Определение и анализ технико-экономических показателей кислородно-конвертерной плавки с комбинир (стр. 2 из 7)
Быстрое развитие кислородно-конвертерного процесса объясняется тем, что он обладает рядом преимуществ по сравнению с мартеновским и электросталеплавильным процессами. Основные преимущества:
· более высокая производительность одного работающего сталеплавильного агрегата (часовая производительность мартеновских и электродуговых печей не превышает 100 т/ч, а у большегрузных конвертеров достигает 400—500 т/ч);
· более низкие капитальные затраты, т. е. затраты на сооружение цеха, что объясняется простотой устройства конвертера и возможностью установки в цехе меньшего числа плавильных агрегатов;
· меньше расходы по переделу, в число которых входит стоимость электроэнергии, топлива, огнеупоров, сменного оборудования, зарплаты и др.;
· процесс более удобен для автоматизации управления ходом плавки.
Благодаря использованию для продувки чистого кислорода, кислородно-конвертерная сталь содержит азота не более, чем мартеновская и по качеству не уступает мартеновской. Тепла, которое выделяется при окислении составляющих чугуна с избытком хватает для нагрева стали до температуры выпуска. Имеющийся всегда избыток тепла позволяет перерабатывать в конвертере значительное количество лома (до 25 % от массы шихты). Это считается существенным достоинством процесса, так как из-за меньшей стоимости лома по сравнению со стоимостью чугуна, снижается себестоимость выплавляемой стали.
За рубежом кислородно-конвертерный процесс получил название процесса ЛД.
Конвертерные процессы с комбинированной продувкой
Комбинированная продувка, т.е. продувка кислородом через фурму сверху в сочетании с подачей нейтральных газов через днище снизу получает все более широкое распространение. Широкое распространение сравнительно недавно возникшего способа продувки объясняется тем, что в рамках одной технологии одновременно реализуются основные преимущества как верхней, так и донной продувки.
Основные достоинства комбинированной продувки при подаче нейтральных газов через дно в сравнении с верхней продувкой:
- уменьшение вспенивания ванны и отсутствие выбросов;
- более низкая окисленность шлака и металла в течение всей продувки;
- более высокий выход годного металла из-за уменьшения выбросов и потерь железа со шлаком в виде оксидов;
- более полное удаление в шлак фосфора и серы, что позволяет снизить расход шлакообразующих; кроме того, улучшается усвоение шлаком извести;
- возможность выплавлять низкоуглеродистую сталь без получения переокисленного шлака и больших при этом потерь железа;
- некоторое уменьшение количества окисляющегося при продувке марганца;
Недостатком процесса считают необходимость снижения расхода лома (или увеличения расхода чугуна на 5-10 кг/т стали) в связи с тем, что уменьшается приход тепла от окисления железа в шлак и расходуется тепло на нагрев подаваемых в конвертер холодных нейтральных газов.
На сегодняшнее время наиболее широко распространен процесс ЛБЕ - продувка кислородом сверху и нейтральными газами снизу через пористые огнеупорные блоки в днище. Это объясняется тем, что из-за малого диаметра (1-1,5 мм) газопроводящих каналов (пор) в пористых блоках, жидкий металл не затекает в них даже при прекращении подачи газа. Поэтому в любой момент можно изменить расход нейтрального газа или прекратить его подачу, гибко варьируя технологию продувки.
Рис.1 Конвертер с верхней продувкой Рис.2 Конвертер с комбинированной продувкой
Лом загружают в конвертер совками объемом 20-110 м3; их заполняют ломом в шихтовом отделении цеха и доставляют к конвертерам рельсовыми тележками. Загрузку ведут через отверстие горловины конвертера, опрокидывая совок с помощью полупортальной машины, либо мостового крана, либо напольной (перемещающейся по рабочей площадке цеха) машины. Конвертер при загрузке наклонен примерно на 45° с тем, чтобы загружаемые куски лома скользили по футеровке, а не падали бы сверху, разрушая ее.
Жидкий чугун заливают в наклоненный конвертер через отверстие горловины с помощью мостового крана из заливочного ковша, который обычно вмещает всю порцию заливаемого чугуна. Заливочные ковши с чугуном доставляют к конвертерам из миксерного или переливного отделений.
Для загрузки сыпучих шлакообразующих материалов конвертер оборудован индивидуальной автоматизированной системой. Из расположенных над конвертером расходных бункеров, где хранится запас материалов, их с помощью электровибрационных питателей и весовых дозаторов выдают в промежуточный бункер, а из него материалы по наклонной течке (трубе) ссыпаются в конвертер через горловину.
Плавка в кислородном конвертере включает следующие периоды.
Загрузка лома. Стальной лом загружают в наклоненный конвертер совками. Объем совков достигает 110 м3, его рассчитывают так, чтобы загрузка обеспечивалась одним-двумя совками, поскольку при большем числе возрастает длительность загрузки и плавки в целом. Загрузка длится 2-4 мин. Иногда с целью ускорения шлакообразования после загрузки лома или перед ней в конвертер вводят часть расходуемой на плавку извести.
