Производство стали в кислородных конвертерах

Основой конвертерного получения стали является об­работка жидкого чугуна газообразными окислителями. Химическая теплота экзотермических реакций окисления примесей и физическая теплота жидкого чугуна полно­стью обеспечивают процесс.

Рис. 2.2. Схема кислород­ного конвертера с рабочим объемом 270 м3

Современные кислородные конвертеры (преобразова­тели) изготовляются из стального листа. Изнутри кон­вертер футерован основными огнеупорными материалами (магнезитовый или хромомагнезитовый кирпич, магнези­товый порошок или доломит). Футеровка выдерживает без дополнительной обработки до 2000 плавок. Конверте­ры (рис. 2.2) имеют горловину 3 в виде усеченного кону­са с леткой 1; цилиндрическую часть 4 и сферическое днище 6. Нижний усеченный конус кон­вертера служит ванной для ме­талла. Цилиндрическая часть является рабочим пространст­вом, заполняемым металлом, шлаком и газом при продувке. Оно в 7...10 раз больше объема, занимаемого спокойным метал­лом. Верхний усеченный конус сокращает потери металла и теплоты. Через горловину загружают шихтовые материалы, отводят образующиеся газы, сливают шлак и ремонтируют футеровку. Слив стали проводят через отверстие для выпуска стали. Раздельный слив ме­талла и шлака необходим, так как при этом исключается переход из шлака в металл серы и фосфора. Конвертер поворачивается вокруг своей горизонтальной оси на цапфах 5 при помощи приводных механизмов. Рабо­чее положение конвертера вертикальное. По вертикаль­ной оси конвертера сверху опускается охлаждаемая во­дой фурма 2, по которой под давлением 1,6...1,8МПа подается технически чистый кислород. Вместимость кис­лородных конвертеров 50...500 т.

В конвертерном производстве стали 70...85 % металлошихты составляет жидкий чугун, остальное — лом.

Рассмотрим технологию плавки и физико-химические процессы, происходящие в кислородных конвертерах. В свободный конвертер загружают скрап. Затем за­ливается необходимое количество жидкого чугуна с тем­пературой более 1320 °С. Загрузка и заливка конвертера вместимостью 300 т продолжается 5 мин.

В поставленный вертикально конвертер заводится фурма и начинается продувка металла кислородом. Под­вод кислорода интенсивен, поэтому реакции окисления примесей в конвертере протекают с высокой скоростью. Начало продувки совмещается с загрузкой в конвертер флюсов и металлодобавок. При окислении примесей под фурмой развивается температура до 2500 °С, что способ­ствует более быстрому протеканию окисления и шлакооб­разования.

Более прогрессивной является комбинированная про­дувка: через днище, верхнюю и боковые фурмы, что по­зволяет перерабатывать больший процент скрапа.

При воздействии струи кислорода в основном окис­ляется железо (в ванне его 95 %, остальное — при­меси). Образующийся оксид железа, растворяясь в шлаке, постоянно перемешивается с метал­лом. Вследствие этого примеси чугуна на границе ме­талл— шлак интенсивно окисляются оксидом железа. Часть оксида железа растворяет­ся в металле, обогащая его кислородом. Поэтому окисление примесей может проводиться также кислородом, вдуваемым в конвертер через фурму и кислородом, растворенным в ме­талле.

В кислородном конвертере благодаря наличию основ­ных шлаков, в которых наряду с СаО имеется оксид же­леза FеО, и перемешиванию металла и шлака достаточ­но легко протекает реакция дефосфорации; обра­зующийся фосфат кальция удаляется в шлак. Дополнительно
около 10...20 % серы в процессе плавки удаляется в газо­вую фазу.

Продувка конвертера прекращается по достижении заданного химического состава и требуемой температуры металла. Время продувки конвертера вместимостью 300 т составляет 12...20 мин. Для отбора проб конвертер наклоняют: на это отводится 6 мин.

Одновременно с выпуском стали проводится ее раскисление и легирование ферромарганцем, фер­росилицием и алюминием, а также легирующими элемен­тами. Эти операции проводятся либо в конвертере, либо в ковше. Иногда раскислители вводят в струю металла при выпуске плавки.

Последними операциями плавки являются слив ме­талла и затем шлака, а также осмотр футеровки, их про­должительность 5...10 мин.

Таким образом, передел чугуна в сталь в кислород­ном конвертере емкостью 300 т составляет в среднем 35......40 мин, что обеспечивает очень высокую производитель­ность процесса— 400...500 т/ч стали. Производительность мартеновских печей и электропечей составляет около 80 т/ч. В кислородно-конвертерных цехах выпуск стали на одного работающего на 30...50 % больше, чем в марте­новских цехах.

В настоящей время разработаны модели и алгоритмы конвертерного процесса, позволяющие контролировать и регулировать ход плавки.