10.2. Продувка кислородом сверху и снизу

В СССР этот метод продувки освоен в 250-т конвертерах металлургического комбината им. Дзержинского. Конвертеры оборудованы

вставными днищами (см. рис. 14) с 6—10 донными фурмами и системой подачи к ним кислорода, природного газа и азота; азот подают по; трактам кислорода и природного газа в межпродувные периоды. Продувку ведут до содержания углерода в металле 0,05—0,08%; расход кислорода на подачу сверху и снизу составлял 750—1100 м³/мин, при, расходе 750 м³/мин продувка длится 18—19 мин,

Плавка состоит из периодов, выполняемых в той же последовательности, что и при продувке сверху. В процессе разработки технологии опробована подача кислорода через дно в количестве 6—25 % от его общего расхода на продувку. Оптимальным, обеспечивающим наибольшую долю перерабатываемого лома в шихте, оказался расход, равный 12—14%. Расход защитного природного газа составляет 9—12 % от расхода кислорода через донные фурмы. Кислородную фурму в начале .продувки, как и при верхнем дутье, устанавливают в повышенном положении (3м), а затем снижают до уровня ~1 м. Однако комбинированная продувка позволяет удерживать фурму в повышенном положении без появления выбросов заметно дольше, чем при продувке сверху (соответственно 4—6 и 2—3 мин). Благодаря этому повышается доля дожигания СО до СО₂, что позволяет увеличить долю лома в шихте.

Выработанный оптимальный режим присадки шлакообразующих предусматривает загрузку 20—30% извести на лом до заливки чугуна и остального количества порциями в течение первых 4—6 мин длительности продувки; присадку плавикового шпата порциями во второй половине продувки. Содержание FеО в шлаке по ходу продувки составляет 5—7% и возрастает лишь, начиная с 70% ее длительности, лишь в конце продувки формируется шлак с основностью >3,0; удаление фосфора в шлак происходит, начиная с 70% длительности продувки. Концентрация Σ FеО в шлаке в конце продувки примерно на 5% ниже, чем при продувке сверху, а остаточное содержание марганца выше. Десульфурации металла не происходило, поскольку большое количество серы в конвертер вносилось миксерным шлаком.

Таким образом, этот вариант комбинированной продувки с высокой интенсивностью перемешивания ванны [расход газов через дно >0,5 м³/(т*мин)] обеспечивает необходимое для растворения кусковой извести в шлаке содержание FеО лишь в конце продувки, поэтому лишь по истечений 70 % ее длительности начинается удаление в шлак фосфора. Это затрудняет выплавку средне- и высокоуглеродистой стали.

К преимуществам процесса относятся: повышение выхода годного металла, в связи с меньшим вспениванием ванны, т. е. снижением вероятности выбросов и в связи с уменьшением потерь железа со шлаком; возможность увеличения расхода лома в связи с более полным дожиганием СО и улучшением передачи тепла дожигания ванне вследствие улучшения ее перемешивания; уменьшение количества окисляющегося марганца.

10.3. Продувка кислородом сверху и нейтральными газами снизу

На отечественных заводах продувку кислородом сверху ведут через обычные или двухъярусные фурмы; нейтральные газы (Аr, N₂) снизу подают через одиночные фурмы, число которых изменяется от 4 до 10; опробована подача нейтральных газов через многоканальные огнеупорные блоки. По данным, полученным на ЗСМК, наибольшая интенсивность перемешивания достигается при использовании одноканальных фурм.

Плавка состоит из тех же периодов, что и при продувке сверху; иногда предусматривают дополнительный период — продувку аргоном длительностью 3—6 мин после окончания кислородной продувки. Характер изменения состава металла и шлака по ходу продувки остается таким же, как при верхней продувке (см. рис. 41).

Типовой технологической инструкцией 1986 г. рекомендуется следующий режим подачи нейтральных газов через донные фурмы:

1. Во время завалки лома и заливки чугуна подают азот с интенсивностью 0,015—0,05 м³/ (т *мин).

2. В течение первых ~30 % длительности продувки подают азот с расходом. 0,02—0,15 м3/ (т * мин).

3. В середине продувки (от 30 до 65 % ее длительности) расход азота снижают до 0,02— 0,06 м³/ (т*мин).

