ККП конспект

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Державний вищий навчальний заклад
«ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ
ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ»
Фізико-металургійний факультет
КАФЕДРА металургії сталі











КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ
вибіркової дисципліни циклу підготовки за вибором ВНЗ

„ Конверторне виробництво сталі ”

для студентів спеціальності “Металургія чорних металів”
Напрям підготовки 0504 „ Металургія ”
Кваліфікаційний рівень 6.050401 «Бакалавр»


















Донецьк - 2010 р.
Лекція 1
Історія розвитку, передумови виникнення та
особливості конвертерного виробництва сталі

Вступ

Із розвитком у ХІХ ст. машинобудування, транспорту, військової техніки виникла велика потреба в якісній сталі. Але існуючи способи її виробництва – кричний, пудлінговий і тигельний – не задовольняли потребу.
Нова ера настала після створення в середені ХІХ ст. конвертерних процесів – високопродуктивних способів одержання рідкої сталі шляхом продувки чавуну окислювальними газами.

1.2 Бесемерівський процес

Був першим із таких процесів. Винахідник Генрі Бесемер (Англія). Він в 1856 р. розробив спосіб одержання рідкої сталі шляхом продувки чавуну стисненим повітрям через дно грушоподібної посудини, футерованої динасовою цеглою. Цю посудину Г. Бесемер назвав конвертером, що означає перетворювач /чавуну на сталь/ (рисунок 1). Минуло майже 145 років, проте конструкція конвертера та ідея обробки чавуну окислювальними газами принципово не змінилися.
Бесемерівський процес був найпростішим конвертерним процесом, що забезпечував виведення з чавуну лише трьох домішок – [C], [Si], [Mn]. Він швидко поширився в ряді країн, зокрема в Україні, але на початку ХХ ст. його частка почала знижуватись до повного зникнення. Неможливість переробки чавуну з підвищеним вмістом [P] та [S] при кислій футеровці (динас) спричинила потребу пошуку іншого способу переробки.

1.3 Томасівський процес

В 1878 р. винахідник Сідней Джільхрист Томас (Англія) запропонував основну футеровку конвертера, виконану з випаленого доломіту. Так виник основний конвертерний процес, що забезпечив виведення з чавуну п'яти домішок – [C], [Si], [Mn], [P] та [S].
У бесемерівському процесі головним "паливом" був [Si] = 0.9-1.25 % чавуну, у томасівському – [P] = 1.6-2.2 %. Тому шлак останнього став використовуватись як мінеральне добриво (фосфор) в сільському господарстві.
Проте, як у бесемерівському, так і у томасівському процесах надходження тепла у ванну було обмеженим, що не давало змогу переплавляти брухт. Продувка повітрям призводила до підвищення вмісту [N] в сталі і, отже погіршення її якості. Усунути ці недоліки допомогла заміна повітря киснем.

1.4 LD – процес (киснево-конвертерний процес)

Ще Г. Бесемер в одному з патентів запропонував продувати чавун чистим киснем зверху через фурму, заглиблену в метал. Ідею використання кисню при виробництві сталі розвивали Д.К. Чернов (1876 р.) і Д.І. Менделєєв (1899 р.).
Перші напівпромислові досліди проведено в 1939 р. інж. М.І. Мозговим (СРСР). Проте лише на початку 50-х років з розробкою методу отримання дешевого кисню у великих масштабах було випробувано різні варіанти подачі кисню зверху (М.І. Мозговий /СРСР/, Дуррер /ФРН/); знизу (В.В. Кондаков /СРСР/, Лемеп /Франція/), збоку (Дуррер, Хелбрюге /ФРН/). Через низьку стійкість дуттьових пристроїв і футеровки конвертерів, незадовільне шлакоутворення їх було визнано нероботоздатними.
Інж. Тринклеру, Хайтману та Ринету (Австрія), які розташували водоохолоджувальну кисневу фурму над ванною, вдалося раз'язати всі проблеми і в 1952 р. в м. Лінці, а в 1953 р. в м. Донавіці (Австрія) почали працювати перші в світі киснево-конвертерні цехи. Процес дістав кілька назв: LD (Linz Dusenferfahren), BOP (Basic Oxyden Process), ККП (киснево–конвертерний процес).
Оскільки ККП вигідно відрізняється від всіх інших, він швидко поширився в світі. Якщо в 1952 р. працював 1 кисневий конвертер /КК/, то в 1962 р. – 94; в 1985р. – 682; в 1990 р. – 649 (що зумовлене виведенням з експлуатації агрегатів невеликої місткості).
З'явилося багато різновидів процесу. При переробці фосфористих чавунів для прискорення шлакоутворення у струмені кисню вдувають в ванну тонкоподрібнене вапно. Винайдено способи переробки природно-легованих чавунів з V, Cr, Mn.

1.5 Процеси із донною кисневою продувкою

Проте можливість продувки металу знизу киснем залишалася привабливою. Перемішування ванни, теплообмін у ній, засвоєння потрібних матеріалів і дуття при цьому набагато кращі. Нижче також конвертерне відділення цеху, бо не потрібна киснева фурма. Тому дослідження тривали і в 1967-69 рр. спочатку в ФРН, а потім у Франції, США та інших країнах виникли способи продувки фосфористого і звичайного переробного чавуну в конвертері знизу струменями кисню, оточеними для ізоляції його від контакту з рідким металом у днища кільцевими струменями вуглеводів. Так виникли OBM (Oxyden Bottomn Machutte) – процес /ФРН/, LWS (Loise – Creusot, Wendel – Sidelor, Sprunck) – процес /Франція/, Q-BOP (guiet, guick, guelity) – процес /США/. У конвертерах із донною продувкою виплавлено в 1980 р. 40 млн. т сталі.
1.6 Комбіновані конвертерні процеси

Недоліки кисневої продувки зверху і через дно дали поштовх для виникнення більш досконалих комбінованих конвертерних процесів донноверхнього дуття. Комбінована продувка дала змогу об'єднати переваги продувки зверху і знизу. Досягнуто більш інтенсивне і рівномірне перемішування, розосередження дуття, більше наближення системи шлак – метал до рівноваги, спокійне протікання продувки, високий вихід придатної сталі, менше пиловиділення, швидке розчинення кускового вапна, легке регулювання окисленості шлаку тощо. Отже, комбінована продувка витісняє як суто донну кисневу, та і верхню.


Лекція 2
Загальні технологічні аспекти виробництва сталі у кисневому конвертері

2.1 Плавка у кисневому конвертері

Конвертер для продувки киснем зверху має грушоподібний профіль з симетричною горловиною. Футеровка кисневого конвертера виконується з основних оксидів (MgO, CaO), що дає змогу наводити у ході процесу основні шлаки для десульфурації і дефосфорації металу. Кисень надходить зверху через водоохолоджувану фурму під тиском 1-2 Мпа. Питома витрата кисню дорівнює 50 м3/т, тривалість безпосередньо продувки – 10-25 хв.
Плавка в кисневому конвертері при [P] в чавуні до 0.3 % здійснюється у такий спосіб. В похилому положенні в конвертер завантажують сталевий брухт і заливають чавун. Потім переводять конвертер у вертикальне положення, опускають кисневу фурму і продувають ванну киснем. Перед продувкою по тракту сипких матеріалів, розташованому над конвертером, через горловину вводять 40-60 % потрібної для плавки кількості вапна. Решту шлакоутворювачів завантажують 2-4 порціями по ходу продувки.
Послідовність виведення домішок чавуну: [Si] і [Mn], [P], [C], [S]. Фосфор можна вивести при високому вмісті [C], збільшуючи на початку продувки відстань кисневої фурмі від рівня спокійної ванни. При цьому окисленість шлаку дещо підвищується і швидше розчиняється вапно.
Як тільки вміст [C] досягає заданого, піднімають кисневу фурму, припиняють подачу кисню, переводять конвертер у горизонтальне положення, відбирають проби металу та шлаку й вимірюють температуру металу термопарою занурення.
Після досягнення заданого хімічного складу і температури метал зливають через льотку (сталевипускний отвір) у ківш, а потім через горловину в чашу. Розкислюють і легують метал найчастіше у ковші.
Здобувши аналіз металу з надлишком вуглецю, сірки або фосфору виконують додувку металу киснем. Додувку на [C] виконують при низькому положенні кисневої фурми, на [S] або [P] - при підвищенному.
Якщо метал недостатньо нагрітий, то “спалюють” Fe при високому положенні кисневої фурми. При невеликому перегріванні (до 20 оС) метал витримують, погойдуючи конвертер, або присаджують вапняк (вапно).
При наявності зонда, що заглиблюється в конвертер для контролю складу і температури металу, плавки виконують без додувок.
При високому вмісті [P] в чавуні в середені плавки зливають проміжний шлак і наводять другій, іноді використовують кінцевий шлак, частку якого залишають у конвертері після зливання металу.

2.2 Переваги ККП

Киснево-конвертерний процес є основним способом виробництва сталі у світі завдяки ряду переваг:
вміст [N], [H], [P], [H.B] у конвертерній сталі менший, ніж у сталі, виплавленої у мартенівських і електричних печах; при використанні “ківшової металургії” це стосується також [S];
використання 75-70 % чавуну, що є “первородною” шихтою без домішок кольорових металів (які вносить брухт), також сприяє підвищенню якості сталі;
конструкція конвертера простіша, а продуктивність – вища, ніж мартенівських і електричних печей, тому питомі (на 1 т сталі) капітальні витрати на будівництво киснево-конвертерних цехів у 1.5 рази менші, ніж для мартенівського, і у 2.5-3 рази – ніж електросталеплавильного;
можна переробляти чавуни будь-якого складу, в тому числі “хімічнохолодні” (із низьким вмістом [Si], [Mn]), що розширює сировину базу для виплавки чавуну;
надлишок тепла у ванні дає змогу переробляти брухт кількістю 25-30 % від садки конвертера без витрат палива або електроенергії;
низькі витрати вогнетривів – 2-3 кг/т сталі проти 20 кг/т у мартенівських печах і електропечах;
надійно вирішується питання екології, бо різко зменшуються викиди в атмосферу і забруднення стічних вод, а також шкідливодіючий на людей шум електропечей;
забезпечене автоматичне керування процесом.
Крім того, агрегати конвертерного типу починають застосовувати для виробництва легованої і високолегованої сталі шляхом продувки напівпродукту з дугової електропечі або кисневого конвертера сумішами різного складу.

2.3 Розвиток ККП в Україні и в світі

В СРСР перші ККЦ введено в експлуатацію в Україні на Дніпровському метзаводі ім. Петровського (1956 р.), і меткомбінаті "Криворіжсталь" (1957 р.). Відтоді в Україні побудовано ще п'ять ККЦ, що обладнані 19 КК місткістю 160-400 т. Частка конвертерного виробництва сталі в Україні 52 % (в світі 70 %).

2.4 Поліпшення технології і обладнання ККП

Зростання виробництва конвертерної сталі супроводжується поліпшенням технології і обладнання.
Застосування багатосоплових кисневих фурм замість односоплових дало змогу підвищити інтенсивність продувки до 3-4 м3/(т*хв.). Продуктивність 400-т КК становить понад 600 т/годин.., що в 4 рази перевищує продуктивність 900-т мартенівської печі і в 6 раз – найпотужнішої електропечі.
Система відведення конвертерних газів без допалювання дало можливість використати СО, що міститься у відхідних газах, як паливо. Допалювання частки СО до СО2 у просторі конвертера розширила можливості процесу щодо переробки брухту.
Автоматизація керування плавкою з використанням фурм-зондів забезпечила мінівитрати для досягнення заданих кінцевих параметрів металу.
Позапічна обробка чавуну і сталі уможливило виробництво металу з низьким вмістом шкідливих домішок і газів.
Поліпшення якості вогнетривів, факельне торкретування футеровки підвищили її стійкість до 1000-3000 плавок.
Поєднання конвертерів з установками безперервної розливки сталі знизило витрати металу на прокат на 14-15 %, підвищило продуктивність праці на 5-15 %, зменшило витрати палива.

Лекція 3
Будова кисневого конвертера і фурми для продування

3.1 Будова кисневого конвертера

3.1.1 Основні елементи кисневого конвертера

Кисневий конвертер складається з 4 елементів (рисунок 2): корпусу 1, опорного кільця з цапфами 2, опорних вузлів на станинах 3, механізму поворота 4.

3.1.2 Корпус КК

Це металевий кожух симетричний відносно вертикальної осі, футерований усередені вогнетривкими матеріалами. Металевий кожух складається з набору листових оболонок різної геометрії. Залежно від системи кріплення корпусу до опорного кільця по поверхні металевого кожуха приварюють масивні кронштейни, ребра жорсткості та інші деталі. На внутрішній поверхні має кільцеві ребра, що підвищують жорсткість корпусу і слугують полицями для футеровки.
Будова днища існує трьох типів: приставне, глуходонне, вставне. Приставне днище забеспечує економию вогнетривів донної частини, швидке охолодження і ремонт футеровки. Прикріплюють його за допомогою кронштейнів, болтів, клинів. Недоліки такої конструкції – небезпека проривання металу в місті з’єднання днища з корпусом, зниження жорсткості агрегату, що призводить до значної деформації, ускладнюючи ремонт. Недоліки посилюються зі збільшенням місткості конвертера.
До 80-х років вважалося, що конвертери місткістю понад 160 т мають бути глуходонними. Їх перевага – збільшення жорсткості і міцності корпусу. Проте глуходонний корпус потребував розробки системи подавання матеріалів для ремонту у конвертер зверху. Це підвищує вартість і тривалість ремонту.
У 80-ті роки створене вставне днище, що є люком у центрі днища. Днище прикріплюється за допомогою клинових або кулачкових з’єднань. Невеликі розміри люка дають змогу зберегти жорсткість і міцність корпусу. Велика товщина вогнетривкого шару, конічна форма, ретельне ущільнення шву за допомогою підпресування забезпечують безаварійну роботу.

