История возникновения конвертера с комбинированной продувкой

Содержание

Введение……………………………………………………………………………2

1. История возникновения  конвертера……………………………………………3

2. Конвертеры с комбинированной продувкой кислородом……………………5

3. Технология плавки  стали в конвертере с комбинированной  продувкой…..7

4. Достоинства конвертеров  с комбинированной продувкой  кислородом……9

Литература…………………………………………………………………………10

 

Введение.

Конвертерное производство находится на этапе модернизации, одним из элементов которой является реализация прогрессивной технологии с комбинированной продувкой. Известно, что эта технология широко используется за рубежом и обеспечивает снижение энерго– и материалоемкости процесса, повышение качества стали, возможность производства продукции со специальными свойствами [1,2]. В таких условиях возрастает потребность в информации об особенностях и возможностях технологий выплавки металла в конвертерах с комбинированной продувкой и, особенно, возможностях глубокого обезуглероживания металла [3], а также, в целом, обеспечения химсостава металла для производства чистых сталей.

 

 

 

1. История возникновения конвертера

В 1855 году англичанин Генри Бессемер провел интереснейший опыт: он расплавил в тигле кусок доменного чугуна и продул его воздухом. Хрупкий чугун превратился в ковкую сталь. Все объяснялось очень просто – кислород воздуха выжигал углерод из расплава, который удалялся в атмосферу в виде оксида и диоксида. Впервые в истории металлургии для получения продукта не требовался дополнительный подогрев сырья. Это и понятно, ведь Бессемер реализовал экзотермическую реакцию горения углерода. Процесс был удивительно быстротечен. В пудлинговой печи сталь получали лишь за несколько часов, а здесь – за считанные минуты. Так Бессемер создал конвертер – агрегат, превращающий расплавленный чугун в сталь без дополнительного нагрева. Д.И. Менделеев назвал бессемеровские конвертеры печами без топлива. А поскольку по форме агрегат Бессемера напоминал грушу, его так и называли – «бессемеровская груша».

В бессемеровском конвертере можно  переплавлять не всякий чугун, а только такой, в составе которого имеются  кремний и марганец. Соединяясь с  кислородом подаваемого воздуха, они  выделяют большое количество теплоты, которая и обеспечивает быстрое  выгорание углерода. Все же теплоты  не хватает, чтобы расплавлять твердые  куски металла. Поэтому в бессемеровском конвертере нельзя перерабатывать железный лом или твердый чугун. Это  резко ограничивает возможности  его применения.

Бессемеровский процесс – быстрый, дешевый и простой способ получения  стали, но есть у него и большие  недостатки. Поскольку химические реакции  в конвертере идут очень быстро, то углерод выгорает, а вредные  примеси – сера и фосфор –  остаются в стали и ухудшают ее свойства. Кроме того, при продувке сталь насыщается азотом воздуха, а  это ухудшает металл. Вот почему, как только появились мартеновские печи, бессемеровский конвертер стал редко употребляться для выплавки стали. Гораздо больше конвертеры использовали для выплавки цветных металлов –  меди и никеля.

Сегодняшний конвертер, конечно, можно  в определенном смысле называть потомком бессемеровского детища, ибо в  нем, как и прежде, сталь получают, продувая жидкий чугун. Но уже не воздухом, а технически чистым кислородом. Это  оказалось намного эффективнее.

Кислородно-конвертерный способ выплавки стали пришел в металлургию более  чем полвека назад. Созданный  в Советском Союзе по предложению  инженера-металлурга Н.И. Мозгового, он полностью вытеснил бессемеровский процесс А первая в мире тонна кислородно-конвертерной стали была успешно выплавлена в 1936 году на киевском заводе «Большевик».

Оказалось, что таким способом можно  не только перерабатывать жидкий чугун, но и добавлять в него значительные количества твердого чугуна и железного  лома, который раньше можно было перерабатывать только в мартеновских печах. Вот почему кислородные конвертеры получили такое большое распространение.

Но только в 1950-е годы конвертеры для выплавки стали окончательно выдвинулись на первый план. Степень  использования тепла в кислородном  конвертере гораздо выше, чем в  сталеплавильных агрегатах подового типа. Тепловой коэффициент полезного  действия конвертера составляет 70 процентов, а у мартеновских печей не более 30. Кроме того, газы отходящие из конвертера, используются при дожигании в котлах-утилизаторах, или как топливо при отводе газов из конвертера без дожигания.

