§ 1. Конструкции сталеплавильных агрегатов непрерывного действия (санд)

К настоящему времени предложено множество различных ва­риантов конструкций САНД и технологий выплавки в них ста­ли. Можно дать следующую условную классификацию непрерыв­ных сталеплавильных процессов.

1. По организации процесса: 1) многостадийные (с раз­делением операции на стадии), при этом в каждой емкости или части агрегата проводится одна или несколько техноло­гических операций: дефосфорация, десульфурация, раскисле­ние и т.п.; 2) одностадийные, когда все операции удаления примесей и превращения чугуна в сталь протекают одновре­менно или почти одновременно.

2. По конструкции агрегата: 1) операция проводится на поду, при этом газообразные и твердые реагенты (кислород, флюсы, руды и т.п.) поступают в так называемые подовые, желобные реакторы; 2) операция проводится таким образом, что металл, шлак, добавочные материалы находятся во взве­шенном, распыленном каплеобразном состоянии (так называе­мые струйные реакторы).

3. По организации технологии: 1) движение шлака и ме­талла происходит в одном направлении; 2) шлак и металл двигаются относительно друг друга по принципу противотока (рис. 221). Примером одностадийного непрерывного стале­плавильного процесса может служить схема, разработанная Британским научно-исследовательским институтом черной металлургии BISRA. В процессе BISRA падающую струю чугуна окружает кольцевая струя кислорода, которая разбивает металл на капельки диаметром 1—2 мм. Поверхность контакта

652

653

о ₂ о_г о_г о_г

^ 1т)—"—а л—^~тт

Рис. 221. Технологическая схема САНД конструкции МИСиС:

а — принцип прямотока; б — принцип противотока; 1 — чугун; 2 — ввод шлако-

образующих смесей; 3 — спуск шлака; 4 — l выпуск металла

между металлом и кислородом оказывается громадной и выго­рание примесей происходит мгновенно. Процесс обработки металла в струе называют струйным, рафинированием.

Схема процесса представлена на рис. 222. Падающая вниз струя чугуна, непрерывно поступающая в установку, обраба­тывается тонкоизмельченными флюсами и кислородом, капель­ки рафинированного металла и шлака падают в приемный ковш, металл собирается внизу под пенящимся шлаком, отстаивается и непрерывно выпускается в ковш для после­дующей разливки. Последующие капельки металла должны про­ходить через этот шлаковый слой, дополнительно рафинирую­щий металл. Отработанный шлак непрерывно стекает в шлако­вую чашу. Капельки металла в процессе рафинирования окис­ляются: 1) в зоне распиливания струи чугуна; 2) при сво­бодном падении капель в окислительной атмосфере; 3) при прохождении через слой вспененного шлака; 4) в ковше. Опыты показали, что при температуре металла 1500—1600 °С и диаметре капли металла 2—3 мм скорость обезуглерожива­ния превышает 3 % С/с: при раздроблении капель до разме­ров < 3 мм степень десульфурации превышает 50 %.

Достоинством процесса струйного рафинирования является то обстоятельство, что основные реакции здесь протекают в условиях отсутствия контакта металла с огнеупорной футе-

654

ровкой. Однако условия эк­сплуатации футеровки при­емного ковша (отстойника) сложны, так как происходит взаимодействие футеровки с высокоактивным окислитель­ным шлаком. Трудной зада­чей является также разра­ботка технологии, при ко­торой спускаемый из агре-

Рис. 222. Установка струйного типа для непрерывного рафинирования жидкого чугуна института BISRA:

/ - промежуточное устройство; 2 - чугун; 3 - кислород; 4 - известь; 5 -реакционная камера; 6 - отходящие газы; 7 - шлак; 8 - отстойник; 9 - сталь; 10 — шиберный затвор; 11 — ковш для УНРС

Рис. 223. Схема установки для непрерывного рафинирования конструкции IRSID

гата шлак содержит минимальное количество оксидов и, сле­довательно, обеспечивается максимальный выход годного ме­талла. Эти недостатки не позволили внедрить предложенный процесс в промышленность.

В большинстве предложенных конструкций САНД предусмот­рена возможность организации ведения плавки на поду. Ши­рокую известность получила конструкция САНД, разработан­ная французским институтом черной металлургии IRSID. Агрегат состоит (рис.223) из трех частей: реакционной камеры 1, отстойника 3 и камеры доводки 5. Чугун непре­рывной струей поступает в камеру по желобу. Одновременно при помощи водоохлаждаемого устройства (фурмы) 2 в камеру непрерывно подается кислород с молотой известью. Реак-

655

ц ионная камера содержит небольшое количество жидкого ме­талла и слой металло-шлако-газовой эмульсии. Под дейст­вием подъемной силы пузырей газа эта эмульсия поднимается и перетекает в отстойник, где шлак отделяется от металла. Шлак стекает через отверстие 4, а металл сифоном переда­ется в камеру доводки, где подвергается раскислению и до­водке по составу. Конструкция установки предусматривала возможность устройства желоба, по которому шлак из второй камеры (отстойника) мог бы перетекать в первую камеру для повышения степени использования шлакообразующих и умень­шения потерь железа с уходящим шлаком.

В 1971-1976 гг. проводили испытания САНД конструкции МИСиС. Установка включала четыре ванны, соединенные по­следовательно (рис. 221). В первых трех осуществлялось рафинирование вдуванием газообразного кислорода через верхние фурмы, а в последней — регулирование содержания углерода и раскисление. Вместимость каждой ванны состав­ляла 0,86 м³ при глубине расплава 600 м и массе 6 т. Про­изводительность этого опытно-промышленного агрегата до­стигала 21 т/ч, степень удаления серы 21 %, фосфора 93 %.

Окончательные выводы о показателях работы агрегатов такого типа в промышленных условиях и, соответственно, о перспективах внедрения сделать пока трудно.