4255

Аппарат для получения стали из расплавленного чугуна

Реферат

Производство и промышленные технологии

Конвертер Конвертер (англ. converter, от лат. converto — изменяю, превращаю), аппарат для получения стали из расплавленного чугуна продувкой его воздухом или кислородом, а также для получения черновой меди или файнштейна продувкой воздуха через...

Русский

2012-11-15

1.52 MB

14 чел.

Конвертер

Конвертер (англ. converter, от лат. converto — изменяю, превращаю), аппарат для получения стали из расплавленного чугуна продувкой его воздухом или кислородом, а также для получения черновой меди или файнштейна продувкой воздуха через штейны.

В чёрной металлургии различают К. с продувкой чугуна воздухом снизу (см. Бессемеровский процесс, Томасовский процесс) и кислородом сверху (см. Кислородно-конвертерный процесс). Общий вид К. для продувки чугуна снизу дан на. Корпус — стальной кожух, футерован огнеупорным кирпичом — кислым (динасовым) в бессемеровском К. и основным (доломитовым) в томасовском К. Футерованное днище снабжено соплами для подачи воздуха. Сопла либо непосредственно пронизывают днище, либо выполнены в отдельных огнеупорных (шамотных) кирпичах — фурмах. Воздух через пустотелую цапфу и патрубок подаётся в воздушную коробку, из которой поступает снизу в чугун и продувает его. Давление дутья значительно больше ферростатического давления чугуна, вследствие чего чугун во время продувки не заливает сопла. Корпус не симметричен относительно вертикальной оси, он имеет выгиб, называемый спиной К. Это сделано для увеличения емкости К. при горизонтальном его положении. Через верхнее отверстие, называемое горловиной, заливают чугун, выливают сталь и шлак; через него выходят конвертерные газы при продувке. Поворот К. осуществляется зубчатой рейкой со штоком, приводящимся в движение поршнем гидравлического цилиндра или через редуктор электродвигателем. Положение К. при заливке чугуна горизонтальное, во время продувки — вертикальное.

В малом бессемеровском К. дно глухое, а сопла вставлены горизонтально в заднюю стенку так, что воздушное или комбинированное (воздух с кислородом) дутьё направляется па поверхность чугуна.

В отличие от бессемеровских и томасовских, К. для продувки чугуна кислородом сверху имеют глухое днище без фурм и воздушной коробки и снабжены шлемом. Днище иногда выполняется съёмным для удобства ремонта. Ёмкость К. 100—350 m. Корпус К. обычно цилиндрический, днище имеет полусферическую чашеобразную форму; шлему придается форма усеченного конуса с меньшим основанием вверху. Верхнее отверстие шлема (горловина) служит для заливки чугуна, загрузки лома, извести и других материалов, а так же для выхода газов во время продувки. Для отделения металла от шлака при сливе в ковш К. снабжают леткой. Кожух К. сваривают из толстых стальных листов и футеруют смолодоломитовым кирпичом, толщина футеровки 700—900 мм. Перед вводом К. в работу футеровку обжигают. Обычно футеровка выдерживает 450—600 плавок. Механизм поворота К. состоит из системы передач (редукторов), связывающих цапфу с приводом. Частота вращения может меняться от 0,01 до 2,0 об/мин.

Водоохлаждаемая фурма для подачи кислорода в К. изготавливается обычно из трёх стальных труб, вставленных одна в другую. Нижняя часть фурмы заканчивается наконечником (соплом) из красной меди, через который кислород поступает в К. Во время продувки в К. образуется значительное количество отходящих газов. Для использования тепла отходящих газов и очистки этих газов за каждым К. устанавливают котел-утилизатор и установку для очистки газов. Управление конверторным процессом осуществляется с помощью счётно-решающих машин, в которые вводится информация о показателях процесса (состав и количество чугуна, лома, извести, отходящих газов, температура пламени и др.). Полученная после продувки жидкая сталь выпускается из К. в сталеразливочный ковш, установленный на электрифицированной дистанционно управляемой самоходной тележке и передаётся в разливочное отделение.

В цветной металлургии применяют К. главным образом цилиндрической формы. Диаметр такого К. 3—4 м, длина 6—9 м, ёмкость 40—100 т. Стальной корпус К. футеруют магнезитовым кирпичом и покрывают слоем магнезита. Заливка штейна, загрузка флюсов, оборотных материалов, концентрата, а также слив шлака и жидкого металла производится через горловину К. Мелкий материал может загружаться через отверстие в торцевой стенке с помощью пневматической пушки. Фурмы для подачи воздуха расположены снизу К. К. имеет поворотный механизм для выпуска жидких продуктов. См. также Конвертирование.

Бессемеровский процесс

Бессемеровский процесс, бессемерование чугуна, один из видов передела жидкого чугуна в сталь без затраты топлива (см. Конвертерное производство).

Б. п. был предложен Г. Бессемером в 1856 в связи с растущими потребностями в стали, вызванными ростом ж.-д. строительства, судостроения и машиностроения; он был прогрессивным для того времени методом получения литой стали. Первые заводские опыты производства бессемеровской стали в России относятся к концу 50-х гг. 19 в. (уральские заводы Кушвинский, Нижнеисетский, Сысертский, Всеволодо-Вильвинский и др.). При организации Б. п. в промышленных масштабах русские металлурги (Д. К. Чернов на Обуховском в 1872 и почти одновременно К. П. Поленов на Нижнесалдинском заводах) пошли самостоятельными путями и разработали особый способ передела малокремнистых чугунов в бессемеровском конвертере, получивший название русского бессемерования. Этот способ характеризовался высоким нагревом чугуна в вагранке (Обуховский завод) или в отражательной печи (Нижнесалдинский завод) перед его заливкой в конвертер. Б. п. обычно осуществляется в конвертерах с донной продувкой через установленные в днище конвертера фурмы. Сквозь жидкий чугун, залитый в бессемеровский конвертер, продувают сжатый воздух, чаще атмосферный, реже — обогащенный кислородом. Под воздействием дутья примеси чугуна (кремний, марганец, углерод) окисляются, выделяя значительное количество тепла, в результате чего одновременно снижается содержание примесей в металле и повышается температура, поддерживающая его в жидком состоянии. В производстве стали для фасонного литья применяют небольшие конвертеры с боковой продувкой. Этот процесс получил название малого бессемерования.

Течение Б. п. определяется прежде всего химическим составом и температурой заливаемого в конвертер чугуна. В Б. п. значительную роль играет кремний, окисление которого в начале процесса способствует повышению температуры в тот период, когда она ещё недостаточна для реакции обезуглероживания. Чем выше степень перегрева чугуна сверх температуры плавления, тем ниже содержание кремния в чугуне. Бессемеровский чугун по содержанию Si делят на три группы: холодный (менее 1,0% Si), химически нормальный (1,0—1,5% Si) и химически горячий (свыше 1,5% Si). По степени нагрева заливаемого в конвертер чугуна различают: горячий (1350°С и выше), физически нормальный (1250 — 1350°С) и физически холодный (ниже 1250°С) чугун. Регулируя соотношение факторов (химический состав, главным образом содержание кремния, и температуру чугуна), строят тепловой баланс Б. п., определяющий нормальный его ход и надлежащие свойства конечного продукта — стали. Ход Б. п. (т. е. последовательность реакций окисления примесей чугуна) обусловливается температурным режимом. Температуру Б. п. регулируют изменением количества дутья или введением в конвертер добавок к металлу. Для понижения температуры металла обычно вводят стальной скрап, руду или окалину. При недостатке тепла практикуется присадка ферросплавов, богатых кремнием. Температура металла при выпуске около 1600°С. Продутый металл, т. н. бессемеровская сталь, содержит в растворе избыток кислорода в виде закиси железа (Fe0). Поэтому заключительная стадия плавки — раскисление металлов с помощью ферросплавов.

Получающиеся при продувке чугуна нелетучие окислы входящих в его состав элементов (кремнезём, закиси марганца и железа — SiO2, MnO и FeO) совместно с компонентами разъедаемой футеровки образуют шлак, химический состав которого по ходу продувки непостоянен. Примерный химический состав шлака нормально проведённой операции при изготовлении низкоуглеродистой стали: 60% Si02, 3% AI2O3, 15% FeO, 17% MnO, незначительное содержание CaO+MgO. Ярко выраженный кислотный характер шлаков при наличии также кислой футеровки конвертера не даёт возможности при Б. п. удалить из металла вредные примеси — фосфор и серу. Лишь незначительная доля фосфора улетучивается с газами в парообразном состоянии. Чистота в отношении серы и фосфора — непременное требование к бессемеровским чугунам. Для выплавки бессемеровского чугуна пригодны лишь специальные "бессемеровские" руды с содержанием фосфора не более 0,025—0,03%, запасы которых весьма ограничены.

Высокое содержание азота в дутье существенно отражается на тепловом балансе Б. п.: на нагрев балластного азота (основного компонента дымовых газов при средней их температуре 1450°С) расходуется около 630 кдж (150 ккал) тепла на 1 кг продуваемого чугуна. Кроме того, наличие азота в металле, в котором он частично растворяется, резко ухудшает качество стали.

Всё повышающиеся требования к стали и наряду с этим значительное уменьшение запасов "бессемеровских" руд привели к резкому сокращению бессемеровского производства. Этому способствовала также и ограниченная ёмкость конвертеров донного дутья (до 50 т). Производство бессемеровской стали (в % к общему производству стали) составляет: в СССР — 1,5; США — 0,2; Франции — 0,3; Англии — 0,06. Более перспективны, чем Б. п., мартеновский процесс, а в последние десятилетия — кислородно-конвертерный процесс.

Томасовский процесс

Томасовский процесс, томасирование чугуна, один из видов передела жидкого чугуна в сталь без затраты топлива (см. Конвертерное производство). Т. п. был предложен С. Дж. Томасом в 1878 и успешно конкурировал с бессемеровским процессом, т.к. позволял перерабатывать чугун, содержащий до 2% P. Распространению Т. п. способствовало то, что томасовская сталь была дешевле стали, полученной другими способами.

Наибольшее применение Т. п. получил сначала в Германии, обладавшей в то время большими запасами лотарингских высокофосфористых руд (первые плавки в 1879). В России Т. п. был введён в 80-х г. 19 в. на Таганрогском, Керченском и Мариупольском заводах. В конце 19 в. томасовская сталь по объёму мирового производства (около 25% от всей выплавки стали) занимала 2-е место (после бессемеровской). Однако несколько повышенное по сравнению с мартеновским металлом содержание азота и фосфора, обусловившее большую хрупкость и хладоломкость томасовской стали, ограничило область её применения. В начале 20 в. Т. п. уступил по объёму производства стали мартеновскому процессу. В дальнейшем доля томасовского металла продолжала снижаться (в 1974 менее 2%).

Течение Т. п. определяется прежде всего химическим составом томасовского чугуна, богатого фосфором. Томасовский конвертер имеет такую же конструкцию, как и бессемеровский, но несколько больше по размерам. Коренное различие между конвертерами состоит в футеровке. Основная футеровка томасовского конвертера (из "намертво" обожжённого доломита) даёт возможность загружать в него известь (12—15% от массы чугуна) для ошлакования и удаления фосфора. После загрузки извести заливают чугун с температурой 1180—1250 °С, поворачивают конвертер в вертикальное рабочее положение и начинают продувку, в ходе которой окисляются Si, Mn, частично Fe, С и Р. Металл продувается до 0,05% С, так как только к концу окисления С начинается интенсивное окисление Р (до 0,04— 0,05% Р). S из металла удаляется лишь частично. При Т. п. металл часто приходится охлаждать добавками руды, окалины или скрапа. В конце плавки металл раскисляют и науглероживают коксом, графитом, термоантрацитом или древесным углём в бумажных пакетах. Выход годного металла 85—89%, выход томасшлака (используемого как фосфорное удобрение) 18—20% от массы металла. При ёмкости конвертера 18—70 т продолжительность продувки 16—22 мин, а длительность всей плавки 25—40 мин. Выплавленная сталь идёт на сортовой прокат, лист, кровельное железо, проволоку, рельсы.

