большой емкости необходимо не только увеличение числа сопел в фурме, но и давления кисло­рода для уменьшения размеров (сечений) кислородопроводов и кислородной фурмы.

Подача кислорода осуществляется через водоохлаждаемую фурму, вводимую в горловину конвертора свер­ху. Каждый конвертор обычно оборудован двумя фур­мами, одна из которых находится в работе, а другая в резерве. При большой емкости конвертора и высокой интенсивности подачи кислорода в работе и резерве мо­гут находиться по две фурмы (вариант подачи кислоро­да через две фурмы).

МАРТЕНОВСКОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Мартеновскую печь условно разделяют на верхнее (выше рабо­чей площадки 16) и нижнее (ниже рабочей площадки) строения. Верхнее строение печи состоит из рабочего пространства 8, головок 6 и вертикальных каналов 4. Нижнее строение печи включает в се­бя регенераторы 2, шлаковики 3 и борова 1.

Рабочее пространство — это та часть печи, где протекают про­цессы выплавки стали, сгорания топлива и передачи тепла материа­лам шихты.

Мартеновская печь, отапливаемая высококалорийным топливом

1–боров, 2– регенератор, 3–шлаковик, 4– вертикальные каналы, 5–го­релки, 6–головка, 7 и 9 откосы 8–рабочее пространство, 10–подина 11– задние стенки, 12–кислородные фурмы 13–свод, 14 –столбики, 15–зава­лочные окна, 16 – верхняя рабо­чая площадка,

Применение котла-утилизатора большой мощности и мокрой газо­очистки позволило обеспечить удовлетворительную пропускную способность тракта при интенсивности продувки 36 м³/(т·ч).

Совершенствование конструкции главного свода рабочего пространства, металлокаркаса 270- и 900-т мартеновских печей также позволило существенно уве­личить стойкость сводов. Дальнейшее улучшение работы регенераторов (в результате применения ком­бинированной кладки насадок; подбора оптимального размера ячейки и огнеупоров и др.) обеспечило зна­чительное увеличение периода между полной сменой насадок; так, у 270-т печей с интенсивностью продув­ки 3,5 и 18 м³/(т·ч) стойкость насадок до полной смены после реконструкции составила соответственно 1000 и 2500 плавок.

Для продувки металла кислородом в печи применя­ли фурму НИИМ — ММК с переменным углом на­клона сопел, что способствует рассредоточению кис­лородных струй, достаточно полному усвоению кис­лорода и снижению разбрызгивания ванны при про­дувке.

ДВУХВАННЫЙ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫЙ АГРЕГАТ

Конструкция рабочего пространства двухванной печи

Расчетные (А) и фактические показатели работы двухванных печей завода «Криворожсталь» (Б) и ММК (В)

Показатели	А	Б	В
Производительность, тыс. т/год
Прои-сть, приведенная к ёмкости 300 т, тыс. т/год
Простои на ремонтах,%....	10,0	15,9	5,1
Расход: топлива, кг/т.........	34,0	38,4	12,1
кислорода, м^3/т	70,0	85,0	75,7
Металлошихты, кг/т В т. ч. чугуна, кг/т.
Огнеупоров, кг/т....... в т. ч. на ремонты, кг/т	–	18,0	9,1
4,5	–	3,5

ТЕПЛОВАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛА ПЕРЕД ПРОКАТКОЙ

Пpинципиальная схема нагревательной печи.

1 – нагреваемый металл; 2 – толкатель; 3 – глиссажные и опорные трубы; 4 – горелки; 5 – дымовые каналы; 6 – дымовой боров; 7 – рекуператор; 8 – дымовая труба

Печь с шагающими балками и со сводовым отоплением

Температурный режим и профиль методических толкательных печей!

а — двухзонная печь с монолитным подом; б — трехзонная печь с монолитным подом;

в — то же, с нижним обогревом; г — многозонная печь с нижним обогревом

.

График нагрева цилиндрической заготовки диаметром 120 мм

t_г, t_н, t_ц – соответственно температура газов нижней поверхности и центра заготовки

Интенсификация косвенного направленного режима теплообмена достигается за счет увеличения температуры и степени черноты, прежде всего того слоя пламени, который располагается ближе к поверхности футеровки. Оптимальное значение степени черноты пламени соответствует такому значению, которое обеспечивает при соответствующем эксцентриситете излучения пламени и степени развития кладки
максимальное значение плотности результирующего теплового потока на металл. Эта оптимальная величина степени черноты пламени уменьшается по мере увеличения эксцентриситета излучения в сторону футеровки. Для снижения экранирования металла от свода степень черноты газовых слоев, примыкающих к поверхности металла, должна иметь минимальную величину, приближающуюся к нулю.

. Схема косвенного направленного радиационного теплообмена:

высота зон соответственно горения и теплооб -мена; тепловые потоки от газов соответственно на кладку и металл; степень черноты газов соответственно на кладку и металл; изменение температуры газов по высоте печи; средние температуры газов соответственно в зонах горения и теплообмена; - высота свода.

При реализации режима косвенного направленного радиационного теплообмена рационально использовать топлива, дающие пламя меньше светимости – легкие сорта мазута, коксовый газ и природный газ с малым содержанием тяжелых углеводородов. Реализация сводового отопления осуществляется с помощью сводовых плоскопламенных горелок.

Дата добавления: 2015-07-12