Металлургия черных и цветных металлов

дена и меди). Тугоплавкие ^ферросплавы вводят в ковш с до­ полнительной обработкой металла аргоном- (феррониобий, фер­ рохром). Дальнейшее совершенствование легирования сталей полученных в кислородном конвертере, связано с использова­

нием комплексных ферросплавов, экзотермических составов а также жидких ферросплавов и лигатур.

Коррозионностойкие стали выплавляют на жидкой заготовке (легированный чугун, полупродукт) с удалением избыточного углерода при сохранении в расплаве хрома. Попытки легиро­ вания металла твердым высокоуглеродистым феррохромом не­ посредственно в конвертере не привели к разработке эффектив­ ного процесса производства, коррозионностойких и жаропроч­ ных сталей с содержанием 12 % Сг и 0,04—0,15 % С. В то же время применение дорогого низкоуглеродистого феррохрома приводит к существенному повышению себестоимости этих ста­ лей. Основной задачей является окисление из легированного хромом расплава избыточного углерода при сохранении макси­ мально возможного содержания хрома.

В настоящее время осваивается производство сталей этого класса с особо низким содержанием углерода (0,01—0,03% С), обладающих высокой устойчивостью в агрессивных средах и однородностью структуры. Термодинамические условия окисле­ ния углерода расплава при содержаниях в нем 18 % Сг, харак­ терных для коррозионностойких сталей, улучшаются при по­ вышении температуры расплава и понижении парциального давления СО в газовой фазе в соответствии с данными равно­

Соотношения равновесных содержаний углерода и хрома при различных температурах и давлениях СО показаны на рис. IV.7 и IV.8. Из рис. IV.7 видно, что температура очень сильно влияет на конечное равновесное с хромом содержание угле­ рода в металле. При содержании в нем 18 % Сг для получения низкоуглеродистого продукта необходимо иметь температуру

>1800 °С (рсо = 0,1 МПа).

Для предотвращения окисления хрома в начале плавки при обычной температуре жидкой заготовки не выше 1500 looO

в состав перерабатываемого продукта вводят кремнии, частично предохраняющий хром от окисления и способствующий ыст-

рому повышению температуры металла за счет со окисления. Другим фактором, способствующим более глубокому

обезуглероживанию ванны при сохранении в ней ХР°^ > ется уменьшение парциального давления СО на гр

талл-газ (рис. IV.8). Для достижения равновесного с хромом

дутья большую часть продувки составляет 1 м3/(т • мин). Окис­ лительную продувку начинают при отношении расходов кислорода и аргона 3:1 . По мере уменьшения концентрации углерода в металле долю аргона в смеси увеличивают и заканчивают продувку при отношении кислорода к ар­ гону 1 : 2.

Исходным расплавом является жидкий полупродукт, вы­ плавленный в электропечи и легированный хромом и никелем

Увеличение доли аргона в продувочной смеси приводит к умень­ шению рсо в проходящей через расплав газовой фазе и спо­ собствует преимущественному развитию процесса его обезугле­ роживания. Одновременно перемешивание ванны не ассимили­ руемым ею аргоном улучшает кинетические условия окисления углерода. Продолжительность окислительного периода плавки составляет 60—70 мин.

Восстановительный период проводят при отключении кисло­ рода и подаче в конвертер только аргона. Для восстановления из шлака хрома в конвертер вводят ферросилиций, а для под­

оксидов хрома, перешедшее в шлак, успевает восстановиться. В некоторых случаях продолжительность восстановительного периода больше (см. рис. IV.9). Усвоение хрома к его концу достигает 98 % от исходного в металлошихте. Далее шлак сли­ вают и в конвертер вводят дополнительно шлакообразующую смесь из извести и плавикового шпата и при продувке аргоном проводят десульфурацию в течение 3 мин, за которые удаля­ ется большая-часть серы (до 95 %).В конечном металле содер­ жание примесей обычно составляет, %: С 0,02; S 0,020; О 0,005. Полученная сталь характеризуется высокими эксплуатацион­ ными свойствами.

Однако такой процесс потребляет большое количество ар­ гона (до 25 м3/т). Для его уменьшения в настоящее время практикуется замена аргона азотом, который не ухудшает свойств ряда марок коррозионностойких сталей и может в этом случае применяться как легирующий элемент для замены дефи­ цитного никеля. В окислительный период возможно и частичное

использование воздуха в дутье.

Кроме АОД-процесса, для тех же целей получило развитие, хотя и меньшее, паро-кислородное рафинирование хромистых расплавов. Продувку полупродукта из электропечи в этом слу­ чает ведут в конвертере с донными фурмами смесью пар — кис­ лород также в кольцевой защитной оболочке. Водяной пар иг­ рает роль не только разбавителя кислорода, хотя и с окисли­

тельными свойствами, но и охладителя, позволяющего гибко регулировать температурный режим процесса и первичной ре­ акционной зоны.

