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

т. е. при таком уменьшении длительности цикла дополнительно может быть израсходовано около 1,5 кг лома на 100 кг чугуна. Точно так же можно рассчитать эффект увеличения интенсивности продувки (по уменьшению длительности продувки и, следова­ тельно, цикла). Дальнейшего увеличения расхода скрапа в кон­ вертерных цехах можно достигнуть только дополнительным вводом тепла в конвертер. Дополнительное тепло в конвертер можно ввести различными методами: использованием подогретых

шлакообразующих (например, извести) и -охладителей (лома) перед завалкой в конвертеры; вводом тепла (подача топлива через специальные фурмы) и, наконец, вводом химических теплоно­ сителей.

Использование подогретых материалов (шлакообразующих и охладителей), которые нагреваются вне конвертера, является с точки зрения увеличения доли перерабатываемого лома, по-види­ мому, наиболее целесообразным, поскольку при этом можно ис­ пользовать наиболее экономичные виды топлива и нагреватель­ ных устройств и поскольку нагрев вне конвертера не вносит нарушений в технологию собственно конвертерного процесса. Однако это связано с большими техническими и организацион­ ными трудностями, поэтому эти методы увеличения расхода лома до сих пор не применяли ни в практике конвертерного производ­ ства, ни в опытном порядке.

30

Предварительный нагрев лома в конвертере с подачей топлива через специально сконструированные фурмы опробовали в ЦНИИЧМ на опытном конвертере НТМЗ. В качестве топлива использовали мазут и природный газ. Конструкция газо-кисло- родной фурмы представлена на рис. 6, конструкция мазуто­ кислородной фурмы— на рис. 7. Газо-кислородная фурма была рассчитана на расход газа 1200 м3/ч, однако вследствие повышен­ ного сопротивления газового тракта фактический расход газа составлял 1020— 1080 м3/ч (17— 18 м3/мин). Для смешения газа

Рис. 8. Номограмма для определения количества лома на 1 т чугуна в зависи­ мости от содержания кремния в чугуне и температуры предварительного нагрева

использованием топлива

с кислородом в сопле фурмы в нем установили винтообразную вставку с нарезкой по внутренним и наружным образующим.

Расход мазута составил 160—300 кг/ч (1,6—5,0 кг/мин) при максимальном расходе кислорода на сжигание 3600ди3/ч. Минут­ ный расход кислорода, пошедшего на сжигание газа, колебался в пределах 10— 15 м3/мин, а на сжигание мазута, — в пределах

20—25 м3/мин.

При нагреве лома газом и мазутом технология плавки была одинаковой — заливаемый лом нагревали пламенем топливно­ кислородных горелок до определенных температур, затем зали­ вали чугун; далее плавку проводили с применением обычной кислородной фурмы по технологии, не отличавшейся от обще­ принятой. Для предварительного определения количества лома использовали теоретическую номограмму (рис. 8), которая позво­ ляет по содержанию кремния в чугуне и предполагаемой темпера­ туре нагрева лома перед сливом чугуна находить его количество.

Всего было проведено три серии опытных плавок с расхо­ дом газа 10 м3/мин, 15— 18 м3/мин и с применением —5 кг/мин ма­ зута. Средние технологические показатели по сериям плавок приведены в табл. 7 (из расчета на 100 кг чугуна).

31

Для определения температуры расплавленного (или нагретого) лома использовали вольфрам-молибденовую термопару погру­ жений (при наличии жидкого металла) или оптический пирометр. Точность замеров была невелика. Избыточное количество лома, переплавляемого за счет тепла топлива, определяли по балансам (материальным и тепловым). Удельный расход природного газа на 1 кг избыточного лома составил 4— 15 м3, а мазута 2—6 кг. Значительные колебания удельных расходов топлива обусловлены содержанием лома в шихте и температурой нагреваемого лома.

Тепловой поток выражается уравнением

? = а-р [(-тш г)4 - ( i r o 5Л ккалДм'-ч),

где Гагр — температура агрегата, °К; 7„.м — температура поверхности металла, °К;

а— приведенный коэффициент излучения, ккал/(м2.ч. К4)

[а0 — 4,96 ккал/(м2.ч. °К4) 1.

Коэффициент теплоотдачи

С ростом температуры нагреваемого лома тепловой поток и коэффициент теплоотдачи уменьшаются; уменьшение коэффи­ циента теплоотдачи приводит к понижению степени использо­

32

вания топлива и увеличению его удельного расхода. Коэффициент использования топлива определяли как отношение количества тепла, израсходованного на нагрев лома (по балансам), к общему количеству тепла; величина коэффициента использования оказа­ лась зависимой от количества скрапа. Результаты опытных пла­ вок по величине коэффициента использования топлива в зависи­ мости от массы скрапа приведены на рис. 9.