В 50-х гг. 20 в. был разработан ряд новых вариантов Т. п., позволявших получать сталь с пониженным содержанием азота: продувка воздухом, обогащенным кислородом, парокислородной смесью, смесью кислорода и углекислого газа. Однако к середине 70-х гг. 20 в. Т. п. практически вытеснен кислородно-конвертерным процессом. В СССР томасовских конвертеров нет.

Кислородно-конвертерный процесс

Кислородно-конвертерный процесс, один из видов передела жидкого чугуна в сталь без затраты топлива путём продувки чугуна в конвертере технически чистым кислородом сверху. О целесообразности использования кислорода при производстве стали в конвертерах указывал ещё в 1876 русский металлург Д. К. Чернов. Впервые применил чистый кислород для продувки жидкого чугуна снизу советский инженер Н. И. Мозговой в 1936. В 1939—41 на Московском заводе станкоконструкций проводились опыты по продувке чугуна сверху кислородом в 1,5-т ковше и выплавлялась сталь для фасонного литья. Впервые К.-к. п. был опробован в промышленном масштабе в Австрии в 1952. Первый кислородно-конвертерный цех в СССР был введён в эксплуатацию в Днепропетровске на металлургическом заводе им. Петровского в 1956.

К.-к. п. осуществляется в конвертере с основной смолодоломитовой (доломит, смешанный со смолой) футеровкой и с глухим дном; кислород под давлением более 1 Мн/м2 (10 кгс/см2) подаётся водо-охлаждаемой фурмой через горловину конвертера. С целью образования основного шлака, связывающего фосфор, в конвертер в начале продувки добавляют известь. Под воздействием дутья примеси чугуна (кремний, марганец, углерод и др.) окисляются, выделяя значительное количество тепла, в результате чего одновременно снижается содержание примесей в металле и повышается температура, поддерживая его в жидком состоянии. Когда содержание углерода достигает требуемого значения (количество углерода определяется по времени от начала продувки и по количеству израсходованного кислорода), продувку прекращают и фурму извлекают из конвертера. Продувка обычно длится 15—22 мин. Полученный металл содержит в растворе избыток кислорода, поэтому заключительная стадия плавки — раскисление металла. Течение К.-к. п. (т. е. последовательность реакций окисления примесей чугуна) обусловливается температурным режимом процесса и регулируется изменением количества дутья или введением в конвертер "охладителей" (скрапа, железной руды, известняка). Температура металла при выпуске около 1600 °С. На приведена схема получения стали в кислородном конвертере.

Применение при конвертировании кислородного дутья вместо воздушного (см. Бессемеровский процесс, Томасовский процесс) позволило получать сталь с низким содержанием азота (0,002—0,006%). Высокая температура К.-к. п. способствует интенсивному окислению углерода, поэтому содержание кислорода, растворенного в металле, снижается до 0,005—0,01%. Расход кислорода на 1 т чугуна при К.-к. п. составляет " 53 м3. При одном и том же качестве стали К.-к. п. по сравнению с мартеновским (см. Мартеновское производство) даёт экономию по капиталовложениям на 20—25%, снижение себестоимости стали на 2—4% и увеличение производительности труда на 25—30%. В СССР за 1965—71 выплавка стали в кислородных конвертерах увеличена с 4 до 23,2 млн. т в год, или в 5,8 раза. Рост производства конвертерной стали сопровождается ростом ёмкости конвертеров. С технологической точки зрения, увеличение емкости конвертера не создает каких-либо дополнительных трудностей ведения плавки. Поэтому даже в крупных конвертерах выплавляют не только рядовую низкоуглеродистую сталь, но и среднеуглеродистую, высокоуглеродистую, низколегированную и легированную стали.

.

Завалочная машина

Перевод

Завалочная машина

служит для завалки (загрузки) в сталеплавильные агрегаты шихты (стального лома, руды, флюсов и др.). Различают З. м.: напольные (рельсовые или безрельсовые) и подвесные.

Напольные рельсовые З. м. (рис.) устанавливают в мартеновских цехах с крупными печами (ёмкостью 150 т и более). Все узлы машины смонтированы на мосту, который передвигается по рельсам, уложенным на рабочей площадке печного пролёта цеха вдоль фронта печей. Внутри моста перемещается тележка с хоботом, предназначенным для ввода коробки с шихтой (мульды (См. Мульда)) в завалочное окно печи. Грузоподъёмность таких З. м. от 7 до 15 т. Они просты по конструкции, надёжны в эксплуатации, высокопроизводительны (одна машина может обслуживать 4 печи), но требуют сооружения утяжелённой рабочей площадки. Напольные безрельсовые З. м. предназначены для обслуживания печей малой ёмкости (5—20 т). В отличие от напольных рельсовых З. м., они могут передвигаться в любом направлении и легко разворачиваются даже на небольших площадках.

Подвесные З. м. работают, как правило, в цехах с печами средней ёмкости (20—150 т). Машина такого типа состоит из мостового крана с главной и вспомогательной (крановой) тележками (последняя предназначена для ремонтных работ и уборки шлака). Грузоподъёмность подвесных З. м. (в числителе — масса шихты в мульде, в знаменателе — грузоподъёмность вспомогательной тележки): 1,5/20, 3/10, 5/20 и 8/20 т. Достоинство подвесных З. м. заключается в том, что из-за отсутствия рельсовых путей облегчается обслуживание печей. К недостаткам машин такого типа относятся сложность конструкции, сравнительно невысокая производительность (каждая машина обслуживает 2—3 печи), невозможность работы в одном пролёте З. м. и заливочных кранов.

С. И. Венецкий.

 

Схема напольной рельсовой завалочной машины: 1 — мартеновская печь; 2 — мульда; 3 — мульдовая тележка; 4 — хобот; 5 — тележка завалочной машины; 6 — мост завалочной машины; 7 — токосъёмная конструкция; 8 — габарит подвижного состава.

авалочная машина

Завалочная машина, служит для завалки (загрузки) в сталеплавильные агрегаты шихты (стального лома, руды, флюсов и др.). Различают З. м.: напольные (рельсовые или безрельсовые) и подвесные.

Напольные рельсовые З. м. (рис.) устанавливают в мартеновских цехах с крупными печами (ёмкостью 150 т и более). Все узлы машины смонтированы на мосту, который передвигается по рельсам, уложенным на рабочей площадке печного пролёта цеха вдоль фронта печей. Внутри моста перемещается тележка с хоботом, предназначенным для ввода коробки с шихтой (мульды) в завалочное окно печи. Грузоподъёмность таких З. м. от 7 до 15 т. Они просты по конструкции, надёжны в эксплуатации, высокопроизводительны (одна машина может обслуживать 4 печи), но требуют сооружения утяжелённой рабочей площадки. Напольные безрельсовые З. м. предназначены для обслуживания печей малой ёмкости (5—20 т). В отличие от напольных рельсовых З. м., они могут передвигаться в любом направлении и легко разворачиваются даже на небольших площадках. Только два дня

Подвесные З. м. работают, как правило, в цехах с печами средней ёмкости (20—150 т). Машина такого типа состоит из мостового крана с главной и вспомогательной (крановой) тележками (последняя предназначена для ремонтных работ и уборки шлака). Грузоподъёмность подвесных З. м. (в числителе — масса шихты в мульде, в знаменателе — грузоподъёмность вспомогательной тележки): 1,5/20, 3/10, 5/20 и 8/20 т. Достоинство подвесных З. м. заключается в том, что из-за отсутствия рельсовых путей облегчается обслуживание печей. К недостаткам машин такого типа относятся сложность конструкции, сравнительно невысокая производительность (каждая машина обслуживает 2—3 печи), невозможность работы в одном пролёте З. м. и заливочных кранов.

Кислородно-конвертерный процесс с верхним дутьем

Кислородно-конвертерный процесс — это процесс производства стали из жидкого чугуна с добавлением стального лома в конвертер со щелочной футеровкой и продувкой кислородом сверху сквозь водоохлаждаемую фурму.

В промышленности этот технологический процесс был впервые внедрен в Австрии в 1952 г. на заводах в городах Линце и Донавице.

В Украине в 1956 г. впервые внедрен кислородно-конвертерный процесс с верхним дутьем в конвертерном цехе Днепропетровского завода им. Петровского, где были переоборудованы бессемеровские конвертеры емкостью 20 т.

За короткое время кислородно-конвертерный процесс получил широкое распространение во многих странах.

Процесс получил несколько названий: LD-процесс (от немецких слов Linz Dusenferfaren — фурмовый процесс в Линце); ВОР-процесс (от английских слов Basic Oxygen Process — основной кислородный процесс); кислородно-конвертерный процесс (название принято в отечественной практике).

В последнее время появилось много разновидностей кислородно-конвертерного процесса (ОLP — Oxygene — Lance — Poudre — от французского кислород — фурма — пудра; КМS — по названию немецких заводов Klockner, Maxhutte и слова Stahlhersteelung и много других).

Футеровка кислородного конвертера выполняется из периклазоуглеродного, смолодоломитомагнезитового, смолодоломитового или магнезитового кирпича. Иcпользование основных огнеупоров на основе MgO, CaO дало возможность наводить во время процесса основные шлаки, выполнять дефосфорацию и десульфурацию металла.

Процесс плавки стали в кислородных конвертерах разделяют на такие этапы: загрузка металлического лома, заливка жидкого чугуна, продувка ванны кислородом, введение сыпучих материалов, образующих шлак, контроль температуры металла и отбор проб, слив металла и шлака, осмотр футеровки конвертера и подготовка к следующей плавке. Цикл плавки начинают с загрузки металлического лома в конвертер.

7.2.1. Загрузка металлического лома

Количество стального лома достигает 25—27 % от массы шихты. К металлу, как и при обычных сталеплавильных процессах, предъявляются следующие требования: отсутствие высокого содержания фосфора, серы, добавок цветных металлов и ржавчины. Кроме того, ограничивают максимальный размер кусков лома, потому что очень большие могут не успеть раствориться в металле за время продувки, а во время загрузки могут повредить футеровку конвертера. Для конвертеров емкостью 100—350 т размер кусков лома не должен быть больше таких габаритов: 0,3 × 0,3 × 1,0 м, а для пакетов лома не больше 0,7 × 1,0 × 2,0 м.

Металлолом попадает в конвертеры из отделения шихтовых магнитных материалов (скрапного отделения) или непосредственно из скрапоразделительного узла.

Загрузку производят мульдами разной вместимости в зависимости от объема конвертера. Загрузка лома и заливка чугуна в конвертер разрешается начинать при температуре футеровки не ниже 1000 °С по команде мастера (сталевара) конвертера. Поскольку конвертер является высокопродуктивным агрегатом, во всех новых кислородно-конвертерных цехах применяют односовковую загрузку скрапа.

Во время завалки конвертер наклоняют в сторону грузового пролета на угол 45°. Краном из грузового просвета или специальной машиной мульды с металлоломом подают к горловине конвертера, наклоняют и высыпают скрап в конвертер. Равномерность распределения металлолома в середине рабочего пространства конвертера обеспечивается его покачиванием.

При наличии в конвертере металла и шлака от предыдущей плавки до начала завалки должны быть приняты меры по их удалению из конвертера или загущению путем добавления извести в определенном количестве.

7.2.2. Заливка жидкого чугуна

Основным шихтовым материалом для кислородно-конвертерного цеха является жидкий чугун. Жидкий чугун попадает в конвертеры из миксерного отделения или из отделения переливания самоходными чугуновозами, емкость которых соответствует емкости конвертера. Чугуновозный ковш подают к моменту выпуска предыдущей плавки. Конвертер находится в наклонном положении, как и во время операции по завалке металлолома. Не делая большого перерыва, в конвертер на скрап заливают жидкий чугун при помощи заливочного крана с чугуновозным ковшом, который передвигается по рабочей площадке вдоль фронта конвертеров. Массу чугуна, заливаемого в конвертер, рассчитывают в зависимости от заданной марки стали, массы отливок, количества охладителей (лома, окатышей, руды).

