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

Ликид», получил название ОБМ. Процесс осуществлен в 24-т томасовском конвертере заводов Зульцбах-Розенберге, оборудо­ ванном днищем эллиптической формы. На одной из половин днища размещены 10—>13 металлических щелевых фурм, через которые подают кислород и топливо (природный газ, пропан). Стойкость днищ возросла с 50 до 200 плавок по сравнению со стойкостью при томасовском процессе передела фосфористого чугуна; стойкость футеровки составляла 400 плавок. Доля лома

вконвертере ОБМ доведена до 28% (при томасовском процессе даже при обогащенном дутье доля лома не превышает 7—10%). Спокойный ход процесса позволил на 20% увеличить массу садки конвертера. Наблюдалась также несколько меньшая окисленность шлака при содержании фосфора, соответствующем томасовскому процессу. Большое количество лома в шихте позволило увеличить выход годного металла с 86% при томасовском процессе до 89,5%

впроцессе ОБМ.

Во Франции подобный процесс разработан совместно фир­ мами «Кафл» и «Вендель-Сиделор» и получил название ЛВС. В днище 18-т конвертера вставляют 16 фурм. Фурма состоит из внутренней медной трубки диаметром 11—13 мм и внешней нержа­ веющей трубки диаметром 20—23 мм. По центральной трубке

(избыточное давление до 11 ат, расход пара до ПО м3/мин, дву­ окиси углерода до 72 м3/мин). Стойкость днищ конвертеров до­ стигает 110 плавок, длительность продувки равна 8—9 мин.

Использование метода продувки снизу через щелевые фурмы в действующих томасовских цехах при наличии в них кислород­ ных станций безусловно целесообразно, поскольку позволяет на тех же агрегатах без значительных капиталовложений получить металл высокого качества. Именно поэтому процессы ОБМ и ЛВС вызвали значительный интерес ряда фирм. Конвертеры с подачей кислорода и других газов снизу работают в Бельгии, ФРГ, Фран­ ции.

Весьма интересно то, что процесс ОБМ исследован фирмой «Юнайтед Стейтс Стил» в США. После переработки и модернизации фирмой разработан новый процесс, названный КУ-БОП. На базе этого процесса намечено сооружение двух 200-т конвертеров

на заводах фирмы будет выплавляться процессом КУ-БОП. Фирма объявила о продаже лицензии на новый процесс.

Американская машиностроительная фирма «Пекор» заключила соглашение с фирмой «Максхютте», по которому будет сооружать конвертеры для процесса КУ-БОП в США, Канаде и др.

Важно отметить, что речь идет о переделе обычного мартенов­ ского чугуна, а не томасовского. Поскольку никаких технологи­ ческих данных по новому процессу не приводится (указано лишь,

324

что в качестве топлива через концентрические фурмы будут по­ давать тяжелые углеводороды и мазут), представляет значитель­ ный интерес оценить применимость нового процесса для народ­ ного хозяйства СССР. Такая оценка дается ниже, причем приме­ нительно лишь к подаче одновременно с кислородом топлива, поскольку малая перспективность углекислотно-кислородной и паро-кислородной продувки в условиях СССР уже была показана выше.

При оценке процесса учитывали емкость конвертеров, изме­ нения выхода годного и количества переплавляемого лома при переходе от верхнего кислородного дутья к нижнему топливно­ кислородному, изменение выхода газов, их запыленность, возмож­ ность остановки процесса при нужном содержании углерода и другие показатели.

При строительстве обычных томасовских конвертеров на воз­ душном и обогащенном кислородом дутье ограничивали емкость конвертеров. Это объяснялось тем, что для подачи дутья в кон­ вертеры применяли воздуходувные машины, обеспечивающие избы­ точное давление перед соплами в дутьевой коробке не более 1,5 ат. Поэтому глубина ванн томасовских конвертеров, определяющая величину противодавления металла и шлака, не должна была превышать 0,7—0,8 м. Переход на более высокие давления тре­ бовал уже применения не воздуходувок, а компрессоров, что, во-первых, резко увеличивало стоимость дутья, а во-вторых, практически исключало обогащение дутья кислородом, поскольку воздух, поступающий из компрессоров высокого давления, за­ грязнен маслами, что создает опасность взрыва при применении кислорода.

Переход на продувку снизу чистым кислородом и топливом (или кислородом и паром, кислородом и двуокисью углерода) снимает эти ограничения, поскольку в коллекторах перед фур­ мами можно создать любые практически необходимые давления. Если глубина ванн конвертеров большой емкости (130—=250 т) составляет 1,4—=1,8 м, то минимально допустимое избыточное дав­ ление кислорода перед фурмами при подаче дутья снизу равно примерно 4—5,0 ат. Избыточное давление газа (топлива) должно быть на 1—=2 ат выше для создания достаточно надежной защиты околофурменной зоны на начальном участке струи. Создание давления порядка 5—=7 ат и более при современном уровне тех­ ники подачи промышленных газов и кислорода не представляет трудности. Поэтому емкость конвертеров при использовании ще­ левых фурм не ограничивают и ее можно выбирать такой же, как и при верхнем кислородном дутье.

Продувка жидкой ванны снизу независимо от состава чугуна предопределяет необходимость передувки, поскольку при содер­ жании углерода в ванне более 0,05—=0,07% количества окислов же­ леза в шлаке недостаточно для получения активных известково­ железистых шлаков, способных связывать вредные примеси.