Заливка чугуна. Жидкий чугун заливают в наклоненный конвертер одним ковшом в течение 2-3 мин.
Продувка. После заливки чугуна конвертер поворачивают в вертикальное рабочее положение, вводят сверху фурму и включают подачу кислорода, начиная продувку. Фурму в начале продувки для ускорения шлакообразования устанавливают в повышенном положении, а через 2-4 мин ее опускают до оптимального уровня (1,0-2,5 м в зависимости от вместимости конвертера и особенностей технологии). В течение первой трети длительности продувки в конвертер двумя-тремя порциями загружают известь; вместе с первой порцией извести, вводимой после начала продувки. Продувка до получения заданного содержания углерода в металле длится 12-18 мин. В течение продувки протекают следующие основные металлургические процессы:
а) окисление составляющих жидкого металла вдуваемым кислородом; окисляется избыточный углерод, а также весь кремний, около 70% марганца и немного (1-2%) железа. Газообразные продукты окисления углерода (СО и немного СО2) удаляются из конвертера через горловину (отходящие конвертерные газы), другие оксиды переходят в шлак;
б) шлакообразование. С первых секунд продувки начинает формироваться основной шлак из продуктов окисления составляющих металла (SiO2, MnO, FeO) и растворяющейся в них извести (СаО), а также из оксидов, вносимых миксерным шлаком, ржавчиной стального лома и растворяющейся футеровкой;
в) дефосфорация и десульфурация. В образующийся основной шлак удаляется часть содержащихся в шихте вредных примесей - большая часть фосфора и немного серы;
г) нагрев металла до требуемой перед выпуском температуры за счет тепла, выделяющегося при протекании экзотермических реакций окисления составляющих жидкого металла;
д) расплавление стального лома за счет тепла экзотермических реакций окисления;
е) побочный и нежелательный процесс испарения железа в подфурменной зоне из-за высоких здесь температур и унос окисляющихся паров отходящими из конвертера газами, что вызывает потери железа и требует очистки конвертерных газов от пыли.
После окончания продувки кислородом предусматривают дополнительный период - продувку аргоном длительностью до 3-6 мин. Режим подачи кислорода через верхнюю фурму (интенсивность продувки, изменение высоты положения фурмы по ходу продувки) примерно такой же, как и при верхней продувке. Режим подачи нейтральных газов через донные фурмы рекомендуется следующий. Иногда после окончания кислородной продувки проводят дополнительную продувку аргоном снизу в течение 1-3 мин с расходом до 0,3 м3/т *мин; при этом снижается окисленность шлака и содержание углерода в металле в результате протекания реакции (FeO) + [С] = Fe + СО и в металле снижается содержание фосфора (примерно на 20-30%) и серы (примерно на 10-25%). При выплавке особо низкоуглеродистых сталей кислородную продувку прекращают при содержании углерода в металле 0,03-0,04% и затем ведут перемешивающую продувку аргоном в течение 3-6 мин, получая низкоуглеродистый (до 0,01% С) металл при невысоком содержании FeO в шлаке, т.е. без повышенного угара железа.
Отбор проб, замер температуры, ожидание анализа, корректировка. Продувку необходимо закончить в тот момент, когда углерод будет окислен до нужного в выплавляемой марке стали содержания; к этому времени металл должен быть нагрет до требуемой температуры, а фосфор и сера удалены до допустимых для данной марки стали пределов. Окончив продувку, из конвертера выводят фурму, а конвертер поворачивают в горизонтальное положение. Через горловину конвертера отбирают пробу металла, посылая ее на анализ. Если по результатам анализа и замера температуры параметры металла соответствуют заданным, плавку выпускают. В случае несоответствия проводят корректирующие операции: при избыточном содержании углерода проводят кратковременную додувку для его окисления; при недостаточной температуре делают додувку при повышенном положении фурмы, что вызывает окисление железа с выделением тепла, нагревающего ванну; при излишне высокой температуре в конвертер вводят охладители - легковесный лом и т.п., делая выдержку после их ввода в течение 3-4 мин. По окончании корректировочных операций плавку выпускают. На отбор и анализ проб затрачивается 2-3 мин; корректировочные операции вызывают дополнительные простои конвертера и поэтому нежелательны.
Выпуск. Металл выпускают в сталеразливочный ковш через летку без шлака; это достигается благодаря тому, что в наклоненном конвертере, у летки располагается более тяжелый металл, препятствующий попаданию в нее находящегося сверху шлака. Такой выпуск исключает перемешивание металла со шлаком в ковше и переход из шлака в металл фосфора и FeO. Выпуск длится 3-7 мин. В процессе выпуска в ковш из бункеров вводят ферросплавы для раскисления и легирования. При этом в старых цехах загружают все ферросплавы так, чтобы обеспечивалось раскисление и получение в стали требуемого содержания вводимых. В момент слива из конвертера последних порций металла делают "отсечку" шлака, препятствуя попаданию в ковш конвертерного шлака, содержащего фосфор, который может переходить в металл, и оксиды железа, которые будут окислять вводимые в металл в процессе внепечной обработки элементы.