Загруженный конвертер устанавливают в вертикальное положение.

Большое значение придают стабильности металлолома по массе и составу, а также стабильности жидкого чугуна по химическому составу и температуре. Содержание фосфора в чугуне не должно превышать 0,2—0,3 %, потому что при большем содержании необходимо выполнять промежуточный слив шлака во время продувки и наводить новый шлак, что снижает продуктивность конвертера. Также чугун должен содержать не более 0,04—0,06 % серы, потому что десульфурация металла во время плавки в кислородном конвертере протекает недостаточно полно.

Температура жидкого чугуна, который перерабатывают в конвертерах на сталь, обычно составляет 1300—1450 °С. Использовать чугун с более низкой температурой нежелательно, поскольку это приводит к холодному началу продувки и замедлению образования шлака.

После доливки чугуна конвертер возвращают в вертикальное рабочее положение.

7.2.3. Продувка

В полость конвертера вводят фурму и включают подачу кислорода. Перед началом продувки проверяют готовность систем, механизмов и оборудования. Прежде всего это касается котла-охладителя и газоочистки. Особенно большое внимание уделяют работе тракта для отвода конвертерных газов по схеме без догорания СО. По котлу контролируют давление и расход воды для питания контура. Проверяют работу дымососа, газовые горелки и приспособления для систем газоотводного тракта, расход воды. Автоматически включается регулятор, выставляется заданное давление в устье кессона охладителя конвертерных газов, равняющееся 6—10 Па, и обеспечивается в отводимых газах 60 % СО.

Высоту фурмы над уровнем условно спокойной ванны устанавливают в зависимости от расхода кислорода через сопло, угла наклона оси сопла от вертикали, химического состава жидкого чугуна, качества металлолома, извести, других добавок и состояния футеровки конвертера. За счет кислорода, которым продувают чугун, окисляется избыточный углерод, а также кремний, марганец и небольшое количество железа, причем окисление кремния и марганца заканчивается в первые 3—4 минуты продувки.

Из окислов, которые образовались (за исключением СО), извести и других сыпучих материалов образуется шлак. Основность шлака увеличивается в связи с растворением извести и в конце продувки составляет 2,5—3,7. Во время продувки в шлак из металла выделяются фосфор и сера.

Пузырьки СО, которые образовались при окислении углерода, вспенивают металл и шлак и значительно усиливают циркуляцию шлака и металла, что ускоряет процессы окисления, дефосфорации, нагрева металла и др. Вместе с пузырьками окиси углерода из металла удаляются растворенные в нем вредные газы — водород и азот.

Расстояние от головки фурмы до уровня спокойной стали обычно составляет 0,8—3,3 м и зависит от вместимости конвертера и конкретных условий работы данного конвертера.

При этом необходимо учитывать, что положение фурмы на уровне спокойной ванны прежде всего должно обеспечить нормальный ход шлакообразования, исключить выброс металла из полости конвертера.

Для ускорения шлакообразования продувку начинают при более высоком положении фурмы, а через 2—4 минуты ее опускают до обычного оптимального значения. Интенсивность подачи кислорода в зависимости от конструкции фурмы и принятой технологии находится в пределах 2,5—7 м3/(т · мин). В начале и в конце продувки, когда скорость окисления углерода небольшая и металл мало вспенивается, фурма находится над ванной. В середине продувки, когда интенсивность окисления углерода значительно возрастает, большое количество пузырьков СО выделяется и вспенивает верхнюю часть ванны. Это приводит к тому, что фурма оказывается заглубленной в газо-шлако-металлическую эмульсию; уровень ванны может достигать горловины конвертера.

Перед началом продувки на каждой смене или перед пуском конвертера после набивки новой футеровки и замены кислородной фурмы выполняют проверку ее положения.

В современных цехах продувку выполняют сквозь многосопловые фурмы кислородом с чистотой не менее 99,5 % О2. Причем в дутье должно быть не больше 0,1 % N2. Контроль химического состава компонентов должен выполняться каждую неделю. Режим изменения высоты фурмы, расход и давление кислорода в ходе продувки определяется заводской технологической инструкцией. Как правило, существенный расход кислорода изменяется в пределах 47—57 м3/т стали, повышаясь при увеличении содержания добавок в чугуне и понижаясь при увеличении части стального лома в шихте, потому что лом содержит меньше добавок, которые окисляются, чем чугун.

Давление кислорода перед фурмой должно быть в определенных пределах. Давление кислорода перед фурмой в 1,2—1,4 МПа обеспечивает высокую кинетическую энергию и скорость струи кислорода (450—500 м/с), что в свою очередь способствует достаточному углублению кислородных струй в ванну до полного усвоения кислорода металлом.

Интенсивность продувки в отличие от расхода кислорода в единицу времени, который возрастает при увеличении вместимости конвертера, для большегрузных конвертеров достигает 2000 м3/хв и не зависит от емкости. Она определяется главным образом конструкцией кислородной фурмы (числом сопел в ней) и является почти постоянной в условиях того или иного конвертерного цеха. На разных предприятиях величина интенсивности находится в пределах 2,5—5,0, а иногда доходит до 7 м3/(т · мин).

7.2.4. Циркуляция ванны

Циркуляция ванны, возникающая во время продувки в результате действия кислородных струй и потока пузырьков СО, которые выделяются из ванны, интенсифицирует массо- и теплообмен, ускоряя процессы окисления, рафинирования, нагрева металла и расплавление стального лома.

Под фурмой высокоскоростные потоки кислорода, которые захватывают капли металла и шлака, направлены вниз. Это так называемая «зона продувки». Остальную часть ванны называют зоной циркуляции, в которой на границе зоны продувки циркуляционные потоки направлены вверх; это результат того, что из-за увеличенной концентрации кислорода здесь происходит более интенсивное окисление углерода и формируется усиленный поток пузырьков СО. Так как контур циркуляции должен быть замкнут, у стенок конвертера металл движется вниз.

В начале и в конце продувки, когда скорость окисления углерода и выделение пузырьков СО значительные, циркуляционные потоки ослаблены и интенсивность перемешивания ванны недостаточная.

7.2.5. Добавка компонентов, образующих шлак

Сыпучие компоненты, образующие шлак, загружают при помощи автоматизированной системы, которая состоит из бункеров для хранения материалов, питателей, весов и лотков, по которым материалы ссыпаются в горловину конвертера. Система обеспечивает загрузку сыпучих материалов без остановки продувки по программе, заданной оператором с пульта управления конвертером.

Структура системы подачи сыпучих материалов и ферросплавов, а также оборудование системы беспрерывно усовершенствуется.

Загрузку добавок в конвертер можно выполнять по таким схемам:

до заливки чугуна в конвертер 100 % на скрап;

до заливки чугуна в конвертер 50 % под чугун или скрап, остаток дают в ходе продувки;

режим завалки — «доводка» в процессе продувки (первую самую большую порцию загружают в начале продувки, остаток порций (2—3) — во время продувки);

загрузка мелкими равномерными порциями по ходу продувки (режим «посыпания»); количество порций может быть до 10, это определяется составом оборудования и числом автоматических весов-дозаторов тракта подачи шихтовых сыпучих материалов.

В цехах старой постройки возможны только первые две схемы.

Наиболее часто используют такой порядок загрузки компонентов, образующих шлак: в первую порцию входит ½ — ⅔ сыпучих компонентов (известь с плавиковым шпатом, иногда с добавлением руды, окалины, окатышей, бокситов); остальное добавляют несколькими порциями на протяжении первой трети длительности продувки. Сыпучие материалы добавляют в конвертер в измельченном виде (до фракции 20—25 мм).

7.2.6. Контроль температуры металла и отбор проб

Для того чтобы получить на момент окончания продувки заданный химический состав и температуру, по ходу плавки можно осуществлять измерения температуры металла, а также выполнять отбор проб металла и шлака. С этой целью конвертерные печи оборудуют специальными фурмами (термозондами). Они являются неотъемлемыми элементами оборудования современного кислородного конвертера. Результаты измерений, выполненных за 2—3 минуты до завершения продувки, используются для остановки продувки при определенном составе и температуре металла.

Зондовые устройства вводят в конвертер или через окно кессона параллельно кислородной фурме, либо через отверстие в шлемной части конвертера под некоторым углом к вертикали (рис. 7.1).

Рис. 7.1. Введение зонда:

а — через окно кессона; б — через шлемную часть конвертера

В комплекте с зондовым оборудованием применяют датчики температуры, датчики температуры вместе с приспособлением для отбора пробы металла, датчики температуры с определением содержания углерода, датчики температуры и окисления.

На рис. 7.2 представлено специальное оборудование для конвертера емкостью 350—400 т. Оборудование располагается на специальной площадке сверху здания цеха. Масса такого оборудования около 57 т, в том числе масса собственно измерительной фурмы с охлаждающей водой 47 т. Время замера температуры составляет 140 с.

Рис. 7.2. Приспособление для замера температуры и отбора проб металла без наклона конвертера

В тех цехах, где отсутствуют термозонды, отбор проб и измерение температуры выполняют во время наклона конвертера (рис. 7.3). Наклон возможен только после прекращения продувки, поэтому промежуточный наклон является нежелательной операцией, потому что это безусловно снижает производительность конвертера.

Рис. 7.3. Измерение температуры металла в конвертере

Если так получилось, что для получения содержания углерода, соответствующего определенной марке стали, необходимо продолжить продувку еще некоторое время, то конвертер вновь возвращают в вертикальное положение и возобновляют продувку. Эту дополнительную операцию иногда называют передувкой или додувкой; она обычно продолжается несколько секунд.

7.2.7. Слив металла и шлака

После получения химического состава и заданной температуры продувку прекращают, фурму поднимают и конвертер наклоняют для слива металла.

Выпуск стали из конвертера выполняют через сталевыпускное отверстие (летку) по команде оператора с главного поста управления или со вспомогательного поста на рабочей площадке. Во время слива в сталеразливочный ковш под струю металла добавляют раскислители и легирующие добавки.

После окончания слива стали конвертер наклоняют в противоположную сторону для выпуска жидкого шлака, который сливают в шлаковый ковш непосредственно через горловину конвертера.

Для предотвращения попадания шлака в ковш с металлом выполняют специальную работу («отсечка» шлака). Существует много способов предупреждения попадания шлака в ковш, например, закрытие летки после выпуска плавки шаром-стопором, который покрыт слоем огнеупорной обмазки из смеси магнезитового порошка.

Приспособление для отсечения шлака вводят во время выпуска металла при помощи машины. Штанга машины, которая охлаждается водой, имеет сжимающее приспособление для крепления подвески 1 шара-стопора 2. Поверхность шара, имеющую неровности («ежи»), предварительно обмазывают огнеупорным материалом (60—65 % магнезитового порошка) и сушат 4 часа при температуре 300 °С. Плотность шара меньше, чем у расплавленного металла, и больше, чем у шлака. После ввода шара-стопора в полость конвертера за 0,5—1,0 минуту до окончания выпуска металла и вбрасывания его в район сталевыпускного отверстия он погружается в шлак и плавает на границе между шлаком и металлом. Последние порции металла затягивают шар в сталевыпускное отверстие, происходит отсечка шлака от стали. Недостатком такого способа является недостаточно надежная отсечка. Отсечка при таком способе достигается на 85—90 % плавок. Более эффективными являются другие способы, которые основываются на принудительном закрытии сталевыпускного отверстия: например, использование стопора из алюмосиликатных огнеупоров с добавлением карбида кремния, содержащего углерод (стопор вводится в отверстие принудительно на штанге, которая охлаждается водой (рис. 7.4, а)); шиберного скользящего затвора (рис. 7.4, б); пневматического стопора (рис. 7.4, в), который при появлении шлака обеспечивает перекрытие сталевыпускного отверстия механическим путем, или газом, подающимся в отверстие. Последнее приспособление надежно в работе и широко распространено. Для еще более точного отсекания шлака применяют специальные индикаторы шлака, например электромагнитные. В соединении с пневматическим отсекателем шлака такие индикаторы позволяют ограничить попадание шлака в ковш до 0,4 %, а при обычной практике шлак может попасть в количестве 0,5—1,5 %.