При применении в качестве топлива природного газа макси­ мальная величина коэффициента использования топлива наблю­ далась при количестве скрапа в шихте 35—45%; при применении мазута такой зависимости не обнаружено — рост коэффициента

использования топлива характеризуется монотонностью во всем интервале количества скрапа. Это объясняется, по-видимому, большей светимостью-факела при использовании мазута. Экстре­ мальный характер зависимости коэффициента использования топлива при подаче газа можно объяснить, очевидно, условиями внешнего теплообмена. С увеличением количества подогреваемого лома возрастает тепловое сопротивление по толщине слоя металла и наступает момент, когда лом уже не воспринимает тепло (не успевает его воспринять).

Таким образом, увеличивать количество лома выше указанных пределов при использовании в качестве топлива природного газа нецелесообразно. В полном соответствии с данными рис. 9 нахо­ дятся и данные рис. 10. Минимальный удельный расход газа получен при содержании в шихте 35—40% лома. Подобных.зави­ симостей (с минимумом или максимумом) в случае подогрева лома мазутом не удалось получить; возможно, что коэффициенты использования топлива при подогреве мазутом уменьшаются прш более высоких его расходах, не опробованных в исследовании.

При исследовании были также определены наиболее целесооб­ разные соотношения между количествами подаваемого кислорода и газа, кислорода и мазута в периоды нагрева лома. Устано­ влено, что максимальная степень использования топлива при подаче мазута наблюдалась при отношении массы мазута к массе

кислорода QJQo2 = 0,3. При применении газа коэффициент использования топлива линейно убывает от 68 до 30% с изме­ нением отношения объема газа к объему кислорода от 0,35

до 0,8.

Нужно отметить следующее. При подаче газа в количествах меньших, чем это определяется стехиометрическими соотноше­ ниями полного сгорания (отношение VTIVo, = 0,5), наблюдается чрезмерное переокисление металла — на поверхности нагревае­ мого скрапа образуется шлак очень высокой окисленности, что делает небезопасным слив на него чугуна. Кроме того, при про­ дувке с соотношениями ниже 0,5 наблюдается довольно значи­ тельное пылевыделение, в то время как при продувке с соотно­ шениями более 0,5 пылевыделение при нагреве скрапа практи­ чески отсутствует. Продувка при таких же параметрах жидкой ванны приводит к резкому уменьшению пылеобразования, но все же не до величин, позволяющих работать без газоочистки.

Таким образом, исследованиями установлена возможность увеличения расхода лома в конвертерах до 40—50% и более. Исследования показали, что с точки зрения теплотехники луч­ шие результаты будут получены при количестве лома в шихте 35—45%. При этом время продувки увеличится от 21 до 96% при использовании газа и до ~47% при использовании мазута. В пересчете на длительность продувки и цикла в 100-т конвертерах увеличение времени плавки (а следовательно, уменьшение произ­ водительности) должно составить не менее 10—20%.

За рубежом предварительный нагрев скрапа с использованием газо-кислородных горелок опробован в промышленном масштабе фирмой «Висконсин Стил». Данные, приводимые в публикациях, в основном совпадают с полученными при исследованиях в ЦНИИЧМ. Увеличение количества скрапа для промышленных конвертеров составляло 4—8% (конвертеры емкостью 130 т) при длительности нагрева 8— 17 мин. Средняя продолжительность цикла плавки составила 57 мин, что для конвертеров такой емко­ сти по меньшей мере на 20% выше обычной за рубежом продол­ жительности цикла. Несмотря на снижение производительности вследствие увеличения продолжительности цикла фирма «Вискон­ син Стил» считает применение предварительного нагрева эконо­ мически обоснованным и продолжает вести работы в этом напра­ влении. Она рассчитывает снизить продолжительность' нагрева до 10—12 мин с подачей около 9% дополнительного количества скрапа.

Для Советского Союза экономическая целесообразность нагрева лома с применением кислородно-топливных горелок в конвер­ терах сомнительна: при одной и той же стоимости скрапа и чугуна (как это принимают в народнохозяйственных расчетах по метал­ лургии) технико-экономические показатели кислородно-конвер­ терного производства ухудшатся, по-видимому, в такой степени, что это не будет компенсироваться уменьшением затрат на добычу

34