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

винтообразные каналы. При подаче кислорода через фурмы такой конструкции осевая струя кислорода малого диаметра внедряется под фурмой в металл, в то время как кислород из винтовых ка­ налов растекается по поверхности ванны. Характеристика сопел приведена в табл. 71.

С

Как указывалось выше, максимальная скорость окисления углерода, а следовательно, и минимальная окисленность шлака наблюдаются при больших динамических напорах струи. Поэтому характер окисления углерода при использовании фурм со встав­ ками различного сечения совершенно различен.

Так, при продувке с соплами 10/12 и 13/19 мм и малом отно­ шении F/f (см. табл. 71) изменение концентрации углерода по ходу плавки имело линейный характер, а скорость окисления углерода по всему ходу плавки была минимальной и постоянной (0,13— 0,14% мин). Переход к соплу с большим сечением центрального отверстия, обеспечивающим большую скорость потока окислителя

иобразование больших поверхностей контакта газа с металлом

вреакционной зоне, сопровождался более резким увеличением

скорости окисления углерода1— 1 до значений, обычных при пере­ деле мартеновского чугуна (рис. 111, кривая <5). При использо­ вании сопла с большим отношением, но при увеличении расстоя­ ния от сопла до металла на ЗОЭ—400 мм характер изменения ско­ рости окисления углерода сохранялся, но максимальная ско­ рость окисления углерода была значительно ниже — порядка 0,19% мин (рис. 111, кривая 1). При малой скорости окисления углерода и фурмах с малым отношением F/f в процессе продувки удавалось достигнуть высокой окисленности шлака, тем самым создавались условия для интенсивного окисления хрома.

Характер изменения окисленности шлака при использовании фурм различных конструкций приведен на рис. 112. Интересно отметить, что при линейном изменении скорости окисления угле­ рода окисленность шлака по ходу плавки изменялась также по линейному закону. При высокой скорости окисления углерода

264

в процессе продувки халиловского чугуна изменение окисленности шлака имеет тот же характер, что и при продувке мартеновского чугуна. Это указывает на то, что даже при весьма высокой концен-

Рис. 111. Изменение скорости окисления углерода при про­ дувке хромистого чугуна с применением фурм различных конструкций:

1 — выплавка полупродукта, сопло 13/9 мм; 2, 4 — то же, сопло 10/12 мм; 3 — выплавка стали, сопло 21/6 мм

трации хрома окисленность металла и шлака, как и при продувке мартеновского чугуна, полностью определяется содержанием и скоростью окисления углерода (во всяком случае при высокой его концентрации).

шлаки отличались сравнительно невысоким содержанием железа (как правило, не выше 16% FeO) и очень высоким содержанием окислов хрома (12-— 18%). Первичные шлаки отличались сравни­ тельно небольшой вязкостью и легко сливались самотеком.

При повышении температуры и снижении концентрации окис­ лов железа в шлаке вследствие увеличения скорости окисления

265

углерода в середине продувки вязкость шлаков' резко увеличива­ лась. При содержании закиси железа в шлаке около 10— 12% шлаки становились густыми и неактивными. Они представляли собой нерастворившуюся известь в хромистом шлаке. Нерастворившиеся глыбы шлака, образующиеся, как правило, после вто­ рой присадки извести, оставались до самого конца продувки. Полное растворение их становилось возможным лишь при сниже­ нии концентрации углерода в металле до 0,07—0,05%. Малая активность шлака высокой вязкости и малая концентрация железа в нем приводили к получению весьма высокой концентрации хрома при высоком содержании углерода. Одновременно наблюдалось весьма высокое содержание фосфора. Характерный состав полу­ продукта, получаемого при использовании фурмы с большим отношением F/f, был следующим: 1,32*—2,5% С, до 1,0% Сг 0,03—0,10% Р, 0,83— 1,15% №.

Образование густых шлаков, кроме высокого содержания хрома и фосфора, сопровождалось малым выходом жидкого металла: во-первых, в густых хромистых шлаках оставалось весьма большое количество корольков металла и, во-вторых, происходил значи­ тельный вынос капель металла из горловины конвертера, наиболь­ шая интенсивность которого наблюдалась в начале процесса (когда еще не успели образоваться жидкие железистые шлаки) и в пе­ риоды максимальной скорости окисления углерода. Поэтому выход жидкого металла составлял (в условиях НТМЗ) около 80%.

Высокое содержание фосфора в полупродукте и малый выход жидкого металла заставили отказаться от дальнейших разработок вариантов выплавки полупродукта с использованием фурм с боль­ шим отношением F/f.

При использовании фурм 10/13 и 13/9 мм удалось разработать основные технологические параметры выплавки полупродукта с низким содержанием фосфора. Дутьевой режим при выплавке полупродукта с содержанием фосфора до 0,05% был следующим: после заливки чугуна (9—9,5 т) и завалки первой порции извести (5% от массы чугуна) начинали продувку с интенсивностью подачи кислорода 4—4,5 м3/(т-мин) при расстоянии от сопла до уровня спокойной ванны 700—800 мм. Продувку вели до появления всплесков жидкого металла шлака (2,8—3,0% С), после чего скачивали шлак.