Рис. 7.4. Схемы отсекания шлака:

а — огнеупорным стопором; б — шиберным затвором; в — пневматическим приспособлением

7.2.8. Процесс плавки

Продолжительность плавки в современном конвертере составляет 30—45 минут, в том числе:

Завалка лома и заливка чугуна  5—10 минут

Продувка кислородом  12—17 минут

Отбор проб, замеры температуры  4—6 минут

Слив металла и шлака, осмотр и ремонт футеровки 8—12 минут

Типовая диаграмма конвертерной плавки приведена на рис. 7.5, на котором видно, что, начиная с момента начала подачи кислорода, в конвертере одновременно происходят процессы окисления добавок, нагрев ванны и шлакообразование. Все эти процессы взаимосвязаны; их протекание зависит от состава и характера шихтовых и шлакообразующих материалов, конструкции фурмы, давления и расхода кислорода, а также организации продувки.

Рис. 7.5. Изменение состава металла и шлака по ходу продувки в кислородном конвертере

Окисление добавок и шлакообразование

Во время рассмотрения технологии конвертерной плавки необходимо учитывать протекание двух процессов, которые происходят непрерывно и одновременно: интенсивная подача кислорода (окислительная атмосфера в зоне реакции) и шлакообразование (образование слоя шлака, постепенное повышение его основности и увеличение массы шлака по ходу продувки).

В первые периоды плавки, когда концентрация добавок (С, Si, Мn, P) достаточно высока, интенсивность (скорость) окисления этих добавок определяется интенсивностью подачи кислорода (то есть лимитируется внешним массопереносом). Чем больше интенсивность продувки, тем выше скорость окисления добавок.

На некоторых современных конвертерах достигалась интенсивность подачи кислорода до 5—8 м3/(т · мин.). При такой повышенной интенсивности продувки общая продолжительность плавки несколько уменьшается; вместе с тем наблюдаются выбросы металла, ухудшаются условия службы футеровки, усложняется контроль за ходом плавки, замедляется образование шлака, наблюдаются случаи запоздалого растворения металлолома, загруженного в конвертер. Даже при такой интенсивной подаче кислорода степень его усвоения составляет 90—95 %, поэтому можно считать, что, даже при очень высоком расходе кислорода в первый период, ванна может усвоить весь поданный кислород.

Соотношение количества добавок, которые окислились в результате взаимодействия с кислородом и оксидами железа, зависит от условий продувки. Если, не изменяя давление кислорода, поднимать фурму, струи кислорода растекаются по поверхности и будет происходить преимущественно окисление железа. Многочисленными исследованиями установлено, что чем больше (до определенных пределов) расстояние между фурмой и поверхностью металла, тем больше железа в шлаке. Наличие шлака с большим содержанием железа обеспечивает быстрое растворение извести, которую загружают в конвертер, и образование жидкотекучего основного шлака (рис. 7.6). Процесс растворения извести в шлаке продолжается в процессе всей плавки. Технология проведения плавки должна обеспечить в конце операции полное растворение извести.

Рис. 7.6. Зависимость скорости растворения извести в шлаке от содержания в нем FeO и MnO

Профессором Р. В. Старовым на основе обработки большого массива экспериментальных данных была предложена полуэмпирическая формула для расчета скорости растворения извести в шлаке Vрасизвести, т/мин. В зависимости от температуры металла Tмет (для условий работы 130-тонного конвертера)

Vрасизвести = 0,0716 (FeO + MnO) + 0,0054 · Tмет

Из этой формулы видно, что чем выше концентрация FeO и MnO в шлаке и чем выше температура металла, тем быстрее растворяется известь.

Реакция окисления

В процессе продувки за счет кислорода окисляется излишний углерод, а также кремний, большая часть марганца и некоторое количество железа. Окисление добавок жидкого чугуна — углерода, кремния и марганца можно представить такими суммарными уравнениями:

[C] + ½ 1/2O2 = CO;

[Si] + O2 = (SiO2);

[Mn] + 1/2O2 = (MnO).

Но нужно иметь в виду, что за счет непосредственного взаимодействия с газообразным кислородом окисляется незначительная часть добавок. Окисление большинства добавок происходит по более сложной схеме — во-первых, в зоне контакта кислородной струи с металлом окисляется железо: Fe + 1/2 O2 = FeO; это связано с тем, что концентрация железа намного больше, чем концентрации остальных элементов. Закись железа частично растворяется в металле: FeO [O] + Fe и частично в шлаке: FeO (FeO), а уже потом за счет растворенного в металле и шлаке кислорода окисляются другие составляющие жидкого чугуна. Окисление, например, углерода происходит по таким схемам:

за рахунок розчиненого у металі і шлаку кисню окиснюються інші складові рідкого

Fe + 1/2O2 = FeO; Fe + 1/2O2 = FeO;

FeO = [O] + Fe; FeO = (FeO);

[C] + [O] = CO; [C] + (FeO) = CO + Fe.

Если подвести итог уравнений правого и левого столбцов, то в обоих случаях получим итоговую реакцию окисления углерода: [C] + 1/2 O2 = CO, которая отражает только начальное и конечное состояние процесса окисления.

Таким образом, для продувки в конвертере характерно прямое окисление железа в зоне контакта кислородной струи с металлом (в «первичной реакционной зоне») и окисление остальных составляющих металла за счет вторичных реакций на границе с первичной реакционной зоной и в другом объеме ванны.

Окисление кремния

Кремний благодаря родству с кислородом интенсивно окисляется в первые минуты продувки кислородом с реакцией [Si] + 2(FeO) = (SiO2) + 2Fe. Кремнезем, который образуется, взаимодействует с СаО, образовывая силикаты:

(SiO2) + 2(CaO)=(CaO)2 · SiO2,

В результате увеличения основности шлака, увеличения прочности силикатов кальция и падения концентрации в шлаке свободной SiO2, кремний окисляется практически полностью в первые минуты продувки и в процессе продувки заметно не восстанавливается из шлака в металл даже в период интенсивного обезуглероживания.

Окисление кремния заканчивается в первые 3—5 минут продувки, и в дальнейшем по ходу плавки жидкий металл кремния не содержит. Реакция окисления кремния протекает до его полного расхода и является необратимой, потому что продукт окисления — кислотный окисел SiO2 связывается в щелочном шлаке в прочное соединение (CaO)2 · SiO2.

Окисление марганца

Интенсивное окисление марганца наблюдается в начале продувки, когда при низких температурах его химическое родство к кислороду велико (рис. 7.7).

На рис. 7.7 приведена зависимость химического сродства некоторых элементов к кислороду от температуры; при этом величина химического сродства тем больше, чем больше по абсолютной величине отрицательное значение ΔF0. На рис. 7.7. также видно, что при температурах 1450—1500 °С кремний и марганец имеют более высокое сродство к кислороду, чем углерод. При более высоких температурах сродство углерода к кислороду превышаетс сродство марганца и кремния. Относительно этого марганец и кремний окисляются в начале продувки, когда температура в конвертере относительно невысокая.

Рис. 7.7. Химическое сродство элементов к кислороду в зависимости от температуры

За 3—5 минут продувки окисляется около 70 % марганца, содержащегося в чугуне. В дальнейшем поведение марганца определяется равновесием экзотермической реакции (выделяется 122 550 Дж/моль тепла)

[Mn] + (FeO) = (MnO) + Fe.

Относительно этой реакции отмечаются (рис. 7.5) такие особенности поведения марганца: при уменьшении содержания FeO в шлаке во второй половине продувки содержание марганца в металле растет, то есть марганец восстанавливается из шлака. Этот процесс получил название «марганцевый горб». В конце продувки, когда окисление железа усиливается, содержание окислов железа в шлаке растет, наблюдается вторичное окисление марганца.

Конечное содержание марганца в металле зависит прежде всего от его содержания в чугуне и растет при увеличении температуры металла в конце продувки и снижении окисленности шлака. То есть восстановление марганца более заметно во второй половине плавки, когда интенсивно окисляется водород, а температура ванны и основность шлака высокие. В некоторых случаях при повышенном содержании марганца в чугуне (0,7—1,2 %) марганец может восстанавливаться до 0,4—0,5 %, что исключает необходимость использования ферромарганца для раскисления стали.

Окисление углерода

Окисление углерода в кислородном конвертере происходит в основном до СО; до СО2 окисляется менее 10—15 % углерода, находящегося в чугуне. В начале продувки (рис. 7.5), когда интенсивно окисляются кремний и марганец, а температура ванны невысока, скорость окисления углерода относительно небольшая (0,10—0,15 %/мин). В дальнейшем вследствие повышения сродства углерода к кислороду при повышении температуры (рис. 7.7) и уменьшении расхода кислорода на окисление марганца и кремния, скорость окисления углерода растет, достигая в середине длительности продувки максимума (0,35—0,45 %/мин). В конце продувки она снова снижается вследствие уменьшения содержания углерода в металле. Роль реакции обезуглероживания в кислотно-конвертерной плавке очень высока, потому что продолжительность окисления углерода определяет продолжительность продувки, а также пузырьки СО, которые выделяются, обеспечивают удаление из металла азота, водорода и интенсивное перемешивание металла и шлака, что способствует улучшению дефосфорации и десульфурации.

Дефосфорация

Дефосфорация — т. е. удаление из металла в шлак фосфора — совершается при помощи экзотермической реакции (выделяется 767 290 Дж/моль)

2[P] + 5(FeO) + 4(CaO) = (4CaO · P2O5) + 5Fe,

для успешного протекания которой необходимы повышенная окисленность и основность шлака и невысокая температура. В кислородном конвертере складываются благоприятные условия для выделения в шлак фосфора — наличие основных шлаков со сравнительно высоким содержанием окислов железа и хорошее перемешивание ванны.

Дефосфорация начинается сразу после начала продувки (см. рис. 7.5), что объясняется быстрым началом формирования щелочного шлака с большим содержанием железа. Поскольку реакция выделения фосфора сопровождается выделением тепла, дефосфорация наиболее интенсивно протекает в первой половине продувки при относительно низкой температуре.

Конечное содержание фосфора в металле зависит от количества шлака и полноты протекания реакции дефосфорации, которую обычно характеризуют величиной коэффициента распределения фосфора между шлаком и металлом (Р2О5)/[P]. Эта величина в условиях кислородного конвертера изменяется от 40 до 80—100 и в этих пределах обычно тем выше, чем выше щелочность и окисленность шлака и чем ниже температура металла в конце продувки. Кроме того, более полному протеканию реакции дефосфорации и повышению значения (Р2О5)/[P] способствует улучшение перемешивания металла со шлаком, что достигается при снижении вязкости шлака и при более раннем шлакообразовании, потому что в этом случае увеличивается продолжительность контакта металла со шлаком.

Большое значение имеет также количество шлака. Чем больше масса шлака, тем полнее будет проходить дефосфорация, т. е. большее количество фосфора будет переходить в шлак при одной и той же величине коэффициента распределения фосфора. Поэтому при повышенном содержании фосфора в чугуне обычно увеличивают количество конвертерного шлака.

Как правило, при содержании фосфора в чугуне менее 0,15—0,20 % металл в конце продувки содержит менее 0,02 % фосфора.

