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

рефосфорации или (при получении тех же результатов по фосфору) к увеличению присадок извести в сталеразливочный ковш для загущения шлака. Если учесть, что от консистенции шлака зависит

в определенной мере и степень угара кремния, уменьшающаяся

сростом вязкости шлака, то необходимость скачивания проме­ жуточного шлака при выплавке стали с повышенным содержанием кремния становится очевидной.

Получению стали с низким конечным содержанием фосфора способствует применение плавикового шпата в качестве шлакооб­ разующего. Уменьшение вязкости шлака и ионной доли кремнекислоты в шлаке при присадке плавикового шпата способствует улучшению условий дефосфорации. Предпринята попытка дать количественную оценку влияния плавикового шпата на процесс дефосфорации [72]. Плавиковый шпат присаживали при вы­ плавке как низкоуглеродистых, так и высокоуглеродистых сталей, причем количество его изменяли в пределах 1,2—5,0 кг/т чугуна. Установлено, что растворение извести в первичных шлаках су­ щественно ускорялось: основность первых шлаков составляла 1,35— 1,4 в течение первых минут продувки, тогда как при при­ садке боксита такая основность наблюдалась лишь на шестой минуте продувки. Следствием ускорения шлакообразования яви­ лось и уменьшение содержания фосфора в готовом металле

(табл. 42).

Из данных табл. 42 следует, что при присадке плавикового шпата содержание фосфора в металле снижается. Увеличение количества плавикового шпата выше определенных пределов не­ целесообразно, так как дальнейших улучшений технологических условий не наблюдается. Для условий завода им. Петровского таким верхним пределом является 4,0 кг/т чугуна.

Серьезным резервом, не использованным'до сих пор ни в одном из конвертерных цехов в СССР и за рубежом, является применение извести, классифицированной по фракциям, и пылевидной. При­ менение классифицированной и пылевидной извести по сравнению с обычной кусковой, опробовано австрийскими металлургами. Исследования проведены на чугуне с содержанием фосфора 0,10%. Размеры кусков нормальной извести находились в пределах

181

О—80 мм, классифицированной — в пределах 5— 18 мм и пыле­ видной 0 — 1 мм.

Исследованием установлено, что для получения конечного содержания фосфора 0,01% требуется 48 кг классифицированной извести на 1 т стали; при расходе 33 кг/т среднее содержание фосфора в металле составляло 0,015%. При использовании ку­ сковой нормальной извести среднее содержание фосфора 0,015% достигалось при ее расходе 48 кг/т чугуна. Уменьшение расхода до 33 кг/т приводило к росту содержания фосфора до 0,025%. Применение пылевидной извести еще более снижает конечное содержание фосфора: при расходе пылевидной извести 33 кг/т стали в конечном металле обеспечивается 0,012% Р.

Таким * образом, исследованиями установлено, что исполь­ зование пылевидной или классифицированной извести обеспечи­ вает следующие преимущества: быстрое шлакообразование, воз­ можность понижения концентраций вредных примесей, экономию извести, минимальные количества шлака (и минимальные потери железа) и, наконец, возможность более гибкого регулирования основности шлака и содержания фосфора в металле.

Применение пылевидной извести при переделе чугуна с нор­ мальными содержаниями фосфора (менее 0,3% в действующих цехах) потребует значительных дополнительных затрат, услож­ нения технологической схемы и может оказаться экономически нецелесообразным. Возможность применения пылевидной извести должна определяться экономическими расчетами для конкретных заводов.

Что касается так называемой классифицированной извести с кусками размером 5— 18 мм (не содержащей мелочи и крупных кусков), затраты на ее подготовку при четкой организации работы в известковообжигательных цехах не должны существенно отли­ чаться от затрат при производстве обычной извести. Применение же ее может обеспечить значительный экономический эффект, который определяется экономией самой извести, меньшими по­ терями железа в шлак и с выбросами (в результате более бы­ строго и равномерного шлакообразования), меньшим количеством шлака и меньшими тепловыми потерями, что позволит увеличить в некоторой степени количество присаживаемых охладителей. Конечно, точную величину экономии при применении классифи­ цированной извести можно определить только прямыми экспери­ ментами, однако экономическая целесообразность использования очевидна. Немаловажной является и возможность получения при тех же расходах извести меньших концентраций серы и фосфора в конечном металле, что особенно ценно при выплавке стали с по­ ниженными содержаниями вредных примесей.

Выше дана оценка влияния состава шлака, температуры металла и сырых материалов, применяемых в конвертерном про­ изводстве, на дефосфорацию металла. Кроме этих параметров, на дефосфорацию оказывают большое (и по существу решающее)

182

влияние дутьевой режим продувки и конструкция фурм. Нужно отметить (см. гл. I), что для улучшения условий дефосфорации в течение плавки и получения минимальных конечных концен­ траций фосфора целесообразны изменения дутьевого режима, которые приводят к увеличению окисленности конвертерных шлаков, ускорению растворения извести в нем и способствуют перемешиванию ванны при условии наличия активных желези­ стых шлаков. К таким же результатам приводят изменения поло­ жения фурмы над уровнем металла и расхода кислорода в единицу времени.