После снижения содержаний углерода и кремния до задан­ ного уровня переходят от продувки кислородом в защитной обо­ лочке, чаще из водяного пара, на продувку смесью с автомати­ ческим регулированием ее состава. При пониженном содержа­ нии углерода подачу кислорода прекращают, в конвертер, как и в АОД-процессе, вводят ферросилиций и известь и продувают ванну паром для перемешивания и ускорения процессов вос­ становления. Для удаления из металла водорода, поглощае­ мого из водяного пара, последние 1—3 мин ведут продувку ар­ гоном с расходом 1—2 м3/т.

Степень извлечения хрома и марганца в металл в этом про­ цессе достигает 98 и 80 % соответственно при более низком расходе аргона и лучшей стойкости футеровки вследствие более гибкого регулирования температурного режима плавки.

Г л а в а 3. ПЛАНИРОВКА И ОБОРУДОВАНИЕ КОНВЕРТЕРНОГО ЦЕХА. ТЕХНИКО­ ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ КИСЛОРОДНО-КОНВЕРТЕРНОГО ПРОЦЕССА

В состав кислородно-конвертерного цеха входят следующие от­ деления и участки: миксерное отделение, или участок перелива чугуна; отделение магнитных и сыпучих материалов; главное здание с отделением выплавки металла и разливочным отделе­ нием. При непрерывной разливке стали на МНЛЗ разливочный комплекс часто размещается в отдельном здании. В современ­ ных цехах в главном здании размещается отделение внепечной обработки стали. Отделения подготовки лома, шлакообразую­ щих материалов _и другие выделяются в настоящее время в са­ мостоятельные цехи.

Снабжение кислородно-конвертерного цеха жидким чугуном может быть организовано по двум схемам: 1) доменный цех — миксерное отделение — конвертер; 2) доменный Цех — участок перелива чугуна — конвертер. По пер­ вой схеме в торце цеха планируется миксерное отделение, предназначенное для снабжения конвертеров жидким чугуном, его хранения и усреднения.

Миксер представляет собой цилиндрическую емкость с горизонтальной осью вращения, футерованную огнеупорными материалами и снабженную механизмом поворота. Стандартные миксеры имеют вместимость 600, 1300 и 2500 т.

При большой производительности кислородно-конвертерного цеха стацио­ нарный миксер перестает играть роль усреднителя и буфера между домен­ ными и сталеплавильным цехами. В связи с этим переходят на вторую схему снабжения конвертеров жидким чугуном с использованием для его транспор­ тировки передвижных ковшей миксерного типа вместимостью 150, 420 и 600 т

90 %, температуру на выходе из конвертера 1700 °С, их удель­ ный объем 60—80 м3/т. Их выбросы в окружающую атмосферу экологически недопустимы, и в то же время эти газы являются источником вторичных энергетических ресурсов. В связи с этим обязательная система газоотводящего тракта должна иметь устройства для утилизации физической'и химической энергии конвертерных газов и быть взрывобезопасной при подсосе воз­ духа.

Распространены два способа отвода и охлаждения конвер­ терных газов: 1) с полным дожиганием СО и утилизацией фи­ зического и химического тепла в системе и 2) без дожигания СО с утилизацией только физического тепла в системе. В си­ стемах с дожиганием используют радиационно-конвективные котлы-утилизаторы с охлаждением газов до 250—350 °С. В си­ стемах без дожигания имеются только радиационные котлыутилизаторы с охлаждением газов до 900—1000 °С и после­ дующим впрыскиванием воды. Для снижения содержаний пыли в конвертерных газах при ее количестве перед очисткой 25— 250 г/м3 и размерах частиц от <10 до >40 мкм в отечествен­ ных цехах применяется взрывобезопасная система мокрой га­ зоочистки.

Основными технико-экономическими показателями кислородно-конвертер­ ного процесса являются производительность конвертеров и себестоимость стали. Работу конвертеров, характеризуют годовой или часовой производи­ тельностью. Годовую производительность А, т/год, расчитывают по формуле

конвертеров достигает 450—500 т/ч. Это в несколько раз выше, чем часовая производительность мартеновской или дуговой электропечи.

В настоящее время стойкость конвертеров составляет 600—2000 плавок, а продолжительность ремонтов — 3—6 сут в зависимости от вместимости кон­ вертеров. В кислородно-конвертерных цехах обычно имеются два, а в послед­ нее время чаще три конвертера, причем постоянно работают соответственно один или два. Простои не должны превышать в указанных случаях 50 и 33 % календарного времени.

Длительность или цикл плавки определяется временем между последо­

Выход годных слитков зависит от потерь металла при про­ дувке и способа разливки. В большинстве случаев он состав­ ляет 89—91 % от массы металлической шихты. Этот показа­ тель является недостаточным и зависит от неиспользованных резервов совершенствования кислородно-конвертерного про­ цесса в направлении снижения потерь металла.