Кислородный конвертер

Бессемеровский конвертер

Бессемеровский процесс (кислая футеровка конвертора) разработан англи-чанином Г. Бессемером в 1856-1869гг. и позволяет перерабатывать чугун с низ-ким содержанием фосфора и серы и достаточным количеством кремния. Плавка в бессемеровском конвертере проводится следующим образом. В конвертер заливают бессемеровский чугун (0,7-1,25%Si; <0,06%P; <0,06%S) при температуре 1250 – 1300 °C и продувают его воздухом. За время продувки окисляются углерод, кремний и марганец чугуна и из образующихся оксидов формируется кислый шлак. После того, как углерод окислился до заданного со-держания, продувку заканчивают. Металл сливают через горловину в ковш, одновременно раскисляя его. Поскольку шлак кислый при плавке не удаляются сера и фосфор.

Технологии выплавки

Традиционно выделяют два подхода к реализации кислородно-конвертерного плавления – бессемеровский и томасовский. Однако современные методики отличаются от них низким содержанием азота в печи, что повышает качество рабочего процесса. Выполняется технология по следующим этапам:

  • Загрузка лома. Порядка 25-27 % от общей массы шихты загружается в наклоненный конвертер посредством совков.
  • Заливка чугуна или стального сплава. Жидкий металл при температуре до 1450 °С ковшами заливается в наклоненный конвертер. Операция продолжается не более 3 мин.
  • Продувка. В этой части технология выплавки стали в кислородных конвертерах допускает разные подходы в плане подачи газо-воздушной смеси. Поток может направляться сверху, снизу, донным и комбинированным способами в зависимости от типа конструкции оборудования.
  • Получение проб. Выполняется замер температуры, удаляются ненужные примеси, ожидается анализ состава. Если его результаты соответствуют проектным требованиям, плавка выпускается, а если нет – вносятся корректировки.

Томасовский способ

Томасовский способ – продувка через жидкий металл воздуха, но футеровка основная и благодаря этому становится возможным удаление фосфора. Футеровка доломитовая (МgO, СаО). Применяется для переплавки в стали чугунов марок Т-1 и Т-2, содержащих повышенный % фосфора до 2,2% и серы.

В томасовском конвертере процессы окисления протекают в такой же последовательности, как и в бессемеровском, за исключением того, что в третьем периоде идет бурное окисление фосфора, за счет чего резко повышается температура стали и сталь становится более качественной и пластичной.

Для удаления Р и S в конвертер загружается 12-14% от веса заливаемого чугуна – известняк СаСО3:

– 2Р + 5FeO + 4СаО → Р2О5(СаО)4 + 5Fe

шлак

Р2О5(СаО)4 – очень прочное соединение и ценное удобрение для сельского хозяйства.

– FeS + СаО → СаS + FeО, где СаS – непрочное соединение, поэтому вводят Mn:

СаS + MnO → MnS + СаО, где MnS – не переходит в ванну, если остается, то это более тугоплавкое соединение нежели FeS + Fe (tплавл. ≈ 988°С).

В настоящее время томасовский способ в нашей стране почти не применяется, так как высокофосфористых и высокосернистых руд у нас мало.

Рассмотренные конвертерные способы выплавки стали имеют следующие преимущества:

  1. Высокая производительность (время плавки 20-30 мин.).
  2. Простота конструкций печей (конвертеров) и следовательно малые капитальные затраты.
  3. Малые эксплуатационные затраты.
  4. Не требуется при плавке специально вводить тепло, так как оно получается в конвертерах за счет реакций окисления примесей.

Недостатки:

  1. Значительный угар железа (до 13%).
  2. Невозможность переплавлять в больших количествах скрап (металлический лом).
  3. Более низкое качество стали (главный недостаток конвертирования) – например, за счет продувки воздухом в стали увеличивается содержание азота (до 0,025-0,048%), которое заметно снижает качество стали.
  4. Из-за непродолжительности процесса невозможно в конвертерах выплавлять стали сложного химического состава, а из-за невысоких температур (наибольшая tплавл. = 1600°С) невозможно добавлять тугоплавкие легирующие компоненты (W, Mo, Nb и т.д.).

Таким образом до настоящего времени конвертерное производство стали было ограничено из-за вышеизложенных недостатков. В конвертерах выплавлялись лишь простые углеродистые стали обыкновенного качества.

VI ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА

Экологические проблемы в кислородно-конвертерных цехов включают:

  • улавливание и удаление загрязняющих веществ и грязных первичных газов;
  • вторичные выбросы, связанные с загрузкой печей;
  • контроль выбросов от вспомогательных операций, таких как транспортировка расплавленного металла, сероочистка;
  • переработку и удаление собранной пыли, оксидов или шламов;
  • расположение шлаков.

