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

Высокие значения отношения ишах /уср ставят в невыгодные усло­ вия проектировщиков газоотводящих систем конвертерных це­ хов, так как проходные сечения и производительность дымососов и теплосъемных поверхностей котлов-утилизаторов приходится рассчитывать именно на максимальные скорости обезуглерожи­ вания. Следовательно, с точки зрения относительных размеров

газоотводящих систем повышение интенсивности продувки целе­ сообразно.

Изменение интенсивностей продувки до предельных значений не оказало принципиального влияния на характер окисления углерода, шлакообразования и окисления примесей, а также на изменение температуры ванны. Это иллюстрируется рис. 31, на котором приведены результаты характерной плавки при интен­

сивности 13 м3/(т.мин) и использовании тринадцатисопловой фурмы.

5. Особенности шлакообразования и расплавления лома

при повышенной интенсивности

Повышение интенсивности продувки затрудняет шлакообра­ зование и требует определенных мер, направленных на улучше­ ние шлакообразования. Теоретически скорость растворения из­ вести можно описать выражением

D, АС и 5 остаются постоянными, так как не меняются ни раз­ меры и пористость извести, ни окисленность промежуточных и ко­ нечных шлаков по сравнению с этими показателями при нормаль­ ной интенсивности продувки. Это может быть подтверждено дан­ ными рис. 28, на котором показана окисленность шлаков при продувке кислорода через трех- и тринадцатисопловую фурмы. Величину б можно представить как

102

Тогда величина б выразится как б = k'I~0-5.

Отсюда следует, что при увеличении интенсивности продувки необходимо или увеличивать эффективную поверхность контакта металла со шлаком (повысить качество извести), или уменьшать размер куска извести.

Если по типовым технологическим инструкциям максимальный размер куска извести составляет 60 мм, то легко можно опреде­ лить необходимое уменьшение размера куска для любой интенсив­ ности продувки. Так, при повышении интенсивности подачи кис­ лорода до 5 и 10 м3/(т. мин) соответственно максимальные размеры кусков извести составят 40 и 20 мм.

Повышение интенсивности одновременно должно сопрово­ ждаться увеличением минимального размера куска извести. Это объясняется ростом линейных скоростей выхода конвертерных газов из полости конвертера, пропорциональным росту интен­ сивности. Предельный нижний размер выносимых частиц можно оценить по выражению [48]

| = 24/Re.

Для существующих сечений горловин промышленных конвер­ теров, как показывают результаты расчетов, при интенсивности до 3 м3/(т-мин) выносятся частицы размером до 5 мм, при 10 м3/(т.мин) выносятся частицы размером до 10 мм. Следова­ тельно, для нормального шлакообразования прежде всего необ­ ходимо выбрать размер кусков извести. Однако следует учиты­ вать, что интервал размеров может оказаться столь малым, что производство такой извести будет неэкономичным. Поэтому це­ лесообразно одновременно улучшать качество извести, прежде всего применяя известь мягкого обжига.

С точки зрения дутьевого режима для лучшего усвоения из­ вести шлаком целесообразно применять рассредоточенное дутье. Это связано с тем, что при подаче кислорода через одну фурму с малым рассредоточением дутья (малым числом сопел) куски извести отгоняются к стенкам конвертера, что снижает эффектив­ ную поверхность взаимодействия извести со шлаком. Это явление отмечалось в опытах на холодных моделях. Однако не всякое

103

рассредоточение дутья одинаково полезно в отношении шлакооб­ разования.

тлхмо опытах по повышению интенсивности подачи кислорода на iiiM d при рассредоточенном дутье основность промежуточных

и конечных шлаков увеличивалась. При использовании трехсопловои фурмы практически не удавалось получить достаточно вы­ сокую основность, соответствующую расходу извести по ходу продувки и в конце операции. Основность конечных шлаков не превышала 2,0 2,2 при сравнительно низкой основности по ходу продувки (рис. 32). Это бесспорно говорит о плохом усвоении из­ вести при повышенном темпе подачи кислорода. При использо­

вании же тринадцатисопловой фурмы основность промежуточных и конечных шлаков была значительно выше. По­ скольку окисленность промежуточных п конечных шлаков была практически одинаковой для фурм обеих конструк­ ций (см. рис. 28), лучшее усвоение из­ вести при большем числе сопел нельзя объяснить различными концентрациями железа в шлаковой фазе.

