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

Наиболее существенным из перечисленных выше преимуществ являлась возможность присадки значительных количеств охлади­ телей, что придавало процессу известную гибкость с точки зрения выбора вариантов шихтовки плавок. Увеличение доли переплав­ ляемого лома было весьма резким. Так, для обычного воздушного дутья была характерна присадка лома в количестве не более 3—5%. При обогащении дутья кислородом до 35—37% количество перерабатываемого скрапа возрастало до 15— 18%. Кроме из­ вестной «свободы выбора» в шихтовке плавок, увеличение доли лома позволяло более точно регулировать тепловой режим плавки. Однако, несмотря на все перечисленные выше преимущества, продувка дутьем, обогащенным кислородом, без применения дру­ гих специальных приемов почти нигде не использовалась. Это объяснялось прежде всего тем, что применение только обогащен­ ного дутья практически не сказывалось на конечных концентра­ циях серы, фосфора и содержании в стали неметаллических включений. Поэтому наряду с обогащением дутья давали при­ садки руды по ходу продувки, заменяли частично известь извест­ няком, осуществляли двойное скачивание шлака и продували металл в определенные периоды плавки при наклонном поло­ жении конвертера.

Использование присадок руды при увеличении «теплозапаса» плавки в результате обогащения дутья давало возможность уменьшить количество дутьевого кислорода, что вело к умень­ шению содержания азота в металле. Кроме того, добавка руды в конце процесса (при содержании фосфора в начале передувки около 0 , 1 %) позволяла уменьшить длительность передувки, способствовала более раннему шлакообразованию и, как след­ ствие, уменьшению конечных содержаний фосфора в металле перед раскислением.

Дополнительное снижение содержания азота достигалось также использованием известняка. Двуокись углерода, образующаяся при разложении известняка, снижает парциальное давление азота в полости конвертера и приводит к падению концентрации азота в стали. При этом известняком заменяли не всю известь, требуемую для проведения плавки, а только 30—50% ее. Извест­ няк добавляли во второй половине продувки. Снижение концен­ трации азота при таком методе работы было довольно большим и достигало 50—60% по сравнению с концентрацией азота в кон­ трольных плавках. Пря использовании известняка в комбинации с рудой происходило также и уменьшение концентрации фосфора (на 10— 15% от первоначального содержания).

Дополнительно снизить содержание фосфора в металле можно, если ввести в технологию промежуточное скачивание шлака. Сущность этой операции при томасовском процессе состоит в том, что продувку прерывают при содержании фосфора в металле около 0 ,1 %, когда шлак уже приобретает достаточную подвиж­ ность, имеет очень высокое содержание пятиокиси фосфора (как

186

правило, более 2 2 ,0 %) и сравнительно небольшую окисленность (содержание железа не более 11%). После возможно более пол­ ного скачивания такого шлака присаживают свежую порцию извести и продувку осуществляют под шлаком сравнительно высокой основности. В табл. 43 приводятся усредненные данные, позволяющие судить о преимуществах описанных методов.

и двойным скачиванием шлака в томасовских конвертерах можно получить металл, по сере, фосфору и азоту не отличающийся практически от обычного мартеновского. Однако следует отме­ тить, что присадки руды, известняка и двойное скачивание шлака усложняют технологию плавки и, что важнее, практически сво­ дят на нет преимущества, полученные в результате применения обогащенного дутья, так как присадки известняка требуют зна­ чительных затрат тепла, а введение двукратного скачивания при­ водит к потерям тепла и значительным затратам времени.

Кроме того, введение дутья, обогащенного кислородом, способ­ ствует резкому росту запыленности газов, отходящих из конвер­ теров. При современных жестких требованиях к запыленности воздушных бассейнов переход на обогащенное кислородом дутье требует установки газоочисток, что делает томасовский процесс с донным дутьем экономически неоправданным даже в действую­ щих цехах, не говоря уже об организации подобного процесса во вновь строящихся. Поэтому такой вариант томасирования вряд ли представляет интерес для советской металлургии.

Гораздо целесообразнее продувать томасовский чугун смесями, не содержащими азота, — паро-кислородной и кислородно-угле­ кислотной смесями. Первые опыты по использованию паро-ки­ слородного дутья проведены в Швеции в 1947 г., хотя идея про­ дувки ванны паром была предложена Бессемером в 1856 г. Широ­ кие эксперименты по применению пара проводили в 1950— 1952 гг. в Бельгии и Западной Германии. Эти работы позволили установить, что использование паро-кислородной смеси в качестве дутья

187

позволяет снизить содержание азота до 0,002—0,004%. Примене­ ние пара и двуокиси углерода в качестве дутья имеет существенные особенности, обусловленные тем, что и пар, и двуокись углерода являются очень сильными охладителями. При диссоциации грамммолекулы пара и двуокиси углерода затрачивается соответственно

57 800 и 67 680 кал.

