Производство стали в кислородных конверторах

Цель работы: Изучить устройство кислородного конвертера, технологию ведения плавки в нем, состав и расположение оборудования современного конвертерного цеха.

В последние годы кислородно-конвертерный способ получения стали стал ведущим, вытеснив ранее господствующий мартеновский и обеспечивает выплавку большой части мирового производства стали.

Такое изменение структуры сталеплавильного производства диктуется значительными технико-экономическими преимуществами кислородно-конвертерного способа выплавки стали по сравнению с мартеновским: более высокая производительность, меньшие капитальные затраты, более широкие возможности для механизации и автоматизации технологических процессов.

Основными конструктивными элементами конвертера (рис.6.1) являются: корпус, опорное кольцо, опорные узлы и привод поворота конвертера.

Корпус конвертера имеет симметричную форму и состоит из сферического днища, цилиндрической средней части и горловины в виде усеченного конуса. С целью уменьшения деформации и прожогов горловины верхняя ее часть (шлем) выполнена массивной и съемной. У основания горловины сделано отверстие (лётка), которое предназначено для слива стали из конвертера в сталеразливочный ковш.

Днище конвертера может быть глухим неотъемным, отъемным и вставным. При отъемном или вставном днище упрощается ремонт футеровки, но возникает опасность прорыва металла в шов, соединяющий днище с цилиндрической частью.

Для защиты от действия расплавленного металла и шлака и уменьшения тепловых потерь корпус конвертера изнутри футерован огнеупорным кирпичом. Футеровка корпуса выполняется многослойной. Первый слой – арматурный – непосредственно примыкает к кожуху и предназначен для предохранения корпуса конвертера от соприкосновения с расплавленным металлом. Этот слой выполняют из магнезитового или хромомагнезитового кирпича. Внутренний слой футеровки называют рабочим, он в процессе работы конвертера постепенно изнашивается под действием металла и шлака. Для кладки рабочего слоя используют доломитовый или м агнезитодоломитовый кирпич.

Иногда между рабочим или арматурным слоем помещают набивку из магнезитосмоляной или доломитосмоляной массы.

Корпус конвертера помещают в опорное кольцо и закрепляют в нем. Крепление корпуса в кольце шарнирное, компенсирующее температурные деформации.

Поворот конвертера вокруг горизонтальной оси и установки его в различные положения для выполнения технологических операций – загрузки металлолома, заливки чугуна, продувки, слива металла и шлака осуществляется механизмом поворота.

Сущность кислородно-конвертерного способа состоит в продувке жидкого чугуна, заливаемого в конвертер, технически чистым кислородом, подаваемым в конвертер сверху через водоохлаждаемую фурму. В жидкую ванну добавляют также металлический лом и сыпучие неметаллические материалы. При продувке струя кислорода окисляет содержащиеся в чугуне углерод, кремний и другие примеси, в результате чего чугун превращается в сталь. Процессы окисления примесей чугуна кислородом идут с выделением большого количества тепла, за счет которого расплавляются добавляемые шихтовые материалы. При этом они отбирают избыток тепла и предотвращают перегрев металла. В отличие от других сталеплавильных процессов, процесс плавки стали в конвертере идет без повода тепла извне.

Технология плавки в кислородном конвертере прирведена на рис.6.2.

Загрузка металлолома. Подготовленный к плавке металлический лом подается из шихтового отделения в загрузочный пролет в совках, установленных на самоходных тележках (скраповозах). С тележек совки снимаются специальной загрузочной машиной и подаются к конвертеру. Перед загрузкой металлического лома конвертер поворачивается в сторону загрузочного пролета на 15-20⁰ , носок совка вводится в горловину конвертера, наклоняется и металлолом ссыпается в конвертер.

Заливка чугуна в конвертер осуществляется заливочным краном из ковшей, подаваемых в загрузочный пролет из миксерного отделения или отделения перелива на чугуновозах.

Жидкий чугун и металлолом (20-30% от массы чугуна) составляют металлическую часть шихты для конвертерного производства стали.