Десульфурация

Десульфурация в кислородном конвертере происходит в течение всего процесса продувки и, главным образом, путем выделения серы из металла в шлак. Вместе с тем, часть серы (5—10 %) выделяется в виде SO2 в результате ее окисления кислородом продувки.

[FeS] + (CaO) = (CaS) + (FeO)

Необходимы высокая основность шлака и низкое содержание в нем окислов железа. Конвертерный шлак содержит значительное количество FeO (7—12 % и более), поэтому десульфурация получает ограниченное развитие (30—40 %).

Степень десульфурации, которая достигается при плавке в кислородном конвертере, определяется главным образом основностью шлака, увеличиваясь при ее росте. С увеличением щелочности шлака в конце операции ( ) коэффициент распределения зростає до 8—10 (рис. 7.8) увеличивается до 8—10 (рис. 7.8) и содержание серы в металле уменьшается. Поэтому переработка чугунов обычного состава обеспечивает получение в конце операции металла с содержанием серы 0,02—0,04 %. Для рядовых марок стали такой показатель можно признать удовлетворительным. В случае выплавки качественных сталей содержание серы не должно превышать 0,035 %, поэтому операцию десульфурации необходимо продолжать в процессе выпуска металла из конвертера — в ковше и далее методами внепечной обработки.

Рис. 7.8. Зависимость распределения серы от щелочности шлака

Во-вторых, степень десульфурации возрастает при увеличении количества шлака, так же способствует десульфурации ускорение образования шлака и увеличение продолжительности продувки, ведь при этом увеличивается время взаимодействия металла с образованным шлаком.

Влияние температуры на степень десульфурации состоит в следующем: из-за того, что реакция выделения серы сопровождается очень малым тепловым эффектом, изменения температуры не имеет заметного влияния на сдвиг ее равновесия. Но увеличение температуры конвертерной ванны заметно улучшает ее десульфурацию, потому что это вызывает снижение вязкости шлака, ускоряя тем самым диффузию компонентов, которые участвуют в реакции выделения серы.

Требования к шлаку

Шлаковый режим (состав, вязкость, количество шлака и скорость его образования) должен прежде всего обеспечивать достаточно полное выделение фосфора и серы из металла во время продувки. В связи с этим основность шлака должна быть достаточно высокой (от 2,5 до 3,7), а вязкость незначительной, потому что в густых шлаках замедляются процессы диффузии компонентов, участвующих в реакциях дефосфорации и десульфурации. Большая основность шлака (3,8 и более) нежелательна, потому что шлак переходит в гетерогенное состояние; при недостаточной щелочности, т. е. при повышенном содержании SiO2, происходит не только ухудшение процессов выделения фосфора и серы, но и усиливается разъедание шлаком футеровки. Стойкость футеровки ухудшается также вследствие очень высокой подвижности шлака (жидкотекучести) и повышенного содержания окислов железа. Повышение окисления шлака вызывает также увеличение угара раскислителей. Из-за высокой плотности шлака и его повышенного количества увеличиваются потери железа со шлаком в виде корольков.

В связи с быстротечностью продувки чрезвычайно важно как можно раньше обеспечить формирование шлака; в противном случае из-за недостаточного времени контакта металла со шлаком не успевают завершиться процессы дефосфорации и десульфурации. Кроме того, при продувке без шлака наблюдается повышенный вынос капель металла с газами, которые отходят, и образования на фурме наплывов металла.

Формирование щелочного шлака сводится к растворению кусковой извести, загруженной в конвертер, в жидкой шлаковой фазе, которая образуется на первых секундах продувки и состоит из продуктов окисления составляющих чугуна (SiO2, MnO, FeO). Известь тугоплавкая (температура плавления CаO составляет 2570 °С), поэтому для ее растворения необходимо взаимодействие с окислами окружающей шлаковой фазы с получением легкоплавких химических соединений, которые могли бы раствориться при температурах конвертерной ванны.

Практика показала, что без применения специальных мер растворение извести будет происходить очень медленно. Это объясняется тем, что взаимодействуя с кремнеземом, куски извести покрываются тугоплавкой оболочкой двукальциевого силиката 2CaO · SiO2 (температура плавления 2130 °С), что препятствует дальнейшему растворению. Поэтому необходимо добавлять компоненты, которые снижают температуру плавления этого силиката, а также собственно извести. Наиболее эффективны в этом случае CaF2 и окислы железа, в несколько меньшей степени MnO. С учетом вышесказанного в конвертер в начале продувки обычно присаживают плавиковый шпат (CaF2), а насыщения шлака окислами железа достигают, начиная продувку при высоком расположении фурмы, а иногда за счет присадок железной руды, агломерата, окатышей и боксита.

Для получения достаточной концентрации окислов марганца обычно используют чугуны с относительно высоким содержанием марганца (0,7—1,1 %). Если содержание марганца в перерабатываемом чугуне уменьшается, шлакообразование замедляется и необходимо принять дополнительные меры для ускорения растворения извести.

Шлаковый режим

Для обогащения полученного шлака окислами железа продувку начинают при высоком расположении фурмы. После начала продувки в конвертер добавляют первую порцию компонентов, образующих шлак, — приблизительно 1/2—3/4 их общего количества.

В эту порцию обычно входят известь и плавиковый шпат; иногда вместо плавикового шпата используют боксит, агломерат, окатыши и железную руду. Остальные компоненты добавляют одной или несколькими порциями в течение одной трети продолжительности продувки.

Загружать все компоненты, образующие шлак, вместе не рекомендуется, потому что это вызовет охлаждение ванны, слипание кусков извести и замедление шлакообразования. Иногда для ускорения шлакообразования часть извести загружают в конвертер перед заливкой чугуна на стальной лом.

Общий расход извести составляет 5—8 % от веса плавки. Для расчета его количества необходимо учитывать, что щелочность шлака составляет 2,5—3,7. Расход плавикового шпата составляет 0,15—0,30 %, а иногда достигает 1 %.

Характер поведения основных составляющих шлака в ходе продувки иллюстрируется данными рис. 7.5. Вследствие растворения извести содержание СаО в шлаке растет, а содержание SiO2, MnO, FeO понижается. Заметно уменьшается содержание FeO в период наиболее интенсивного окисления углерода (середина продувки), когда наибольшее развитие получает реакция окисления углерода за счет окислов железа шлака. В конце продувки, когда углерода в металле мало, начинает окисляться железо и содержание FeO в шлаках быстро растет.

Шлак в конце плавки имеет такой состав, %:

СаО — 43—50; SiO2 — 14—22; Fe2O3 — 7—20; MnO — 7—14; Al2O3 — 3—7; MgО — 1,5—4,0; P2O5 — 0,5—4,0; CaF2 — 3,0; CaS — 1,0.

Соотношение содержания CaO та SiO2 определяется основностью шлаков, которой задаются при подсчете шихты и регулируют, изменяя расход извести. Содержание окислов железа будет тем выше, чем ниже содержание углерода в металле в конце продувки; при этом содержание Fe2O3 в три-четыре раза ниже содержания FeO. Так, при содержании углерода в конце плавки менее 0,08 % содержание FeO в шлаке составляет 14—25 %; при 0,08—0,12 % С — (12—18) % FeO; при содержании углерода более 0,12 % — (8—14) % FeO. Количество MnO в шлаке растет при увеличении содержания марганца в чугуне и окисления шлака. Количество MgО тем выше, чем сильнее изнашивается футеровка, составляющие которой переходят в шлак.

Количество шлака, образующегося во время плавки, составляет 10—17 % от массы стали.

Раскисление стали

В конце плавки в конвертерной стали растворено большое количество кислорода. Поэтому необходимой операцией (после доведения состава металла до заданного химического состава по углероду) является раскисление, т. е. удаление кислорода, растворенного в жидкой стали, а также освобождение пригодного металла от продуктов раскисления.

Раскисление стали выполняют осаживающим методом в ковше во время выпуска металла (рис. 7.9).

Рис. 7.9. Выпуск металла и введение раскислителей

При выплавке спокойной стали раскислители вводят в ковш под струю металла в такой последовательности: сначала ферромарганец или силикомарганец, далее ферросилиций и в последнюю очередь добавляют алюминий.

Кипящую сталь раскисляют только ферромарганцем. Добавление раскислителей начинают после наполнения ковша жидким металлом приблизительно на 1/4—1/3, а заканчивают в момент заполнения ковша на 2/3. Это позволяет предупредить попадание раскислителей в шлак и их угар. Количество марганца и кремния, добавляемых в металл для раскисления, должно обеспечить получение заданного содержания этих элементов в стали. При расчете количества раскислителей необходимо учитывать угар:

при раскислении спокойной стали угар марганца составляет 10—25 %, кремния 15—25 %;

при раскислении кипящей стали угар марганца составляет 20—35 %.

Расход алюминия составляет 0,15—0,20 кг на 1 т стали.

7.2.9. Качество кислородно-конвертерной стали

Качество стали определяется в значительной степени ее химическим составом и содержанием вредных добавок и неметаллических включений. Особое внимание при производстве конвертерной стали уделяют получению металла с низким содержанием газов, прежде всего, азота.

Пути повышения качества конвертерной стали в значительной степени зависят от требований, предъявляемых к готовым изделиям из нее. В современной металлургии широко используются разные методы повышения качества стали:

получение сверхчистой стали без вредных примесей;

снижение содержания неметаллических включений;

дегазация металла;

изменение состава и формы включений (модифицирование);

отработка технологического режима плавки, позволяющая получить точно заданный химический состав и температуру;

обеспечение стандартных условий разлива металла с соблюдением оптимальных температурных условий;

обработка металла шлаковыми и экзотермическими смесями;

предупреждение вторичного окисления струи металла во время разливки и др.

Многолетний опыт использования конвертерной стали показывает, что она не уступает по качеству мартеновской стали, а по некоторым показателям даже превосходит ее. Эти преимущества обусловлены более низким содержанием кислорода, азота, серы, фосфора и неметаллических включений.

Содержание азота в стали

Содержание азота в конвертерной стали зависит от цепочки технологических факторов:

содержания углерода в стали и азота в шихте;

температуры металла и продолжительности продувки;

чистоты кислорода, используемого для продувки;

подсасывания воздуха в рабочее пространство конвертера.

Увеличение чистоты кислорода приводит к снижению содержания азота в стали. Необходимо использовать кислород чистотой 99,5 %, который обеспечивает получение в стали 0,002—0,004 % азота.

Другим источником попадания азота в металл может быть атмосферный воздух, который попадает в полость конвертера главным образом при высоком расположении кислородной фурмы в момент наведения шлака. После снижения высоты расположения фурмы подсасывание воздуха прекращается.

Размер горловины конвертера и подсасывание воздуха находятся в прямой зависимости. Также имеет значение метод утилизации конвертерных газов. При отводе дымовых продуктов плавки по открытой схеме с полным догоранием СО до СО2 в зазор между верхом горловины конвертера и низом охладителя направляется атмосферный воздух, который образуется тягой дымососа. Часть воздуха всасывается в горловину конвертера и повышает количество азота в ванне. При работе по схеме отведения конвертерных газов без сжигания СО в нижней части котла создается небольшое избыточное давление, предупреждающее попадание воздуха в конвертер.

В интервале температур выпуска металла из конвертера (1500—1620 °С) влияние температуры на растворимость азота практически не наблюдается. Среднее содержание азота в стали для указанного интервала не превышает 0,007 %.

Содержание кислорода

Содержание кислорода в конвертерной стали определяется содержанием углерода в металле и степенью окисленности конечного шлака. Кроме того, растворение кислорода в металле зависит от содержания марганца и кремния, а также от температуры. Влияние окисленности шлака определяется величиной коэффициента распределения FeO между металлом и шлаком. В результате влияния этих факторов концентрация кислорода в металле растет с уменьшением содержания углерода и увеличением окисленности шлака. В случае выплавки высокоуглеродистых марок стали основное влияние на содержание кислорода в металле оказывает содержание углерода. Конечное содержание кислорода регулируется раскислением металла алюминием.

