Взаимодействие кислородной струи с металлом и шлаком

   В действующих  цехах с незначительным расстоянием  между конверторами для создания безопасных условий труда при смене днищ и при уборке подконверторного пространства от выплесков металла и шлака между соседними конверторами необходимо устанавливать металлические щиты большого размера. Во вновь сооружаемых и реконструируемых цехах уборку путей под конверторами надо механизировать, например, посредством выкладки 
подконверторного пространства и железнодорожных путей металлическими плитами с бортами и использования специальных скребков с механическим приводом.

   В конверторных цехах, перерабатывающих чугун с  примесями ванадия, накопление и разделка ванадиевых шлаков в конверторном отделении не допускаются. Переработка таких шлаков должна производиться в специальном помещении механизированными способами с соответствующим обеспыливанием этих процессов.

   Если  в действующих цехах пробивка отверстия для выпуска стали производится вручную, то для предупреждения опасности падения работающих в проем рабочей площадки у конвертора и для удобства работы необходимо пользоваться специальными выдвижными площадками. В случае прожигания летки кислородом металлические трубки для подвода кислорода надо применять значительной длины (не менее 4 м). Перед вскрытием выпускного отверстия под конвертор должен быть установлен сталеразливочный ковш, емкость которого с учетом допустимого перегруза конвертора должна позволять вместить плавку с тем условием, что уровень наполненного ковша будет находиться ниже краев ковша не менее чем на 250 мм.

   Перед сливом плавки из конвертора следует  подавать хорошо слышимый предупредительный  сигнал. Операцию по дозировке и  подаче раскислителей в сталеразливочный ковш желательно полностью механизировать. Рабочие у конвертора в момент подачи в ковш раскислителей должны отходить в сторону и находиться вне зоны разлетания  брызг металла.

   Конструкция сталевозной тележки для уменьшения разбрызгивания металла и шлака во время слива плавки из конвертора должна позволять регулировать положение ковша с тем, чтобы струя металла все время находилась в центре ковша и была бы минимальной высоты. Управление сталевозной тележкой должно осуществляться с поста управления, расположенного на безопасном расстоянии от конвертора. Для сцепки и расцепки сталевоза со шлаковой тележкой применяют сцепные приборы автоматического типа. За состоянием цапф и несущих конструкций конверторов необходимо организовать специальный надзор с документальным оформлением результатов осмотра несущих конструкций и замеров износа цапф. Помещения механизмов вращения конверторов должны быть заперты на замок, а ключ должен храниться у дежурного механика и механика цеха.

   Для защиты от опасного перегрева строительные конструкции цеха, подвергающиеся воздействию сильного излучения факела при продувке металла, необходимо теплоизолировать или экранировать. Колонны и балки здания цеха, оборудование, прилегающее к конверторам, а также сами конверторы следует своевременно очищать от настылей и пыли.

3. Подготовка изложниц к плавке. Их стойкость и расход:

   Выплавляемую  в сталеплавильных агрегатах сталь выпускают в сталеразливочные ковши и разливают. Часть выплавленной стали (2—3 %) используют для получения стальных фасонных отливок (стальное литье); основное ее количество поступает в разливочные отделения сталеплавильных цехов для получения слитков или непрерывно-литых заготовок. Затем слитки стали отправляют в прокатные или кузнечные цехи для обработки давлением и получения из них балок, рельсов, труб, листа, различной формы сортовых заготовок и др.

   Процесс наполнения жидким металлом форм, в которых металл кристаллизуется, образуя слитки или отливки, называют разливкой металла. Процесс, при котором металл, затвердевая, образует фасонные отливки (детали), называют стальным литьем.

      Для разливки стали используют следующее оборудование: 1) желоб, по которому сталь из конвертера или плавильного агрегата; 2) сталеразливочный ковш; 3) промежуточный ковш или промежуточное разливочное устройство; 4) изложницы; 5) поддоны; 6) установки непрерывной разливки стали УНРС. Если сталь разливают в изложницы, то процесс разливки может осуществляться,  либо сверху (рис. 3.1), либо сифоном (рис. 3.2).

Рис. 3.1. Схема разливки стали сверху:

1 — сталеразливочный ковш;

2 — изложница;    3 — поддон

Рис. 3.2. Схема разливки стали сифоном:

1 — центровая;  2— прибыльная надставка; 3 — изложница (для разливки спокойной стали); 4— поддон; 5 — сифонный припас.