Увеличение расстояния от поверхности спокойной ванны до фурмы и уменьшение расхода кислорода в единицу времени обеспечивают повышение окисленности шлака и уменьшение скорости окисления углерода и, тем самым, рост степени дефос­ форации. Естественно, что уменьшение расстояния от фурмы до металла и рост расхода кислорода приводят к увеличению скорости окисления углерода и уменьшению окисленности шлака, что сопровождается увеличением содержания фосфора в металле. Выразить взаимосвязь между параметрами дутья и дефосфорацией ванны (содержанием фосфора, коэффициентом распределения его между металлом и шлаком или степенью дефосфорации) в общем виде не представляется возможным, так как влияние параметров дутья не является прямым1— изменение их приводит к изменению состава и состояния шлака и интенсивности перемешивания. Зависимости же окисленности шлака, его основности и других факторов, влияющих на дефосфорацию, от параметров дутья также не однозначны, что приводит при попытках описания де­ фосфорации к очень большим неточностям. Поэтому зависимости дефосфорации от параметров дутья носят эмпирический характер.

Г л а в а V

Передел фосфористого чугуна

Исследование поведения фосфора в металлургических процессах приобретает особое значение при организации передела в конвер­ терах высокофосфористых чугунов (содержание фосфора в чугуне от 1 , 1 до 2 ,2 %). Наиболее известным до последнего времени про­ цессом передела фосфористого чугуна являлся томасовский с ис­ пользованием конвертеров донного дутья. В течение долгого времени томасовский процесс успешно конкурировал с марте­ новским, что объяснялось высокой производительностью конвер­

183

теров, малыми капитальными затратами при строительстве цехов и возможностью получения наряду с металлом фосфат-шлаков, применяемых в качествеудобрений в сельском хозяйстве.

Томасовский способ передела высокофосфористого чугуна полу­ чил широкое распространение во Франции, Бельгии и Западной Германии, где этим способом до самого недавнего времени произ­ водили от 40 до 80% стали от общей ее выплавки в этих странах.

О масштабах производства могут дать представление такие данные: к 1958 г. в Западной Германии работало 58 конвертеров емкостью до 70 т, приблизительно такое же число конвертеров работало в Бельгии и Франции.

Несмотря на известные преимущества томасовского процесса, классический его вариант — с продувкой чугуна воздухом — в последние годы утратил свое значение. Это объясняется прежде всего сравнительно низким качеством выплавляемого металла, содержащего повышенное количество азота, фосфора, серы и оксидных неметаллических включений. Причиной повышенных концентраций вредных примесей и неметаллических включений являются принципы технологии томасовского процесса (высокое содержание азота в дутье, окисление фосфора в конце продувки, необходимость длительной продувки плавок).

Повышенные требования промышленности к качеству металла (особенно за последние 2 0 лет) предопределили поиски путей и способов передела фосфористого чугуна, обеспечивающих полу­ чение металла высокого качества при одновременной высокой экономической эффективности. Поиски шли в основном по трем направлениям: усовершенствование существующего томасовского процесса с использованием имеющегося оборудования и цехов; применение для передела фосфористых чугунов кислородно­ конвертерного процесса в различных модификациях и использова­ ние сталеплавильных агрегатов, вращающихся вокруг продоль­ ной оси (Кал-До-конвертеры и роторные печи). При этом особое внимание на Западе уделяли проблеме повышения качества томасовского металла на основе показателей действующих томасовских'цехов.

Проблема передела фосфористого чугуна для СССР имеет довольно серьезное значение, поскольку наша страна распола­ гает значительными запасами фосфористых руд с самым различ­ ным содержанием фосфора. Естественно, что для организации передела фосфористых чугунов на базе Керченского, Лисаковского и других месторождений должен быть выбран наиболее современный и целесообразный метод конвертерного передела. Поэтому, хотя данная книга посвящена кислородно-конвертер­ ному процессу, авторы считали необходимым осветить и другие методы выплавки стали из фосфористого чугуна, что должно в известной мере облегчить выбор оптимального метода выплавки стали на заводах СССР.

184

1. Усовершенствование томасовского процесса

Совершенствование томасовского процесса в основном шло по линии снижения концентрации азота в дутье. Известно, что растворимость азота в жидком железе в любом интервале темпе­ ратур характеризуется зависимостью, известной как закон Си-

в дутье является обогащение его кислородом. Способ продувки чугуна воздухом, обогащенным до 30—35% кислородом, широко вошел в практику работы цехов Западной Европы, поскольку он позволяет без значительных конструктивных изменений агре­ гатов и оборудования получать сталь с содержанием азота 0,008*— 0,012% вместо 0,012—0,018% при продувке воздухом. Содержание кислорода в дутье при таком методе работы не превышает, как правило, 40%, так как дальнейшее повышение содержания кис­ лорода ведет к резкому снижению стойкости днищ и дутьевых фурм. Кислород поступал в дутье томасовских конвертеров от кислородных станций через специальные газгольдеры, позволя­ ющие поддерживать определенные соотношения воздуха и кис­ лорода в дутье.

Для обогащения дутья, естественно, может применяться кис­ лород практически весьма низких концентраций, что позволяло снизить стоимость его производства. Обогащенное кислородом дутье целесообразно подавать не в течение всего периода про­ дувки, а лишь с определенного момента (обычно после окисления кремния) с тем, чтобы избежать выбросов и резкого перегрева плавки в начале продувки. Наиболее удобным оказался метод постепенного повышения концентрации кислорода в дутье до определенного момента и поддержания ее затем (во второй по­ ловине продувки) на постоянном уровне.

Применение дутья, обогащенного кислородом, наряду со снижением концентрации азота, обеспечило и некоторые другие преимущества: увеличение производительности конвертеров в ре­ зультате снижения длительности продувки на 10—15%, умень­ шение длительности периода обесфосфоривания, возможность увеличения присадки в конвертер охладителей (руды, скрапа или' окалины) и, наконец, возможность продувки химически холодных чугунов.

185