Для улучшения качества стали и борьбы с вредными газами используют внепечную обработку. В некоторых случаях такая обработка более эффективна и экономически оправдана, чем обработка непосредственно в сталеплавильных агрегатах.

Содержание водорода

Содержание водорода в конвертерной стали обычно незначительное из-за ограниченности источников его попадания в металл. Кроме водорода, оказавшегося в ванне вместе с шихтовыми материалами, главным источником его является влага, содержащаяся в кислороде, а также влажность воздуха, который подсасывается в полость конвертера. Как правило, содержание водорода в металле в конце продувки редко превышает 3—4 см3/100 г металла. Но в процессе выпуска металла и разливки вследствие контакта с атмосферным воздухом содержание водорода в стали может несколько возрасти. В случае прогара кислородной фурмы охлаждающая ее вода начинает попадать непосредственно в реакционную зону и содержание водорода в ванне заметно возрастает.

Содержание неметаллических включений

Содержание неметаллических включений в конвертерной стали определяется главным образом технологией раскисления. Поскольку в конце операции при правильно организованном процессе металл не содержит повышенного количества серы, кислорода и азота, создаются условия для получения стали, содержащей незначительное количество сульфидных, оксидных и нитридных неметаллических включений. Их количество, остающееся в металле, определяется технологией обработки металла в ковше и разливкой.

Вредные примеси в шихте

Примеси цветных металлов (меди, цинка, свинца), обычно находящиеся в бытовом металлоломе и ломе автомобильной промышленности, попадают в конвертер во время завалки и негативно влияют на качество стали. Поэтому на предприятиях по переработке лома, а также в скрапоразделочных цехах металлургических заводов необходимо уделять большое внимание сортировке лома и очищению его от цветных металлов.

Но не всегда эти мероприятия бывают эффективными. Для выплавки качественного металла необходимо использовать отходы собственного производства (возврат) или металлизированное сырье. Наличие в ломе небольшого количества мышьяка, олова, свинца (0,02—0,04 %), которые во время плавки переходят в сталь, вызывают ее хладноломкость. В холодном состоянии медь ухудшает пластичные свойства металла.

Содержание 0,001 % Sb придает стали хрупкость, мышьяк ухудшает свариваемость.

Учитывая растущие требования, предъявляемые к качеству металла со стороны потребителей, в наше время регламентируют содержание нежелательных добавок на уровне 0,001 %.

Качество стали определяется также количеством серы и фосфора. Сера снижает пластичность стали, способствует красноломкости стали, т. е. способности к образованию трещин при высоких температурах, понижению сопротивления усталости, уменьшению сопротивления коррозии; резко ухудшает качество поверхности готового проката, снижает ударную вязкость. В некоторых случаях она может быть использована как легирующий элемент для получения особых свойств, необходимых для механической обработки — хрупкости стружки автоматной стали. Но обычно с серой в сталеплавильном производстве борются всеми доступными способами. Наиболее резко сера проявляет свои негативные качества при низких отрицательных температурах. Содержание серы в стали, которая используется для деталей, работающих при низких температурах, находится на минимальном уровне (0,005—0,008 %).

Большое значение имеет наличие серы при разливке стали на машинах непрерывного литья заготовок. Технологическими нормами и заводскими инструкциями для этого способа регламентируется содержание серы: для обычных марок стали — менее 0,025 %, при разливке в изложницы — менее 0,035 %. При содержании серы более 0,02 % количество поверхностных дефектов на слябах увеличивается приблизительно вдвое. Для готовой стали, которую подвергают холодной прокатке и протяжке, необходимо минимально допустимое содержание серы. Сера влияет на формирование структуры отливок, особо важное значение это приобретает при отливке крупных и особо крупных слитков и отливок.

Нежелательным элементом в стали является фосфор, который вызывает склонность рельсовой стали к насыщению водородом и образованию флокенов, а канатной стали — к ухудшению механических свойств и др.

Область использования и сортамент стали, выплавляемой в кислородных конвертерах, расширяется с каждым годом. Кислородно-конвертерная сталь используется в наиболее ответственных областях: судостроении, строительстве мостов, трубопроводов высокого давления, автомобилестроении, для изготовления рельсов различного назначения и т. д.

Механизм перекидального пристрою

Механизм поворота кислородного конвертера

 

 

Механизм поворота обеспечивает вращение конвертера вокруг оси цапф на 360° со скоростью от 0,1 до 1 м/мин. Поворот конвертера необходим для выполнения технологических операций: заливки чугуна, завалки лома, слива стали и шлака и др.

Механизм поворота может быть односторонним и двусторонним. У конвертеров вместимостью 130—150 т и менее делают односторонний механизм поворота, в котором одна из цапф соединена с приводом (см. рисунок 1). Наклон большегрузных конвертеров требует приложения значительного крутящего момента, вызывающего большие напряжения в металлоконструкциях опорного кольца и привода. Поэтому для более равномерного их распределения механизм поворота большегрузных конвертеров делают двухсторонним (см. рис. 83). Этот механизм имеет два синхронно работающих привода, каждый из которых соединен с одной цапфой.

Механизмы поворота бывают стационарными и навесными. В состав стационарного механизма (см. рисунок 2) обычно входят установленные на жестком фундаменте электродвигатель i редуктором, вращающий момент от которых передается цапфе с помощью шпинделя или зубчатой муфты. Недостатком ме. ханизма является его быстрый износ вследствие того, что, будучи неподвижно закрепленным, он испытывает удары вращающихся цапф в случае их перекоса, а также ударные нагрузки в момент включения привода.

В последние годы применяют более совершенные навесные (закрепленные на цапфе) многодвигательные механизмы поворота (см. рисунок 2). На цапфе жестко закреплено ведомое зубчатое колесо 4, закрытое корпусом 7; этот корпус опирается на цапфу через подшипники и от проворачивания его удерживает демпфер 9. Таким образом, при вращении зубчатого колеса 4 с цапфой корпус 7 остается неподвижным. Зубчатое колесо вращают несколько (от 4 до 6) электродвигателей с редукторами 6, выходные валышестерни 5 которых нходят в зацепление с колесом; эти валы-шестерни через подшипники крепятся в отверстиях стенки корпуса 7. Электродвигатели с редукторами держатся (навешены) на валах-шестернях 5; вращая валы, сами двигатели остаются неподвижными, так как удерживаются от проворачивания демпферами 8 (см. рисунок 2).

Навесной многодвигательный привод обладает следующими преимуществами: перекос цапф не влияет на его работоспособность, так как, будучи закрепленным на цапфе, привод перемещается вместе с ней; при выходе из строя одного двигателя привод остается работоспособным; демпферы частично компенсируют динамические нагрузки при включениях и торможениях, что снижает износ шестерен привода; в 2—3 раза уменьшается масса привода; существенно уменьшается площадь, необходимая для его установки, — так, например, максимальный размер вдоль оси колонн цеха у 300-т конвертера с двухсторонним стационарным приводом составляет около 28 м, а при двухстороннем навесном приводе — около 20 м.

http://emchezgia.ru/proektirovanie/razdelproektirovanie.php

Принцип прогрессивности. В соответствии с этим принципом все проектные решения технического, экономического, организационного и социального характера должны отвечать последним достижениям в соответствующей области и учитывать имеющиеся тенденции развития в них. Осуществление этого принципа должно сводиться к тому, чтобы к моменту окончания строительства и ввода цеха в эксплуатацию реализованные в нем проектные решения были бы на более высоком уровне, чем соответствующие решения в передовых действующих цехах.

Принцип экономичности, в соответствии с которым обязателен выбор наиболее экономичных проектных решений, предполагает проработку ряда возможных конкретных вариантов проектных решений и выявление такого, который обеспечивает минимальные затраты на единицу продукции.

Принцип комплексности, появляющийся в необходимости взаимной увязки в процессе проектирования отдельных проектных решений, согласования частных решений с общим комплексом проектных решений, составляющих проект в целом. При этом должно учитываться, что специальные части проекта цеха соподчинены его технологической части.

Принцип перспективности, предполагающий обязательность учета возможности в будущем расширения цеха, модернизации и интенсификации производства с увеличением мощности проектируемого цеха. Этот принцип предполагает необходимость резервирования территории для расширения цеха, резервирования коммуникаций и мощности обслуживающих отделений, участков и оборудования; рационального расположения оборудования, позволяющего легко заменять устаревшие агрегаты.

Принцип учета территориальности, под которым подразумевается необходимость учета факторов, определяемых особенностями территориального расположения места сооружения цеха; при этом должны учитываться наличие на небольшой отдаленности источников снабжения, позволяющих обеспечить новое производство, наличие в данном районе потребителей производимой продукции, природные условия.

Важными факторами природных условий являются особенности площадки в месте строительства (характер грунта, уровень и состав грунтовых вод, рельеф местности и др.) и особенности климата — направление и сила господствующих ветров, количество осадков и уровень снежного покрова, влажность воздуха, режим температур (например, при длительной и суровой зиме необходимо усиление несущих строительных конструкций, утепление зданий и сооружений, резервирование источников энергоснабжения, увеличенный объем шихтовых отделений для хранения запасов сырья, сооружение устройств для размораживания поступающего в вагонах сырья и др.)

Устройство загрузочного и конвертерного пролетов цеха

В зависимости от характера выполняемых работ можно выделить следующие разновидности загрузочных пролетов:

пролеты, предназначенные только для загрузки лома и заливки чугуна;

пролеты, в которых дополнительно организован перелив чугуна из миксерных ковшей;

пролеты, в которых, помимо перечисленных работ, выполняется ряд других (внепечная обработка стали, подготовка ковшей, перегрузка лома в совки и др.).

Устройство пролетов третьего типа в высокопроизводительных цехах нерационально в связи с усложнением организации в них работы.

Существуют две разновидности устройства загрузочных пролетов, возникшие в связи с применением различных способов доставки чугуна:

- с рабочей площадкой, целиком перекрывающей пролет; на площадке проложены продольные рельсовые пути, по которым ковши с чугуном доставляют к конвертерам из верхнего миксерного отделения;

- с рабочей площадкой, которая перекрывает часть пролета, примыкающую к конвертерам; ковши с чугуном при этом доставляют в торец пролета по путям на нулевой отметке, а далее их транспортируют к конвертерам краном. Первый вариант с утяжеленной рабочей площадкой менее рационален, его применяли в отечественных цехах ранней постройки, в связи с тем, что по существовавшим до 1972 г. правилам техники безопасности запрещалась транспортировка ковшей с чугуном вдоль пролета кранами.

Конвертерные пролеты всех цехов по устройству и назначению размещаемого оборудования являются схожими. Над конвертерами размещают машины для подачи кислорода с фурмами, краны для ремонтных работ, наклонный и вертикальный газоходы ОКГ и далее за ними (в поперечном направлении) оборудование системы загрузки сыпучих.

Для опоры оборудования внутри пролета размещают один-два ряда вспомогательных колонн. Устройства для газоочистки размещают в пристройках к конвертерному пролету или в самом пролете между конвертерами.

Уборка шлака из конвертерного цеха

В существующих отечественных и зарубежных цехах применяют много различных способов уборки (вывоза) шлака из цеха:

- через загрузочный или разливочный пролеты, куда шлаковые ковши от конвертеров доставляют на тележках по поперечным рельсовым путям и где их краном переставляют на автошлаковозы или продольные рельсовые пути для вывоза из цеха или сливают шлак в ямы и вывозят из цеха после застывания;

- автошлаковозами, снабженными механизмом снятия шлаковых ковшей с поперечных тележек, выдающих ковши из-под конвертеров;

- несамоходными шлаковозами по поперечным путям железнодорожной колеи с выездом за пределами цеха на внешние железнодорожные пути;

- через шлаковый пролет, куда шлаковые ковши доставляют от конвертеров самоходными шлаковозами по ширококолейным поперечным путям и где ковши переставляют на продольные пути вывоза из цеха;

- самоходными шлаковозами по ширококолейным поперечным путям от конвертеров непосредственно в расположенное рядом шлаковое отделение.