3.1.3 Опорне кільце з цапфами

Опорне кільце з цапфами розташоване окремо від корпусу. Це дає змогу рівномірно розвантажити корпус конвертера від дії сил ваги і забезпечує вільну деформацію корпусу, так і опорного кільця, що гарантує тривалу експлуатацію агрегату. Опорне кільце з цапфами має складну конструкцію з листової сталі коробчатого перерізу і складається з двох напівкілець, з’єднаних за допомогою цапфових пліт із запресованими цапфами. Опорно-поворотні цапфи виготовляють із сталі 40ХН, часто водоохолоджуваними. Система кріплення корпусу до опорного кільця фіксує корпус в опорному кільці при різних кутах похилу конвертера.

3.1.4 Опори КК

Опорні вузли на станинах забезпечують сприйняття динамічних і статичних навантажень, компенсують перекоси і осьові переміщення цапф, спричинені тепловими деформаціями. Це досягається шляхом виготовлення однієї з опор плаваючою.


3.1.5 Механізм повороту КК

Конвертер приводиться в обертання за допомогою електромеханічного механізму повороту. Останнім часом найпоширеніші одно- та двобічні приводи навісного типу. У них крутний момент від електродвигунів через планетарні редуктори передається на велике зубчасте колесо насаджене на цапфу, завдяки чому конвертер обертається. Приводи займають небагато місця, а вихід одного двигуна з ладу не впливає на роботу конвертера.
тини, швидке охолодження і ремонт футеровки. Прикріплюють його за допомогою кронштейнів, болтів, клинів. Недоліки такої конструкції – небезпека проривання металу в місті з’єднання днища з корпусом, зниження жорсткості агрегату, що призводить до значної деформації, ускладнюючи ремонт. Недоліки посилюються зі збільшенням місткості конвертера.
До 80-х років вважалося, що конвертери місткістю понад 160 т мають бути глуходонними, перевага – збільшення жорсткості і міцності корпусу. Проте глуходонний корпус потребував розробки системи подавання матеріалів для ремонту у конвертер зверху. Це підвищує вартість і тривалість ремонту.
У 80-ті роки створене вставне днище, що є люком у центрі днища. Днище прикріплюється за допомогою клинових або кулачкових з’єднань. Невеликі розміри люка дають змогу зберегти жорсткість і міцність корпусу. Велика товщина вогнетривкого шару, конічна форма, ретельне ущільнення шву за допомогою підпресування забезпечують безаварійну роботу.
Опорне кільце з цапфами розташоване окремо від корпусу. Це дає змогу рівномірно розвантажити корпус конвертера від дії сил ваги і забезпечує вільну деформацію корпусу, так і опорного кільця, що гарантує тривалу експлуатацію агрегату. Опорне кільце з цапфами має складну конструкцію з листової сталі коробчатого перерізу, що складається з двох напівкілець, з’єднаних за допомогою цапфових пліт із запресованими цапфами. Опорно-поворотні цапфи виготовляють із сталі 40ХН, часто водоохолоджуваними. Система кріплення корпусу до опорного кільця фіксує корпус в опорному кільці при різних кутах похилу конвертера.
Опорні вузли на станинах забезпечують сприйняття динамічних і статичних навантажень, компенсують перекоси і осьові переміщення цапф, спричинені тепловими деформаціями. Це досягається шляхом виготовлення однієї з опор плаваючою. Конвертер приводиться в обертання за допомогою електромеханічного механізму повороту. Останнім часом найпоширеніші одно- та двобічні приводи навісного типу. У них крутний момент від електродвигунів через планетарні редуктори передається на велике зубчасте колесо насаджене на цапфу, завдяки чому конвертер обертається. Приводи займають небагато місця, а вихід одного двигуна з ладу не впливає на роботу конвертера.

3.2 Будова кисневої фурми (КФ)

3.2.1 Конструкція КФ

Нині використовують тільки вертикальні кисневі фурми. Кожний із конвертерів оснащують двома кисневими фурмами: робочою і резервною. Фурму опускають і піднімають за допомогою механізму, що встановлюється безпосередньо над конвертером. Максимальна швидкість пересування становить 1 м/с, мінімальна – 0,1 м/с. Осі конвертера і робочої фурми співпадають таким чином, що внутрішня поверхня футеровки рівновіддалена від реакційної зони при продуванні, що сприяє рівномірності її спрацювання.
Кисень підводиться від блоків кисневої станції по магістралі вздовж фронту конвертерів. Від магістралі до кисневих фурм кожного конвертера відходять стаціонарні кисневопроводи, які за допомогою гнучких гофрованих шлангів (металорукавів) із нержавіючої сталі, покритих захисним металевим дротовим обплетенням, забезпечують можливість вертикального пересування фурм. Швидкість кисню в кисневопроводах і шлангах має не перевищувати 50 м/с, 60 можливе загорання трубопроводів від іскри при терті сторонніх часток. Тиск кисню в магістралі – 1,6-2 МПа, перед соплами кисневої фурми 1,0-1,8 МПа.
Киснева фурма охолоджується водою, що подається під тиском 1-1,2 МПа за допомогою насосів. Вона підводиться до фурм і відводиться від фурм по водопровідних магістралях, а безпосередньо у фурми – по гнучких металевих шлангах, що забезпечують її пересування. Щоб не було накипу жорсткість води має бути до 3 мг-екв/л.
Обов’язковими елементами кисневих фурм є: система підведення кисню 1, підведення і відведення води 2, пристрій для компенсації розширення зовнішньої труби 3, наконечник 4 (рисунок 3).

3.2.2 Конструкція наконечника КФ

Технологічні показники процесу залежать від конструкції наконечника – кількості сопел, їх параметрів і розташування, а також кута нахилу їх осі до вертикалі. Але коли сопел у наконечнику більше як шість, погіршуються умови його охолодження. Наконечники бувають зварними, литими та виготовленими свердленням із суцільної поковки. Для стійкості зварних фурм велике значення має якість зварювання, особливо шва, що з’єднує корпус сопла із зовнішньою тарілкою наконечника. Стінки сопла охолоджуються киснем, температура якого – 110-140 оС, і зменшується в розмірах, а зовнішня тарілка розширюється в результаті нагрівання до 300 оС зовні. Велике значення має якість міді, з якої виготовляють наконечник. Збільшення вмісту фосфору від 0,01 до 0,1 % або олова від 0,1 до 1 % зменшує теплопровідність міді в 2 рази.
Велике значення має конструювання наконечника, яке зводиться до визначення кількості сопел, кута нахилу їх осі до вертикалі, а також розмірів внутрішнього каналу сопла Лаваля, який застосовують на всіх кисневих фурмах.

3.2.3 Профіль сопла Лаваля

Вибір розмірів наконечника КФ та сопел Лаваля
Для роботи конвертера без викидів шлакометалевої емульсії потрібний рівень розосередження кисню досягається при кількості сопел
13 EMBED Equation.3 1415, (1)
де 13 EMBED Equation.3 1415- питома інтенсивність продувки киснем, м3/(т(хв);
n – глибина спокійної ванни, м;
(n – питомий об’єм конвертера, м3/т.
Якщо існує загроза виносу металу через звертання шлаку, то
13 EMBED Equation.3 1415, (2)
де Q – місткість конвертера, т;
Н – внутрішня висота конвертера, м.
Зі здобутих за формулами (1) і (2) необхідно добрати більше значення, щоб забезпечити розосередження дуття в усіх ситуаціях. При тому слід урахувати, що кількість сопел обмежене (не більш як сім), що може лімітувати вибір питомої інтенсивності продувки.
Розосередження первинних реакційних зон можна досягти при куті між осями розташованих поряд сопел ( = 15-20о. Із геометричних побудов випливає, що кут нахилу осі сопел до вертикалі
13 EMBED Equation.3 1415 (3)
Ступінь розосередження вторинних реакційних зон вважають достатнім, якщо відстань між центрами суміжних зон більше радіусу реакційної зони. Згідно з стереометричними побудовами це досягається при
13 EMBED Equation.3 1415, (4)
де D, L – діаметр і глубина реакційної зони, м;
nф – висота фурми над рівнем ванни, м.
Одночасного розведення первинних і вторинних реакційних зон буде досягнуте при більшому з обчислених за формулами (3) і (4) значенні (.

Лекція 4
ФУТЕРІВКА КИСНЕВИХ КОНВЕРЕРІВ

4.1 Умови експлуатації футеровки

Футеровка працює в найважчих умовах внаслідок контакту з шлакометалевою ванною, високотемпературними газами, зазнає удари твердої шихти при завалці і знакозмінні механічні та термічні навантаження.

4.2 Будова футеровки

Футеровку виконують із трьох або двох шарів різних вогнетривких матеріалів. Тришарова футеровка складається із арматурного, проміжного і робочого шарів.
Арматурний шар прилягає до кожуха і запобігає його перегріванню і прогару. Шар виконують товщиною 115-230 мм із магнезитової або магнезитохромистої цегли; він служить роками. Проміжний шар розташований між арматурним і робочим шарами. Його виконують товщиною 50-100 мм із вогнетривкої маси, аналогічної за складом цегли робочого шару, але з більшим вмістом смоли. Шар ущільнює кладку при виготовленні, компенсує напруження при нагріванні і розширенні робочого шару, є сигнальною межею спрацювання робочого шару.
Нині більшість конвертерів футерують у два шари: арматурний і робочий. Набивний шар відсутній через трудомісткість виготування, подовження тривалості ремонту, можливості збільшити товщину робочого шару.

4.3 Вогнетриви робочого шару

Робочий шар безпосередньо стикається з металом, шлаком і газами. Його виконують із смолозв’язаної або переклазовуглецевої вогнетривкої цегли (блоків) без розчину з перев’язуванням швів кільцями або за гвинтовою лінією. В Україні використовують відносно дешеві і достатньо стійкі смолодоломітомагнезитові (60-65 % МgО, 30-35 % СаО) або смолодоломітові (30-40 % МgО, 55-65 % СаО) вогнетриви. Кам’яновугільна смола (6-10 %), що додається при виробництві вогнетривів, забезпечує будівельну міцність вогнетривів, підвищує стійкість до гідратації, виконує роль захисного покриття на зернах МgО і СаО при прониканні у футеровку шлаків. Перед експлуатацією ця футеровка піддається коксуючому розігріванню до температури 1100-1200 оС. За кордоном робочий шар виконують із переклазовуглецевої цегли (75-80% МgО, 5-20 % СаО, 10-20 % С).
Днище конвертера виготовлюють із кількох шарів: нижній – із шамотної цегли (60-70 % SіО2, 30-40 % Аl2О3), потім кілька шарів магнезитової, верх – із магнезитохромітової або переклазовуглецевої цегли. Взаємне перев’язування швів забезпечують шляхом зміщення наступного шару поворотом відносно вертикальної осі на 45о.
Горловину, що працює в дуже важких умовах, виготовлюють із магнезитохромітових або доломітових смолонасичених вогнетривів.
Товщина робочого шару залежить від умов процесу плавки. Коли футеровка регулярно ремонтується за допомогою торкретування, товщину футеровки зменшують. Наприкінці компанії конвертера мінімальна товщина футеровки має становити 100 мм.

4.4 Будова льотки

На межі верхньої конічної і циліндричної частин конвертера виконують сталевипускний отвір (льотку). Кут нахилу каналу отвору з горизонтом 0-45о і визначається зручністю гарячих ремонтів отвору і траєкторією струменя під час зливання сталі. Льотку викладають із спеціальних блоків на основі плавлених вогнетривів, що добре протистоять розмивній дії розплаву.

4.5 Вибір розмірів робочого простору КК

Основні розміри робочого простору конвертера вибирають так, щоб не було істотних втрат металу з викидами і виносами; зведені до мінімуму втрати тепла через поверхню корпусу і в результаті випромінювання через горловину. Одночасно слід брати до уваги необхідність швидкого завантаження шихти, мінімальних капітальних витрат на агрегат. Шляхом урахування цих суперечних вимог сформувався оптимальний профіль робочого простору конвертера із таких фігур: верхнього зрізаного конуса, циліндра, нижнього зрізаного конуса і шарового сегменту.
Лекція 7.
Взаємодія струменя кисню з розплавом

7.1 Питома інтенсивність продувки киснем

У нових цехах 13 EMBED Equation.3 1415= 4-5 м3/(т(хв.), у старих – 2,5-3 м3/(т(хв.). У ході, як правило, не змінюється. Практично виконується рівняння
13 EMBED Equation.3 1415( (пр= const,
де (пр – тривалість продувки, хв.

Тому підвищуючи 13 EMBED Equation.3 1415 можливо зменшити час дії агресивних рідких розплавів на футеровку, зростає її стійкість і продуктивність агрегату. Проте при 13 EMBED Equation.3 1415( 5 м3/(т(хв.) тривалість продувки вже неістотно впливає на тривалість циклу плавки, бо загальна тривалість допоміжних операцій становить не менш як 15 хв., але збільшується ймовірність неповного розчинення брухту, дорожчає газовідвідний тракт, який має пропустити зростаючу кількість конверторних газів. Економічна межа інтенсифікації – до 5 м3/(т(хв.).
Крім того, інтенсифікація продувки супроводжується збільшенням кількості сопел у кисневої фурми, що може бути недоцільним.