Существует три вида конвертеров: с донной продувкой, верхней и  комбинированной. В настоящее время  наиболее распространенными в мире являются конвертеры с верхней продувкой  кислородом – агрегаты весьма производительные и относительно простые в эксплуатации. Однако в последние годы во всем мире конвертеры с донным и с комбинированным (сверху и снизу) дутьем начинают теснить  конвертеры с верхней продувкой.

 

2. Конвертеры с комбинированной продувкой кислородом

Комбинированная продувка, т.е. продувка кислородом через фурму  сверху в сочетании с подачей  различных газов через днище  снизу получает все более широкое  распространение. На начало 1986 г. в капиталистических  и развивающихся странах из 345 эксплуатируемых конвертеров работали с донной продувкой 25, а с комбинированной - 142 конвертера.

Широкое распространение  сравнительно недавно возникшего комбинированного способа продувки объясняется тем, что в рамках одной технологии одновременно реализуются основные преимущества как верхней, так и донной продувки. Основным сохраняемым преимуществом верхней продувки является раннее формирование основного шлака; основным сохраняемым достоинством донной продувки - интенсивное перемешивание ванны, в том числе металла и шлака, в связи с чем понижается их окисленность, улучшаются дефосфорация и десульфурация металла, уменьшается вспенивание ванны, возможно увеличение расхода лома и др.

Находят применение много  разновидностей комбинированной продувки, которые помимо подачи кислорода  через фурму сверху включают следующие  способы подачи газов через днище (снизу):

• — нейтральных газов (Ar, N₂) и реже СO₂ через пористые огнеупорные блоки в днище, за рубежом этот процесс получил название ЛБЕ;
• — нейтральных газов через фурмы, выполненные в виде трубок, каналов в футеровке, кольцевых щелей; применяемые разновидности способа за рубежом — ЛД—ЦБ, ТБМ, ЛД—КГ, ЛД-ОТБ, НК-КБ, ЛД-КБ, ЛДС, НК-ЦБ, ЛД-КГЦ, ЛД-АБ;
• — кислорода, иногда с СO₂, через донные фурмы в кольцевой защитной оболочке из углеводородов (ЛД—ОБ, ЛД—ХЦ, ЛЕТ);
• — кислорода с нейтральными газами в кольцевой оболочке из нейтральных газов (СТБ);
• — воздуха в кольцевой защитной оболочке из нейтральных газов (БАП);
• — кислорода с порошкообразной известью в кольцевой защитной оболочке (К-ОБМ, К-БОП), при этом подача кислорода сверху может производиться через специальные фурмы в верхней конусной части конвертера.

 

В конвертерных процессах  комбинированной продувки с вдуванием  кислорода снизу его расход через  дно составляет 10—20 % общего расхода  и иногда более, а интенсивность  продувки через днище достигает 1-1,5 м³/(т • мин); в процессах с подачей через дно лишь инертных газов интенсивность продувки через дно составляет 0,02-0,25 м³/(т • мин).

В зарубежной практике наиболее широко распространен конвертерный процесс ЛБЕ — продувка кислородом сверху и нейтральными газами снизу  через пористые огнеупорные блоки  в днище.

Это объясняется тем, что  из-за малого диаметра (1—1,5 мм) газопроводящих каналов (пор) в пористых блоках, жидкий металл не затекает в них даже при прекращении подачи газа. Поэтому в любой момент можно изменить расход нейтрального газа или прекратить его подачу, гибко варьируя технологию продувки.

Необходимо отметить, что  различия между многими процессами комбинированной продувки незначительны, большое же число названий связано  в основном с престижными и  патентными интересами частных металлургических фирм.

 

3. Технология плавки стали в конвертере с комбинированной продувкой

Многочисленные варианты комбинированной продувки можно  в основном свести к двум разновидностям: продувке кислородом сверху и снизу и продувке кислородом сверху и нейтральными газами снизу. Как уже отмечалось, наибольшее распространение получила вторая разновидность комбинированной продувки, поскольку она может обеспечить высокую интенсивность перемешивания ванны и в то же время более проста и требует заметно меньших затрат при переоборудовании конвертера и цеховых коммуникаций на комбинированную продувку.

