Тепловой баланс кислородно-конвертерной плавки

Уровень и структура материальных и энергетических затрат характеризуют состояние технологии и техники процесса, их анализ позволяет вскрыть резервы, наметить пути их реализации. Материальный и тепловой балансы конвертерного производства стали взаимно обусловлены.

В таблице 11 приведены средние данные о тепловом балансе конвертерных плавок при использовании в качестве охладителя стального лома.

Таблица 11 – Средние данные о тепловом балансе конвертерных плавок при использовании в качестве охладителя стального лома

Кислородно-конвертерные процессы производства развивались как процессы, не требующие использования дополнительного топлива. Количество жидкого чугуна, его состав и температура определяют, как правило, расходы кислорода не процесс и охладителей для поглощения избыточного тепла. В большинстве случаев охладителем служит стальной лом.

Как видно из таблицы 11 основным источником тепла в конвертере является физическое тепло чугуна, составляет ~50 % приходной части теплового баланса, остальные ~50 % тепла вносят экзотермические реакции окисления примесей металлозавалки просуммированные с теплотой шлакообразования. Большую долю составляет тепло от окисления углерода (50 – 65 % всего тепла, выделяемого в ванну протекающими химическими реакциями). Если бы весь углерод окислялся до СО₂, приход тепла от его окисления увеличился в 2,5 – 2,6 раза. В последние годы отношение СО2/(СО + СО2) в газах на срезе горловины конвертера снизилось в связи с повышением удельной интенсивности продувки до 3 – 4 м3/(т•мин) и динамического напора истекающего из фурмы кислорода. Величина этого отношения определяется, главным образом, конструкцией применяемых кислородных фурм и конструкцией наконечников последних. Увеличение числа сопел и угла наклона их к вертикали при одних и тех же расходах дутья и положения фурмы вызывает увеличение общей боковой поверхности струй, следовательно, и объема зоны свободной струи со скоростью ниже критической, что уменьшает жесткость дутья. Это сопровождается некоторым увеличением приходной части теплового баланса плавок при возрастании удельного расхода кислорода (для дожигания СО).

Теплота реакции окисления кремния достигает 13 – 20 % от общего количества теплоты химических реакций при переработке обычных передельных чугунов. Содержание Mn в металлическом расплаве при использовании обычных передельных чугунов играет менее значительную роль. Следует отметить, что мировая конвертерная практика характеризуется тенденцией снижения содержания марганца в чугуне. Эта величина уменьшилась от 1,0 – 1,3 до 0,4 – 0,6 % и ниже, чему способствует экономии марганца.

Теплота от окисления фосфора при продувке передельных чугунов почти не влияет на тепловой баланс плавки.

Основной расход тепла составляют (таблица 11):

- физическое тепло стали (68 – 72 %);

- физическое тепло шлака (12 – 17 %);

- физическое тепло газов (6,5 – 9,5 %).

Следующей, наиболее значимой величиной расходной части теплового баланса является:

- тепловые потери конвертером (2 – 3 % и более), в том числе:

- тепловые потери теплопроводностью через футеровку (потери через корпус конвертера, средняя величина которых составляет 0,3 – 0,4 %, возрастая к концу кампании конвертера до 0,7 – 0,9 % от приходной части);

- потери тепла футеровкой конвертера в межпродувочный период (тепло, аккумулируемое «активным» слоем футеровки в процессе продувки ванны кислородом и теряемое в межпродувочный период);

- потери тепла излучением через горловину конвертера;

- потери тепла на охлаждение кислородной фурмы;

- потери тепла на нагрев кислорода продувки.

Остальные статьи расходной части теплового баланса плавки составляют от 3,0 до 5,0 % приходной части, в том числе:

- тепло, уносимое выбросами 0,5 – 0,7 %

- тепло, уносимое плавильной пылью 0,5 – 0,8 %

- тепло диссоциации карбоната кальция шихты 0,5 – 0,8 %

- тепло диссоциации оксидов железа шихты 0,8 – 1,3 %

- тепло, уносимое железом корольков шлака 0,3 – 0,7 %

- тепло, уносимое железом выбросов 0,4 – 0,6 %

Итого 3,0 – 4,9 %

Таким образом, для улучшения теплового баланса кислородно-конвертерного процесса необходимо, увеличение вносимого физического тепла и снижение теплопотерь по ходу плавки. Выполнение этих условий позволит выгодно изменить соотношение чугун-металлолом в сторону увеличения доли металлического лома в шихте.