4. В течение оставшегося времени кислородной продувки расход азота увеличивается до 0,12—0,3 м³/(т*мин), причем за 2—4 мин до окончания продувки азот следует заменить на аргон. Расход аргона остается таким же, если продувку ведут до содержания углерода в металле <0,12 %; при продувке до более высокого содержания углерода расход аргона может быть уменьшен до 0,02—0,08 м³/(т*мин).

При появлении признаков выбросов расход азота следует увеличить; допускается увеличение до максимальной пропускной способности донных фурм.

Во время додувок при содержании в металле <0,12% С расход аргона должен быть максимальным — 0,08—0,3 м³/ (т * мин); при содержании в металле >0,12% С расход аргона — 0,02—0,08 м³/ (т-мин).

После прекращения продувки кислородом рекомендуется продувка аргоном через донные фурмы с расходом до 0,3 м³/ (т * мин) в течение 1—3 мин, обеспечивающая дополнительное удаление в шлак фосфора и серы и снижение окисленности шлака в результате протекания реакции: [С] + (FеО) =СО. При выплавке особо низкоуглеродистых сталей подобная перемешивающая продувка в течение 2—6 мин является обязательной, так как обеспечивает дополнительное, после окончания кислородной продувки, окисление углерода без повышения окисленности шлака (т. е. без повышения угара железа).

Во время повалки конвертера, отбора проб металла и шлака, замера температуры, ожидания анализа и первой половины слива металла через донные фурмы подается азот или аргон с расходом 0,02—0,08 м³/ (т-мин). После наполнения ковша на 1/2 высоты производится переключение подачи аргона на азот; все последующие операции (окончание слива металла, слив шлака, осмотр футеровки) производят при расходе азота 0,015—0,05 м³/(т*мин).

В зарубежной практике при использовании донных фурм продувку нейтральными газами ведут в течение всей кислородной продувки; при использовании пористых огнеупорных блоков — либо в течение всей, либо в конце продувки кислородом. Зачастую после окончания продувки кислородом проводят перемешивающую продувку нейтральным газом в течение 1—2 мин. При этом дополнительно окисляется углерод кислородом оксидов железа шлака, снижается содержание FеО в шлаке, а также фосфора и серы в металле. Например, в результате перемешивающей продувки при процессе ЛБЕ металл содержал: в конце продувки кислородом 0,21%С, 0,15% Мn, 0,026% Р, 0,019% S; после 2-мин перемешивающей продувки аргоном — 0,12%С, 0,13%Мn, 0,013%Р 0,015% S.

При выплавке низкоуглеродистых сталей основываются на опыте, в соответствии с которым комбинированная продувка обеспечивает снижение содержания углерода без переокисления ванны примерно до 0,03 %. Дальнейшее снижение содержания углерода обеспечивают путем перемешивающей продувки длительностью 4—6 мин.

По ходу продувки в зарубежной практике производят переключение с одного газа на другой, изменяют расход газа, вводимого через дно, что позволяет регулировать процессы шлакообразования и окисления углерода, а также уменьшить расход нейтральных газов. Наряду с Аr и N₂ иногда вдувают СО, получаемый из отходящих конвертерных газов, и С0₂. Положительной особенностью применения СО₂ считают то, что в результате реакции СО₂ + [С] =2СО объем газа, перемешивающего расплав, увеличивается почти вдвое и это позволяет уменьшить расход газа. Кроме того, термическое разложение СО₂ около фурм вызывает охлаждающий эффект и способствует повышению стойкости днища.

Комбинированная продувка с подачей инертных газов через дно по сравнению с продувкой кислородом сверху обеспечивает:

1. Уменьшение вспенивания ванны и продувку без выбросов.

2. Снижение окисленности шлака и металла в течение всей продувки.

3. Повышение выхода годного в связи с уменьшением выбросов и потерь железа со шлаком в виде оксидов.

4. Уменьшение количества окисляющегося при продувке марганца.

5. Более полное удаление в шлак фосфора и серы, что позволяет уменьшить количество шлака, расход извести, плавикового шпата.

6. Большее увеличение расхода лома в процессах с дожиганием СО в конвертере вследствие увеличения передачи тепла дожигания ванне при более сильном ее перемешивании.