7.2 Взаємодія струменя кисню з розплавом

Сопло Лаваля є короткою насадкою змінного перерізу. Розширення кисня в соплі і його витікання здійснюються практично без теплообміну з навколишнім середовищем, тобто адіабатичне. Швидкість витікання кисню із сопла
13 EMBED Equation.3 1415, ( 1 )

де К – показник адіабати (для кисню К = 1,4);
Р0, (0 - тиск і густина газу перед соплом, МПа;
Р – тиск навколишнього середовища, в яке витікає кисень, МПа.

Характер зміни швидкості струменя кисню залежно від тиску перед соплом показано на рисунку 4, із якого випливає, що коливання швидкості мають мінімальне значення при роботі на тисках кисню ( 1,0 МПа.
Кисневий струмінь на виході із сопла розширюється (рисунок 5) і складається з двох ділянок – початкової (І0, в якій швидкість на осі струменя дорівнює швидкості на виході із сопла (довжина ділянки 4-5 d0), і основної (ІІ). Для основної ділянки струменя , що діє на металеву ванну, швидкість по осі Wх зменьшується зі збільшенням відстані х. Проте ця картина має сприйматися як наближена. У робочому просторі конвертера холодний струмінь кисню (T (-150оС) надходить до середовища нагрітих (T (-1500 оС) конвертерних газів, що складаються в основному із СО. Експеримент довів, що на відстані 15-20 калібрів (х/d0) від сопла температура досягає 1300-1600 оС, а вміст СО2 дорівнює 20-25 %. Отже, у порожнині конвертера кисневий струмінь є факелом, в якому горять СО і краплі металу, що викидаються з ванни, а його швидкість і вміст кисню визначаються відстанню від сопла до рівня металу, вираженого в калібрах (х/d0).
Практично взаємодія кисневого струменя із залізовуглецевим розплавом може здійснюватися у таких режимах:
Режим стабільного відкритого кратера з кільцеподібними хвилями навколо нього без пульсації на глибині та ширині кратера.
Режим рухомого відкритого кратера, вісь якого зсунута відносно осі струменя з більш турбулізованою поверхнею, на краях кратера з’являються сплески металу, які відкидаються в бік, подрібнюючись на краплі; пульсація кратера ще не істотна.
Режим “запалювання”, що характеризується інтенсивним розвитком пило- і бризкоутворення, потраплянням бризок і сплесків металу в зону кисневого струменя, роздрібнення їх та спалювання у потоці кисню з подальшим залученням продуктів реакції в ванну і виходу газів із відкритої реакційної зони суцільним потоком, що змінює положення відносно осі струменя хаотично. Пульсація реакційної зони по ширині та глибині досягає 10-15 % їх максимальних значень.
Режим глибокого проникнення кисневого струменя в розплав з інтенсивним залученням об’єму металу в кисневий струмінь, з розвиненою пульсацією реакційної зони (до 20-25 %), сплескуванням країв кратера та періодичним виділенням об’ємів оксидів вуглецю в різних містах.
За наявності шлаку – це режим заглибленого струменя із розташуванням газошлакометалевої емульсії вище зрізу кисневої фурми та періодичними проривами газу, коли рівень емульсії знижується.
5.Режим “жорсткого” продування при подальшому опусканні кисневої фурмі, коли шлак звертається, відтиснюється потоком оксиду вуглецю до футеровки та подальшим продуванням чистого дзеркала металу з інтенсивним виносом бризок назустріч кисневому потоку, заметалюванням кисневої фурми, горловини конвертера і поверхні охолоджувача конвертерних газів /ОКГ/.
Глибина реакційної зони при інтенсивному зневуглецьовані

13 EMBED Equation.3 1415 (2)

в завершальний період продування
13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415 (3)
де і – імпульс струменя;
(м – густина металу.

тож середня глибина реакційної зони

13 EMBED Equation.3 1415 (4)

При робочий висоті фурми діаметр реакційної зони

13 EMBED Equation.3 1415

Численні дослідження та гаряче модулювання а тиглях з прозорою стінкою дозволяють спостерігати будову реакційної зони .
У первинній реакційній зоні, що має яскраве забарвлення, спалюються підсмоктуванні у струмінь об’єми металу. У вторинній, забарвлений яскравіше ніж решта ванни (але менше ніж первинна), виділяються продукти реакції у вигляді бульбашок, що спливають зі швидкістю ( 10 м/с, обтікають первинну зону з різних боків і створюють на виході сплески рідини. За межами реакційних зон спостерігається відносно слабке газовиділення.
При продуванні низьковуглецевого металу кількість оксиду вуглецю невелика і вторинна реакційна зона звершується.
Реакції в реакційній зоні та шлакоутворення.
Схема розподілу кисню, що вдувається, наведена на рис.6 стр119
Продукт взаємодії кисню з рідким металом у первинній зоні – оксиди заліза. Потрапляючи до вторинної зони, вони зумовлюють окислення [C], [Si], [Mn], які окислюються також на поверхні шлак-метал (корольки металу в шлаці та краплі шлаку в металі). В первинних продуктах окислення 85-90 % (FeO) i 10-15 % (Fe2O3), можуть міститись окисли [C], [Si], [Mn] та ін. Їх вміст більший на початку продування, а потім зменшується, бо пропорційний до концентрації елементів в металі.
За межами первинної реакційної зони оксиди заліза вступають у контакт із домішками металу, виключаючи вторинні реакції. Під реакційною зоною часточки оксидів заліза втрачають швидкість відносно металу і починають спливати. З підвищенням жорсткості струменя глибина, з якої спливають оксиди заліза, збільшується. Залежно від співвідношення кількості сформованого шлаку та інтенсивності надходження в нього оксидів заліза створюється певна їх концентрація в шлаці.
Відмінність термодинамічних і кінетичних умов взаємодії кисню з домішками та залізом металу зумовлює окислення заліза в струменевих ділянках первинної реакційної зони, [Si], [Mn] i [C] – переважно у вторинній, [P] i [S] – переважно в зоні шлакометалевої емульсії.
Характер зміни окисленості шлаку у вигляді ((Fe) показано на рис.7 стр120. Окисленість шлаку на початку плавки становить 15-30 % ((Fe). У період інтенсивного зневуглецюванні (в середині продування) падає до мінімуму і досягає 7-15 %. Наприкінці плавки воно тим вище, чим менший вміст вуглецю і при [C] = 0,03 % досягає 30-40 %.
Вміст оксидів заліза в шлаці визначає його консистенцію і хід шлакоутворення. ((Fe) регулюється насамперед шляхом зміни глибини проникання кисневого струмені в метал, тобто глибини реакційної зони (рис.7), якої можна досягти зниженням інтенсивності продування або збільшуючи відстань кисневої фурми від рівня спокійної ванни. На практиці використовують останній спосіб.
Рух фаз у межах реакційної зони спричинює пересування решти ванни (рис.8 стр 122), а максимальна швидкість потоків на ділянках, що безпосередньо прилягають до реакційної зони. Якщо розміри периферії не дуже великі, то в вертикальному перерізі через вісь кисневої фурми створюються один замкнутий цикл потоків. Якщо ж розміри периферії великі, то утворюються 2 цикли потоків, один ближче до реакційної зони, другий – до стінки конвертера. Швидкість руху у периферійних ділянках ( 1 м/с. Газові об’єми рухаються на поверхні металевої ванни, де створюються сплески. Спінений шлак зменшує висоту сплесків, і вони не виходять за межі шлакового шару. Руйнуючись у шлаковій фазі, сплески подрібнюються на краплі розміром 10-4 – 10-2 м і більше. Каплі під впливом власної маси осідають у шлаці, коагулюючи одна з другою або зливаються з новими сплесками. Їх зміст у шлаці підвищується зі зростанням швидкості вигорання вуглецю, він максимальний при основності шлаку 1,5-1,7, через появу угруповань 2СаО(SiO2. У різні періоди продування краплі металу (корольки) становлять 15-100 % маси шлаку. Після припинення продування велика частка корольків осідає у ванну, але частина зависає в шлаці. Зсідання тим повніше, чим менша в’язкість шлаку. Корольки в шлаці становлять 1-10 % маси шлаку. Втрати металу у вигляді корольків при проміжному скочуванні шлаку досягають 1 %, а з кінцевим шлаком – 0,5 % металевої садки.
Газові об’єми, проходячи з реакційної зони, збільшують висоту шару спіненого шлаку. За несприятливих обставин шар спиненого шлаку в 30-50 разів перевищує товщину неспиненого шлаку, а його рівень досягає 3-5 м. При цьому шлакометалева емульсія підходить до горловини конвертера. У результаті руйнування газових об’ємів на спиненому шлаці утворюються сплески шлакометалевої емульсії. Окремі сплески через горловину викидаються за межі агрегату. Іноді емульсія просто переливається через горловину. Викиди шлаку супроводжуються втратами металу у вигляді корольків і призводять до заростання броні конвертера. Вони є небезпечними і для персоналу.
В конвертерному процесі дуже важливо забезпечити необхідне перемішування металевої ванни. Перемішування усуває нерівномірність її хімічного складу і температури, що виникає внаслідок переважного окислення домішок у реакційній зоні.
Перемішування металу зі шлаком шляхом емульгування корольків у шлаку або шлаку в металі створює велику поверхню розподілу метал-шлак, через яку виводять сірку та фосфор. Площа поверхні розподілу метал-шлак у шлакометалевій емульсії в 100-1000 разів перевищує площу поверхні спокійної ванни. Перемішування є результатом дії окислювального газу (дуття) Едут, продукту окислення вуглецю Епуз(СО) і природної конвекції, що виникає за наявності градієнта густини. Але остання складова неістотна.
Сумарна енергія, що витрачається на перемішування ванни (Е = Едут+ Епуз(СО).при продуванні зверху вектор руху ванни від дії струменя направлений униз, а від дії СО – угору, тобто протилежні, що зменшує вплив струменя енергія перемішування спливаючими бульбашками 15-25 кВт/т, а від дії струменя – 2-3 кВт/т. Отже, перемішування ванни визначається в основному впливом спливаючих бульбашок СО.
Інтенсивність газовиділення Qт у різні періоди конвертерної плавки залежить від швидкості окислення вуглецю і змінюється в ході продування так, як показано на рис. 9 (12-17 стр 126). Спочатку (І) переважно окислюються [Si] і [Mn]. Оскільки температура ванни в цій фазі невелика, швидкість окислення вуглецю та інтенсивність газовиділення невеликі. Розігрівання ванни та зниження [Si] і [Mn] ведуть до зростання швидкості окислення вуглецю (ІІ) і досягнення максимуму (ІІІ). В кінцевій фазі продування (ІV) при зменшенні вмісту вуглецю вона знижується. Аналогічно змінюється потужність перемішування конвертерної ванни (Е.
Як характеристику інтенсивності перемішування ванни беруть коефіцієнт турбулентної дифузії Dі, який розглядають як умовне поняття. питома інтенсивність переносу і-того компоненту Іі між крапками 1 і 2 на відстань l при даному значенні Dі визначає різницю концентрації і-того компоненту між крапками 13 EMBED Equation.3 1415 згідно з рівнянням
13 EMBED Equation.3 1415 ( )
В початковий період 13 EMBED Equation.3 1415м2/с, у період інтенсивного вигорання вуглецю 13 EMBED Equation.3 1415 м2/с. В межах реакційної зони 13 EMBED Equation.3 1415 м2/с.
Коефіцієнт масопереносу в конвертерній ванні (і (і-того елементу) залежить від потужності перемішування (Е і швидкості гідродинамічних потоків U, що визначаються інтенсивністю продування і швидкістю вигорання вуглецю. Тобто (і ( Um ( (En, де m ( 1; n ( 1.