Между тем, улучшение шлакообра­ зования нельзя обусловливать только увеличением эффективной поверхности контакта шлака с металлом. При уве­ личении числа сопел может уменьшиться отгон извести к стенкам конвертера вследствие увеличения поверхности контакта струи с металлом (создается

большая поверхность горячего «пятна», на которую попадает и известь), однако это приводит к увели­

чению скорости окисления углерода и некоторому замедлению шлакообразования.

Основной причиной более высокой основности шлака при большем числе сопел является зависимость степени окисления кремния от конструкции фурм. Окисление кремния при повы­ шенной интенсивности продувки по характеру совершенно ана­ логично окислению в обычных условиях. Изменение его концен­

трации во времени можно описать, как и при обычной продувке уравнением типа

где [SiT] — текущее содержание кремния;

[Si]0 — исходное содержание кремния в чугуне;

}04

скорости окисления кремния от интенсивности представлена на рис. 34. Интересно отметить, что скорость окисления кремния оказалась зависимой от конструкции фурм. При одной и той же

нию скорости, окисления кремния. Это и подтверждается данными рис. 34. Относительное изменение скорости окисления кремния можно оценить количественно. Для этого воспользуемся методом,

уже использованным ранее. Поверхность контакта газ—металл

растет при'переходе от одной много­

больше пг). Для условий продувки в опытном конвертере изменение по­ верхности контакта газ—металл при переходе от трех- к тринадцатисопло­ вой фурме выражается отношением

1А13/3 = 1,4. Эта величина практи­ чески не должна зависеть от интен­ сивности. Отношения скоростей окис­ ления кремния для одних и тех же

интенсивностей должны быть близки к этой величине и оста­ ваться постоянными при всех интенсивностях. Это хорошо подтверждается практическими результатами:

105

Таким образом, скорость окисления кремния, а следовательно, скорость поступления кремнекислоты в шлак несколько умень­ шается при увеличении степени рассредоточения дутья. Меньшая скорость поступления кремнекислоты в шлак должна приводить к увеличению основности шлаков, поскольку их окисленность не уменьшается при рассредоточении дутья и скорость растворения извести может быть достаточно высокой. Быстрое образование первичных шлаков создает предпосылки для лучшего усвоения извести в конце операции. Этим объясняется, по-видимому, боль­ шая основность шлаков при использовании тринадцатисопловой фурмы.

Более быстрый рост основности шлака и более высокие зна­ чения ее в конце операции являются преимуществом рассредото­ ченного дутья, поскольку более высокая основность в течение всей плавки обусловливает успешное удаление фосфора. Если при использовании трехсопловой фурмы и интенсивности подачи кис­ лорода 9— 13 м3/(т• мин) в ряде случаев конечная концентрация фосфора перед раскислением была недопустимо высокой (0,035— 0,040%), то при использовании тринадцатисопловой фурмы со­ держание фосфора в металле составляло 0,025—0,030% даже при самых высоких минутных расходах кислорода.

Наряду с замедлением скорости окисления кремния при рас­ средоточенном дутье отмечалось и замедление скорости окисления марганца, но в меньшем масштабе. Замедление окисления крем­ ния и марганца в первом периоде процесса означает уменьшение количества жидкой фазы шлака. Это может оказать на процесс дефосфорации и стойкость футеровки только положительное влияние. Однако уменьшение объема жидкого шлака в первой фазе продувки нежелательно, так как уменьшение слоя шлака сопро­ вождается уменьшением фильтрующего влияния шлака, что в свою очередь может привести к росту потерь металла с выбросами и пылевыделением. Поэтому представляется целесообразным рассре­ доточивать дутье таким образом, чтобы поверхность контакта газ—металл была минимальной, а отношение dCTP/DK0HB было ма­ ксимальным.

Это можно осуществить, используя две фурмы и более, что подтверждается экспериментальными данными. При продувке через две фурмы (с тремя соплами в каждой) скорость окисления кремния и марганца мало изменяется и в то же время обеспечи­ вается хорошее усвоение извести (табл. 25).

Таким образом, с точки зрения шлакообразования целесооб­ разно применять мягкообожженную известь и две-три фурмы.

Весьма серьезным вопросом является расплавление лома в конвертерах при повышенной интенсивности продувки. Процесс расплавления лома в кислородных конвертерах изучен недоста­ точно даже при обычной интенсивности продувки; данные, отно­ сящиеся к плавлению лома при высоком темпе подачи кислорода, отсутствуют.

106