Первый из перечисленных способов в отечественных цехах не применяют в связи с усложнением работ в загрузочном и разливочном пролетах и ухудшением санитарных условий при сливе шлака в ямы. Второй — поскольку не налажено производство автошлаковозов. В первых отечественных цехах шлаковые ковши от конвертеров вывозили по путям железнодорожной колеи, которые под конвертером размещались внутри ширококолейных путей сталевоза. При этом, как показал опыт, нельзя было механизировать уборку выбросов шлака и металла и просыпи шихтовых материалов с путей.

Позже стали использовать ширококолейные шлаковозы, перемещающиеся по тем же путям, что и сталевоз (колея 4800 мм). Это позволило сделать между рельсами вдоль всего пути корытообразный желоб глубиной 0,5 м и механизировать уборку мусора путем перемещения его по желобу с помощью закрепленного на сталевозе или шлаковозе скребка в контейнер, устанавливаемый в приямке под рельсовыми путями.

Из двух перечисленных способов уборки ширококолейными шлаковозами рациональным считается вывоз ковшей в близко расположенное шлаковое отделение. При этом не требуется шлаковый пролет в главном здании и улучшаются условия труда в нем, не требуются межцеховое шлаковозы.

Сталевоз - выпуск и передача стали на разливку в конвертерном цехе

Во всех конвертерных цехах применяют одинаковую схему выпуска стали и ее передачи к месту разливки. Сталь выпускают в ковш, установленный на сталевозе, который передвигается по поперечным ширококолейным путям, проложенным под конвертером, и транспортирует ковш в ОНРС или разливочный пролет.

Рисунок 1. Сталевоз

1 — держатель токосъемников; 2 — ковш; 3 — тележка; 4 — скребок; 5 — ходовое колесо

Сталевоз (рис. 1) представляет собой самоходную платформу ,и имеет два механизма передвижения с электродвигателями постоянного тока. Ток подводят через токосъемник от троллей, уложенных в специальном тоннеле, расположенном вдоль рельсового пути.

Грузоподъемность сталевозов для 280—530-т ковшей составляет 400 и 450 т, ширина колеи 4800 мм.

Оборудование для загрузки лома в конвертер

Напольные машины рассчитаны на установку на них одного и реже двух совков и перемещаются по рельсам вдоль или поперек загрузочного пролета. Машина обычно включает самоходную тележку (электрическую или дизельную) и смонтированные на ней поворотные лафеты, люльки и другие устройства для кантования совков.

Полупортальные машины (краны) поднимают сразу два совка и последовательно загружают из них лом в конвертер. Несущая часть машины — полупортал 4, опирающийся нижними ходовыми колесами 2 на рельс 1 на рабочей площадке и верхними колесами 6 на колонны 7 здания. Машина имеет два привода 3 перемещения моста (для верхних и нижних колес).

Рисунок 1. Полупортальная загрузочная машина

По полупорталу передвигаются две тележки 5, каждая из которых имеет два механизма подъема, обеспечивающих подъем и наклон совков 9 с помощью грузозахватного устройства 8, снабженного четырьмя крюками; для машиниста имеется кабина 10. Б СССР выпускакаются машины грузоподъемностью 90 и 130 т для конвертеров емкостью 250 и 350—400 т; объем совков составляет 37 и 50 м3 соответственно.

Завалочный кран, предназначенный для загрузки лома одним совком, включает мост с механизмом его передвижения вдоль цеха по тем же подкрановым путям, что и заливочные краны, и передвигающуюся по мосту тележку, снабженную двумя механизмами подъема, которые обеспечивают подъем и кантование совка с помощью грузозахватного устройства, имеющего четыре крюка.

За рубежом применяют краны, оборудованные двумя перемещающимися по мосту тележками; такими кранами поднимают одновременно два совка.

Подача и заливка чугуна в конвертер

Во всех конвертерных цехах чугун заливают в конвертеры мостовыми заливочными кранами причем емкость заливочного ковша и грузоподъемность крана выбирают такими, чтобы обеспечивалась заливка одним ковшом.

Доставляют чугун из доменного цеха с использованием стационарных миксеров или ковшей миксерного типа. Известен также способ доставки в открытых чугуновозных ковшах с переливом из них чугуна в заливочные.

Стационарные миксеры в зарубежных цехах часто устанавливают в торце загрузочного или конвертерного пролётов, причем иногда сливают чугун из миксера в заливочный ковш, висящий на крюках заливочного крана. В отечественных конвертерных цехах с целью улучшения условий труда сооружают отдельные здания миксерных отделений, а для доставки из них ковшей с чугуном в загрузочном пролете предусматривают два рельсовых пути.

Во вновь сооружаемых цехах предпочтение отдают доставке чугуна ковшами миксерного типа. Переливное отделение (участок) располагают в торце загрузочного пролета, в пристраиваемом к нему пролете, и в редких случаях в отдельном здании. В зависимости от плана завода пути миксерных ковшей в отделениях перелива могут располагаться вдоль загрузочного пролета и в поперечном направлении.

Чугун обычно доставляют в один из торцов загрузочного пролета, что обеспечивает нормальную работу цеха. В редких случаях применяют двустороннюю подачу чугуна, однако это усложняет другие проектные решения. Пути доставки миксерных ковшей обычно располагают на нулевой отметке. Лишь в отдельных случаях с учетом местных условий допустимо сооружение дорогостоящих эстакад.

Перед заливкой чугуна в конвертер необходимо скачать из заливочного ковша шлак, попадающий из миксерного ковша или миксера, поскольку этот шлак обычно содержит много серы. Чаще всего скачивание шлака ведут в торце загрузочного пролета машиной гребкового типа из ковшей, удерживаемых и наклоняемых заливочным краном. При таком способе не обеспечивается полное удаление шлака и задалживается кран, в связи с чем разрабатываются новые способы и оборудование для выполнения этой операции.

Общая характеристика конвертерных цехов

За короткий срок со времени возникновения (1952—1953 гг.) кислородно-конвертерный процесс благодаря высоким технико-экономическим показателям стал ведущим сталеплавильным процессом, на долю которого приходится большая часть мировой выплавки стали.

Наиболее распространен процесс с верхней продувкой; в конвертерах с донным дутьем выплавляют около 10% кислородно-конвертерной стали. Первые кислородно-конвертерные цехи (в дальнейшем для краткости будем называть их конвертерными цехами) строились с конвертерами емкостью от 30 до 100 т, в настоящее время их емкость достигает 350—400 т; подобные цехи являются наиболее высокопроизводительными сталеплавильными цехами.

Основными линиями системы грузопотоков конвертерного цеха являются:

доставка и заливка жидкого чугуна, доставка и загрузка лома;

доставка и загрузка в конвертер сыпучих материалов;

доставка и загрузка в ковш ферросплавов зачастую с их нагревом или расплавлением;

транспортирование ковшей с жидкой сталью;

разливка и уборка слитков или литых заготовок;

уборка шлака;

доставка материалов для ремонта конвертеров и другого оборудования и уборка мусора.

Компоновка основных линий грузопотоков конвертерного цеха, взаимное расположение и число отделений цеха, планировка главного здания в существующих цехах отличаются большим разнообразием.

Во многом это объясняется тем, что опыт эксплуатации конвертерных цехов непродолжителен и по мере его накопления планировочные решения продолжают совершенствоваться; объясняется это и тем, что во многих зарубежных конвертерных цехах применены вынужденные проектные решения, поскольку они строились в условиях стесненной площади, сложившихся грузопотоков и с использованием зданий существовавших ранее цехов.

Ниже даны описание и оценка основных проектных решений для цехов с конвертерами верхнего дутья и коротко рассмотрены особенности цехов с конвертерами донного дутья.

Грузопотоки и транспорт сталеплавильного цеха

Бесперебойная работа сталеплавильных агрегатов и цеха в целом возможна лишь в случае своевременной доставки и загрузки в печи шихтовых материалов и уборки продуктов плавки. Поэтому при проектировании цеха первостепенное значение придают рациональной организации грузопотоков и транспорта. Система грузопотоков и межцехового транспорта должна обеспечивать:

- транспортировку большого числа различных по свойствам грузов (жидких металла и шлака, сыпучих материалов, слитков, ферросплавов и др.);

- большой объем перевозок (например, в современный конвертерный цех необходим» доставлять до 20000 т жидкого чугуна в сутки);

- доставку материалов к печам и уборку от печей порциями в строго заданное время;

- точное взвешивание транспортируемых материалов; транспортирование материалов кратчайшим путем; доставку материалов наиболее удобным по требованиям технологии способом и оптимальное сочетание доставки с системами загрузки материалов в печи;

- полную механизацию и исключение ручного труда, а при возможности — автоматизацию транспортировки.

В связи с этими требованиями система организации грузопотоков и транспорта должна предусматривать: организацию независимых грузопотоков основных материалов; исключение пересечения путей напольного транспорта; применение наряду с транспортными средствами общего назначения специальных видов транспорта (чугуновозы, шлаковозы, ширококолейные тележки для перевозки совков с ломом или корзин и др.).

Вид транспорта выбирают с учетом типа перевозимых грузов, объема перевозок и особенностей отдельных разновидностей транспорта. Для новых цехов, как ранее отмечалось, рекомендуется широкое применение автомобильного и конвейерного транспорта.

Внутри производственных зданий рациональная организация грузопотоков обеспечивается за счет сочетания напольного транспорта (рельсового и реже автотранспорта), конвейерного транспорта и работы мостовых кранов, позволяющих перемещать грузы в любом направлении и независимо от напольного транспорта. Мостовые краны играют очень важную роль в обеспечении бесперебойной работы многих отделений сталеплавильных цехов.

С помощью кранов осуществляют заливку чугуна, загрузку лома, транспортировку сталеразливочных и шлаковых ковшей, ремонтные и многие другие работы. До недавнего времени в отечественных сталеплавильных цехах применяли сравнительно тихоходные краны большой (100 т и более) грузоподъемности, у которых скорость перемещения главного подъема с траверсой составляла 2—3 м/мин. В новых цехах предполагается установка тяжелых кранов, работа которых характеризуется следующими скоростями, м/мин: подъема и опускания траверсы 10; перемещения тележки 20—45 и моста 50—80.

Для новых цехов рекомендуются следующие соотношения между емкостью плавильного агрегата, грузоподъемностью главного подъема разливочных кранов, а также емкостью сталеразливочных ковшей: Емкость конвертера, т 50 100 160 200 250 300 350 400

Грузоподъемность крана, т 100 180 280 320 400 500 500 630

Емкость ковша, т 60 110 175 220 280 350 385 430

Емкость электросталеплавильной печи, т 6 12 25 50 100 200

Грузоподъемность крана, т * 15 30 50 100 180 320

Емкость ковша, т 6—18 12—15 30 60 130 220

* Такую же грузоподъемность должны иметь завалочные краны печного пролета.

Технологическая часть проекта металлургического цеха

Технологическая часть проекта цеха является основной и первоначально разрабатываемой частью проекта цеха, служащей основой для разработки его специальных частей и разделов. Как правило, технологическая часть проекта сталеплавильного и доменного цехов содержит проектные решения по следующим вопросам:

производственная программа цеха (уточнение принятого в обосновывающих материалах объема производства с указанием объема выплавки по маркам стали или объема выплавки чугуна для сталеплавильных цехов и товарного чугуна);

выбор конструкции, числа и емкости (объема) основных производственных агрегатов;

режим работы и основные технические показатели работы производственных агрегатов;

обоснование расхода основных сырых материалов, топлива я электроэнергии;

характеристика сырых материалов и топлива;

основные параметры технологического процесса;

разработка технологической схемы работы цеха (подача и загрузка шихтовых материалов, уборка продуктов плавки) и рациональной схемы грузопотоков;

выбор основного подъемно-транспортного оборудования;

расчет потребного количества оборудования;

разработка объемно-планировочных решений заданий, расположения оборудования, основных отделений и цеха в целом.