Лекція 8
Шихтові матеріали та вимоги до них

Технологія і показники конвертерної плавки значною мірою залежать від хімічного складу та температури чавуну. Ці показники залежать від ходу доменного процесу, умов транспортування чавуну і його позадоменної обробки. В Україні застосовується чавун такого складу: 3,9-4,5 % С; 0,5-1,0 % Si; 0,1-0,5 % Mn; 0,03-0,05 % S; 0,05-0,15 % P; а також (15-140) ( 10-4 % [N]; (0,5-3) ( 10-4 % [H]; (4-100) ( 10-4 % [O].
( [C] в чавуні відповідає стану насиченості і збільшується з підвищенням його температури. при цьому зростає фізичний і хімічний потенціал надходження тепла.
( [Si] в чавуні спливає на М(SiO2) і Мшл. Якщо [Si]чав( за оптимальне, то шлакоутворення уповільнюється, оскільки швидкість розчинення ванни при малої М(SiO2) і низькій температурі мала. Збільшується тривалість продування оголеного металу, тобто “безшлаковий період”, що сприяє заметалюванню фурм, збільшенню пилевиділення і виносу крапель металу. При малому Мшл. шкідливі домішки виводяться гірше. За умов доменного процесу зниження [Si]чав призводить до зростання [S]чав, що зумовлюється холодним ходом доменної плавки, при охолодженні ванни рудою 13 EMBED Equation.3 1415= 0,3-0,4 %, брухтом – 0,6-0,9 %. В останньому випадку підвищення [S]чав збільшує частку брухту в металевій шихті.
( При високому вмісті [Mn]чав поліпшується шлакоутворення і десульфурація металу, але посилюється його угар. Якщо [Mn]чав дуже малий, спостерігається заметалювання фурм. Але виплавка металомарганцевих чавунів досить економічна. Тому 13 EMBED Equation.3 1415( 0,5-0,6 %.
( Ступінь десульфурації металу в кисневому конвертері не перевищує 50 % (найчастіше ( 30 %). Тому допустимий вміст [S]чав= 0,04-0,05 %.
( [P]чав( 0,2 % істотно ускладнює плавку. Якщо [P]чхав( 0,15 % можна працювати без спуску первинного шлаку, оскільки при невеликому коефіцієнті розподілу Lp= (P2O5)/[P] =100 і кількості шлаку 10 % від маси металу залишковий вміст [P] ( 0,03 %.
( Постачають чавун за двома схемами: І – доменний цех – міксерне відділення – конвертер; ІІ – доменний цех – дільниця переливу чавуну в заливальний ківш – конвертер.
За І схемою чавун подають у міксерне відділення у відкритих чавуновозних ковшах місткістю до 140 т. Із них чавун зливається в міксери – ємкості місткістю 600, 1300 або 2500 т, які служать для усереднення чавуну за складом і температурою. Міксери опалюються для компенсації теплових витрат.
За ІІ схемою чавун надходить у закритих ковшах міксерного типу місткістю 150-600 т. Тому у заливальному ковші температура чавуну на 70-100оС вище.
(( Сталевий брухт є дешевим джерелом заліза і охолоджувачем ванни. Кількість брухту визначається надлишком тепла і становить 23-27 % маси металевої шихти. У брухті мають бути куски товщиною до 300 мм, відсутні кольорові метали, сміття та вогненебезпечні матеріали, іржа. Легковаговий брухт і стружку завантажують до 20 % загальної кількості, а решту пакетами розміром до 2000(1000(700 мм при щільності ( 1800 кг/м3. Брухт іноді частково замінюють металізованими обкотишами, крицею або губчастим залізом. Їх можна вводити не причиняючи продування. У такий спосіб починають уводити подрібнену стружку і фрагментований брухт.
(( Іноді замість брухту використовується залізна руда, агломерат, обкотиші (або брикети), прокатна окалина. Вони належать до сипких охолоджувачів – “твердих окислювачів”. Їх можна завантажувати у конвертер без припинення продування. Скорочується на 5-10 % цикл плавки, поліпшується шлакоутворення, відсутнє різке охолодження на початку плавки, забезпечується пригар металу – заліза з його оксидів. Водночас вони створюють непостійний охолоджувальний ефект, сприяють бурному протіканню процесу, підвищують частку чавуну в шихті, вміст (SiO2) і (P2O5), витрати вапна та інших флюсів, кількість шлаку, втрати заліза зі шлаком і спрацювання футерівки.
Вміст оксидів заліза в них має бути високим, а SiO2 ( 8 %, вологи, сірки і дрібних фракцій – низьким. Порошкоподібну руду потрібно вдувати, бо вона виноситься газами з конвертера. Окалина, агломерат, обкотиші та брикети мають до 2,5 SiO2, тому їх застосовують частіше.
(( Як шлакоутворюючі застосовують вапно, плавиковий шпат, іноді боксит.
Вапно впливає на шлакоутворення, десульфурацію, дефосфорацію металу та його якість. Вапно має бути свіжовипаленим, містити не більше 0,1 % сірки і мати SiO2 ( 0,3 %. Оптимальні розміри кусків 10-40 мм.
Плавиковий шпат прискорює розчинення вапна в шлаці і зменшує його в’язкість. Головна складова – СаF2, SiO2 має бути до 5 %.
При малих витратах (до 0,3 % маси металу) формує рідкорухливий високоосновний шлак.
Головна і цінна складова бокситу – глинозем (( 50 %). Недоліком бокситу є наявність в ньому вологи і SiO2 (20 % і більше). Останній знижує основність шлаку і стійкість футеровки. Витрати бокситу 0,5-1 % маси металу.
Перспективні синтетичні шлакоутворювальні матеріали у вигляді “прозалізненого вапна”, брикетів, високоосновного агломерату, обкотишів. Вони мають низьку температуру плавлення (( 1250 оС), тому прискорюють шлакоутворення, дефосфорацію і десульфурацію сталі.

Лекція 9
Особливості виведення домішок з металу

( Продування має три періоди при виробництві низьковуглецевих сталей і два – середню і високовуглецевих. Але чітких меж між періодами немає. (рис. ) стр.130.
У І періоді швидко (до сотих часток) окислюються [Si], [Mn] i [P] (до певної концентрації), уповільнено - [С]. У ІІ період інтенсивно окислюється [С], а вміст [Mn] і [Р] спочатку стабільний, а наприкінці частково відновлюється у наслідок підвищення температури. У ІІІ періоді швидко окислюється [Fe]. У зв’язку зі зростанням (FeO) [Mn] і [Р] частково окислюються, а окислення [С] уповільнюється через низький вміст [С].
( Окислення [Si] інтенсивно окислюється з першої хвилини продування за реакцією
[Si] + 2(FeO) = (SiO2) + 2[Fe],

що протікає переважно у вторинній реакційній зоні та на межі метал-шлак. Отже
13 EMBED Equation.3 1415

Окислюванню[Si] сприяє мала ((SiO2), велика ((FeO) і КSi (низька температура ванни). Тому [Si] окислюється за перших 20 % часу продування. Далі [Si] істотно не відновлюється в результаті збільшення основності і протікання реакції
(SiO2) + 2(CaO) = (2CaO(SiO2),

тобто зростання (2CaO(SiO2) і падіння вільного (SiO2).
( Окислення – відновлення [Mn].
[Mn] має менш високу, ніж [Si], спорідненість з киснем, але швидко окислюється на початку продування за реакцією

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

що протікає там же, де і окислюється [Si]. Отже

13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415

Окисленню [Mn] сприяє мала ((MnO), величина ((FeO) і КMn (низька температура ванни). З підвищенням температури, ((MnO) і зниженні ((FeO) швидкість окислення [Mn] спадає, бо система метал-шлак наближається до рівноваги. Усередині продування вміст [Mn] стабілізується, потім [Mn] відновлюється до певного максимального значення. Відновленню [Mn] сприяє зменшення КMn у зв’язку зі зростанням температури, і збільшення коефіцієнту активності ((MnО) через підвищення основності шлаку, що превалює над розведенням (MnО) окислами кальцію і заліза. При низькому вмісті [С] заключна частина продування супроводжується окисленням [Mn], що пояснюється різким збільшенням (FeO) наприкінці продування.
( Окислення [С].
Максимальна швидкість вигорання [С] досягається після окислення [Si] і завершення часткового окислення [Mn] і [Р]. Водночас умови (термодинамічні та масообміні) перших 20-25 % тривалість продування сприятливі для окислювання [С] за сумарною реакцією

[С] + 0,5 {O2} = {CO},
бо на окислення [C] використовується не лише кисень дуття, а й велика частина накопиченого в шлаці (FeO), що підтверджується зниженням (FeO).
Значення VC визначається іО2 і коефіцієнтом використання кисню дуття Квик, який залежить від положення фурми і стану шлаку.

13 EMBED Equation.3 1415
де 13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415 - маса вуглецю, кг/1 м3 О2, окисленого за сумарною реакцією.

Слід відзначити, що 0,05 кисню втрачається на окислення {CO} до {CO2} і ще 0,05 - [Fe] до (Fe2 O3), бо випарюється ( 2 кг Fe на 1 м3 О2.
Якщо іО2 = 2-6 м3/(т(хв.), то 13 EMBED Equation.3 1415. При [С] = 0,2-0,3 %, що є критичним, VС різко зменшується, бо велика частка кисню витрачається на накопичення кисню в металі і (FeО) в шлаці. Якщо [С] = 0,05 %, то при і = 2-6 м3/(т(хв.) VС= 0,03-0,1 % [С]/хв.
( Видалення [Р]
[Р] окислюється при високому вмісті [С] за сумарними реакціями:

2[Р] + 5(FeJ) + 3(CaO) = (3CaO(P2O5) + 5[Fe]
2[P] + 5(FeO) + 4(CaO) = (4CaO(P2O5) + 5[Fe]

Отже, за рівноваги металу зі шлаком

13 EMBED Equation.3 1415
і зі зростанням ((FeO) і ((СаО) і зниженням ((4CaO(P2O5) зменшується залишковий вміст фосфору в металі. Одночасно прискорюється дефосфорація сталі з прискоренням масопереносу [P] до поверхні метал-шлак.
Підвищення температури ванни негативно впливає на дефосфорацію лише за інших однакових умов. проте при високій температурі ванни дефосфорація поліпшується, якщо збільшується ((FeO) і ((СаО). Існує зв’язок між [P] і динамікою шлакоутворення
При основності шлаку В ( 2,5 і (FeO) ( 15 % ( [P] ( 0,01 %. Найінтенсивніше фосфор переходить в шлак на початку і наприкінці продування, коли активно розчиняється вапно.
Коефіцієнт розподілу [P] між шлаком і металом 13 EMBED Equation.3 1415 наприкінці процесу становить 200-400, тож ступінь дефосфорації металу 80-90 %.
Якщо шлак попадає в ківш можливе відновлення фосфору в резульитаті взаємодії [С] і елементів-розкислювачів зі шлаком. Зниження (FeO) та основності шлаку (в шлаці розчиняється шамотна кладка ковша) зсуває наліво рівновагу реакції окислення фосфору. Щоб запобігти цьому, метал випускають через спеціальний отвір і при появі в отворі шлаку його відокремлюють.
( Видалення сірки.
Сутність знесірчення металу полягає у зв’язуванні [S] у сульфіди (CaS), (MnS0, (MgS). Реакції знесірчення шлаком

[FeS] + (CaO) = (CaS) + (FeO)
[FeS] + (MnO) = (MnS) + (FeO)
(FeS) + (MgO) = )MgS) + (FeO)

Є реакціями заміщення, що протікають із деяким поглинанням тепла. Сіркопоглинальна здатність шлаку оцінюється коефіцієнтом розподілом сірки між шлаком і металом.
13 EMBED Equation.3 1415

В первинній реакційній зоні можливе пряме окислення сірки і у газову фазу переходить 5-15 % загальної кількості сірки, що виводиться в ході плавки. Отже, сірка переважно переходить в шлак, де утворює сульфіди.
Зростання LS зумовлене підвищенням і ((СаО) і зниженням ((FeO), а також наявністю в металі [С], [Р], [Sі], що збільшують ([S].
При окислювальній плавці шлак містить понад 5 % (FeO) і тому умови конвертерної плавки у цілому несприятливі для десульфурації, LS наприкінці процесу становить лише 4-7.
Найефективне знесірення металу протікає при основності (СаО)/(SіО2) ( 2. Але при (В) ( 3-3,5 вміст (СаО) досягає межі насичення, шлак стає гетерогенним і густим, що знижує його десульфуруючу здатність. Звичайно ступінь десульфурації у конвертері становить 30-40 % (рідко досягає 50 %). Виплавка сталі за вмістом [S] ( 0,01-0,02 % можлива лише при використанні десульфурованного чавуну, малосірчистих брухту і вапна, позапічної десульфурації сталі.

Шлакоутворення і служба футервки.
Шлакоутворення дуже впливає на показники плавки. Раннє утворення активного гомогенного основного шлаку прискорює дефосфорацію і десульфурацію, підвищує якість сталі, зменшує винос і викиди металу, поліпшує умови служби футеровки при продуванні.
Відношення мас рідкого шлаку (Мшл) і розчиненого вапна М(СаО) до маси металевої шихти Мм.ш. змінюється симбатно (рис. стр.137). В І періоді продування дещо підвищується зі зростанням Мш в зв’язку з окисленням [Sі], [Mn], [Fe] чавуну. У подальшому Мш збільшується переважно за рахунок розчинення вапна в шлаці. Найбільша швидкість розчинення вапна і зростання основності шлаку спостерігається на початку і наприкінці продування.
Загальна кількість шлаку звичайно становить 10-12 % маси металу. Отже, якщо в кінцевому шлаці (СаО) ( 50 %, у вапні СаО ( 90 % і ступінь засвоєння СаО - *) % , потрібні витрати вапна дорівнюють 7-8,5 %.
Кінцевий шлак має склад: 40-50 % СаО; 12-15 % FeO; 2-5 % Fe2O3; 5-10 % MnO; 4-6 % MgO; 15-20 % SiO2; 1-3 % P2O5; 0,2-0,3 % S; (CaO)/(SiO2 + P2O5) = 2,5-3,5.
Швидкому шлакоутворенню сприяють такі заходи:
Забезпечення оптимального складу чавуну.
Збільшення вмісту (FeO) до межі, що дозволяє роботу без викидів, бо (FeO) – головний розчинник СаО в шлаці.
Присадки MnO в шлак, бо він дуже сильний (після FeO) розчинник СаО.
Забезпечення оптимального співвідношення VС та (FeO), тобто наявності активного розчинника і достатнього перемішування.
Поліпшення якості вапна (з великою реакційною здатністю).
Підвищення (MgO) до межі ( 5 %, що знижує в’язкість шлаку і прискорює розчинення СаО.
Підвищення температури ванни.
Уведення у шлак розгужувачив, що містять СаF2, Al2O3, B2O3, Na2O, K2O.
Використання синтетичних шлакоутворюючих, що мають низьку температуру плавлення і велику поверхню контакту частинок.
( Протилежні завдання доводиться розв’язувати при створенні умов служби вогнетривів. Стабільну роботу цеху з трьома конвертерами забезпечує стійкість футеровки 400-500 плавок. проте мінімальною слід вважати стійкість 1400-1500 плавок, що дає можливість використати резервний час конвертерів.
Спрацювання вогнетривів буває механічним (завалка, обривання охолодей з горловини), термічним (різке коливання температури робочого шару), корозійним (для рідких фаз, бризок і окислювального газового середовища), температурним (теплові потоки з боку первинної реакційної зони і особливо факелу при запалювані {CO} d {CO2} і високому розташуванні фурми).
Проте головною причиною спрацювання футеровки є роз’їдання її шлаком. Швидкість спрацювання – від часток одиниці до 8 мм за плавку залежно від якості вогнетривів і умов продування.
Процес спрацювання футеровки складається із зовнішнього масопереносу (підведення оксидів – розчинників до межі рідина – вогнетривів і відведення від поверхні футеровки у шлак продуктів взаємодії СаО, MgO) і внутрішнього (капілярного) масопереносу компонентів шлаку (СаО, MnO та ін.) у товщу футеровки по порах, межах зерен, щилинах.
Переважно вогнетриви виготовляють з рівномірно розподіленим в них вуглецем. У цьому разі механізм спрацювання вогнетривів включає ланку взаємодії (FeO) з вуглецем, який погано змочується
·кислими розплавами і утруднює проникнення шлаку в пори.