Продувку второго периода плавки проводили с той же интен­ сивностью подачи кислорода; расход извести во втором периоде составил 5—6 % от массы чугуна. Второе скачивание шлака осуще­ ствляли при содержании, углерода в металле 1,4—2,4%, третье скачивание — в конце продувки. Конец продувки определяли по содержанию хрома в полупродукте. Концентрация хрома не должна была превышать 1 ,0 % и определялась спектральными методами. Для охлаждения вводили железную руду, которую присаживали в начале процесса и по его ходу порциями 1 0 0 —

2 0 0 кг.

266

Содержание фосфора в металле ниже 0,05% было получено на 91% плавок. Однако одновременно с низкой концентрацией фос­ фора была и низкая концентрация хрома: как правило, не выше

0,5— 0,7%.

Исследованием установлено, что выгорание хрома происходит параллельно окислению фосфора и получение повышенной кон­ центрации хрома в полупродукте сопровождается ростом содер­ жания фосфора практически во всем диапазоне концентраций углерода, окисленности шлака и температур.

Резкое улучшение состава полупродукта по содержанию фосфора, достигнутое в результате неоднократного скачивания известково-железистого шлака, отрицательно сказывалось на выходе жидкого металла, так как общее количество шлака достигалр 25—30% от массы чугуна. Такое количество шлака объяс­ нялось необходимостью поддержания концентрации окиси хрома в Шлаке не более 1 2 %, так как при более высоком содержании окиси хрома предотвращение загустевания шлака оказывалось практически невозможным. Поэтому показатели процесса при выплавке малофосфористого полупродукта практически не от­ личались от показателей при выплавке полупродукта с высоким содержанием фосфора. Средние технологические данные по вы­ плавке полупродукта с малым содержанием фосфора (до 0,05%) приведены ниже:

Кроме низких технико-экономических показателей процесса, выплавка полупродукта с любым содержанием углерода сопро­ вождалась низкой стойкостью футеровки вследствие высокой окис­ ленности шлака и большого содержания кремния в чугуне. Если в верхней части футеровки наблюдался интенсивный разгар, то нижняя часть футеровки зарастала настылями из хромистого

267

шлака; вес таких шлако-металлических настылей даже на малом опытном конвертере достигал нескольких тонн. Удаление их прщ смене футеровки представляет собой сложную и трудоемкую операцию.

Таким образом, выплавка полупродукта из природнолегирован­ ного чугуна даже с малым содержанием фосфора экономически целесообразна, по-видимому, только при организации дуплекспроцесса конвертер1—электропечь и выплавке стали с высоким со­ держанием легирующих.

При выплавке низколегированной стали окисление фосфора и хрома возможно в очень широком диапазоне концентраций угле­ рода, поскольку содержание его в конечном металле не превышало 0,18%. Поэтому при разработке технологии выплавки стали использовали фурму со вставкой 2 1 / 6 мм.

Технологический режим продувки был следующим. Перед сливом чугуна в конвертер заваливали известь (5—6 % от массы чугуна) и руду в количестве, необходимом для поддержания нор­ мального температурного режима. Продувку в первом периоде вели с интенсивностью 4,5—5,0 м3/(т-мин) и при расстоянии фурмы от поверхности спокойного металла 700—900 мм. На 3-й— 4-й минуте фурму поднимали еще на расстояние 300—400 мм, а интенсивность продувки снижали до 3,5—4,0 м3/(т-мин). Этот прием использовали для уменьшения скорости окисления углерода в конце продувки и образования шлака достаточной окисленности. На 5-й—6 -й минуте шлак скачивался самотеком.

Для наводки вторичного шлака присаживали известь в таком нее количестве, как и в первом периоде, и продувку вели по такому же режиму до уменьшения пламени. Чтобы окончательно снизить содержание фосфора, в ряде случаев выполняли передувку в те­ чение 30 с (не более). Легирование металла до нужного состава осуществляли в ковше.

При выплавке низколегированной стали основные закономер­ ности процесса принципиально не отличались от закономерностей при выплавке полупродукта.

Изменение концентрации хрома по ходу плавки во всех случаях имело практически линейный характер (при отнесении к концен­ трации углерода в ванне). Скорость окисления хрома была не­ сколько ниже скорости при выплавке полупродукта. Это объяс­ няется более высокой скоростью окисления углерода и намного меньшей окисленностью шлака по ходу плавки.

В конце продувки содержание хрома в металле определялось концентрацией железа в шлаке и температурой металла. Как уже говорилось, зависимость содержания хрома в металле от окислен­ ности шлака имеет вид полукубической параболы. Зависимость концентрации хрома в металле от температуры приведена на рис. 113. Анализ зависимостей концентрации хрома от температуры и окисленности шлака позволяет заключить, что при выплавке стали из природнолегированного чугуна не удается сохранить

268