   В подготовку изложниц входит их охлаждение, чистка, смазка и, наконец, окончательная сборка состава, которая осуществляется во дворе изложниц. При разливке стали  сверху число операций и их трудоемкость во дворе изложниц не очень велики. Состав с изложницами на поддонах (при разливке кипящей стали в сквозные расширяющиеся книзу изложницы) подают к рабочей площадке. Если изложницы имеют бортовые заливины, то для их очистки крановщик вешает на крюк крана специальный стальной конус. Далее в работу включается сборщик состава. Крановщик поднимает изложницу над поддоном, сборщик поправляет поддон и сдувает с него сжатым воздухом окалину, нагар и дает команду опустить на поддон изложницу. В составе, как правило, имеется некоторое число изложниц и поддонов, требующих замены вследствие чрезмерного разгара или образования больших трещин.

   Во  дворе изложниц в нагретом состоянии  имеются поддоны и изложницы, предназначенные для замены бракованных. В среднем при выплавке в сталеплавильном цехе в сутки 10 тыс. т. стали и отливке 10-т слитков, меняется 20 изложниц в сутки, т.е. примерно по одной изложнице в каждом втором составе. Меняют в каждом составе один - два поддона.

   При глуходонных  изложницах вставляют стальные пробки (специально отливаемые), поправляют изложницы, меняют их, если в этом есть необходимость, и ставят отремонтированные и просушенные прибыльные надставки.

       Если в сталеплавильном цехе всю сталь отливают сверху и в том числе не более 10% в глуходонные  изложницы, а остальную часть в сквозные изложницы, то при годовой производительности 1—2 млн.т  достаточно иметь двор изложниц в виде однопролетного здания шириной 30 и длиной 72 м. В таком здании проложены три железнодорожных пути, имеются специальные высокие площадки для обслуживания составов. Выделены и оборудованы горелками площади для хранения и нагрева изложниц, поддонов, для наборки, ремонта и сушки прибыльных надставок. Здание оборудовано необходимым числом кранов грузоподъемностью от 15 до 50 т.

   При увеличении мощности цеха и количества стали, отливаемой в  глуходонные  изложницы  увеличивается длина двора изложниц. Так, если годовая производительность составляет 3 млн. т и 20% стали отливают в глуходонные  изложницы с прибыльными надставками, то длина двора изложниц должна быть 144 м.

   При разливке стали сифонным способом число операций по сборке состава и их трудоемкость значительно возрастает. Для  разливки  стали в цехе сифонным способом и сверху, двор изложниц целесообразно строить двухпролетным.  Каждый из пролетов при этом специализируют на определенном способе разливки стали. Если по условиям генерального плана завода это невозможно осуществить, то можно иметь два раздельных здания или одно общее здание, но с боковыми съездами в каждое отделение. 

4.Цель  и методы отсечки  конверторного шлака:

   Важным  в технологии кислородно-конвертерного  процесса является шлакообразование. Шлакообразование в значительной мере определяет ход удаления фосфора, серы и других примесей, влияет на качество выплавляемой стали, выход годного и качество футеровки. Основная цель этой стадии плавки заключается в быстром формировании шлака с необходимыми свойствами (основностью, жидкоподвижностью и т. д.). Сложность выполнения этой задачи связана с высокой скоростью процесса (длительность продувки 14 - 24 минуты). Формирование шлака необходимой основности и заданными свойствами зависит от скорости растворения извести в шлаке. На скорость растворения извести в шлаке влияют такие факторы, как состав шлака, его окисленность, условия смачивания шлаком поверхности извести, перемешивание ванны, температурный режим, состав чугуна и т. д. Раннему формированию основного шлака способствует наличие первичной реакционной зоны (поверхность соприкосновения струи кислорода с металлом) с температурой до 2500^о. В этой зоне известь подвергается одновременному воздействию высокой температуры и шлака с повышенным содержанием оксидов железа. Количество вводимой на плавку извести определяется расчетом и зависит от состава чугуна и содержания SiO₂ руде, боксите, извести и др. Общий расход извести составляет 5 - 8 % от массы плавки, расход боксита 0,5 - 2,0 %, плавикового штампа 0,15 - 1,0 %. Основность конечного шлака должна быть не менее 2,5.

    Окисление всех примесей чугуна начинается с  самого начала продувки. При этом наиболее интенсивно в начале продувки окисляется кремний и марганец. Это объясняется  высоким сродством этих элементов  к кислороду при сравнительно низких температурах (1450 – 1500 ^оС и менее).

    Окисление углерода в кислородно-конвертерном процессе имеет важное значение, т. к. влияет на температурный режим  плавки, процесс шлакообразования и рафинирования металла от фосфора, серы, газов и неметаллических включений.

