Тепловой баланс плавки

Теоретическое введение. Повышение доли лома в шихте

С целью экономии чугуна и снижения стоимости металлошихы в кислородных конвертерах стремятся перерабатывать максимально возможное количество лома. В настоящее время при переделе в конвертерах обычного чугуна расход лома составляет около 25%.

Максимально возможная доля лома в шихте конвертера зависит, главным образом, от состава чугуна (химическое тепло) и температуры чугуна (физическое тепло).

Нагрев стали до заданной температуры является основной задачей сталеплавильного процесса наряду с обеспечением требуемого химического состава стали.

В конвертерном процессе регулирование температуры ванны осуществляется изменением расхода охладителей: лома и твердых окислителей (железная руда, агломерат, окатыши). Основным параметром, определяющим температурный уровень плавки, является расход лома. Расход лома рассчитывают на основе уравнения теплового баланса.

При планировании конвертерных плавок желательно зарезервировать некоторый избыток тепла по сравнению с требуемым, что позволит корректировать температуру металла по ходу плавки присадками твердых охладителей.

Использование топлива как дополнительного источника тепла

В качестве топлива в кислородном конвертере можно использовать жидкие и газообразные углеводороды (мазут, природный газ) и твердое топливо (уголь, кокс, графит). С теплотехнической стороны (величина коэффициента использования потенциального тепла топлива) наиболее перспективными теплоносителями является твердые углеродсодержащие материалы: угли, антрациты, кокс, электродный бой и др.

Более высокий термический коэффициент полезного действия твердого топлива объясняется тем, что углерод топлива предварительно растворяется в жидком металле и тепло, выделяющееся при его последующем окислении, передается непосредственно жидкому металлу.

Применение кускового угля. Кусковой каменный уголь (антрацит) или кокс загружают в конвертер на стальной лом или после заливки чугуна и начала продувки. Продувку ванны кислородом ведут сверху или через донные фурмы, иногда в сочетании с дополнительной подачей кислорода для дожигания СО до СО₂.

В отечественной практике освоен способ, который предусматривает загрузку антрацита кусками размером 6—20 мм до или после заливки в конвертер чугуна и последующую продувку ванны кислородом сверху. Выявлено, что без подачи кислорода на дожигание СО, оптимальный расход угля составляет около 1 % от массы шихты; при этом уменьшается расход чугуна на 2,5—3,5 % (от массы шихты) и в то же время возрастает длительность продувки, что снижает производительность конвертера примерно на 6 %.

Метод расчета

Тепловой баланс кислородно-конвертерной плавки должен учитывать все источники тепла.

Т1+Т2+Т3=Т4+Т5+Т6+Т7+Т8, где

Т1 — физическое тепло чугуна

Т2 — тепло экзотермических реакций

Т3 — тепло, выделяющееся при шлакообразовании

Т4 — энтальпия стали

Т5 — энтальпия шлака

Т6 — тепло, теряемое с выделяемыми газами

Т7 — продувка аргоном

Т8 —потери тепла

Физическое тепло чугуна Т1