Конвертерный процесс с комбинированной продувкой

Технология с комбинированной продувкой начала широко распространяться в 1977 – 1978 гг. При создании технологии комбинированного дутья стремились сохранить преимущества верхней продувки: 1) возможность регулирования процесса шлакообразования путем изменения режима продувки, быстрое формирование известково-железистого шлака; 2) дожигание некоторой части СО для СO_2, что увеличивает приход тепла, а также преимущества донной продувки: 1) интенсивное перемешивание ванны и ускорение процесса; 2) уменьшение окисленности ванны; 3) уменьшение количества выбросов и угара; 4) возможность глубокого обезуглероживания металла без чрезмерного его окисления; 5) возможность продувки ванны инертным газом.

Во всех вариантах процессов комбинированной продувки сверху через фурму подают кислород или смесь кислорода с порошкообразной известью.

Способ комбинированной продувки кислородом сверху и небольшим количеством инертного газа снизу оказался наиболее простым и эффективным способом. Такая технология обеспечивает:

1. Перемешивание ванны и выравнивание ее состава;

2. Приближение к равновесию между металлом и шлаком;

3. Снижение содержания оксидов железа в шлаке в результате взаимодействия оксидов железа шлака с углеродом металла; технология позволяет заканчивать продувку металла кислородом в момент, когда содержание углерода выше заданного.

4. Повышение выхода годного в результате снижения количества железа в шлаке.

5. Уменьшение окисленности металла

6. Снижение угара марганца и повышение его концентрации в ванне

7. Уменьшение угара ферросплавов при раскислении и легировании в результате взаимодействия с менее окисленной ванной.

8. Снижение расхода кислорода.

9. Уменьшение содержания газов в металле

10. Снижение содержания неметаллических включений вследствие флотационного действия пузырей газа.

11. Улучшение усвоения загружаемой в конвертер извести вследствие лучшего шлакообразования при повышении интенсивности перемешивания, снижении расхода флюсов, например плавикового шпата.

Работа с комбинированной продувкой требует более высокой культуры производства, включая управление плавкой, использование высококачественных огнеупоров и оборудования для донной продувки. Управление ходом плавки осложняется, поскольку к обычным операциям управления добавляются операции определения момента начала подаи инертного газа снизу и промежутка времени от момента окончания подачи кислорода сверху до момента окончания подачи газа снизу.

 

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.