Исследованиями установлено, что средняя степень диссоциа­ ции пара при продувке составляет около 70%, а степень диссоциа­ ции двуокиси углерода — около 80%. Тепловыми расчетами можно показать, что при таких степенях диссоциации тепловой эффект паро-кислородного и углекислотно-кислородного дутья будет соответствовать тепловому эффекту обычного воздушного дутья в том случае, если соотношение между паром и кислородом или двуокисью углерода и кислородом в дутье будет составлять 1 : 1 . Тогда содержание кислорода в объеме дутья будет весьма высо­ ким — количество активного кислорода будет составлять 67,5— 70% от объема дутья.

Очень небольшие объемы дутья с весьма высокими концентра­ циями кислорода позволяют при продувке металла паро-кислород­ ными и углекислотно-кислородными смесями работать практи­ чески без выбросов при высокой интенсивности продувки (до 8 м3 дутья на т/мин). Уменьшение количества отходящих газов и сни­ жение степени опасности выбросов позволяют перерабатывать при этом даже томасовские чугуны с очень высоким содержанием кремния (до 0,75—0,80%), продувка которых сопровождается, как правило, выбросами при обычном воздушном дутье. В соот­ ветствии с возможностью резкого повышения интенсивности по­ дачи дутья при использовании паро-кислородных и углекислот­ ных смесей уменьшается и длительность продувки.

Продувка паро-кислородной смесью требует специальных уст­ ройств для подогрева пара и кислорода. Продувка обычным насы­ щенным паром не представляется возможной потому, что при про­ хождении через трубопроводы пар конденсируется и конденсат может попасть в конвертер. Поэтому для осуществления паро-ки­ слородного дутья необходимо в конвертерном цехе предусматривать перегреватели для перегрева пара до —350° С и подогрева кисло­ рода до —150° С. Установки по перегреву пара и кислорода для цехов большой производительности являются довольно сложными и -дорогими; это — один из недостатков метода продувки паро­ кислородной смесью.

Технологические особенности паро-кислородной продувки томасовского чугуна в зарубежной литературе освещены недо­ статочно. В СССР также выполнено исследование передела высоко­ фосфористого чугуна на донном паро-кислородном дутье. Опыты проведены ЦНИИЧМ и Ново-Тульским металлургическим заво^ дом. Для перегрева пара на НТМЗ использовали пароперегрева­

188

зами 1 0 -т мартеновской печи, для чего к перегревателю провели дополнительный отвод от дымохода.

Насыщенный пар, подаваемый от ЦЭС, после перегревателя имел температуру около 400° С. Для нагрева кислорода исполь­ зовали четырехходовые бойлера площадью нагрева 10,2 м2. Кисло­ род подогревали сырым паром до 40—90° С. Поскольку предусмат­ ривали исследование комбинированной продувки (первого пе­ риода плавки на обогащенном кислородом дутье и второго — на паро-кислородном), дополнительно подогревали воздух, который также пропускали через пароперегреватель. Температура воз­

кислородом до 38—45%, во втором периоде (2—5 мин) — паро­ кислородной смесью. Соотношение пара и кислорода поддерживали постоянным (1 : 1). Расход воздуха в первом периоде в большин­ стве плавок составлял 70—90 м3/мин, расход кислорода 30— 40 м3/мин. Во втором периоде расход кислорода и пара составлял по 50—70 м3/мин каждого компонента. Примерный график дутье­ вого режима приведен на рис. 77. При указанных параметрах дутья расход реакционно способного кислорода при продувке

т. е. возрастал на 25—60% в зависимости от концентрации кисло­ рода в дутье первого периода.

При проведении плавок со скачиванием шлака и присадкой скрапа или соды для последующей продувки использовали смеси воздуха и кислорода или кислорода и пара. Последующая про­ дувка на графике не показана.

.189

Опытные плавки проводили по четырем технологическим вариантам:

I — без скачивания шлака и без применения скрапа и соды;

II — с применением скрапа в период передувки и с додувкой после присадки в течение 20—35 с;

III — со скачиванием шлака и присадкой соды в период пере­ дувки с додувкой после присадки в течение 20—35 с;

IV — со скачиванием шлака и применением скрапа и соды в пе­ риод передувки с додувкой после присадки в течение 20—35 с.

Для присадки скрапа или соды в период передувки конвер­ тер кантовали в горизонтальное положение. Вместе с содой приса­ живали известь в соотношении 1: 1. Скрап присаживали в коли­ честве 0,68—4,10% и соду — в количестве 0,27—0,54%.

Указанные четыре варианта исследовали с точки зрения вы­ бора метода, обеспечивающего получение минимального количе­ ства фосфора в стали при максимальном содержании Р 20 5 в шлаке и минимальных потерях железа. Присадки скрапа, даваемые в конце продувки, понижая температуру металла, сдвигали равно­ весие окисления фосфора в сторону перехода его в шлак. Такое же действие оказывала сода, способствовавшая увеличению окисленностн шлака (общее содержание О2- в шлаке). Средние техноло­ гические данные по плавкам, проведенным по различным вариан­ там технологии, приведены в табл. 44.

190