кислородно-конвертерный процесс

Перевод

кислоро́дно-конве́ртерный проце́сс

основной способ передела жидкого чугуна в сталь путём продувки в конвертере технически чистым кислородом. Использовать при производстве стали чистый кислород предложил в 1856 г. английский изобретатель Г. Бессемер. Первые в мире заводы по производству стали кислородно-конвертерным способом были построены в 1953 г. в городах Линце и Донавице (Австрия); во многих странах этот способ называют ЛД-процессом – по первым буквам названий этих городов. Кислородно-конвертерный процесс осуществляется в конвертере, футерованном доломитом, смешанным со смолой. Кислород под давлением более 1 МПа/мІ подаётся через горловину конвертера. С целью образования шлака, связывающего фосфор, в конвертер в начале плавки добавляют известь. Взаимодействуя с кислородом дутья, примеси чугуна (кремний, марганец, фосфор, углерод и др.) окисляются, выделяя значительное количество тепла, поэтому одновременно со снижением содержания примесей повышается температура металла, и он остаётся в жидком состоянии в течение всей плавки. Требуемое содержание углерода определяется по времени от начала продувки и по количеству израсходованного кислорода. Продувка обычно длится 15–22 мин. Кислородный конвертер обеспечивает экономичный способ получения стали повышенной прочности, отличающейся низким содержанием азота, серы и фосфора, высокой чистотой и однородностью.

Кислородный конвертер в разрезе:

1 – стальной кожух; 2 – сталевыпускное отверстие; 3 – механизм поворота; 4 – огнеупорная футеровка

Цели работы

Основной задачей магистерской работы является раскрытие темы отсечки конвертерного шлака и исследование оборудования для ее реализации, разработка новой конструктивной схемы затвора поворотного типа для отсечки конвертерного шлака, исследование на физическом аналоге энергосиловых и конструктивных параметров поворотного затврора, оценка технико - экономической эффективности предложенной конструкции.

Актуальность

Постоянно увеличивающийся спрос на высококачественные марки стали являются главным вызовом как для металлургов, так и для проектировщиков металлургического оборудования. Одной из важных задач, требующих решение в условиях современного конвертерного производства стали, является сокращение количества конечного технологического шлака, попадающего в разливочный ковш за время выпуска жидкого металла из плавильного агрегата. Эффективность применяемых способов активного влияния на процесс перетекания шлакового расплава в ковш в заключительной стадии выпуска плавки во многом определяется техническими возможностями механических систем, предназначенных для отсечки высокоокисленного шлака [12].

Существуют следующие способы отсечки шлака.

Газодинамическая система (рис.1) обеспечивает отсекание шлакового расплава путем воздействия на истекающую струю потока инертного или нейтрального газа, подаваемого под избыточным давлением через форсунку, подводимое под выходное отверстие выпускного канала конвертера поворотным рычагом, приводимым в действие специальным механизмом. Недостатком данного способа является быстрое изнашивание сопла [1].

Рис.1 - Газодинамическая отсечка шлака

Способ отсечки шлака с использованием отсечных элементов поплавкового типа (рис.2) основан на применении специальных элементов, выполненных из огнеупорного материала. Он вводится с помощью специальных устройств в ванну конвертера, его верхняя часть находится на границе раздела металлической и шлаковой фаз и в момент подхода слоя шлака к входному отверстию выпускного канала кислородного конвертера перекрывает его.

Рис.2 - Отсечка шлака с использованием отсечных элементов

Способ с использованием шиберным затворов (рис.3). Затвор устанавливается на летку снаружи конвертера и в момент появления частиц шлака в потоке металла частично или полностью перекрывает канал конвертера. Сигналом к перекрытию является команда датчика раннего обнаружения шлака. Использование скользящего затвора в качестве системы отсечки конечного технологического шлака предполагает наличие высокочувствительной контрольно - измерительной аппаратуры раннего обнаружения шлаковых включений в струе истекающего в ковш металла. Также привод следует размещать ниже опорного кольца корпуса кислородного конвертера. В противном случае силовой агрегат привода будет поврежден интенсивными тепловыми нагрузками, отрицательно влияющими на его работоспособность. Эксплуатация такой системы требует выполнение работ, связанных с заменой изношенных огнеупорных изделий и ремонтом привода [1].

Рис.3 - Способ с использованием шиберным затворов

Новизна и преимущества новой конструкции

При разработке новой конструкции поворотного затвора ставилась задача создания такого устройства, которое было бы свободно от основных недостатков, присущих известным поворотным затворам. На рис.4 изображена схема поворотного затвора, разработанного ДонНТУ совместно с Енакиевским металлургическим заводом. Затвор содержит обойму 2, в которой установлена неподвижная огнеупорная плита 11 с отверстием, подвижную обойму 8 с установленными в ней подвижной огнеупорной плитой 10 и коллектором 9. Опорное устройство затвора включает корпус, соединенный с неподвижной обоймой с помощью шарнира, нажимного болта и гайки 1. Между подвижной обоймой 8 и корпусом установлен вкладыш 13,причем сопряженные поверхности обоймы 8 и вкладыша 13 выполнены сферическими. Вкладыш установлен на шариках , набранных в сепаратор , и имеет зубчатый венец 14, в зацеплении с которым находится приводная коническая шестерня 6. Вращение от вкладыша 13 передается подвижной обойме 8 при помощи ролика [10].

Рис.4 – Затвор поворотного типа конструкции ДонНТУ

1-болтовая стяжка, 2-неподвижная обойма, 3-сталеразливочный ковш, 4-электропривод, 5-карданный вал, 6-вал-шестрня, 7-подшипник, 8-подвижная обойма, 9-стакан-коллектор, 10-подвижная огнеупорная плита, 11-верхняя огнеупорная плита, 12-коромысло, 13-вкладыш, 14-зубчатый венец

Благодаря сферическим сопряженным поверхностям вкладыша и подвижной обоймы обеспечивается самоустановка подвижной плиты при её вращении, что полностью исключает влияние клиновидности вращающегося узла на нормальную работу затвора. Механизм самоустановки подвижной плиты понятен из рис.5.

Рис.5 - Самоустановка подвижной плиты при её вращении

а)-затвор в начальном положении; б)-затвор после поворота подвижной плиты на 180°

Таким образом, при вращении подвижной плиты отсутствует эффект "заклинивания" подвижной части затвора, который в других конструкциях с "жестким" прижатием плит вызывает резкие измене¬ния величины усилия прижатия. В связи с этим отпадает необходимость установки пружин, которые усложняют конструкцию затвора и затрудняют его эксплуатацию.

Кроме того, в отличии от существующих схем поворотных затворов, зубчатая передача размещена внутри корпуса затвора. Это, во-первых, обеспечивает точное зацепление зубьев конической пары и хорошую их смазку; во-вторых защищает зубья от попадания на них пыли и брызг металла.

Отличительной особенностью конструкции является также то, что вращающийся элемент затвора установлен на подшипнике качения. Благодаря этому предотвращен быстрый износ трущихся металлических поверхностей и уменьшена нагрузка на привод.

Увеличение стойкости огнеупорных плит обеспечено за увеличение числа перекрытий по сравнению с шиберными затворами в 2-3 раза. Это достигается за счет увеличения примерно во столько же раз полезно используемой рабочей поверхности подвижной плиты, перекрывающей сталевыпускное отверстие. Следовательно, сокращается количество остановок оборудования для замены огнеупоров и ремонта оборудования, повышается производительность [5].

Рис.6 - Характер износа плит

а)в затворе шиберного типа; б)в затворе шиберного типа

Также привод поворотного затвора вынесен из зоны действия высоких температур и соединен с конструкцией с помощью карданного вала (рис.7). Таким образом силовой агрегат привода не будет подвержен интенсивными тепловыми нагрузками, отрицательно влияющими на его работоспособность. Эксплуатация такой системы требует меньшего колличества выполнения работ, связанных с заменой изношенных огнеупорных изделий и ремонтом привода. Был произведен расчет энерго - силовых параметров системы, а также сконструирован привод затвора.

Рис.7 - Расположение затвора и привода на конвертере

Для проверки правильности технических решений необходимо провести лабораторные испытания на модели. В лаборатории была разработан и изготовлен физический аппарат промышленного поворотного затвора и испытательного стенда (рис.8), подготовлены контрольно - измерительные средства для проведения эксперимента.

Рис.8 - Физическая модель затвора

Рис.9 - Анимированное изображение трехмерной модели поворотного затвора(6 кадров, задержка 1с, 100 Кбайт, бесконечный цикл, gif-аниматор)

Заключение

В дальнейшем, после исследования функционирования модели затвора и получения результатов стендовых испытаний шиберной системы, будет произведена оценка технико - экономической эффективности предложенной системы. Характер оценки будет включать в себя снижение угара ферросплавов, уменьшение потерь огнеупорных изделий для футеровки сталеразливочных ковшей, расчет ожидаемого экономического эффекта.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

49742. Разработка конструкции ИПМ изделия В-90 917.5 KB
  Расчет размерной цепи для определения высоты пружины в собранном состоянии Расчет параметров пружины. Рисунок Инерционный предохранительный механизм изделия В90 Расчет размерной цепи для определения высоты пружины в собранном состоянии Расчет размерной цепи производится методом максимумминимум. Размерная формула: Найдем неизвестный размер замыкающего звена: Расчет параметров пружины Исходными данными для проектирования...
49744. Информационная система библиотека 117.06 KB
  Цель моей работы заключается в создании программы в которой можно: создавать новую базу данных, открывать базу из файла, сохранение базы в файл, добавление записей, удаление записей, поиск записей по одному из полей, вывод базы данных на экранб, сортировка и вывод на экран.
49745. Характеристики и параметры биполярного транзистора 2.19 MB
  В ходе выполнения курсовой работы для заданного типа транзистора определяются паспортные параметры и статические характеристики в соответствии со схемой включения и величинами элементов схемы усилительного каскада выбирается положение режима покоя для которого рассчитываются величины элементов эквивалентных схем транзистора и мало сигнальные параметры транзистора графоаналитическим методом определяются параметры усилительного каскада. Характеристики используемого транзистора Проектируемое устройство основано на биполярном транзисторе...
49746. Разработка конструкции привода растворонасоса 311.74 KB
  Разработанный редуктор имеет конструкцию, обеспечивающую высокую надёжность и простоту монтажа и обслуживания. Все элементы привода выбраны с небольшим запасом, что обеспечивает повышенную надёжность в случае непредвиденных пиковых нагрузок связанных с областью применения привода.
49748. Электромеханический привод 812.1 KB
  Определяем по формуле где КПД быстроходной ступени цилиндрического редуктора; принимаем ; КПД тихоходной ступени цилиндрического редуктора; принимаем ; КПД конической передачи; принимаем ; КПД одной пары подшипников; принимаем ; k – число пар подшипников в механизме; k=3. Определяем частоту вращения выходного вала привода . Определяем выходную мощность привода . Передаточное соотношение привода разбиваем по ступеням в соответствии с соотношением где передаточное отношение быстроходной ступени; передаточное отношение тихоходной...
49749. Расчет структурно-сетевых параметров мультисервисных сетей телекоммуникаций 815.5 KB
  Расчет структурносетевых параметров мультисервисных сетей телекоммуникаций по дисциплине Мультисервисные сети телекоммуникаций Выполнил студент группы ТЭ 041 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ Сети предоставляющие любые телекоммуникационные и информационные услуги называют полносервисными или мультисервисными сетями. Данные сети должны гарантировать оговоренное качество соединений и предоставляемых услуг. При создании мультисервисной сети достигается: Сокращение расходов...