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

ваннями показано, что растворение извести происходит в резуль­ тате насыщения ее поверхностных слоев окислами железа, крем­ ния и фосфора, образования легкоплавких соединений и перехода их в жидкую фазу шлака. Такой характер растворения извести подтверждается зональным строением ее кусков, извлекаемых из гетерогенных шлаков.

Скорость растворения извести, по-видимому, прямо пропор­ циональна площади ее контакта с жидкой фазой шлака или абсо­ лютной величине поверхности кусков извести. Увеличение поверх­ ности контакта до максимума возможно при использовании пыле­ видной извести с величиной зерна не более 1 мм, вдуваемой на поверхность ванны струей кислорода. В этом случае скорость растворения извести должна возрасти не только вследствие уве­ личения площади контакта со шлаком, но и в результате резкого увеличения концентрации окислов железа, участвующих в раст­ ворении извести, так как вдуваемая известь поступает в высоко­ температурную реакционную зону, в которой концентрация окис­

терного передела высокофосфористого чугуна с вдуванием в струе кислорода тонкоизмельченной извести. Дополнительным обосно­ ванием перехода к продувке пылевидной известью послужило и другое немаловажное соображение. При кислородно-конвертер­ ном процессе, особенно в первые минуты продувки, как правило, образуются пенистые шлаки. При продувке мартеновских чугунов с обыйным содержанием примесей это явление выражено весьма слабо и может не учитываться, особенно если технологией про­ дувки не предусматривается промежуточное скачивание шлака (например, при выплавке стали рядового сортамента).

Шлаки же с высоким содержанием пятиокиси фосфора, полу­

и шлака, уменьшению выхода жидкого металла и затруднениям в организации процесса производства. Однако при переделе фос­ фористого чугуна, предусматривающем скачивание шлака, полу­ чение пенистых шлаков не только целесообразно, но и необхо­ димо, поскольку это позволяет скачивать первичный богатый пятиокисыо фосфора шлак с максимальной полнотой, при этом удается избежать больших потерь металла. Следовательно, необ­ ходимо контролировать вспенивание шлаков, чтобы поддержи­ вать его в определенных пределах, получать максимальное количество товарного томасовского шлака и одновременно устра­ нять выбросы.

Основной причиной вспенивания шлаков является замедление выделения пузырьков СО через слой шлака и вспучивание его под воздействием значительного количества газов. Но, с точки зрения сталеплавильщиков, наиболее важными факторами, вызы­ вающими пенообразование, являются те, которые обусловливают

217

стабилизацию пены, так как только при стабильной, устойчи­ вой пене возникают неприятные последствия. Факторы, которые вызывают вспенивание шлаков и стабилизацию пены, пока еще не изучены.

Согласно исследованиям М. С. Сапиро [75], склонность шлака к вспениванию и стабилизации пены определяется его составом (особенно содержанием в нем поверхностно-активных крупных

ионов SiO^- и РО®- ), гетерогенностью, поверхностной вязкостью, интенсивностью газовых потоков, пронизывающих шлак, и давле­ нием газовой фазы над шлаком.

Для конвертерного процесса основное значение, с точки зре­ ния вспенивания шлаков, имеет, по-видимому, содержание в шлаке поверхностно активных компонентов и гетерогенность шлака. Такую точку зрения можно объяснить тем, что визуальные наблю­ дения большого числа плавок показывают, что шлаки второго периода продувки фосфористого' чугуна склонны к вспениванию гораздо в меньшей степени, чем шлаки первого периода продувки, несмотря на то, что.интенсивность газовыделения через шлаковый слой и давление газовой фазы над слоем шлака во втором периоде продувки, как правило, значительно выше в соответствии с более высокими скоростями обезуглероживания. Вязкость первичных и конечных шлаков при продувке высокофосфористых чугунов (с учетом температуры соответствующих периодов) также практи­ чески не должна различаться.

Влияние концентрации поверхностно активных ионов (SiO;J_ и РО|~) хотя и обнаруживается, но не является, по-видимому,

определяющим. Эффект вспенивания и стабилизации пены при наличии в поверхностных слоях шлака крупных одноименных по заряду ионов объясняется расклиниванием шлаковых пленок и эффектом Маренгони. Влияние ионов фосфора и кремния доста­ точно подробно описано В. И. Явойским [21]. Но концентрации

ионов POf~ и SiC>4- в поверхностных пленках вряд ли сильно различаются для первичного и конечного шлаков, получаемых при продувке высокофосфористых чугунов, поскольку объемные концентрации этих компонентов имеют практически один.порядок.

Основной причиной стабилизации пены в конвертерном про­ цессе следует считать гетерогенность шлака, которая может созда­ ваться присутствием в шлаке кусочков нерастворившейся извести, выпаданием в объеме шлака твердых фаз того или иного состава

иналичием значительного количества капель металла в шлаке. Применение пылевидной извести позволяет более точно

регулировать основность шлака по ходу продувки и переход извести в раствор и существенно уменьшать количество нерастворившихся в шлаке частищ извести, устранять до некоторой сте­ пени стабилизацию пены. К этим же результатам приводит и бо­ лее быстрое шлакообразование в первом периоде продувки, по­ скольку сокращается период пенообразования.