Период продувки. Конвертер устанавливают в вертикальное положение, опускают фурму и включают подачу кислорода. В начале продувки в конвертер загружают основную массу шлакообразующих добавок. Остальную их часть загружают отдельными порциями в течение всего периода продувки. Шлакообразующие подаются в конвертер из расходных бункеров, устанавливаемых под конвертером с помощью питателей, весов-дозаторов, ленточных конвейеров, промежуточных бункеров и желобов.

Шлакообразующие шихтовые материалы применяют для наведения в конвертере шлака, участвующего в процессе окисления примесей чугуна. В качестве шлакообразующих материалов в кислородно-конвертерном процессе используют свежеобоженную известь и известняк.

Применение извести и известняка для конвертерной плавки вызвано необходимостью в очень короткий срок получать шлак заданного состава. Это необходимо для быстрого удаления примесей серы и фосфора и получения качественной стали. Для ускорения шлакообразования применяют разжижающие добавки, к которым относится плавиковый шпат и боксит.

При подаче шлакообразующих и кислорода на поверхности металлической ванны возникает шлак, состоящий из свободных и химически связанных оксидов железа, магния, марганца, кремния, кальция, алюминия, фосфора и других элементов, входящих в состав шихтовых материалов. Шлак участвует в химических реакциях окисления и восстановления железа, дефосфорации и других процессов, протекающих в металлической ванне.

Продувка продолжается 15-20мин и заканчивается на заданном для выплавляемой марки стали содержании углерода. К этому моменту металл должен быть нагрет до необходимой температуры (1580-1650⁰С), а содержание серы и фосфора не должно превышать допустимых для стали данной марки пределов.

По окончании продувки из горловины выводят фурму, конвертер плавно переводят в горизонтальное положение. Через горловину конвертера отбирают пробы металла и шлака, замеряют температуру.

Отбор пробы и замер температуры. На основании результатов анализа принимают решение либо о выпуске плавки, либо о проведении корректировочных операций, которые должны обеспечивать получение заданной температуры и заданного содержания углерода.

Возможно проведение следующих операций по исправлению плавки:

1. При избыточном содержании углерода производят додувку. Время продувки определяют на основании результатов предыдущих аналогических плавок.

2. При недостаточном содержании углерода вводят науглероживающие добавки (кокс, графит) в струю металла при разливке.

3. При слишком высокой температуре в конвертер вводят охладители – лом, руду, известь и др., давая выдержку до 5 мин.

4. При недостаточной температуре проводят додувку при повышенном положении фурмы или же предварительно вводят ферромарганец, а затем продувают.

5. При избытке марганца также проводят додувку при повышенном положении фурмы.

Корректировочные операции удлиняют плавку, поэтому являются нежелательными.

Слив стали. Готовую сталь из конвертера сливают в сталеразливочный ковш, установленный под конвертером на самоходной тележке (сталевозе).

Одновременно со сливом стали из приемной воронки по специальному поворотному желобу в сталеразливочный ковш подают добавки – раскислители и легирующие.

Слив шлака. Шлак из конвертера сливают в шлаковую чашу, установленную на шлаковозе. Для этого конвертер наклоняют горловиной вниз.

Продолжительность плавки мало зависит от вместимости конвертера и составляет примерно 35-40 мин.

В состав современного конвертерного цеха входят главный (конвертерный) корпус и ряд отделений, тесно связанных с ним единым технологическим процессом и расположенных в отдельных зданиях. К ним относятся отделения: перелива чугуна, шихтовые, непрерывной разливки стали и шлаковые.

Главный корпус (рис.6.3) разделен на следующие пролеты: загрузочный, конвертерный, сыпучих материалов, шлаковый, подготовки ковшей, котлов – охладителей и энергетический.

В загрузочном пролете расположены полупортальные машины для загрузки металлического лома и заливочные краны для заливки жидкого чугуна.

В конвертерном пролете установлены три конвертера с газоотводящими трактами, машины для подачи кислорода с фурмами, мостовой кран для обслуживания ремонтных работ.