(FeO) + (С( ( (СО( + (Fe(

Вуглець окислюється також киснем газової фази

(С( + 0,5(О2( ( (СО(
(С( + (О2( ( (СО2(

Тільки після виведення вуглецю цегла просякається шлаком і в подальшому спрацьовується за описаною вище схемою.
Швидкість спрацювання, що визначається масою футеровки Мф, яка перейшла в шлак, істотно змінюється у ході продування (рис. стр.139).У І періоді спрацювання інтенсивне у результаті високої (SiO2) і (FeO) у шлаці. У середині продування швидкість спрацювання падає і тим сильніше, чим нижчою є (FeO) і рідкорухливість шлаку. У заключному періоді вона знову зростає, оскільки підвищується температура ванни і (FeO).
Футеровка спрацьовується нерівномірно й за висотою і перерізом конвертера. На більшій частині поверхні футеровки є горнісаж із шлаку. Він утворюється при зупинках продувки. Але частина футеровки (у зоні цапф) не контактує зі шлаком і не має горнісажу. Вона спрацьовується швидше за інші зони. отже, на поверхні футеровки є чотири зони – дві в області цапф і дві – на горловині над цапфами. Шлаковий горнісаж зберігається 40-50 % часу продування, тобто швидкість спрацювання відзначених зон майже вдвічи вища. Зазначимо також, що нижня частина поверхні футеровки спрацьовується менше, бо вогнетриви на вуглецевій зв’язці метал не просякає.
Підвищенню стійкості футеровки сприяють такі заходи:
заміна руди брухтом (зменшуться Мшл, (SiO2), середня температура ванни, кількість перегрітих плавок);
заходи щодо прискорення шлакоутворення;
збільшення інтенсивності продування (знижується тривалість продування і час контакту футеровки зі шлаком і високотемпературним періодом;
збагачення шлаку (MgO) (до певної межі) (утруднює масоперенос (MgO( у шлак. Надмірне (MgO) не бажане, оскільки утруднюється шлакоутворення);
зниження (SiO2) ( до певної межі) (тобто (Si(чав і SiO2 у сипких матеріалах);
забезпечення оптимального (FeO) (особливо в кінцевих шлаках). (FeO) діє подвійно – прискорює шлакоутворення і спрацювання футеровки);
скорочення перерв між плавками, оскільки зменшується коливання температури футеровки;
віддалення футеровки від зони струменів кисню, мають буть буферні переферійні зони металу (до 0,5 м);
дотримання оптимального режиму дуття. Положення фурм має забезпечити вміст (FeО), достатній для швидкого шлакоутворення і помірного спрацювання футеровки. Фурма повинна мати оптимальний кут (, що зумовлює рівномірне газовиділення, швидке шлакоутворення, без локального спрацювання футеровки;
застосування вогнетривів з високочистих матеріалів із мінімальною пористістю, підвищення вмісту в них вуглецю (до 10 % і більше) і типу пресування;
застосування зонду для контролю температури і складу в ході продування без повалки конвертера, що дає змогу мати 90-95 % плавок без додування;
факельне торкретування футеровки.
Розроблений в СРСР спосіб факельного торкретування футеровки набув великого поширення в світі. Сутність способу полягає в подачі вогнетривкого порошку в суміші з паливом і киснем на неохолоджену футеровку зразу після зливу плавки. Горіння палива в кисні розвиває високі температури , завдяки чому вогнетривкі часточки розм’якшуються і досягаючи футеровки, прилипають до неї. Вертикальне торкретування є повністю механізованою і автоматизованою операцією і не забруднює атмосферу цеху.
ЛЕКЦІЯ 10
ТЕПЛОВИЙ БАЛАНС І ТЕМПЕРАТУРНИЙ РЕЖИМ ПРОЦЕСУ

Загальну кількість тепла, що виділяється в зоні продування, можна визначити за виразом

13 EMBED Equation.3 1415,

де qi – тепловий ефект окислення елементу, кДж/ кг;
[Елі] – кількість елементу, що окислюється, кг.

Кількість тепла, яке дістає ванна при окисленні 1 кг елементу в кисневому конвертері при певній температурі, наведено в таблиці.
Реакція
МДж/кг при температурі, оС


1200
1400
1600

[C] + {O2} = {CO2}
[C] + 0,5{O2} = {CO}
Fe + 0,5{O2} = (FeO)
[Mn] + 0,5{O2} = (MnO)
[Si] +{O2} + 2CaOтв=(2CaO(SiO2)
2[P]+2,5{O2}+3CaOтв=(3СаO(Р2О5)
33
11,5
4,1
6,32
20,4
25,7
32,9
11,1
4,0
6,31
19,3
24,5
32
11,0
3,95
6,3
18
23,3


Особливістю теплового балансу є велика роль у нагріванні металу реакцій за участю [С], який окислюється на 5-10 % до {СО2} і на 90-95 % до {СО}. Оскільки окислення 1 % [С] киснем забезпечує підвищення температури ванни ( на 100 К, тобто ( 55 % усього тепла хімічних реакцій припадає на [С].
Як охолоджувачі в кисневому конвертері застосовуються брухт, руда, вапняк, іноді пара. Брухт – суто фізичний охолоджувач, руда, вапняк і пара - хімічні, оскільки їх охолоджувальний ефект зумовлюється теплотою дисоціації і меншою мірою – на нагрівання продуктів дисоціації. Якщо ефект брухту взяти за одиницю, то охолоджувальний ефект руди і окалини – 4-4,5, вапняку - 4-4,25, а пару - 10-11. Нині вважається найдоцільнішим охолоджувати метал брухтом, частка якого в металевій шихті становить 23-27 %.
Деякі переваги руди (отримання дешевого [Fe] і поліпшення шлакоутворення) знецінюються збільшенням витрат чавуну і собівартості сталі. Охолоджувати метал вапняком і паром недоцільно, оскільки не збільшує вихід рідкої сталі, а пар підвищує вміст водню в металі. Оптимальний метод охолодження – застосування брухту і коригуючих присадок руди.
Кисневий конвертер має високий тепловий ККД 60-70 %, що в 1,5-2 рази вищий, ніж у електростанцій і в 3 рази вищий, ніж у мартенівської печі. Проте і втрати великі. Тільки до 10 % [С] окислюється до {CO2}. Якщо б увесь [С] окислювався до {CO2} надходження тепла збільшилося б у 2,4-2,5 рази. Власне теплові втрати через футеровку , випромінюванням через горловину, з водою, що охолоджує фурму і становлять 2-5 %.
( Температурний режим киснево-конверторної плавки залежить від типу охолоджувача (рис. ст.144 в). Якщо як охолоджувач використовується руда, що вводиться невеликими порціями (лінія 1), то плавка протікає порівняно горячою і це сприяє більш ранньому шлакоутворенню. Присадка брухту однією порцією до зливу чавуну (лінія 2), особливо при значній частці легковагового брухту, дещо погіршує тепловий режим плавки, оскільки розчинення частки брухту істотно знижує температуру і перегрівання металу в першій половині продування.
Якщо температура металу наприкінці плавки недостатня, то виконується додування при високому (в 1,5-2 рази вищому за звичайне) положенні фурми, тобто окислюють [Fe].
Фізичні втрати металу. До фізичних втрат металу належать втрати з викидами, виносами, корольками в шлаці і димом.
( Викиди – це періодичні переливи через горловину конвертера шлакометалевої емульсії, зумовлені спучуванням ванни або виплесками об’єму металу і шлаку в моменти вибухового прискорення окислення [CO]. Відбуваються нерівномірно, можуть причинити втрати до 2-3 % і більше металу.
Коливання рівню ванни та викиди пов’язані з впливом зміни швидкості виділення газів із ванни, кількістю шлаку, його схильності до спінювання.
До ефективних засобів боротьби з викидами належать:
збільшення висоти і питомого об’єму порожнини конвертора і надання їй форми, що сприяє відбиттю бризок;
зменшення шару металу і шлаку за рахунок оптимізації садки;
збільшення кількості присадок сипких матеріалів без підвищення їх витрат;
зміна руди на брухт, при цьому температура ванни змінюється плавніше, зменшується Мшл, (SiO2), (FeO) не збільшується;
послаблення спінення шлаку і зсув максимуму спінення ближче до початку плавки прискоренням шлакоутворення, присадки матеріалів, що впливають на стійкість піни;
збільшення частки великовалового брухту, що забезпечує гарячий початок операції;
зниження інтенсивності продування одразу після викиду і присадки вапна з плавним збільшенням витрат кисню;
нетривале опускання фурми, що зменшує вміст (FeO), або короткочасний підйом фурми для осаджування піни;
збільшення кількості сопел у фурмі;
( Виноси – це втрати металу і шлаку протягом продування у вигляді металевих часточок. Інтенсивність виносу залежить від кількості (товщини) шлаку і його в’язкості при згортанні шлаку через малу кількість рідкої фази (насамперед (FeO)), він стає напівтвердою масою, яка викидується з поверхні реакційної ванни до стін конвертера потоками газу, що виділяється. При цьому втрачається захисна функція шлаку, що перешкоджає сплескам і виносу металу.
Винос металу при нормальному шлаці зводиться до нуля, а при згорненому – досягають ( 0,2 % в хвилину.
Зі збільшенням товщини шару рідкого спіненого шлаку маса виносів зменшується, а викидів – зростає (рис. ст.147). Для мінімізації сумарних втрат необхідно досягти оптимального спінювання шлаку.
( Втрати металу в шлаці у вигляді корольків становлять 0,5-1 % в залежності від кількості і властивостей (в’язкості) шлаку.
( Втрати металу з димом становлять 0,8-1,3 %. Причина утворення пилу є випарювання Fe у первинній реакційній зоні, температура якої 2600-2900 К. Понад 90 % плавильного пилу – оксиди Fe, а також до 5 % MnO, до 1-2 % CaO, Al2O3, а при роботі без допалювання {CO} – вільне Fe. На 1 м3 кисню припадає ( 0,2 кг Fe, або 0,31 кг пилу/м3 О2. Інтенсивному пилоутворенню сприяє також розташування первинній реакційній зони зверху, що зменшує відфільтрування парів заліза й окислів ванною.
Зменшення пилоутворення може бути забезпечено:
збільшенням кількості сопел у фурмі і кута їх розбіжності. Це поліпшує відведення тепла від реакційної зони і фільтрації газів;
введення в струмінь кисню води або пару; рідкого кисню. Але при цьому збільшуються нераціональні витрати тепла;
прискорення шлакоутворення, що зменшує винос металу і посилює фільтрацію газів;
вдування в струмінь кисню порошкової руди, вапняку, вапна. Проте порошки стирають фурми;
механічне перемішування ванни шляхом обертання фурми або конвертера;
продувка киснем із зануренням фурми у ванну. Це ефективно послаблює пилоутворення.

