КОНВЕРТЕРНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

.

Конвертерное производство – это получение стали в плавильных конвертерах, грушеобразной формы, путём продувки жидкого чугуна сжатым воздухом или кислородом. При этом в расплаве происходит интенсивное окисление более активных примесей (углерода, кремния, марганца, серы, фосфора и т.д.), и дальнейшее удаление их из расплава.

Первую конвертерную плавку в печи с кислой футеровкой провел англичанин Генри Бессемер в 1856 году, продувая расплав чугуна воздухом. Для выплавки стали таким способом требовался чугун с низким содержанием серы и фосфора, что в то время было не всегда доступно.

В 1878 году англичанин Сидни Томас, применив основную футеровку, провёл плавку стали, используя высокофосфорный чугун. При этом удаление фосфора в шлаках производилось с помощью извести.

Качество стали первых конвертерных плавок было довольно низким, и длительное время этот способ производства стали не получал широкого развития, т.к. при продувке воздухом металл насыщался азотом.

В 1936 году советский инженер Н.И.Мозговой, в Киеве, впервые в мире, применил кислородную продувку расплава чугуна. Полученная сталь была более высокого качества, при значительно меньших затратах, чем в традиционном мартеновском производстве.

Вторая мировая война и высокая энергоемкость получаемого кислорода затормозила внедрение новой технологии плавки в массовое производство. Только в середине 50-х годов ХХ столетия началось массовое строительство кислородно-конвертерных цехов.

В настоящее время в мире работает около 700 конвертеров (производительность самых мощных из них это 300 и 400 т.). Применяются они всего в 10ти странах мира, в том числе и в Украине.

В мире выплавляется за год более 1200 млн. т. стали, из них 67% конвертерным способом, более 30% электросталеплавильным и около 2-3% мартеновским.

Принцип действия.

Конвертер имеет грушевидную форму с концентрической горловиной в верхней части.

Кожух конвертера выполняется сварным из стальных листов толщиной 20-100 мм. В центральной части конвертера крепятся цапфы, соединяющиеся с устройством наклона конвертера. В период плавки конвертер вращается вокруг оси со скоростью 2-3 оборота в минуту. Внутри конвертер футеруется огнеупорной кладкой. Футеровка многослойная с толщиной кладки 700-900 мм, при использовании смолодоломитомагнезитового кирпича, смолодоломитомагнезитовой набивки и хромомагнезитового кирпича. Срок службы футеровки боковой поверхности конвертера составляет 600-1200 плавок, для днища срок службы футеровки не превышает 300-400 плавок. Для конвертеров емкостью 100 т и менее, применяются съемные днища, для конвертеров большей емкости днище наглухо приваривается. Продлению срока службы футеровки способствует торкетирование – нанесение на наружный слой кладки огнеупорной массы, особенно на днище.

Профиль конвертера, производительность которого 100 тонн, показан на рис.____

Рисунок 1. Профиль конвертера.

Процесс получения стали в кислородном конвертере состоит из ряда последовательных операций:

– осмотр конвертера и частичное восстановление сколов футеровки (по необходимости);

– загрузка металлического лома до 30% садки, и нагрев его с помощью горелочных устройств до температуры 800°С;

– заливка жидкого чугуна;

– продувка кислородом, при этом резко растёт температура в зоне дутья (до 2000°С): идёт экзотермический процесс окисления углерода (С), кремния (Si), марганца (Mn), фосфора (P) и железа (Fe). Угар железа составляет 10-15%;

– параллельно с продувкой кислородом в печь подаётся шлакообразующая шихта и обогащённая железная руда: шлак сильно влияет на скорость окисления углерода, кремния, марганца, фосфора и удаления их из расплава;

– по достижении заданного содержания углерода в расплаве кислородное дутьё прекращают, фурму поднимают. Конвертер наклоняют для слива стали, с температурой более 1600°С, через лётку в ковш ; металл имеет повышенное содержание кислорода, поэтому в ковше производят заключительную операцию – раскисление металла путём внесения в ковш раскислителей и легирующих добавок; шлак сливается в шлаковый ковш.

