Параметры безопасности

В конверторном процессе имеются три вида нормированных пара­метров безопасности:

• геометрические размеры и состояние внутрен­ней поверхности конвертора;

• физико-химические параметры шихто­вых материалов;

• физические параметры кислородной струи.

Безо­пасность процесса обеспечивается при изменении этих параметров в определенных пределах. Футеровка нижней части конвертора си­стематически подвергается большим динамическим нагрузкам в ре­зультате падения кусков металлолома, особенно в период завалки крупногабаритного лома. Под воздействием ударов происходит ска­лывание огнеупоров, в футеровке возникают трещины, углубления и т д. Большое гидростатическое давление жидкого металла на стенки и дно конвертора способствует проникновению его в трещи­ны. Застывая в трещинах при охлаждении крупногабаритной метал­лической шихтой, металл разрушает футеровку. При определенных условиях нарушение целостности футеровки может привести к про­рыву металла в нижней или боковой части конвертора. Поэтому одним из параметров безопасности является состояние поверхности футеровки конвертора, изменение которой допустимо до определен­ных пределов.

Масса продуваемого кислородом металла и его химический со­став определяют количество образующегося шлака и интенсивность физико химических превращений в процессе плавки. Все эти факторы могут оказывать влияние на интенсивность выбросов, а следователь­но, и на безопасность процесса. Поэтому масса металлошихты и жидкого чугуна, подаваемых в конвертор, их химический состав относятся к параметрам безопасности.

Интенсивность процесса плавки, окисления углерода, кремния и других примесей, выбросы металла и шлака из конвертора зависят от диаметра струи кислорода, направления его подачи, расхода и давления кислорода, а также расстояния фурмы над уровнем метал­ла. Таким образом, параметры кислородной струи относятся к па­раметрам безопасности.

Основные нарушения и экстремальные отклонения процесса Нарушения процесса

В кислородно-конверторном процессе могут иметь место различ­ные нарушения, возникающие либо на протяжении одной плавки, либо в тот или иной период кампании конвертора. Так, в течение одной плавки могут возникнуть нарушения процесса, связанные с от­клонением от параметров безопасности при завалке шихтовых мате­риалов в конвертор, в частности при отклонениях физико-химичес­ких параметров металлического лома. Металлическая часть шихты должна соответствовать требованиям по массе, крупности и хими­ческому составу. Загрузка мелкого сильно окисленного лома в кон­вертор часто приводит к нарушению процесса при заливке чугуна Высокое содержание оксида железа Fe (II) в металлоломе приводит к интенсивному окислению углерода, содержащегося в чугуне, с об­разованием газовой фазы. Мелкий лом имеет большую поверхность, поэтому реакции с кислородом протекают с весьма высокой скоро­стью, что обусловливает взрывной их характер. При этом часть жид­кого металла выносится из конвертора, что резко снижает уровень безопасности процесса.

Аналогичный механизм развития реакции окисления углерода имеет место и при заливке чугуна в конвертор, в котором осталась от предыдущей плавки часть шлака с высоким содержанием оксида железа Fe (II). При этом также возможен вынос определенного ко­личества металла и шлака из конвертора.

При увеличенной загрузке металлошихты и превышении нормы заливки чугуна и загрузки флюсовых материалов в период продувки повышается уровень металла и шлака, что затрудняет определение оптимального расстояния кислородной фурмы от поверхности. Про­цесс плавки идет неровно, сопровождается колебаниями уровня ме­талла и шлака, образованием пенистого шлака, переполнением кон­вертора и выплесками из него металла и шлака.

Применение известняка вместо извести существенно ухудшает физико-химические параметры процесса. Возникающие при этом из­менения процесса приводят к выносу и выплеску чугуна из конвер­тора.

Число выносов и выплесков зависит и от качества извести, за­гружаемой в конвертор: с увеличением содержания в извести из­вестняка частота выносов резко возрастает, поэтому применение из­вести с содержанием недопала выше 30% недопустимо. В исключи­тельных случаях при необходимости использования извести, содер­жание известняка в которой более 30%, применяют особые меры безопасности, снижают расход кислорода и уменьшают количество рудных добавок.

Однако число выносов и выплесков металла и шлака может быть уменьшено при более раннем образовании жидкоподвижного известково-железистого шлака, который к моменту интенсивного окисле­ния углерода покрывает металл достаточно толстым слоем. Процесс шлакообразования зависит не только от расхода кислорода и поло­жения сопла над уровнем ванны, но и в значительной степени от формы и размеров сопла.

Выплески и выносы металла и шлака наблюдаются также в тех случаях, когда давление струи кислорода на жидкую ванну превы­шает заданное. Для уменьшения частоты выносов в этом случае дутьевой режим необходимо ограничивать рациональным верх­ним пределом. Выплески металла из ковша наблюдаются при сливе переокисленной стали, что связано с бурным вспениванием металла. Для его осаждения обычно применяют ферромарганец и ферроалюминий.

Постоянные нарушения параметров проявляются в виде посте­пенного износа огнеупорной футеровки конвертора. Конверторы фу­теруют смолодоломитовыми огнеупорами. Кладку ведут кольцами с применением для арматурного слоя хромомагнезитового кирпича марок ХМ-3 и ХМ-5, а для рабочего слоя — смолодоломитовых изде­лий марок СД-7, СД 8 (длиной 550 мм), СД-10 (длиной 460 мм). Опыт эксплуатации конверторов показывает, что происходит значи­тельное окисление углерода в смолосвязанных огнеупорах при их службе в горловине. Интенсивному окислению связки в кладке гор­ловины способствуют большие межплавочные простои, составляющие 12% календарного времени.

Применение чугуна с высоким содержанием кремния отрица­тельно сказывается на стойкости футеровки. Поскольку кремний окисляется в первые минуты продувки до SiO₂, а скорость раство­рения извести в начале плавки ниже скорости окисления кремния, то на поверхности обезуглероживания слой становится легко прони­цаемым для жидкоподвижных шлаковых расплавов. Так как в кон­верторах выплавляют в основном низкоуглеродистые стали, что при­водит к увеличению длительности продувки, повышению температу­ры в конце плавки и степени окисленности шлака, то содержание оксидов железа в шлаке составляет 14—16°/о. Повышенное содер­жание кремния в чугуне и оксида железа (II) в шлаке требует ис­пользования высококачественных шлакообразующих материалов. С этой целью применяют известь, обожженную во вращающейся пе­чи, обладающую более высокими физико-химическими свойствами. Известь легче усваивается шлаком в процессе плавки, что позво­ляет сократить ее расход.

Для повышения стойкости футеровки путем снижения растворе­ния компонентов огнеупора в процессе плавки добавляют обожжен­ный доломит в количестве 0,4—0,8% от массы садки.