Рис. 6.3. Разрез главного корпуса кислородно-конвертерного цеха:

I - конвертерный пролет; II - загрузочный пролет; III – шлаковый пролет; IV -пролет подготовки ковшей; V - пролет сыпучих материалов; VI - пролет котлов – охладителей;

1 - конвертер; 2 - чугуновоз; 3 - самоходная площадка; 4 - сталевоз; 5 - стенд для установки сталеразливочных ковшей; 6 - стенд для сушки сталеразливочных ковшей; 7 - литейный кран; 8 - мостовой кран; 9 - заливочный кран; 10 - полупортальная машина; 11 - машина для перемещения кислородных фурм; 12 - мостовой кран; 13 - наклонный конвейер; 14 - котел-охладитель; 15 - передвижной реверсивный конвейер; 16 - расходный бункер; 17 - система дозирования и загрузки шлакообразующих.

Шлакообразующие материалы подаются наклонными конвейерами в верхнюю часть пролета сыпучих материалов, где реверсивными передвижными конвейерами распределяются по расходным бункерам. Система дозирования и загрузки обеспечивает подачу взвешенных порций разливочных шлакообразующих материалов в конвертер по ходу плавки. Раскислители и легирующие загружаются краном в расходные бункера, расположенные в торце пролета. После взвешивания эти материала нагреваются в специальных печах и по желобу подаются в сталеразливочный ковш.

В шлаковом пролете производится перестановка шлаковых ковшей, вывозимых самоходным шлаковозом, мостовым краном на несамоходные шлаковозы, которые далее вывозятся в шлаковые отделения.

Пролет подготовки ковшей служит для смены футеровки сталеразливочных и чугуновозных ковшей.

В пролете котлов-охладителей располагаются котлы- охладители отходящих конвертерных газов с системой трубопроводов. В энергетическом пролете находится оборудование для очистки газов и панели систем управления электроприводами.

Отделение перелива чугуна служит для приема передвижных миксеров из доменного цеха и слива чугуна из них в заливные ковши, которые самоходными чугуновозами подаются в главный корпус. Здесь же осуществляются взвешивание металла, взятие проб и замер температуры жидкого чугуна. Помимо специализированного отделения, в главном корпусе предусмотрен участок перелива чугуна из передвижных миксеров в заливочные ковши.

Шихтовое отделение магнитных материалов предназначено для приема и хранения запаса лома, заполнения совков, их взвешивания и установки на скраповоз, который доставляет груженые совки непосредственно на рабочую площадку конвертеров. Отделение сыпучих материалов служит для хранения и подготовки их к плавке, состоит из приемных бункеров и системы транспортеров, связывающих это отделение с главным корпусом.

Отделение непрерывной разливки служит для литья стали в непрерывную заготовку определенного сечения. Отделение состоит из пролетов, в которых размещены машины непрерывной разливки стали (МНЛЗ), пролета подготовки и ремонта промежуточных ковшей и пролета подготовки технологического оборудования. Отлитые на МНЛЗ заготовки поступают на склад для зачистки, термической обработки и хранения перед отправкой в прокатный цех.

Шлаковое отделение служит для приема и переработки конвертерного шлака. Жидкий шлак сливают из чаш в ямы, охлаждают, дробят и отгружают в вагоны, отправляя в отвал или потребителю.

Контрольные вопросы

1. Каковы технико-экономические преимущества

кислородно-конвертерного способа выплавки стали

по сравнению с мартеновским?

2. Из каких основных элементов состоит конвертер?

3. Как устроена футеровка кислородного конвертера?

4. В чем заключается сущность кислородно-конвертерного процесса

производства стали?

5. Какие шихтовые материалы используют при выплавке стали

в конвертах?

6. Из каких операций складывается процесс производства

стали в конвертере?

7 .Каковы корректировочные операции по исправлению плавки?

8. С помощью каких машин осуществляется технологический

процесс выплавки?

9. Какие отделения входят в состав конвертерного цеха?

10. Из каких пролетов состоит главный корпус конвертерного цеха?

Лабораторная работа №7