Во время кислородной продувки в конвертере образуется значительное количество сильно запылённых ,горючих конвертерных газов, которые отводятся с температурой до 1600°С в котёл утилизатор (охладитель конвертерных газов), который работает с дожиганием и без дожигания конвертерного газа.

В среднем получают 80 м³ конвертерного газа на 1т. стали, при среднем его составе: СО₂ – 10%, СО – 85%, N₂ – 5% и теплотворной способности .

Определённые трудности с утилизацией тепла конвертерного газа заключаются в неравномерности его выхода и непостоянстве его химического состава. Учитывая отравляющие свойства газа СО дожигание газа производят с большим коэффициентом избытка воздуха α>2.

Анализ тепловой работы конвертера на основании теплового баланса.

Тепловой баланс кислородно-конвертерной плавки на 100 кг шихты при доле лома 20% без дожигания газа в охладителе представлен в таблице 1.

Таблица 1

Из теплового баланса следует, что основная часть тепла поступает от экзотермических реакций (54%) и с жидким чугуном (до 43%). Тепло, поступающее с холодной шихтой, в тепловом балансе не учитывается в связи с малым вкладом (менее 0,1%). Если в садке печи меняется количество металлического лома, то соответственно меняется и количество тепла, необходимого для его нагрева до 6-7%. Тепло, расходуемое на нагрев жидкой стали и шлака, считается полезным, так как оно затрачено на получение основного (стали) и сопутствующего (шлака) продуктов плавки. В тепловом балансе печи (без котла-утилизатора) полезно используемое тепло составляет до 85%, что в 2 раза выше аналогичных показателей мартеновской плавки. Около 12% физического тепла отводится вместе с конвертерными газами. Однако эти газы обладают значительным запасом химической энергии, поэтому утилизация тепла конвертерных газов имеет большое значение.

В настоящее время реализовано 2 схемы утилизации тепла: с дожиганием газа (рис.__) и без дожигания (рис.__).

Рисунок __. Отвод конвертерных газов с дожиганием:

1 – конвертер; 2 – кислородная фурма; 3 – кессон; 4 – охладитель конвертерных газов; 5 – труба Вентури; 6 – каплеотделитель; 7- дымосос; 8 – дымовая труба.

Рисунок __. Отвод дымовых газов без дожигания:

1 – конвертер; 2 – кислородная фурма; 3 – уплотняющее устройство; 4 – кессон; 5 – труба Вентури; 6, 9 – гидрозатвор; 7- дымосос; 8 – дымовая труба; 10 – подключение к газгольдеру; 11 – газгольдер; 12 – газ к потребителю

При реализации схемы с дожиганием котёл-утилизатор имеет большие размеры, однако эффективность его работы невелика в связи с существенной неравномерностью выхода этих газов в период плавки. Значительные затраты требуются также для увеличения габаритов цехов. Неравномерность выдачи пара усложняет эффективность его использования, а применение аккумуляторов пара усложняет и удорожает теплоиспользование. Поэтому в последнее время реализуют схемы утилизации газа без дожигания. Охлаждённые конвертерные газы поступают на газоочистку и подаются в газгольдер.

Конвертерные газы используют как топливо в нагревательных печах и котельных установках.

Повышение эффективности работы кислородно-конвертерных печей.

Повышения эффективности работы конвертеров можно добиться за счёт:

– уменьшения времени плавки при более эффективном использовании кислородного дутья (применение многоструйных форм, калиброванное дутьё – верхнее, боковое, нижнее); средний расход кислорода 50-55м³ на тонну чугуна;

– повышение качества шихты и увеличение доли лома в шихте до (35%);

– улучшение качества огнеупорных материалов, увеличение срока службы футеровки конвертера, то есть увеличение межремонтных сроков эксплуатации;

– частичное восстановление футеровки между плавками;

– применение системы испарительного охлаждения (СИО) боковой поверхности конвертера, что значительно увеличивает срок службы огнеупора;

– эффективное использование тепла конвертерных газов и СИО в котлах-утилизаторах, полная утилизация пыли конвертерных газов, содержащей до 70% оксидов железа.