Лекція 12
Автоматизація процесів конвертерного
виробництва сталі

Задача контролю та керування киснево-конвертерною плавкою – отримання металу із заданим хімічним складом і температурою. Звичайно він забезпечується відбором проб металу і шлаку і вимірюванням температури після продування і нахилу конвертера. Тривалість цих операцій і очікування результатів аналізу становить 4-5 хв., що значно зменшує продуктивність.
Керування плавкою візуально (вид іскор і факелу, виноси і викиди) не забезпечує потрібної точності моменту завершення продування. Ефективність ручного керування залежить від майстерності операторів, при цьому 50 % плавок потребує додування, охолодження і навуглецьовування. Добування приводить до збільшення циклу плавки, витрат домішок, впливає на стійкість футеровки, вихід придатного металу.
Розв’язанням проблеми є використання системи автоматичного керування, що дає змогу вести процес за оптимальним режимом і завершувати вчасно.
Автоматичні системи поділяються на дві групи: статичні і динамічні. Статичне керування грунтується на математичній моделі, утворюється алгоритм, який характеризує порядок ведення плавки. ЕОМ за заданим алгоритмом і інформацією про масу і склад складових шихти, склад сталі, ступінь чистоти кисню, стан і температуру футеровки визначає сумарну витрату кисню і режим подачи сипких. Система не використовує інформацію про хід процесу і тому є “порадником” оператора.
Динамічне керування облічує поточну інформацію про киснево-конвертерний процес, що дає змогу своєчасно регулювати протікання процесів, пов’язаних з окисленням і нагріванням ванни.
Використовують як інформацію за непрямими параметрами процесу (склад, кількість і температура відхідних газів) шум процесу, зміна температури води в котлі охолоджувача конвертерних газів, а також за допомогою фурм-зондів. Разом зі статичними вони забезпечують потрібні параметри металу в 90-95 % випадків при збільшені виходу придатного і зниженні собівартості сталі.
Внаслідок конверсії оборонної промисловості в ККЦ впроваджуються нові методи радіофізичного контролю температури, рівня і складу металу при продуванні за допомогою мікрохвильових датчиків.
Лекція 11
Якість та сортамент конвертерної сталі. Перспективи розвитку конверторного виробництва

11.1 Якість конвертерної сталі

Якість сталі залежить від вмісту газів, сірки і фосфору, домішок кольорових металів, неметалевих включень, легування і мікролегування, модифікування, термічної і термомеханічної обробки.
У звичайній киснево–конвертерній сталі, яку вироблено без вживання спеціальних заходів, S, P, N, H, [H.B.], вміст кольорових металів дещо менше, ніж у мартенівській.
Комплекс позадоменна обробка чавуну – конвертер – позапічна обробка сталі – безперервна розливка відкриває для підвищення якості сталі необмеженні можливості. Так вже стала реальною промислова виплавка сталі із сумарним вмістом S, P, N, H не більш як 0,005 %.
Розглянемо можливості конвертерних процесів з різних шкідливих домішок
Сірка різко знижує пластичність сталі при високих температурах (червоноламкість). Існує ряд варіантів досягнення низького вмісту сірки в сталі:
десульфурація чавуну і сталі, застосування низькосірчистого брухту, удосконалення технології конвертерної плавки. Усі ці варіанти можуть бути застосовані, як окремо, так і разом. Критерієм є отримувані результати і рівень затрат. Найдорожчий – зміна технології доменної плавки, найекономічний – десульфурація сталі.
Фосфор збільшує крихкість металу при низьких температурах (холодноламкість). Варіанти досягнення низького вмісту фосфора в сталі: дефосфорація чавуну, удосконалення технології конвертернї плавки. Мінімум затрат забезпечує зміна технології, максимум – добір низькофосфористих залізних руд. Необхідна умова низького вмісту фосфору – відсікання конвертерного шлаку при випуску металу в ківш, бо без відсікання рефосфорація становить 0,002 – 0,030 %. Друга умова – обмеження вмісту фосфору в феросплавах.
Азот знижує відносне подовження, зменьшує магнітну проникність, електропровідність і електрозварюваність сталі, підвищує її міцність і текучість.
Кількість нітридів збільшується в процесі служби виробів (старіння сталі). Головне джерело азоту кисень, а також чавун, брухт, вапно, феросплави, паливо, навуглецьовувачі, повітря. До збільшення вмісту азоту приводять додувки, оскільки при повалці відновлюється атмосфера в конвертері. З атмосфери азот переходить в сталь при випуску метала, позапічній обробці і безперервної розливці. [S] і [O] блокують [N] при вакуумуванні і він виводиться в невеликій кількості.
Водень зменшує межу міцності та ударну в`язкість, значно знижує відносні звуження і подовження сталі, сприяє створенню флокенів.
З'явилося багато різновидів процесу. При переробці фосфористих чавунів для прискорення шлакоутворення у струмені кисню вдувають в ванну тонкоподрібнене вапно, використовують агрегати, що обертаються під час продувки. Винайдено способи переробки природно-легованих чавунів V, Cr, Mn.
Проте можливість продувки металу знизу киснем залишалася привабливою. Перемішування ванни, теплообмін у ній, засвоєння потрібних матеріалів і дуття при цьому набагато кращі. Нижче також конвертерне відділення цеху, бо не потрібна киснева фурма. Тому дослідження тривали і в 1967-69 рр. спочатку в ФРН, а потім у Франції, США та інших країнах виникли способи продувки фосфористого і звичайного переробного чавуну в конвертері знизу струменями кисню, оточеними для ізоляції його від контакту з рідким металом у днища кільцевими струменями вуглеводів. Так виникли OBM (Oxyden Bottomn Machutte) – процес /ФРН/, LWS (Loise – Creusot, Wendel – Sidelor, Sprunck) – процес /Франція/, Q-BOP (guiet, guick, guelity) – процес /США/. У конвертерах із донною продувкою виплавлено в 1980 р. 40 млн. т сталі.
Недоліки продувки зверху і через дно дали поштовх для виникнення досконаліших комбінованих конвертерних процесів донноверхнього дуття. Комбінована продувка дала змогу об'єднати переваги продувки зверху і знизу. Досягнуто більш інтенсивне і рівномірне перемішування, розосередження дуття, більше наближення системи шлак – метал до рівноваги, спокійне протікання продувки, високий вихід придатної сталі, менше пиловиділення, швидке розчинення кускового вапна, легке регулювання окисленості шлаку тощо. Отже, комбінована продувка витісняє як суто донну кисневу, та і верхню.
Крім того, агрегати конвертерного типу починають застосовувати для виробництва легованої і високолегованої сталі шляхом продувки напівпродукту з дугової електропечі або кисневого конвертера сумішами різного складу.
Киснево-конвертерний процес і його можливості
Конвертер для продувки киснем зверху має днище без сопел.
Кисень надходить зверху через водоохолоджувану фурму під тиском 1-2 Мпа. Інтенсивність продувки киснем становить 2-6 м3/(т*хв). Питома витрата кисню дорівнює 50 м3/т, тривалість безпосередньо продувки – 10-25 хв.
Футеровка кисневого конвертера виконується з переклазовуглецевої, смолодоломитомагнезитової, смоломагнезитової або смолодоломитової цегли. Використання вогнетривів з основних оксидів (MgO, CaO) дає змогу наводити у ході процесу основні шлаки для десульфурації і дефосфорації металу.
Плавка в кисневому конвертері при [P] в чавуні до 0.3 % здійснюється у такий спосіб. В похилому положенні в конвертер завантажують сталевий брухт і заливають чавун. Потім переводять конвертер у вертикальне положення, опускають кисневу фурму і продувають ванну. Перед продувкою по тракту сипких матеріалів, розташованому над конвертером, через горловину вводять 40-60 % потрібної для плавки кількості вапна, решту завантажують 2-4 порціями по ходу продувки.
Послідовність виведення домішок чавуну: [Si] і [Mn], [P], [C], [S]. [P] можна вивести при високому вмісті [C], збільшуючи на початку продувки відстань кисневої фурмі від рівня спокійної ванни. У результаті окисленість шлаку дещо підвищується, швидше розчиняється вапно і дефосфорація закінчується при [C] > 0.1 %. Як тільки вміст [C] перевищує заданий на 0.1-0.2 % піднімають кисневу фурму, припиняють подачу кисню, переводять конвертер у горизонтальне положення, відбирають проби металу та шлаку й вимірюють температуру термопарою занурення. Здобувши аналіл металу при надлишку вуглецю 13 EMBED Equation.3 1415 виконують додувку на [C]. При наявності зонда, що заглиблюється в конвертер для контролю складу і температури металу, плавки виконують без додувок.
Додувку на [C] виконують при низькому положенні фурми, на [S] або [P] - при підвищенному. Якщо метал недостатньо нагрітий, то “спалюють” Fe при високому положенні кисневої фурми. При невеликому перегріванні (до 20 оС) метал витримують, погойдуючи конвертер, або присаджують вапняк (вапно). Після досягнення заданого хімічного складу і температури метал зливають через льотку (сталевипускний отвір) у ківш, а потім через горловину в чашу. Розкислюють і легують метал найчастіше у ковші.При високому вмісті [P] в чавуні в середені плавки зливають проміжний шлак і наводять другій, іноді використовують кінцевий шлак, частку якого залишають у конвертері після зливання металу.

11.2 Сортамент конвертерної сталі

У наш час у кисневих конверторах освоєно всі марки сталі, що виплавлялися в мартенівських печах, а також частину марок сталі, що виплавлялися лише в електропечах.
Високі показники якості конвертерної сталі зумовлюють широкий сортамент виробів з неї: усі види листів, електродна катанка, телеграфний і канатний дріт, труби, сутунка, рейки та ін.
Освоєно виробництво сталей легованих Mn, Si, V, Nb, B, Mo, Cr, призначених для магістральних нафто- і газопрооводів, для авіа- і судобудування, хімічної промисловості, котлобудування; ресорно-пружинні, електротехнічні і трансформаторні кремністі сталі, шарикопідшипникові.
Сталь легують Cu i Ni у конверторі, розкисляють і легують Mn, Si, Cr, Ti, Al в ковші. Розміри кусків лігатур не перевищують 100 мм. Присадку лігатур починають при наповненні ковша металом на 1/5 і завершують на рівні ѕ висоти ковша.
Киплячу сталь розкисляють феромарганцем, вміст кремнію в якому не перевищує 1,5 %.
Низьколеговані сталі розкислюють і легують, дотримуючись такого порядку присадок: термоантрацит, Fe-Mn, Si-Mn, Fe-Si, Al, Fe-V, Fe-Nb, Fe-Ti, азотований Fe-Mn, Si-Ca.
При розкисленні і легуванні хромистої сталі – Fe-Si, Fe-Cr з Al, і в останню чергу - Fe-Mn або Si-Mn.
Перспективне використання комплексних легкоплавких феросплавів. Вони характеризуються відносно низькою температурою плавлення (1180-1320 оС) і високою густиною (6,6-6,8 т/м3), швидко розчиняються і їх кількість може досягати 2 % від маси сталі. При кількості твердих лігатур понад 1,5-2,0 % від маси сталі іноді використовують екзотермічні феросплави у вигляді брикетів, що містять суміш селітри з порошком Al, Fe-Si або Si-Cr.
Найперспективнішим є застосування рідких лігатур, що містять всі потрібні елементи. Так, у конвертерному цеху ЧелМК лігатури (Si-Mn, Fe-Mn, Fe-Cr) розплавляють в індукційній печі і нагріту до 1560-1580 оС заливають на струмінь металу при випуску плавки в ківш. При цьому знижується угар елементу, підвищується рівномірність їх розподілу в об’ємі металу.