    Характерной особенностью кислородно-конвертерного  производства является неравномерность окисления углерода, как по объему ванны, так и в течение продувки.

    С первых минут продувки одновременно с окислением углерода начинается процесс дефосфорации  - удаление фосфора. Наиболее интенсивное удаление фосфора идет в первой половине продувки при сравнительно низкой температуры металла, высоком содержании в шлаке (FeO); основность шлака и его количество быстро увеличивается. Кислородно-конвертерный процесс позволяет получить    < 0,02 % Р в готовой стали.   

    Условия для удаления серы при кислородно-конвертерном процессе нельзя считать таким же благоприятным, как для удаления фосфора. Причина заключается в  том, что шлак содержит значительное количество (FeO) и высокая основность шлака (> 2,5) достигается лишь во второй половине продувки. Степень десульфурации при кислородно-конвертерном процессе находится в пределах 30 - 50 % и содержание серы в готовой стали составляет 0,02 - 0,04 %.

    По  достижении заданного содержания углерода дутые отключают, фурму поднимают, конвертер наклоняют и металл через летку (для уменьшения перемешивания металла и шлака) выливают в ковш.

      Полученный металл содержит повышенное  содержание кислорода, поэтому заключительной операцией плавки является раскисление металла, которое проводят в сталеразливочном ковше. Для этой цели одновременно со сливом стали по специальному поворотному желобу в ковш попадают раскислители и легирующие добавки.

    Шлак  из конвертера сливают через горловину  в шлаковый ковш, установленный на шлаковозе под конвертером.

    Течение кислородно-конвертерного процесса обусловливается температурным режимом и регулируется изменением количества дутья и введением в конвертер охладителей - металлолома, железной руды, известняка. Температура металла при выпуске из конвертера около 1600^оС.

Отсечка шлака при разливке стали

    Наилучшие результаты при отсечке шлака  при разливке дает метод перелива из ковша в ковш. Этот метод обеспечивает практически полное отделение металла от шлака, но имеет существенный недостаток: потери тепла (даже для ковшей вместимостью Q= 100 т- температура металла снижается, в зависимости ох степени предварительного подогрева футеровки, на 25-40°С); кроме того, этот метод требует большой высоты здания и соответствующего оборудования. Разрабатываются новые способы отсечки шлака, некоторые из которых отмечены ниже:

    1. В ряде случаев организуют  скачивание шлака из ковша после выпуска плавки. На заводе "Nisshin Steel Corp." (Япония) 90-т ковш после выпуска плавки из конвертера поднимают краном, наклоняют (на угол до 45°) и начинают удалять шлак, продувая металл в ковше снизу аргоном. В Течение 5мин такой обработки удается удалить до 90 % .Снижение   температуры   при   этом   составляет  только 20 °С (с 1590 до 1570 °С). Такая обработка практически исключает дефосфорацию (содержание фосфора при выпуске в среднем 0,012%, в готовом металле - не более 0,014%), недостатком метода является усложнение оборудования, которое должно обеспечить продувку аргоном при наклоне ковша и необходимость увеличить высоту ковша (на данном заводе — на 1 м).

    2. Метод задержки шлака в специальной  емкости  ("Slag cup pot" — "шлак через горшок" — название метода дано японской фирмой "Kawasaki Steel", которая его использует. Промежуточную футерованную изнутри и снаружи емкость, имеющую в нижней части отверстие, устанавливают перед выпуском плавки на сталеразливочном ковше таким образом, что в начале выпуска металл из конвертера падает непосредственно в сталеразливочный ковш, а в конце выпуска, когда вместе с металлом начинает идти шлак, металл попадает в промежуточную емкость. Когда из сталевыпускного отверстия начинает вытекать один шлак, конвертер поворачивают в вертикальное положение, а в промежуточную емкость помещают шар, плотность которого такова, что он плавает на границе между шлаком и металлом. Промежуточную емкость поднимают краном, металл стекает в ковш, шар перекрывает отверстие в дне промежуточной емкости и шлак в сталеразливочный ковш почти не попадает. Дефосфорация при такой технологии составляет всего 0,002 % Р , в то время как при обычном способе количество восстановленного фосфора  достигает иногда 0,006 %.

    3. На  заводе  компании  "NSC"  (Япония)  используют  метод, названный  SAB-процессом, в тех случаях, когда   из  плавильного  агрегата   в   ковш   попадает   какое-то количество  окисленного конечного шлака (например, при выпуске плавки из конвертера).