Ниже дана краткая характеристика технологии комбинированной продувки, основанной на опыте отечественных  конвертерных цехов. Продувку кислородом сверху ведут через обычные и  иногда через двухъярусные фурмы. Нейтральные  газы (N₂, Ar) подают через одноканальные фурменные блоки, число которых изменяется от 4 до 10. Обычно снизу в течение большей части продувки подают азот, а в ее конце азот заменяют аргоном. Это делают, чтобы предотвратить растворение в металле азота, которое, как известно, усиленно идет при высоких температурах; в начале же продувки при низкой температуре металла азот в нем почти не растворяется, и поэтому используют менее дефицитный, чем аргон, и более дешевый азот.

Плавка состоит из тех  же периодов, что и при верхней  продувке, иногда после окончания  продувки кислородом предусматривают  дополнительный период - продувку аргоном  длительностью до 3-6 мин.

Режим подачи кислорода  через верхнюю фурму (интенсивность  продувки, изменение высоты положения  фурмы по ходу продувки) примерно такой  же, как и при верхней продувке. Режим подачи нейтральных газов через донные фурмы рекомендуется следующий.

Во время завалки лома, заливки чугуна подают азот с интенсивностью 0,015-0,05 м³/(т • мин). В течение первых 30% длительности продувки подают азот с расходом 0,02— 0,15 м³/(т • мин). В середине продувки (примерно от 30 до 65% ее длительности), когда велика скорость окисления углерода и ванна интенсивно перемешивается пузырями СО, расход азота снижают до 0,02-0,06 м³/(т • мин). В течение оставшегося времени кислородной продувки расход газа увеличивают до 0,08-0,30 м³/(т • мин), причем за 2-4 мин до окончания продувки азот обычно заменяют аргоном.

Во время повалки конвертера, отбора проб, ожидания анализа, слива металла и шлака через донные фурмы подают аргон или азот с расходом от 0,02 до 0,05—0,08 м³/(т • мин). При появлении в ходе продувки признаков выбросов расход азота увеличивают до максимальной пропускной способности донных фурм.

Характер изменения состава  металла и шлака по ходу продувки остается таким же, как и при  верхней продувке. Вместе с тем, благодаря  дополнительному перемешиванию  ванны подаваемыми снизу газами,уменьшается вспенивание ванны и вероятность выбросов, снижается содержание FeO в шлаке (примерно на 5 %), повышается степень дефосфорации и десульфурации, уменьшается количество окисляющегося марганца.

Продувку заканчивают  после получения в металле  заданного содержания углерода. Иногда после окончания кислородной продувки проводят дополнительную продувку аргоном снизу в течение 1-3 мин с расходом до 0,3м³/(т • мин); при этом снижается окисленность шлака и содержание углерода в металле в результате протекания реакции (FeO) + [C] = Fe + CO и в металле снижается содержание фосфора (примерно на 20-30%) и серы (примерно на 10-25%).

При выплавке особо низкоуглеродистых  сталей кислородную продувку прекращают при содержании углерода в металле 0,03 -0,04% и затем ведут перемешивающую продувку аргоном в течение 3—6 мин, получая низкоуглеродистый (до 0,01 % С) металл при невысоком содержании FeO в шлаке, т.е. без повышенного угара железа.

 

 

 

 

 

 

4. Достоинства конвертеров с комбинированной продувкой кислородом

Основные достоинства  комбинированной продувки при подаче нейтральных газов через дно  в сравнении с верхней продувкой:

• уменьшение вспенивания ванны и отсутствие выбросов;
• более низкая окисленность шлака и металла в течение всей продувки;
• более высокий выход годного металла из-за уменьшения выбросов и потерь железа со шлаком в виде оксидов;
• более полное удаление в шлак фосфора и серы, что позволяет снизить расход шлакообразующих; кроме того, улучшается усвоение шлаком извести;
• возможность выплавлять низкоуглеродистую сталь без получения переокисленного шлака и больших при этом потерь железа;
• некоторое уменьшение количества окисляющегося при продувке марганца;
• при технологии, предусматривающей дожигание СО в полости конвертера лучшее усвоение ванной тепла от дожигания СО, что позволяет увеличить расход лома в большей степени, чем при продувке сверху.

Недостатком конвертерного  процесса с комбинированной продувкой  считают необходимость снижения расхода лома (или увеличения расхода чугуна на 5—10 кг/т стали) в связи с тем, что уменьшается приход тепла от окисления железа в шлак и расходуется тепло на нагрев подаваемых в конвертер холодных нейтральных газов.