Лекція 5
Основи планування киснево-конвертерних цехів

В світі налічується|нараховує| більше 250 цехів з|із| конвертерами| різної ємкості|місткості|.
Відмінності цехів обумовлені перш за все|передусім| изменением| обсягу виробництва, сортаментом выплавляемой| стали, особливостями генерального плана| заводу. Що робилися в країні і за рубежом| спроби повторного застосування|вживання| разработанных| проектів цехів із-за техноценологических| обмежень не увінчалися успіхом. Хоча всі цехи| в світі будувалися по індивідуальних проектах, вивчення результатів будівництва і эксплуатации| дозволяє виявити деякі закономерности|, загальні|спільні| для більшості відомих об'єктів.До складу цеху входять два конвертери, рідше три або один конвертер. Цех працює на звичайному|звичному| передільному чавуні і ломі. Сталь розливається на слябовых| або сортових установках безперервного розливання, а на деяких заводах ще і в злитки|зливки|. Передбачена установка третього конвертера. Будівля цеху складається з прольотів: скрапу, конвертерного|, завантажувального, перестановки шлаковых| ковшів і ковшевого|. До складу цеху входить миксерное| відділення|відокремлення|, що окремо стоїть.
Скрапом проліт призначений для прийому совків з|із| ломом, що поступають|надходять| з|із| скрапоразделочного| цеху, установки совків на ваги, корректировки| навішування і передачі совків в загрузочный| проліт для завалення ломи в конвертер. Основноє устаткування|обладнання| прольоту крани для перестановки| совків, магнітні крани, ваги, скра-повозы|. Скрапом проліт сполучений|з'єднаний| із|із| загрузочным| поперечними шляхами|коліями| широкої колії.
Конвертерний проліт найбільш насыщенная| устаткуванням|обладнанням| частина|частка| цеху етажерка з|із| несколькими| робочими майданчиками. Основне назначение| прольоту розміщення конвертерів і безпосередньо обслуговуючого їх оборудования|. По довжині проліт роздільний на три ділянки: конвертерний (займає|позичає| середню частину|частку|), подготовки| феросплавів і фурм|. По ширині конвертерный| проліт також ділиться на три частини|частки|. Центральну займає|позичає| підйомний|підіймальний| газохід котла-утилизатора| газовідвідного|відводити| тракту. По одну сторону від нього знаходиться|перебуває| машина подачі кислорода| з|із| фурмами|, по іншу комплекс подачи| сипких матеріалів. За сипкими (за пределами| конвертерного прольоту) розміщується опускная| частина|частка| газовідвідного|відводити| тракту. Разом з|поряд з| конвертерами| в прольоті встановлені|установлені| крани для замены| фурм|, кран для обслуговування ділянки ферросплавов|, машини для ломки футерування конвертеров|, автонавантажувачі|автовантажники| і ін.
Під конвертерами укладені шляхи|колії| широкої колії, що сполучають|з'єднують| конвертерний цех з|із| отделением| безперервного розливання стали і пересекающие| всі прольоти (окрім|крім| скрапу). По цих шляхах|коліях| ковши із|із| сталлю передаються на сталевозах| в ОНРС, а ковши з|із| шлаком в проліт перестановки| шлакових ковшів. По цих же шляхах|коліях| порожние| ковши після|потім| розливання повертаються в ковшевой| проліт для підготовки до прийому очередной| плавки|плавлення|.
Завантажувальний проліт призначений для прийому совків з|із| ломом з|із| прольоту скрапу і ковшів з|із| чавуном з|із| миксерного| відділення|відокремлення| з|із| подальшим|наступним| розвантаженням їх в конвертери. Проліт перекритий|перекривати| робочим майданчиком, основного робочого майданчика конвертерного пролета|, що є|з'являється| продовженням. На робочому майданчику укладені шляхи|колії| широкой| колії, по яких з|із| миксерного| відділення|відокремлення| в заливальних ковшах, встановлених|установлених| на чугуновозы|, доставляється чавун. Основне оборудование| прольоту ливарні (заливальні) крани для заливки чавуну і напівпортальні крани для завалки| ломи.
Проліт перестановки шлакових ковшів используется| для прийому ковшів, що поступають|надходять| на шлаковозах з-під конвертерів, перестановки їх на залізничні шлаковози і вивозу за пределы| цехи. Проліт обладнаний мостовими крана-мі і шлаковими стендами. Ковшевой проліт призначений для підготовки сталеразливочных| ковшів до плавки|плавлення| і проведення холодного ремонту із|із| зміною футерування. Крім того, в прольоті ремонтируются| заливальні (чугуновозные|) ковши. Основне устаткування|обладнання| прольоту стенди, горелки| для сушки ковшів, машини для ломки футерування, ремонтні ями, крани.
У деяких цехах миксерное| відділення|відокремлення| примыкает| до основної будівлі. Але|та| воно може бути виконане таким, що окремо стоїть і сполучене|з'єднане| із|із| загрузочным| прольотом естакадою для подачі жидкого| чавуну. Відділення|відокремлення| однопролітне з|із| двома робочими майданчиками, одна з яких (нижняя|) використовується для подачі чавуну в загрузочный| проліт, а друга для обслуговування миксеров|. Чавун з|із| доменного цеху подається по эстакаде|. Основне устаткування|обладнання| міксери емкостью| по 2500 т, заливальні крани, машини для скачування шлаку і чугуновозы|.
Приведені укрупнені показники, що характеризують при заданій ємкості конвертера конвертерний цех, припускають, що існує середнє (або інтервал), своєрідна норма, на яку слід орієнтуватися проектувальникові. А експлуатаційникові необхідно прагнути до цієї проектної продуктивності. Але статистичні дані показують, що на рівні конвертерного цеху (сталеплавильного виробництва) для конкретних умов показники розрізняються значно сильніше, ніж могло б виходити з будь-якої імовірнісної оцінки. Наприклад, витрата електроенергії на 1 т конвертерної сталі в цілому по галузі безперервно збільшувався за 20 років з 25 кВт ч/т до 32 кВт ч/т до 1990 р., в подальші роки нестабільного виробництва він виріс ще в 1,5 разу. Мінімальна величина Aуд в стабільних умовах і при повному завантаженні складала 12,7 кВт ч/т, максимальні (якщо виключити Тулачермет з його Aуд = 200 кВт ч/т), на Азовсталі (58,9 і 58,3) і ЧЕРМК (83,9 кВт ч/т).
У цехах з|із| двома конвертерами в роботі постоянно| знаходиться|перебуває| один агрегат, в цехах з|із| трьома конвертерами| два. В період створення|створіння| і освоєння перших конвертерних цехів таке рішення|розв'язання| було вимушеним|змушеним| із-за низької стійкості футеровки| агрегатів (150200 плавок|плавлень|) і частих остановок| на її заміну За відсутності резервного конвертера| виникала небезпека значних колебаний| добового виробництва стали (аж до повного|цілковитого| його припинення), що ускладнювало работу| заводу із-за виникнення надлишків чавуну, кисню, винищити, браки|нестачі| заготівки|заготовки| для прокатных| цехів, коливань у витраті электроэнергии| і так далі У цих умовах без резервного агрегата| не можна було обійтися.
Останніми роками стійкість футерування возросла|, і з'явилася|появлялася| принципова возможностьотказа| від резервного агрегату. При оцінці эффективности| роботи цеху враховуються показатели| не тільки|не лише| по власне цеху, але і по пусковому| комплексу, в який входять також отделение| безперервного розливання стали, кислородная| станція, вапняно-випалювальний цех, оборотный| цикл водопостачання. Для оцінок можна приймати наступний|слідуючий| розподіл витрат|затрат| на будівництво: власне конвертерний цех -1520 %; відділення|відокремлення| безперервного розливання стали| 3035 %; інші об'єкти пускового комплекса| 50-55 %.
При будь-якому варіанті складу цеху (три конвертера|, з|із| яких завжди працюють два, або два конвертери, з|із| яких в роботі знаходяться|перебувають| то один, то два) всі об'єкти комплексу, включаючи ОНРС, повинні розраховуватися на забезпечення одночасної роботи двох конвертерів, тобто затраты| на споруду|спорудження| цих об'єктів будуть одинаковыми|. Економія капіталовкладень достигается| тільки|лише| по власне конвертерному цеху за рахунок відмови від одного конвертера, одного газовідвідного|відводити| тракту і декількох одиниць менее| капіталомісткого устаткування|обладнання| (сталевоз|, шла-ковоз|, машина подачі кисню і ін.), а також скорочення довжини конвертерного і загрузочного| прольотів. Решта прольотів цеху (ковшевой|, скрапом, перестановки шлакових ковшів, участок| феросплавів, миксерное| відділення|відокремлення|), а также| міксери, крани, ковши зберігають одинаковыми|, оскільки їх розраховують з|із| добового обсягу виробництва, який для обох вариантов| однаковий.
Розрахунки показують, що у разі|в разі| відмови від резервного конвертера вартість власне цехи скоротиться приблизно на 20 %. Капіталовложенія в цех складають всього 1520 % від стоимости| комплексу, загальні|спільні| витрати|затрати| скоротяться приблизно на 34 %.
Проте|однак| при відмові від резервного конвертера скоротиться і виплавка стали в цеху. Пояснюється|тлумачить| це насамперед|передусім| тим, що в період заміни футерування в цеху з|із| двома конвертерами в роботі залишається тільки|лише| один агрегат (а в трехконвертер-ном| цеху завжди два). Крім того, в цеху з|із| двумя| конвертерами зростуть простої із-за неизбежной| зупинки одного з конвертерів у зв'язку з проведенням профілактичного (або аварийного|) ремонту газовідвідного|відводити| тракту, обриву|урвища| холонули з горловини, розбиття|розбивки| і набивання выпускного| отвору. У трьохконвертерному цеху простої конвертера на заміні футерування компенсируются| підключенням резервного агрегату, і в роботі завжди знаходяться|перебувають| два конвертери. Простої по інших причинах хоча і мають місце, але|та| значительно| знижуються, оскільки|тому що| наявність резервного| агрегату дозволяє не тільки|не лише| підключити його в роботу для компенсації простоїв, але і своєчасно проводити профілактичні ремонти, що також сприяє скороченню простоїв.
Отже, виплавка стали при відмові від резервного агрегату буде завжди менше, ніж при його наявності. Згідно|згідно з| розрахункам, зниження объема| виробництва може скласти 1015 % (у зависимости| від стійкості футерування).
Характерною|вдача| для всіх конвертерних цехів является| спеціалізація прольотів і наявність в связи| з|із| цим багатопролітної будівлі. У цьому одна з відмінностей|відзнак| конвертерних цехів від мартенівських. У конвертерному цеху зазвичай|звично| шість-сім пролетов|: конвертерний, завантажувальний, ковшевой|, скрапом, іноді|інколи| миксерный| (для переливу|переливання| чугуна|), перестановки шлакових ковшів, внепеч-ной| обробки. У ряді випадків до конвертерного цеху примикає відділення|відокремлення| безперервної разливки| стали. При цьому кількість прольотів в общем| будівлі відповідно збільшується.
Загальна|спільна| особливість конвертерних цехів, обусловленная| їх високою продуктивністю і концентрацією великого об'єму|обсягу| робіт на ограниченной| площі|майдані|, незалежність основних вантажопотоків, виконання їх різними групами машин і механізмів і пристрій|устрій| з цією метою декількох робочих майданчиків, розташованих|схильних| на різних відмітках. В більшості випадків основные| вантажопотоки в конвертерних цехах реализуются| таким чином: сталь у відділення|відокремлення| непрерывной| розливання і шлак в шлаковий проліт видаються по підлозі|статі| цеху (на нульовій відмітці), причем| в протилежних напрямах|направленнях|; завалення ломи і заливка чавуну здійснюються з|із| основной| робочого майданчика (відмітка залежить від емкости| конвертера), при цьому совки з|із| ломом і ковши з|із| чавуном поступають|надходять| в завантажувальний пролет| з різних торців цеху; сипкі матеріали (вапно, руда, шпат і ін.) подаються конвеєром у верхню частину|частку| цеху, звідки за допомогою системы| конвеєрів, віброживильників, вагів-дозаторів і тічок завантажуються в конвертер.
Як правило, прольоти в конвертерному цеху паралельні його осі. Проте|однак| залежно від умов конкретного заводу можливо расположение| окремих прольотів перпендикулярно|перпендикуляр| продольной| осі цеху. Взаєморозташування пролетов| (наприклад, конвертерний посередині, загрузочный| і ковшевой| по обидві сторони від нього) також не є|з'являється| фіксованим і залежить від завдань|задач|, що вирішуються|рішають| при проектуванні цеху.
У практику будівництва МНЛЗ в действующих| сталеплавильних цехах, де основну частину|частку| сталі розливають у виливниці, не існує певної закономірності їх розміщення. Це питання вирішується|розв'язується| в кожному випадку з урахуванням|з врахуванням| площ|майданів|, висоти підкранових шляхів|колій|, возможности| передачі на розливання сталеразливочных| ковшів від сталеплавильних агрегатів, умов генерального плану району цеху, наявності і виду транспортних засобів.
Залежно від умов МНЛЗ можуть бути розташовані|схильні| в торцях розливних прольотів як перпендикулярно|перпендикуляр|, так і паралельно їх осям; на місці одного із сталеплавильних агрегатів (например|, мартенівській печі), намічаного до выводу| з|із| експлуатації; у прольоті, прибудованому до розливного прольоту; частково в розливному, частково в пристроюваному|прибудовувати| прольотах. При разливке| всій або більшій частині|частці| стали непрерывным| способом МНЛЗ розміщують в окремих зданиях|, званих відділеннями|відокремленнями| безперервної разливки| стали. При конвертерному виробництві ОНРС розміщується в безпосередній близости| від конвертерного відділення|відокремлення| і з'єднується з|із| ним спеціальною галереєю або примикає до нього впритул.
При розробці проекту ОНРС виходять з необходимости| створення|створіння| оптимальної схеми грузопотоков|, забезпечення мінімального об'єму|обсягу| і площі|майдану| відділення|відокремлення| і необхідності размещения| в них разом з|поряд з| ділянкою розливання следующих| технологічних ділянок: позапічні обработки| стали (іноді|інколи| він розміщується в конвертерном| відділенні|відокремленні|), підготовки і ремонту промежуточных| ковшів, включаючи засоби|кошти| їх транспортировки| до МНЛЗ і назад; підготовки і зберігання змінного технологічного оборудования|, складу непрерывнолитых| заготовок з участками| обробки і завантаження|загрузки|.
Застосовують два різновиди компоновки|компонування| ОНРС: з|із| блоковим|блочним| розташуванням МНЛЗ в многопролетном| будівлі, коли в кожному прольоті размещается|, як правило, по дві МНЛЗ по обеим| сторонах від сталевозных| шляхів|колій| (по одній з кожного боку); з|із| лінійним розташуванням, коли всі МНЛЗ розташовуються в одному разли-вочном| прольоті. При блоковому|блочному| розташуванні каждая| МНЛЗ обслуговується кранами, передвигающимися| уздовж|вздовж| її подовжньої осі на всю технологическую| довжину установки. При лінійному расположении| кожен кран обслуговує лише определенный| технологічна ділянка всього ряду|лави| установок і пересувається в напрямі|направленні|, перпендикулярном| подовжньої осі МНЛЗ.
На всьому протязі МНЛЗ висота технологического| устаткування|обладнання| змінюється, поступово знижуючись. Це дозволяє при лінійній компоновке| понизити|знизити| висоту будівлі (в порівнянні з блоковим|блочним| розташуванням) на ділянках, зайнятих|заклопотаних| низьким технологічним устаткуванням|обладнанням|, сократив| капітальні витрати|затрати|. Лінійна компоновка|компонування| дозволяє скоротити число прольотів будівлі, оборудованных| важкими|тяжкими| розливними кранами, і скоротити кількість самих кранів, але|та| затрудняет| транспортування ковшів уздовж|вздовж| прольоту і організацію ремонту МНЛЗ.
3 відділеннях|відокремленнях| з|із| блоковою|блочною| компоновкою|компонуванням| применяют| одно-| і двох'ярусне|двоярусне| розташування мостовых| кранів, що беруть участь в технологічному про-цессе|. При одноярусному розташуванні, у разі|в разі| розміщення допоміжного крана між разливочными|, ускладнюється їх взаємна робота. При двох'ярусному|двоярусному| розташуванні це усувається, але|та| збільшується висота будівлі на 3-4 м|м-коди|, приводячи|призводити| до підвищення вартості будівництва.
У ЕСПЦ, що відрізняються меншим обсягом виробництва, МНЛЗ розташовують лінійно. Пролети ОНРС примикають до прольотів электросталеплавильного| відділення|відокремлення|. Таке вирішення позволяет| понизити|знизити| капітальні витрати|затрати|, компактно розмістити устаткування|обладнання|, забезпечити достатньо|досить| раціональну організацію робіт по транспортировке| сталеразливочных| ковшів від электропечей| на розливання.
Для сталеплавильних цехів (конвертерних, електросталеплавильних, мартенівських) з|із| разливкой| стали у виливниці виникає необхідність повною|цілковитою| або частковою безперервною її разливки|. Рішення|розв'язання| по її організації, виходячи з условий| району сталеплавильного цеху, можуть бути вельми|дуже| різноманітні|всілякі|.
Лекція 6
Охолодження та очищення конвертерних газів

