Файл: Квитко, М. П. Кислородно-конвертерный процесс.pdf

мы склоняемся к мнению, что при высоких скоростях окисления углерода и огромной поверхности контакта газа с металлом диффу­ зионное торможение очень невелико.

На участке высоких температур (более 1873° К) кажущаяся энергия активации возрастает в несколько раз. Эти температуры соответствуют малым концентрациям углерода (менее 0,2%) и в этом случае величина Е отражает переход от одного режима окисления к другому. Количественно это соотношение различается на порядок.

В практике конвертирования максимальные скорости окисления углерода, как правило, существенно превышают скорости, обу­ словленные подачей дутья. Это происходит потому, что в период максимального обезуглероживания происходит обеднение шлака окислами железа и последние расходуются на обезуглероживание. Огромные поверхности контакта металл—газ в период высоких скоростей обезуглероживания обусловливают кинетические воз­ можности потребления кислорода; значительно превышающие его подачу с дутьем: система металл—шлак реагирует на это уменьшением содержания окислов железа в шлаке:

Степень превышения максимальной скорости обезуглерожива­ ния над обусловленной расходом кислорода полностью опреде­ ляется технологией ведения плавки — положением фурмы над уровнем ванны в первом периоде продувки, методикой охлаждения и порядком присадок сыпучих. Чем больше время, в течение которого в первом периоде процесса фурма находится на сравни­ тельно большом расстоянии от ванны, тем больше окнсленность шлака в первом периоде и тем больше максимальная скорость обез­ углероживания превышает величину, определяемую расходом кислорода.

Влияние присадок руды на скорость обезуглероживания ана­ логично влиянию подъема фурмы. Присадки руды (или других кислородносящих материалов — окалины, агломерата, окатышей и т. д.) в первом периоде плавки приводят к довольно резкому увеличению запаса кислорода в шлаке, что в свою очередь опре­ деляет увеличение степени неравномерности окисления и значи­ тельное превышение фактических максимальных скоростей обез­ углероживания над соответствующими подаче дутья.

На рис. 23 приведены скорости окисления углерода для плавок с охлаждением ломом и рудой (конвертер емкостью 55 т). Абсо­ лютные значения скоростей окисления, полученные на плавках с охлаждением ломом, почти соответствовали расходу кислорода в данный момент времени, поскольку количество шлака в пере­ счете на 1 т садки было незначительным н содержание окислов железа в шлаке невелико.

На плавках с рудой скорость окисления углерода была на 20—25% выше, больше была и степень неравномерности окисления

78

Если присадки руды дают в момент максимальных скоростей обезуглероживания (или близко к этому периоду), то скорость окисления может в 3—5 раз превышать среднюю скорость. На

Рис. 23. Скорость окисления углерода в процессе про­ дувки при различных методах охлаждения (штриховая линия— среднее значение скорости окисления углерода):

а — охлаждение рудой; б — охлаждение ломом

рис. 24 дано соотношение расхода кислорода и выхода газа ддя плавки, проведенной' в 100-т конвертере. В этом случае присадка второй порции руды совпадала с моментом максимального обезугле­ роживания. Скорость окисления углерода превысила средние значения более чем в три раза.

79

Появление резких пиков на кривой скоростей окисления угле­ рода имеет очень большое значение, поскольку определяет коли­ чество отходящих конвертерных газов (показатель работы газо­ очистных устройств). С точки зрения технологии и оптимальных условий выбора и работы газоочистных устройств наиболее це­ лесообразным является такой ход процесса, при котором скорость

Д иаграмма положения фурмы

окисления углерода соответствует подаче кислорода. Это возможно при охлаждении плавок ломом, небольшой окисленности первичных шлаков или (если необходимо присаживать руду) при распреде­ лении руды мелкими порциями с небольшим снижением расхода кислорода после подачи каждой такой порции.

Максимальное «спрямление» пиков на кривых обезуглерожи­ вания может быть в том случае, если в первом периоде (во время окисления кремния и марганца) расход кислорода был резко повышенным (например, 450—500 м3/мин при среднем темпе подачи 300 м3/мин для 100-т конвертера), затем на небольшое время сни­ зился до величин, примерно на 20% ниже среднего уровня подачи,

80

а затем повысился до средней величины. В этом случае можно добиться практически равномерного окисления углерода по ходу плавки.

Некоторое влияние на скорость окисления углерода оказывает порядок присадки извести (или известняка, если последний ис­ пользуется вместо извести). Тепловой эффект нагрева извести приблизительно равен тепловому эффекту плавления лома. По­ этому, если известь присаживают в начале процесса крупными порциями, то это приводит к дополнительному снижению темпе­ ратуры начала процесса, замедлению развития обезуглерожива­ ния в первом периоде и, при прочих равных условиях, к появле­ нию более резких пиков на кривых обезуглероживания. Если известь присаживают мелкими порциями по ходу продувки, то неравномерность окисления углерода может быть несколько сгла­ жена, что обусловлено охлаждающим действием извести в раз­ личные периоды плавки.