218

Перспективы применения пылевидной извести послужили причиной широкого распространения передела фосфористого чу­ гуна в различных странах, особенно во Франции и Германии. Около 50 конвертеров (во всем мире) работают (или находятся на стадии строительства) с подачей пылевидной извести в струе ки­ слорода. Емкость конвертеров составляет 25—150 т. Однако нужно отметить, что все вновь строящиеся цехи имеют конвертеры ем­ костью не менее 90—100 т. Краткий перечень конвертеров боль­ шой емкости, рассчитанных на передел фосфористого чугуна с подачей пылевидной извести, приведен в табл. 59.

Т А Б Л И Ц А 59. К О Н В Е Р Т Е Р Ы , РА БО Т А Ю Щ И Е С П О Д А Ч Е Й П Ы Л Е В И Д Н О Й И ЗВ ЕС ТИ

*Пока еще работают на мартеновском чугуне.

**Емкость конвертеров фирмы «Август-Тиссен» на фосфористом чугуне составляет

154 т.

Значительное число и большая емкость конвертеров указывают на эффективность такого метода передела и достаточную отрабо­ танность технологии и конструктивных решений пылеподачи.

Оборудование кислородно-конвертерных цехов, рассчитанных на применение пылевидной извести, сложнее, чем при переделе чугуна с использованием кусковой извести, поскольку необходимо отделение для подготовки пыли и оборудование для ее транспорта. Дробление и помол извести осуществляют на молотковых дробил­ ках и шаровых мельницах обычной конструкции. Требования к из­ вести как по химическому, так и по фракционному составу до­ вольно жестки. Известь не должна содержать масел, металличес­

219

ких включений и крупных кусков, не должна контактировать с атмосферой при передаче от помольных установок к цеховым бункерам.

Помол извести должен осуществляться таким образом, чтобы основное количество извести характеризовалось размером зерна не более 0 , 1 мм, так как исследованиями, проведенными, в част­ ности, ЦНИИЧМ, установлено, что увеличение количества круп­ ных, фракций в извести (размером более 0 , 1 мм) приводит к рез­ кому падению стойкости трубопроводов и медных сопел дутьевых фурм. Характерный фракционный состав извести приведен ниже:

Пылевидная известь подается в конвертеры через дозаторы, соединенные с фурмами конвертеров гибкими металлическими трубопроводами. Гибкие шланги, используемые обычно при по­ даче кислорода, не применяют во избежание загорания шлангов и трубопроводов. Дозаторы для подачи пылевидной извести вклю­ чают обычно в общий кислородопровод, где они находятся под дав­ лением 10— 14 ат.

Для улучшения условий подачи извести дозаторы, представ­ ляющие собой цилиндрические или шарообразные сосуды, снаб­ жаются форсунками, через которые поступает кислород и взму­ чивает пылевидную известь. Известь в дозаторах находится во взвешенном состоянии. За рубежом, как правило, применяют игольчатые дозаторы. Принцип работы игольчатого дозатора осно­ ван на пропуске пылевидной извести через калиброванное отвер­ стие в нижней части дозатора, перекрываемое игольчатым сто­ пором. При перемещении стопор изменяет сечение проходного отверстия, регулируя таким образом расход извести. Принци­ пиальная схема игольчатого дозатора приведена на рис. 84.

Точность выдачи извести по массе составляет около 2%. Пределы регулирования подачи извести в единицу времени весьма широки и различны для конвертеров различной емкости. Так, для конвертеров емкостью 50 т в Денене концентрация извести в 1 м3 кислорода может изменяться в пределах 0,32—8,0 кг, т. е. более, чем в 20 раз. Емкость применяемых дозаторов в зависимости от садки конвертеров колеблется от 4 м3 (30-т конвертеры) до 18,3 м3 (1 0 0 -т конвертеры).

Для подачи пылевидной извести на поверхность ванны приме­ няют фурмы обычной конструкции с цилиндрическими соплами или с соплами Лаваля. Однако не исключается и применение многосопловых фурм.

Известь и кислород при использовании односопловых дутьевых фурм смешиваются полностью на выходе из дозаторов, смесь поступает в фурму единым потоком. Однако такая конструкция

220

фурм, наряду с достоинствами, к которым относятся простота из­ готовления и достаточно высокая однородность смешивания, имеет и недостатки, заключающиеся в трудности регулирования соотношения кислорода и извести в желаемых пределах при сохра­ нении более или менее постоянных значений параметров воздей­ ствия струи на металл.

Проводятся исследования по разработке наиболее рациональ­ ных для подачи пыли конструкций фурм. Так, фирмой «Арбед»

(Бельгия) разработана и применена фурма, в которой пылевидная известь с определенной частью несущего кислорода поступает по внутреннему каналу, а по внешнему кольцеобразному каналу по­ дается чистый кислород. Особенностью таких фурм является за­ щита канала вторичного кислорода от загорания и закозления потоком первичного кислорода. Конструкция показала хорошие результаты с технологической точки зрения, но отмечается низкая стойкость вследствиеплохого охлаждения канала центрального подвода кислорода. Кроме того, одноканальные и двухканальные фурмы не дают возможности достаточно точного регулировать дав­ ление и скорость струи за соплом в процессе плавки, что необхо­ димо для создания попеременно благоприятных условий для дефосфорации и обезуглероживания.

221