325

Именно поэтому продувку в конвертерах донного дутья всегда ведут с передувкой (при высоком содержании углерода получение необходимых концентраций фосфора и серы не гарантируется). Поскольку при верхнем кислородном дутье остановка процесса происходит при заданном содержании углерода, окисленность шлаков значительно ниже. Оценить различие окисленностей шлаков можно на основании общих закономерностей распределе­ ния кислорода между металлом и шлаком.

Такая оценка показывает, что выход жидкого металла при

выплавляемого металла. Однако при введении в дутье топлива положение несколько меняется. Поскольку газовая фаза конвер­ тера при подаче топлива содержит значительные количества воды, водорода, двуокиси углерода, парциальное давление в ней окиси углерода резко снижается. Следовательно, для окисления угле­ рода потребуется значительно меньшая концентрация кислорода в шлаке. Эти изменения можноопределить, учитывая опыт работы конвертеров большой емкости. Скорость окисления углерода

вконце процесса продувки невысока. Характер изменения ско­ рости окисления углерода для 250-т конвертера показан на рис. 124. Из рис. 124 следует, что при приближении к содержанию углерода 0,04% скорость окисления углерода не превышает 0,1 т/мин или

впересчете на садку —^0,04%/мин. Если в качестве топлива принять пропан с расходом 40% от количества кислорода, необ­

ходимого для рафинирования [при интенсивности подачи 4 м3/(т-мин)], то с учетом диссоциации продуктов сгорания состав газовой фазы будет примерно следующим (на 1 т в мин): 0,255 м3 СО; 0,153 м3 С 02; 0,133 м3 Н 20; 0,303 м3 Н 2, а парциальные давления составят соответственно 0,302; 0,181; 0,157 и 0,359 ат (изб.). Сле­ довательно, парциальное давление окиси углерода составляет

326

лишь около 0,3 ат (изб.). Принимая в выражении

т = [С] [О]

Рсо

зависимость условной константы равновесия т от давления ли­ нейной, нетрудно-определить для каждой концентрации углерода равновесные с ним значения кислорода и отсюда — окисленность шлака. Расчеты показывают, что при расходе пропана —40% от количества дутьевого кислорода окисленность шлака при любом содержании углерода отвечает окисленности шлаков при верх­ нем кислородном дутье. При изменении типа топлива результаты расчетов принципиально не меняются. Но по мере уменьшения расхода топлива (для низкоуглеродистой стали) окисленность шлака будет возрастать. Принимая этот рост в первом прибли­ жении линейным, находим, что потери железа растут с уменьше­ нием расхода пропана практически линейно.

Однако изменение окисленности шлака не определяет собой полное изменение потерь железа. При подаче топлива в реакцион­ ную зону изменяется пылевыделение. Механизм пылевыделения при донном кислородном дутье, по-видимому, аналогичен меха­ низму при верхнем дутье. Струя кислорода, внедряющаяся в ме­ талл, дробится на пузыри, температура металлической оболочки которых в момент образования максимальна и равна температуре реакционной зоны (при продувке чистым кислородом составляет

чество паров железа, соответствующее равновесному состоянию паров железа и жидкого железа при данной температуре. По мере всплывания пузыря его температура уменьшается в результате теплообмена с окружающим металлом, что сопровождается кон­ денсацией пыли в объеме пузыря. Как отмечалось, конечная кон­ центрация пыли в газе в момент разрыва пузыря над поверхно­ стью ванны определяется временем пребывания пузыря в металле.

При подаче топлива механизм пылеобразования несколько меняется. В момент образования пузыря температура оболочки его мало отличается от температуры, характерной для верхнего кислородного дутья, так как охлаждающий эффект вводимого топлива полностью компенсируется тепловым эффектом его сжи­ гания. Температура горения тяжелых углеводородов в чистом кислороде равна —2500° С. Однако, если при чисто кислородном дутье в объеме пузыря содержится кислород, окись углерода и в небольшом количестве двуокись углерода, то при введении топлива количество двуокиси углерода увеличивается и появляется значительный процент паров воды. При температурах пузыря продукты сгорания топлива сильно диссоциированы.

Данные работ по углекислотно-кислородной и паро-кислород­ ной продувке показывают, что степень диссоциации двуокиси

327

углерода в среднем составляет 80%, а пара 70% (см. гл. IV). Потери тепла на диссоциацию приводят к резкому снижению температуры оболочки пузыря по мере его всплывания, что спо­ собствует увеличению степени конденсации паров железа в объеме пузыря и как следствие —.уменьшению пылевыделения и потерь железа с пылыо. Качественно изменение температуры пузыря определяется различием тепловых эффектов окисления примесей

сти при подаче топлива можно по экспериментальным данным, полученным ЦНИИЧМ на опытном конвертере НТМЗ. Характер изменения запыленности с подачей топлива в конвертер приведен на рис. 17. Принимая начальный уровень запыленности при по­ даче чистого кислорода 120 г/м3 отходящего газа и учитывая раз­ личие теплот сгорания мазута и пропана (высшая теплота сгора­ ния пропана составляет 12032 ккал/кг, низшая теплота сгорания равна 11057 ккал/кг), можно рассчитать, что при расходе про­ пана от 10 до 40% от количества дутьевого кислорода уменьшение потерь с пылью составит 0,2—0,8% по отношению к металлошихте.

Как отмечалось выше, полного устранения пылеобразования при подаче топлива не происходит, даже при соотношении рас­ хода кислорода и топлива, соответствующем полному сгоранию топлива. Количество пыли не удается снизить до величин менее 2,5—4 г на 1 м3 отходящего газа. Следовательно, при продувке снизу кислородом и топливом также нельзя избежать устройств для охлаждения и очистки газов.

Таким образом, продувка с применением топлива позволяетснизить запыленность отходящих газов и увеличить выход ме-

3 2 8