Уместно отметить, что в практических условиях максимальные скорости окисления углерода целесообразны как можно позже по ходу продувки. При раннем появлении высоких скоростей обезуг­ лероживания, когда шлак еще не сформировался, возможны вы­ носы металла, уменьшение выхода жидкого металла и заметалливание фурм. Интенсивное обезуглероживание при уже сформи­ ровавшемся шлаке менее опасно, так как и при восстановлении окислов железа из шлака он может обладать достаточной жидкотекучестыо, для того чтобы удержать вылетающие капли металла.

Для переноса максимума обезуглероживания на конец про­ дувки целесообразно известь присаживать отдельными, не слишком мелкими порциями, по ходу продувки (например, при общем рас­ ходе извести 8% от массы садки — по 1 % через 1—2,0 мин, за исключением первой порции, которая может быть несколько крупнее, — 2,0—2,5%). Тогда к моменту появления максимума на кривой скорости окисления углерода в конвертере будет нахо­ диться уже сформированный шлак, и вынос капель металла будет исключен или уменьшен.

С окислением углерода в конвертерах тесно связано повыше­ ние интенсивности подачи кислорода, поскольку именно окисле­ ние углерода является естественным ограничением повышения интенсивности подачи дутья.

4. Возможности интенсификации кислородно-конвертерной плавки

Повышение интенсивности продувки (расхода дутья в единицу времени) для увеличения производительности представляет собой одно из основных направлений развития конвертерного процесса.

Первые исследования по интенсификации конвертерного произ­ водства с применением чистого кислорода' были проведены с ис­ пользованием бессемеровского чугуна с продувкой снизу [40].

При донном дутье и резком сокращении длительности продувки не удалось избавиться от выбросов и выносов, снижающих выход годного металла. Кроме того, донная продувка не может служить аналогом кислородно-конвертерного процесса.

В 1959 г. на НТМЗ исследована возможность одновременной продувки снизу и сверху [41]. Общая интенсивность продувки изменялась от 3,5 до 7 м3/(тмин). При проведении исследований отмечено, что при таких условиях продувки практически не удается поддерживать достаточно высокую окисленность шлака по ходу плавки, в связи с чем ухудшаются условия дефосфорации и десульфурации. Обработка данных исследований с привлечением материалов по продувке снизу обогащенным воздухом позволила установить, что при высоком темпе подачи кислорода наблюдается уменьшение усвоения кислорода в целом за плавку.

В этот же период немецкими металлургами [42] исследована возможность передела высокофосфористого чугуна с очень высокой интенсивностью подачи кислорода, до 13 м3/(т мин). Исследова­ ния проводили на 2-т агрегате, продувку вели через фурму с соп­ лом Лаваля при избыточном давлении кислорода перед соплом 3 ат. Установлена принципиальная возможность повышения-интен­ сивности продувки до 10—13 м3/(т-мин). Однако отмечено ухуд­ шение шлакообразования и дефосфорации в конце плавки. Уста­ новлено также, что приемлемые результаты продувки могут быть получены при дополнительном перемешивании аргоном или азо­ том. Это свидетельствовало о недостаточной интенсивности массопереноса при принятых режимах дутья. Дополнительное пере­ мешивание привело к увеличению степени усвоения кислорода. При исследовании не были установлены ни параметры продувки, ни степень усвоения кислорода. Управление шлаковым режимом процесса не осуществлялось, если не принимать во внимание скачивание шлака при содержании фосфора около 0,1% (перед передувкой, как это делается при томасовском процессе).

В Советском Союзе в последние годы также проведены иссле­ дования, касающиеся повышения интенсивности подачи кислорода. В 1968—1969 гг. на Криворожском металлургическом заводе предпринята попытка продувки металла через фурму с двумя концентрическими рядами' сопел [43]. Интенсивность подачи кислорода колебалась в пределах 4,5—6,0 м3/(т мин). В ходе опытных плавок исследованы дутьевой режим, выход металла, динамика пыле- и газовыделения. Установлено, что выбранная конструкция фурмы обеспечивает при указанных интенсивностях продувки нормальные технологические показатели процесса. Однако вопрос о том, применима ли опробованная интенсивность продувки для конвертера данной емкости и других конвертеров, в исследовании не разбирался.

Проведенные исследования показали принципиальную возмож­ ность увеличения интенсивности продувки конвертеров. Однако остались неясными вопросы о предельной интенсивности подачи

82