Процес в кисневому конвертері протікає інтенсивно. Рясне|багате| газовиділення є|з'являється| одним з головних недоліків|нестач| цього виробництва. Очищення|очистка| газів і передування їх охолоджування|охолодження| продовжують залишатися складними проблемами. Можливі різні способи застосування|вживання| конвертерних газів. Спалюючи газ над конвертером в казанах спеціальної конструкції, отримують|одержують| пару. Уловлювання газу після|потім| охолоджування|охолодження| і очищення|очистки| дозволяє використовувати його як паливо|пальне| в енергетичних агрегатах або як відновник в технологічних процесах.
У конвертерному газі в незначній кількості (до 1%) містяться азот, водень і кисень. Основною складовою є СО (до 90%) і СО2 (до 10%). Такий склад газу обуславливает високу теплоту його згорання (8,5-9,2 Мдж/м3) і токсичність. Газова суміш, що містить більше 12% CO стає вибухонебезпечною при концентрації кисню більше 5 %.
Зміст|вміст| сірі в конвертерних газах залежить значною мірою від її змісту|вмісту| у винищити і коливається|вагається| від 105 мг/мі до 206 мг/мі .
Вихід газів, їх склад змінні по ходу плавки|плавлення|. Кількість конвертерного газу, що виходить з|із| конвертера, складає 60-80 мі на 1 т садки. Температура конвертерного газу 1400-1800C і близька до температури металу. Висока температура газу на виході з|із| конвертера обуславливает| значні втрати фізичної теплоти |із|з газами, |з'являється|є істотно|суттєвою|ю частко|долею|ю в тепловому балансі конвертерної плавк|плавлення|и (до 10%).
Конвертерний газ є|з'являється| високоякісним технологічним і енергетичним паливом|пальним|. Ці особливості необхідно враховувати при виборі системи і способу відведення|відводу| і використання. При відведенні|відводі| газу без доступу повітря пилоподібні|пиловидні| частинки|частки| мають крупніші розміри. Відповідно до цих особливостей вибирається схема газоочистки|газоочищення|. При дрібніших|мілких| фракціях пилу вимоги до газоочистки|газоочищення| підвищуються. Температура газу перед газоочисткою|газоочищенням| не повинна перевищувати 200-300
·С. Оскільки температура газу при виході з|із| кисневого конвертера 1600
·C перед газоочисткою|газоочищенням| їх необхідно охолоджувати.
Можливі декілька способів охолоджування|охолодження|:
- розбавлення повітрям;
- уприскування води;
- устаткування|обладнання| газоходу водоохолоджуваними камінами або екранами;
- вироблення пари в казанах-утилізаторах за рахунок фізичної теплоти конвертерних газів або продуктів їх згорання|згоряти|.
Найчастіше ці способи комбінуються. Спосіб охолоджування|охолодження| і конструкція устаткування|обладнання|, що охолоджує, істотно|суттєвий| впливають на технологічний процес виплавки стали і показники конвертерного виробництва.
Гази відводять з|із| кисневих конверторів різними способами, при яких величина коефіцієнта витрати повітря на вході різна:

·>1 – при повному|цілковитому| спалюванні газу з|із| доступом повітря;
0<
·<1 – з|із| доступом повітря і частковим спалюванням газу;

·=0 – без доступу повітря і без спалювання газу.
Гази на виході з|із| кисневого конвертера містять|утримують| енергію ? 0,95-1,05 Мдж/т стали (20% фізичного тепла і 80% хімічній енергії).
Використання теплоти газів дозволяє заощадити 30 тис. т. умовного палива|пального| на 1 млн. т. стали. При використанні теплоти конвертерного газу можна отримати|одержувати| гарячу воду і насичену водяну пару в охолоджувачах|охолодниках| з|із| допалюванням (
·>1). Пару направляють|спрямовують| для технологічних потреб|нужди| підприємства або після|потім| перегріву|перегрівання| – для вироблення електроенергії.
У системах без допалювання конвертерних газів (?=0) або з|із| частковим допалюванням в радіаційних казанах використовують до 10% хімічної енергії і фізичної теплоти газу з|із| подальшим|наступним| уловлюванням його і спалюванням як паливо|пальне| в енергетичних або технологічних агрегатах. Після|потім| охолоджування|охолодження| і очищення|очистки| без допалювання конвертерний газ може використовуватися як паливо|пальне|, хімічна сировина. Без очищення|очистки| і охолоджування|охолодження| його можна використовувати для підігріву|підігрівання| шихтовых| матеріалів конвертерної плавк|плавлення|и і як відновник залізорудної сировини.
У нашій країні в основному застосовуються системи відведення|відводу| газів з|із| повним|цілковитим| або частковим допалюванням CO| в конвертері. У цих схемах хімічна енергія конвертерних газів, що відходять, не використовується і втрачаєтьс|розгублює|я.
Застосування|вживання| конвертерного газу як паливо|пальне| є|з'являється| одним з резервів паливно-енергетичних ресурсів. Проте|однак| його застосування|вживання| утруднене по наступних|слідуючих| причинах:
- непостійність|незмінність| виходу конвертерного газу, як за часом, так і по кількості;
- різкі коливання складу газу в різні періоди плавки|плавлення|;
- можливість|спроможність| підсосу повітря, що може привести до утворення газокисневої суміші і вибуху агрегатів, що вживають|використовують|.
СПОСОБИ ОЧИЩЕННЯ|очистки| ГАЗІВ, ЩО ВІДХОДЯТЬ
При виборі апаратів газоочистки|газоочищення| слід враховувати відмінність фракційного складу пилу в продуктах згорання|згоряти| (ОКГ з|із| допалюванням) і конвертерному газі (ОКГ без допалювання), що поступають|надходять| в газові тракти цих систем. Особлива увага приділяється герметизації газоходу  в останньому випадку у зв'язку з токсичністю|токсичний| оксиду вуглецю (II), що становить близько 90 % конвертерного газу.
Газовідвідний|відводити| тракт складається з казана-охолоджувача|охолодника|, апаратів мокрої газоочистки|газоочищення| з|із| системою сепарації і відведення|відводу| шламу, нагнітача газу, дожигательного| пристро|устрою|ю або газгольдера, арматури, газопроводів                       (|із|з нагнітачем і доочисткою в електрофільтрі) до споживача.
Охолоджений і очищений|обчищений| конвертерний газ може уловлюватися з|із| подальшим|наступним| використанням; якщо ж уловлювання не передбачене, він повинен спалюватися на свічках. У конвертерних цехах вітчизняних заводів конвертерний газ не уловлюється.
Принципова схема відведення|відводу| і очищення|очистки| конвертерного газу без допалювання Із|із| з використанням його хімічної енергії після|потім| газоочистки|газоочищення|, вживана одним із заводів Японії полягає в наступному|слідуючому|. Охолоджений газ поступає|надходить| в струменеві|струминні| промивачі, потім після|потім| коагуляції пилу в трубах|труба-конденсаторах| Вентурі він очищається у відцентрових скруберах і прямує в газгольдер або в димар. Перед викидом в атмосферу газ спалюють за допомогою спеціальних пальників.
ВИКОРИСТАННЯ ФІЗИЧНОГО ТЕПЛА КОНВЕРТЕРНОГО ГАЗА
Конвертерний газ з|із| конвертера поступає|надходить| в газовідвідний|відводити| тракт, де його фізична теплота реалізується для отримання|здобуття| пари в казані-охолоджувачі|охолоднику|. Як ОКГ без допалювання застосовують радіаційно-конвективні казани з|із| ширмовыми| екранами, в яких газ охолоджуєтьс|охолоджує|я до 500 – 600°С. Післ|потім|я казана-охолоджувач|охолодника|а перед газоочистко|газоочищенням|ю додаткове охолоджуванн|охолодження|я здійснюється шляхом уприскування води в газохід. У пропонованій схемі забезпечена можливіст|спроможність|ь використання фізичного тепла і хімічної енергії конвертерного газу: фізична теплота використовується в казані-охолоджувач|охолоднику|і для вироблення пари, а сам газ може бути застосований як високоякісне палив|пальне|о післ|потім|я очищенн|очистки|я від пилу.
Для максимальної реалізації енергетичних ресурсів в ККЦ необхідно використовувати енергоблок, до складу якого входять акумуляторна, випарна і деаэраторная| установки, а також допоміжне устаткуванн|обладнання|я.
Таким чином, запропонована схема передбачає замкнутий контур: казан-охолоджувач|охолодник| – енергоблок – казан-охолоджувач|охолодник|. При ефективному використання фізичного тепла конвертерного газу в ОКГ без допалювання енергоблок виробляє пара і конденсат для енергетичних і технологічних споживачів, а також для власних потреб|нужди| цеху.
ВИКОРИСТАННЯ ХІМІЧНОЇ ЕНЕРГІЇ КОНВЕРТЕРНИХ ГАЗІВ, ЩО ВІДХОДЯТЬ 
Хімічну енергію газів, що відходять, раціонально використовувати для відновлення окатышей|. На мал. 3.3 представлен|уявляти|а принципова схема використання конвертерного газу як відновник. За рахунок створюваного нагнітачем розрідження конвертерний газ відбирається |із|з газоходу ОКГ при температурі 950 – 1050°С і через обвідною газохід прямує у відновний апарат; потім проходить через шар залізорудних окатышей|, нагріває їх до 750 – 850°С і відновлює до ступе|міри|ня металізації 95 %. Відпрацьований газ|із| з температурою 550 – 650°С і змі|вміст|ст|із| СЩ близько 35 % поступ|надходить|ає в газоочист|газоочищення|ку, розміщену в обвідному газоході за відновним апаратом, в каплеуловитель|, а потім нагнітачем подається на свічку. Зали|остача|шо|із|к СО, що утворюється при відновленні оксидів заліза до заліза металевого, допалюється на свічці.
З|із| відновного апарату сировина вивантажується періодично під час продування конвертера або в міжпродувальний період в проміжну футеровану ємність, розташовану|схильну| перед дозатором. Перед черговою плавкою|плавленням| порція гарячих металлизованных| окатышей| завантажується в конвертер.
Використання конвертерного газу для відновлення заліза із|із| залізорудних окатышей|, минувши доменний процес, дає економію дефіцитних і дорогих відновників. В порівнянні з використанням ломи застосуванн|вживання|я металлизованных| окатышей| забезпечує чистіше залізо і спрощує транспортування і завантаже|загрузку|ння матеріалів в конвертер. Пр|однак|оте для цього необхідні додаткові капітальні витр|затрати|ати в цеху, об|обсяг|'єм яких визначає рівень економічної ефективності системи.
Важливою|поважною| проблемою є|з'являється| підігрів|підігрівання| і рафінування конвертерної ломи від тих, що забруднюють його кольорових металів. Значна кількість фізичного і хімічного тепла, що міститься|утримується| в конвертерних газах, дозволяє вирішити цю проблему за рахунок тепла конвертерних газів, що відходять, і тим самим різко понизити|знизити| енергоємність|енергоємний| конвертерної сталі.
СИСТЕМИ ГАЗООЧИСТОК|газоочищень|
У системах газоочистки|газоочищення| промислову перевірку пройшли|минали| наступні|слідуючі| апарати: скрубери, турбулентні газопромивщики (великі, малі і ін.), звані також трубами|труба-конденсаторами| Вентурі; сухі електростатичні фільтри, мокрі електростатичні фільтри, пінні фільтри, циклони-каплевідділювачі і сухі, гидромеханические| фільтри, тканинні (рукавні) фільтри.
З|із| перерахованих апаратів основними є|з'являються| турбулентні газопромивщики (труби|труба-конденсатори| Вентурі), електростатичні фільтри, тканинні фільтри. Скрубери, пінні фільтри і циклони застосовують, як правило, в комбінації з|із| трубами|труба-конденсаторами| Вентурі і електрофільтрами.
Температура газів після|потім| охолоджувача|охолодника|, тобто перед системою очищення|очистки|, визначається її типом. Так, при металевих скруберах температура газів може досягати 400 °С. Якщо скрубер з|із| вогнетривким футеруванням, то температура може бути значно вище. Турбулентні газопромивщики, виконані з|із| вуглецевої сталі, надійно працюють при температурі газу, що поступає|надходить|, 350 – 400 °С.
Сухі електростатичні фільтри працюють задовільно при постійній температурі газів (приблизно 140 – 160 °С), що поступають|надходять|, і вологості|вогкості| газу близько 70 грама/м3|м-коду|3.
Тому, як правило, перед сухими електрофільтрами встановлюють стабілізатор, в якому в потік газів автоматично уприсується|упорскує| вода або вдувається пара для підтримки необхідної температури і вологості|вогкості|. Вміст горючих компонентів в газах, що поступають|надходять| в електрофільтри, має бути значно менше нижньої межі займання відповідного компоненту. Тому електростатичні фільтри не можуть працювати в системі відведення|відводу| газів без допалювання.
При використанні тканинних (рукавних) фільтрів пред'являють ще жорсткіші вимоги до температури вхідних газів, вона повинна знаходитися|перебувати| в межах 100 – 110 °С і не перевищувати 150 °С. При вищих температурах різко знижується міцність тканини, що фільтрує. У разі|в разі| застосування|вживання| мокрих систем очищень|очисток| газів не пред'являють таких вимог до коливань температури вхідних газів і вмісту в них CО|із|.
Система очищення|очистки| газів зумовлює певною мірою схему газовідвідного|відводити| тракту. Способи відведення|відводу| і охолоджування|охолодження| у свою чергу|своєю чергою| впливають значно на систему і габарити газоочистки|газоочищення|. Тому для конкретних об'єктів схеми охолоджування|охолодження| і системи очищення|очистки| потрібно вибирати після|потім| ретельного аналізу.











13PAGE 14115


13PAGE 145215




Root EntryEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native

Приложенные файлы

  • doc 8928528
    Размер файла: 389 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий