Теория и технология производства стали 35Г

    5.2.3 Скрап, загружаемый в конвертер, должен содержать: серы не более 0,04%, фосфора не более 0,04%. Размеры кусков лома во избежание повреждения футеровки конвертера должны быть не более 300 × 300 × 1000 мм. 

            5.3  Загрузка шихтовых материалов 

    5.3.1 Температура футеровки конвертера перед загрузкой должна быть не ниже 1000º С.

    5.3.2 Для загрузки металлического лома конвертер наклоняют на определенный угол в сторону загрузочного пролёта.

    5.3.3 В первую очередь в конвертер загружают мелкий легковесный лом, а

    затем тяжёлый во избежание повреждения  футеровки.

    5.3.4 Для равномерного распределения лома в рабочем пространстве конвертер поднимают и наклоняют на некоторый угол в противоположную сторону.

    5.3.5 Для заливки чугуна конвертер снова наклоняют в сторону загрузочного пролёта.

    5.3.6 Заливка чугуна производится с максимально возможной скоростью одним ковшом.

    5.3.7 После подъема конвертера в вертикальное положение фурму опускают, включают кислород и начинают продувку. 

            5.4 Продувка 

    5.4.1 Продувку осуществлять сверху через четырехсопловую водоохлаждаемую фурму с центральным подводом воды для охлаждения.        

    5.4.2 Давление кислорода перед соплами должно быть равным  1,0…1,3 МПа для чего в цеховом кислородопроводе давление кислорода должно быть не менее 1,5...1,8  МПа. 

    5.4.3 Интенсивность продувки должна быть 5 м³/т ·          мин. 
 
 

    

    

    5.4.4 Положение фурмы по ходу продувки относительно уровня спокойного металла должно обеспечивать нормальный ход шлакообразования, окисления примесей, нагрева ванны и исключать выносы и выбросы металла и шлака. В начальный период продувки расстояние среза фурмы от зеркала спокойного металла должно быть более высоким. Затем фурму опускают в рабочее положение. Высота рабочего положения фурмы над уровнем спокойного металла составляет 0,8...1,5м.

    5.4.5 По ходу продувки производится присадка шлакообразующих материалов. Первую порцию извести (30...60% от общего расхода на плавку) присаживают во время завалки или в начале продувки; остальную часть шлакообразующих отдельными порциями присаживают в первой половине продувки.

    5.4.6 Для корректировки жидкоподвижности шлака по ходу продувки применяют плавиковый шпат, который присаживают в середине продувки в начале периода интенсивного обезуглероживания.

    5.4.7 Продувку заканчивают по достижении необходимого содержания углерода  в металле и его температуры, момент которой определяется обычно по количеству израсходованного кислорода.

    5.4.8 По окончании продувки отбирают пробы металла и шлака и измеряют температуру.

    5.4.9 При получении химического состава, отличающегося от заданных значений производят додувку. При небольшом перегреве металл выдерживают или присаживают известняк.

    5.4.10 Если содержание углерода недостаточно, производить науглероживание металла присадками молотого кокса или графита на струю металла при его выпуске в ковш.

            5.5 Выпуск металла

    5.5.1 При получении заданного состава и температуры металла выпускают плавку.

    5.5.2 Металл выпускают через сталевыпускное отверстие при соответствующем наклоне конвертера, обеспечивающем минимальное попадание шлака в сталеразливочный ковш.

            5.6 Раскисление и легирование.

    5.6.1 Раскисление, легирование и науглероживание  металла производят в ковше во время слива металла.

    5.6.2. Раскисление следует производить ферромарганцем, ферросилицием и алюминием.

    5.6.3 Для достижения равномерного распределения ввод необходимых материалов должен быть закончен при наполнении ковша сталью на 3/4 его высоты [4]. 
 
 
 
 

6. Истечение кислорода из сопла фурмы

 

    Немаловажное  значение  в современном конвертерном процессе имеет кислородное рафинирование. Сущность рафинирования путем продувки газами или обработкой летучими веществами заключается в том, что газовые пузыри, проходя через расплав, захватывают встречающиеся на своем пути инородные включения и выносят их на поверхность расплава. Продувка газами позволяет удалить как крупные, так и мелкие (до 1 мкм) частицы. При контакте расплава с кислородом прежде всего происходит окисление основного металла, и расплав насыщается кислородом. После этого растворенные примеси, соединяясь с кислородом, образуют нерастворимые оксиды, которые переходят в шлак [11].

    

    Выходящие из сопл фурмы кислородные струи внедряются в ванну и вызывают в её нижней части направленную циркуляцию, а верхние слои металла и шлака вспениваются пузырями , выделяющимися при окислении углерода. Характер взаимодействия кислородных струй с ванной и возникающей при этом циркуляции металла показан на рисунке 3. Под соплами фурмы расположены направленные вниз высокоскоростные потоки с увлекаемыми вниз каплями металла; это первичные реакционные зоны или зоны продувки, где весь кислород расходуется на окисление железа. По границам первичной зоны вследствие высокой концентрации кислорода окисляется много углерода с образованием и формируется поток всплывающих пузырей , увлекающих за собой металл, поэтому циркуляционные потоки направлены вверх. Поскольку контур циркуляции должен быть замкнутым, у стенок конвертера металл движется вниз. 
 

    

 

    Рисунок 3 – Структура ванны при продувке кислородом сверху:

                1 – зона продувки (прямого окисления);

                2 – зона циркуляции металла;

                3 – пузыри  ;

                4 – крупные газовые  полости; 

                5 – металл;

                6 – шлак. 
 
 

    Циркуляция, то есть перемешивание ванны, интенсифицирует  тепло-, массообмен, ускоряя процессы окисления, рафинирования и нагрева  металла и расплавления стального лома. В начале и конце продувки, когда скорость окисления углерода и пузырей СО невелика, циркуляционные потоки ослаблены и интенсивность перемешивания ванны недостаточна.

    

    Под первичными реакционными зонами, где  всплыванием пузырей затруднено, периодически формируются крупные газовые полости. Их объём придвижении вверх возрастает в результате поглощения пузырей и при выходе  крупных газовых объёмов из ванны образуются всплески металла и шлака. При этом могут возникать выбросы через горловину конвертера.

    Дутьё  характеризуется следующими параметрами:

    1) давление кислорода. Кислород  вводят в конвертер через фурму  с выходными соплами Лаваля, преобразующими  энергию давления газа в кинетическую и обеспечивающими скорость струй на выходе из сопла 500 – 550 м/с при статическом давлении близком к атмосферному. Такая скорость необходима для внедрения струй в ванну и полного усвоения кислорода. Размеры сопл, обеспечивающие такой режим, определяется расчётом.

    Изменение давления кислорода перед соплом, по сравнению с расчётным, ведет к нарушению расчетного режима работы сопла. При повышении давления возрастают скорость и давление на выходе из сопла (недорасширение струи), что вызывает пульсацию струи, передающуюся ванне; при снижении давления возникает разрежение на выходе сопла (перерасширение струи), что вызывает подсасывание капель металла и шлака и быстрый износ сопл. Как следует из данных, представленных на рисунке 4 , при давлении кислорода перед соплом 1,0 – 1,2МПа, небольшие его изменения вызывают существенное изменение скорости кислородной струи, то есть расчётного режима работы сопла. При больших значениях эти колебания незначительны, поэтому давление кислорода перед соплом должно быть более 1,2МПа. Поскольку потери напора в кислородоподводящем шланге и фурме обычно составляют 0,4 – 0,7МПа, давление в кислородопроводе должно быть более 1,6МПа. 

    

 

    Рисунок 4 – Зависимость скорости истечения кислорода из сопла Лаваля от давления дутья перед соплом. 
 
 
 

    2) расход кислорода в единицу  времени (м /мин) обычно тем выше, чем больше вместимость конвертера и для большегрузных конвертеров составляет 1500 - 2000м /мин. Увеличение расхода кислорода достигают путем увеличения в фурме числа и диаметр сопл Лаваля.

    3) удельный расход кислорода, то есть расход на 1 тонну выплавляемой стали, определяется количеством окисляющихся за время продувки составляющих чугуна и стального лома.

    

    4) интенсивность продувки J не зависит от вместимости конвертера и является постоянной в условиях того или иного конвертерного цеха. Величина J определяет длительность продувки , которая также как интенсивность не зависит от вместимости конвертера. Связь между величинами и J примерно следующая: 

     ,                                                          (64)

    где  Q – удельный расход кислорода;  

    Для уменьшения продолжительности плавки интенсивность дутья стремятся увеличить. Однако, опыт показал, что после превышения некоторого допустимого уровня интенсивности продувки начинаются выбросы металла и шлака из конвертера.

    Число кислородных струй стремятся  увеличить, так как это позволяет  увеличить расход кислорода без появления выбросов и обеспечивает более мягкую продувку с более быстрым обогащением шлака оксидами железа, что ускоряет шлакообразование. Вместе с тем при увеличении числа сопл, чтобы избежать слияния кислородных струй, приходится увеличивать угол наклона струи к вертикали. При таком увеличении кислородные струи приближаются к футеровке стен и в конвертерах малой вместимости вызывают повышенный износ футеровки.

    Уменьшение  давления и расхода кислорода  вызывает уменьшение заглубления кислородных струй в ванну, и в результате этого шлак обогащается оксидами железа[3].

    Выводы: обогащение дутья кислородом увеличивает производительность конвертеров и улучшает качество стали. Ускоренное окисление примесей сокращает длительность продувки и улучшает тепловой баланс конвертера: потери тепла зависят от продолжительности передела и количества газов, которое при обогащенном дутье уменьшается. В результате этого выявляются резервы тепла, позволяющие вводить охлаждающие добавки — скрап или железную руду и этим резко увеличить производительность по стали. Полная замена воздушного дутья техническим кислородом могла бы полностью исключить азот из газов и резко снизить содержание его в стали. Диссоциация Н₂О и СО₂ способствует поглощению избытка тепла и предупреждает местный перегрев, сохраняя фурмы и днище от преждевременного износа. Азот в стали таким путем снижается до содержания ~0,002%. Хорошо удаляются фосфор и сера. Продувка чугуна газовыми смесями распространена на ряде европейских заводов. 
 
 
 
 

    Заключение

    

    

    В работе был рассчитан материальный баланс плавки. Определен расход чугуна, скрапа, шлакообразующих материалов и футеровки, рассчитан состав и  количество шлака, состав и количество получающихся газов, определен выход стали. Полученная невязка находится в допустимых пределах.

    В расчете раскисления был произведен выбор необходимых раскислителей  и легирующих присадок для получения  состава стали, соответствующего ГОСТ 4543-71.

    Расчет  теплового баланса показал, что  приход тепла больше расхода. Избыток тепла получается вследствие использования в завалку большого количества чугуна. Тепловой избыток можно снизить используя охладители. Но более рациональным является повышение количества металлического лома в шихте.

    Внутренний диаметр конвертера емкостью 95 тонн был принят 4,1 метра при отношении его высоты к диаметру 1,30.  Исходя из этого были определены основные размеры агрегата, и получен удельный объем рабочего пространства равный 0,660 м³/т, что совпадает с объёмом существующего конвертера аналогичной садки. Рассчитана продолжительность продувки, она составляет 9,664 мин, и построены графики изменения химического состава металла и шлака по ходу продувки в кислородном конвертере.