История развития конвертерных процессов.

История развития конвертерных процессов.

Конвертерный процесс был первым способом производства стали в массовых масштабах. Идея Г. Бессемера – получать литую сталь путем продувки жидкого чугуна воздухом или другими окислительными газами без использования топлива – впервые была осуществлена в 1856 г. Для футеровки конвертера использовали известные в то время кислые огнеупорные материалы, поэтому первый конвертерный процесс, названный бессемеровским, был кислым. Продувка воздухом осуществлялась через фурмы, расположенные в днище конвертера. Простота конструкции агрегата, его высокая производительность, отсутствие затрат топлива обусловили быстрое развитие процесса. Однако невозможность переработки чугуна с повышенным содержанием фосфора вызвали необходимость поиска другого способа передела. Эти поиски увенчались успехом, когда в 1878 г. Д. Томас заменил кислую футеровку конвертера основной, выполненной из обожженного доломита, и осуществил первый основной конвертерный процесс – томасовский. И тот и другой конвертерные процессы требовали определенного состава чугуна для обеспечения необходимого количества химического тепла. В качестве основного источника этого тепла в бессемеровском процессе служил кремний (0,9 – 1,25 %) в томасовском – фосфор (1,6 – 2,2 %). В случае томасовского процесса повышенное содержание фосфора обусловливалось также возможностью получения кондиционных фосфористых шлаков, используемых в качестве удобрения.

Однако даже при использовании оптимальных по составу чугунов в случае продувки их воздухом тепловой баланс операции оставался напряженным, что ограничивало количество металлического лома, переплавляемого в конвертерах. Продувка воздухом приводила к повышению содержания азота в стали и, следовательно, ухудшению ее качества. Указанные недостатки устраняются при замене воздушного дутья кислородным. Начиная с 50-х гг кислородно-конвертерный процесс получил бурное развитие и в настоящее время стал ведущим способом производства стали. Разработаны способы передела чугуна разнообразного состава – обычного передельного (мартеновского), с повышенным содержанием фосфора, легированного ванадием, хромом, марганцем и другими элементами.

 

Футеровка конвертера.

Футеровка кислородных конвертеров служит в тяжелых условиях. В наиболее тяжелых условиях находится футеровка в цилиндрической части конвертера и особенно в районе так называемого шлакового пояса, т.е. в той части конвертера, где имеет место контакт футеровки со шлако-металлической эмульсией, образующейся в зоне воздействия кислородной струи на поверхность ванны. Стойкость футеровки обычно измеряется количеством плавок от одного капитального ремонта до другого.

Для футеровки конвертера наибольшее распространение в настоящее время получили относительно дешевые и достаточно стойкие смолодоломитовые и смолодоломитомагнезитовые огнеупоры. Добавляемая при производстве огнеупоров смола (7 – 8 %) образует (во время последующего обжига) углеродистую связку, которая в свою очередь обеспечивает затвердевание огнеупорных изделий при низких температурах, благодаря чему они получают высокую прочность. Кроме того, связка выполняет роль защитного покрова на зернах доломита и магнезита и повышает устойчивость огнеупора к гидратации. Футеровка состоит обычно из нескольких слоев:

1. Арматурного, прилегающего к кожуху конвертера и служащего для предохранения кожуха от перегрева и прогара. Этот слой выполняют из магнезитохромитового или обожженного доломитового огнеупорного материала.

2. Рабочего, непосредственно соприкасающегося с металлом, шлаком и газами. Этот слой выполняют из периклазошпинелидного или смолодоломитового кирпича.

3. Промежуточного, расположенного между арматурным и рабочим. Промежуточный слой выполняют обычно из смолодоломитовой массы.

Днище конвертера также изготавливают из нескольких слоев: нижний слой – шамотный кирпич, затем несколько слоев магнезитового, затем смолодоломитовый кирпич. Минимальная толщина футеровки в конце конвертера должна составлять 100 мм. Стойкость футеровки зависит от целого ряда факторов:

1. Организации загрузки твердой шихты;

2. Температурного режима плавки;

3. Шлакового режима;

4. Колебаний температуры в промежуток между плавками;

5. Образования настылей на горловине конвертера.

Лучшие показатели стойкости получают при использовании для изготовления огнеупоров смолы, при сжигании которой образуется больший коксовый остаток. Интенсивность износа футеровки по ходу плавки изменяется: она максимальная в начальный период продувки и конечный период. Все мероприятия, связанные с уменьшением продолжительности этих 2 периодов, приводят к повышению стойкости футеровки. Например, при повышении интенсивности продувки имеет место более энергичное перемешивание металла, а также шлака, при этом возрастает эрозионный износ огнеупоров; однако одновременно ускоряется процесс шлакообразования и уменьшается продолжительность плавки. В целом стойкость футеровки увеличивается. Возрастает стойкость и при использовании извести лучшего качества (быстрее формируется основной шлак), при вдувании извести в порошкообразном виде, при снижении содержания кремния в чугуне.

 

 

Дефосфорация стали.

При выплавке низкоуглеродистых сталей удаление фосфора в процессе кислородно-конвертерной плавки при содержании его в обычном чугуне до 0,3 % несложно. Вместе с тем при переработке чугунов с более высоким содержанием фосфора, а также при окончании продувки на повышенном содержании углерода удаление фосфора затруднительно.

Окисление фосфора возможно только на межфазной границе металл – шлак в присутствии активного известково-железистого шлака.

Интенсивное поступление перегретых оксидов железа из реакционной зоны обусловливает сравнительно быстрое растворение извести с образованием основного шлака. Наличие активного по отношению к фосфору шлака обеспечивает успешное протекание реакций:

2[P] + 5(FeO) + 3(CaO) → (CaO)₃P₂ O₅

При продувке расплава сверху в кислородном конвертере фосфор начинает окисляться одновременно с углеродом.

Реакция дефосфорации может лимитироваться как доставкой атомов к месту реакции, так и отводом продуктов реакции в объеме шлака.

Интенсивному окислению фосфора в реальных условиях способствует относительно развитая граница раздела металл – шлак при образовании газошлакометаллической эмульсии и непрерывное перемешивание расплава. Определяющее влияние имеет формирование известково-железистового шлака на ход дефосфорации. Возрастание активности оксидов железа в шлаке влияет на дефосфорацию не только вследствие изменения их содержания. Но также в связи с ускорением растворения извести в шлаке и роста активности оксида кальция.

По мере снижения концентрации углерода в расплаве, роста окисленности шлака и его основности наблюдается дальнейшее удаление фосфора. Высокая температура расплава в этот период несколько снижает интенсивность его окисления, но высокоосновный железистый шлак обеспечивает получение металла с низким (<0,02 % P) содержанием фосфора. Подъем фурмы над уровнем ванны для увеличения содержания оксидов железа в шлаке приводит к улучшению процесса дефосфорации.

При выплавке средне- и низкоуглеродистых высококачественных сталей, требующих очень низкого содержания фосфора. Для обеспечения успешной дефосфорации необходимо произвести промежуточное скачивание шлака. Целесообразно проводить скачивание при максимальном для середины плавки коэффициенте распределения фосфора между шлаком и металлом и минимальном содержании оксидов железа в шлаке. Скачивание шлака увеличивает длительность кислородно-конвертерной плавки на 2 – 6 мин и снижает выход жидкой стали примерно на 0,5 – 1,0 %, так как увеличиваются потери металла со шлаком.

 

Шихтовые материалы кислородно-конвертерного процесса. Требования к чугуну, металлическому лому, железорудным материалам, шлакообразующим.

В состав шихты входят жидкий чугун, металлический лом, известь, твердые окислители (железная руда, окатыши, агломерат), плавиковый шпат. Расход этих материалов определяется составом чугуна, его температурой и маркой выплавляемой стали.

Кислородно-конвертерный процесс позволяет перер-ть чугуны различного состава. Огромным достиж-м процесса является возможность использ-я передельных чугунов, выплавляемых в доменных печах в массовом масштабе для мартеновских печей.

Значительное влияние на показатели кислородно-конвертерного процесса оказывает концентрация Si в чугуне. Повышение до опред-го уровня Si в чугуне спос-т раннему шлакообр-ю и нагреву ванны. Однако чрезмерное увел-е конц-ии Si в чугуне прив-т к увел-ю кол-ва шлака, расхода извести, потерь железа и уменьш-ю выхода жидкой стали. При более низких конц-х Si в чугуне сниж-ся расход перераб-го лома, происходит замедление процесса шлакообр-я, что может приводить к потерям Ме вследствие повышенного его выноса в начальный период продувки.

Большое влияние на показатели кислородно-конвертерного процесса оказ-т сод-е Mn в чугуне. Для процесса энергетически нецелесообразно повыш-е сод-е Mn в чугуне, т.к. не приводит к заметному увел-ю кол-ва перераб-го метал-го лома. При этом также снижается выход гонного вследствие угара Mn, увел-я кол-ва шлака и потерь Fe с ним.

Сод-е Р в передельн чугуне 0,1–0,3 % не выз-т особ затрудн-й при выпл-ке низкоуглер-й стали. Повыш-е сод-е Р в чугуне более 0,3 % требует для получ-я стали треб-го состава использ-я спец меропр-й для ускор-я проц-са шлакообр-я и работы на 2х шлаках.

Требования к чугуну по сод-ю S непрерывно повыш-ся. Сод-е в чугуне > 0,05 % S недопустимо, так как в этом случае нельзя гарантировать получ-е готового Ме с низким сод-м S. Промеж-е скачивание шлака также не обесп-т заметного возд-я на удаление S, т.к. в кислородно-конвертерном процессе основное ее кол-во удал-ся в заключ-й период продувки. Поэт в наст время сод-е S не должно превышать 0,035 %.

Темп-ра чугуна, залив-го в конвертер, должна быть не ниже 1320 °С. Низкая темп-ра приводит не только к сниж-ю расхода мет лома, но и к холодному ходу процесса в нач период продувки, что обусл-т замедление проц шлакообр-я и сниж-е скорости окис-я С.

Мет лом. К стальному лому предъявляют требования прежде всего по насыпной массе, его размерам, чистоте как по вредным примесям, так и по засоренности. ТИ предусм-но, что стальной лом, загруж-й в конвертер, должен иметь размеры кусков не более 300 х300 х1000 мм, а пакетированный лом – соотв-но 700х1000х2000 мм. Использ-е легковесного лома нежелат-но, т.к. в этом случае происх-т не то-ко увел-е длит-ти загрузки лома в конв-р. Но и заметное сниж-е темп-ры процесса в нач период продувки.

Железорудные материалы. В кач-ве железорудных матер-в использ-ся железорудная руда, окатыши, агломерат и окалина. Железорудные материалы прим-т д/охлажд-я Ме и ускорения шлакообр-я. Во всех случаях к железорудным матер-м предъявл-т след-ие требования: сод-е кремнезема должно быть ≤ 8 %; количество фракции < 10 мм не более 5 %, а размер кусков железной руды 20 – 50 мм. Материалы должны быть сухими.

Шлакообр-е материалы. Основ шлакообр-м матер-м яв-ся известь. Кач-во метал-й извести опред-т усл-я шлакообр-я, стойкость фут-ки конв-в, выход жидк Ме и степень рафинир-я Ме по S и Р. Вместо извести можно использ-ть спец-но приготовл-е на ее основе флюсы или брикеты, сод-ие, кроме оксидов Са и Mg, оксиды железа, плавик-й шпат, глинозем, оксиды Мn.

Плавиковый шпат исп-ся для ускор-я проц-са шлакообр-я и получ-я шлака требуемой жидкотекуч. Сод-е СаF₂ не более75 %. Размер кусков не более 100 мм в поперечнике. Он должен быть воздушно-сухим.

Доменное производство.

1. Доменная печь. Форма вертикального разреза доменной печи.

2. Технологические особенности доменного процесса

3. Футеровка доменной печи.

4. Изм-ние физич-го сост-я и химического состава мат-лов в дом.печи.

5. Топливо д/дом-й плавки. Требования, предъявляемые к тв-му топливу.

6. Восстановление окислов железа.

7. Проблемы дефосфорации и десульфурации при доменном произв-ве.

8. Науглероживание железа и образование чугуна.

9. Образование шлака. Начальный и конечный шлак.

10. Физические св-ва шлака (вязкость, температура плавления, энтальпия)

11. Процессы, происходящие в горне доменной печи.

12. Изменение температуры газа по высоте доменной печи.

13. Изменение состава газа по высоте доменной печи.

14. Состав и назначение доменных чугунов. Доменные ферросплавы.

15. Продукты доменной плавки. Доменный шлак и колошниковый газ.

16. Прием и подача шихты к доменной печи.

17. Подача и нагрев дутья.

18. Задувка печи.

19. Уборка чугуна и шлака.

20. Производство губчатого железа газообразными восстановителями.

История развития конвертерных процессов.

Конвертерный процесс был первым способом производства стали в массовых масштабах. Идея Г. Бессемера – получать литую сталь путем продувки жидкого чугуна воздухом или другими окислительными газами без использования топлива – впервые была осуществлена в 1856 г. Для футеровки конвертера использовали известные в то время кислые огнеупорные материалы, поэтому первый конвертерный процесс, названный бессемеровским, был кислым. Продувка воздухом осуществлялась через фурмы, расположенные в днище конвертера. Простота конструкции агрегата, его высокая производительность, отсутствие затрат топлива обусловили быстрое развитие процесса. Однако невозможность переработки чугуна с повышенным содержанием фосфора вызвали необходимость поиска другого способа передела. Эти поиски увенчались успехом, когда в 1878 г. Д. Томас заменил кислую футеровку конвертера основной, выполненной из обожженного доломита, и осуществил первый основной конвертерный процесс – томасовский. И тот и другой конвертерные процессы требовали определенного состава чугуна для обеспечения необходимого количества химического тепла. В качестве основного источника этого тепла в бессемеровском процессе служил кремний (0,9 – 1,25 %) в томасовском – фосфор (1,6 – 2,2 %). В случае томасовского процесса повышенное содержание фосфора обусловливалось также возможностью получения кондиционных фосфористых шлаков, используемых в качестве удобрения.

Однако даже при использовании оптимальных по составу чугунов в случае продувки их воздухом тепловой баланс операции оставался напряженным, что ограничивало количество металлического лома, переплавляемого в конвертерах. Продувка воздухом приводила к повышению содержания азота в стали и, следовательно, ухудшению ее качества. Указанные недостатки устраняются при замене воздушного дутья кислородным. Начиная с 50-х гг кислородно-конвертерный процесс получил бурное развитие и в настоящее время стал ведущим способом производства стали. Разработаны способы передела чугуна разнообразного состава – обычного передельного (мартеновского), с повышенным содержанием фосфора, легированного ванадием, хромом, марганцем и другими элементами.