В США большинство кислородно-конвертерных заводов оснащено газоочистительными системами с водяным охлаждением, вытяжкой для обслуживания основной системы. Около половины систем являются открытыми конструкциями сжигания, для полного сжигания углерода. Собранные газы охлаждают и очищают либо в мокрый скруббер, либо через сухой электростатический фильтр. Подавляющая часть систем сжигания газа США очищаются в мокрый скруббер перед расплавлением. В обоих случаях, очищенные газы должны соответствовать требованиям для АГЕНТСТВА по охране окружающей среды для твердых частиц.

Подавляющие системы сгорания обладают потенциалом для восстановления энергии, эта практика более распространенным в Европе и Японии. Тем не менее, в США, не делается никаких попыток очистки химических веществ или тепла находящихся в газе выделенном из конвертера, кроме пара. Пока это представляет собой потерю большого количества энергии (около 0,7 млн. БТЕ / т), окупаемость капитала необходимая для преобразования открытого горения, подавляющих систем сгорания, или для добавления необходимых средств сбора газа составляет более 10 лет. Кроме того, необходимость вывода из эксплуатации цехов, для внесения этих изменений не целесообразна. Созданию большинства конвертерных цехов в США, предшествовала дата энергетического кризиса 1970-х годов, но сегодня, энергия в США сравнительно дешевле, чем за границей.

Вторичный выбросы связаны с загрузкой материалов и сливания стали из конвертера, во время кислородного дутья выбросы могут быть захвачены выхлопными системами, которые обслуживают местные вытяжки, или высокой навесной вытяжкой расположенной в цехе, или др. Обычно для сбора этих утечек используется коллектор или рукавный фильтр. Кроме того, вспомогательные операции, такие как, транспортировка расплава, сероочистка или операции в ковше, как правило в металлургии, обслуживаются локальными системами

Твердые частицы, захваченные в основу системы в виде густой грязи от мокрых скребков или сухой пыли от пылеуловителей, должны быть обработаны до утилизации. Осадок от мокрых скребков требует дополнительной сушки. В отличие от пыли ЭДП, пыль или кислородно-конвертерного шлам не является опасным отходом. Если содержание цинка является достаточно низким, то она может быть использована в доменной печи или кислородном конвертере, после брикетирования или гранулирования. Многочисленные процессы по переработке твердых частиц уже используются или находятся в стадии разработки.

Конвертерный шлак обычно содержит около 5% MnO и 1% P2O5 и часто может быть переработан для доменной печи. Так как известь в стальной шлак впитывает влагу и расширяется при выветривании, его использование в качестве материала ограничено, но другие коммерческие использования развиваются, чтобы минимизировать объемы утилизации.

Различия двух способов

Вышеупомянутое производство подразделяется на бессемеровский и томасовский процессы. Различия между ними в основных составляющих футеровках конвертеров.

Бессемеровский путь выплавки стали позволяет использовать низкое содержание фосфора и серы. При томасовском способе, наоборот, чугун переплавляется посредством высокого содержания фосфора.

Суть кислородно-конвертерного производства заключается в выплавке стали посредством футеровки и продувки кислородом из жидкой чугунной основы. В обязательном порядке для этого используется водоохлаждающая форма.

Водоохлаждающая форма

В агрегатах кислород подается снизу. Этот метод наиболее распространен в России. Хотя в зарубежных странах нередко применяется и комбинированный способ продувки. В металлургии кислородно-конвертерный метод выплавки признан практически одним из самых эффективных по нескольким параметрам:

  • Воспроизведение одного сталеплавильного агрегата превышает в мощности иные способы в несколько тон.
  • В большегрузных конвертерах воспроизведение достигает порядка 500 тонн за 1 час.
  • Затратные средства значительно ниже, чем при ином производстве.
  • Довольно экономное обустройство любого цеха, даже в независимости от мощности плавильных агрегатов.
  • Простота процесса состоит в автоматизации метода выплавки стали.

Благодаря тому, что используется чистый кислород, сталь, получаемая на выходе, не имеет высокого содержания азота. Это позволяет использовать материал в широких спектрах малой промышленности

Важно и то, что сравнительная безопасность для здоровья, позволяет задействовать специалистов среднего звена

Возможность предоставить работу большему количеству населения

Особенности производства стали кислородно-конвертерным способом

Для создания стали подобным способом используется не только специальное оборудование.

В первую очередь необходимо учитывать технологические требования к подготовительным работам.

Неотъемлемой частью подобных работ является соблюдение техники безопасности. В обязательном порядке инженер по охране труда должен периодически инспектировать каждого занятого на производстве человека. При малейших изменениях условий труда необходимо проинструктировать каждого сотрудника.

Конвертерное производство посредством продувки кислородом происходит в несколько этапов:

  • в конвертер загружается металлолом;
  • заливается чугунное сырье;
  • включается продувка содержимого конвертера кислородом;
  • загружаются сливы стали, шлаки и шлакообразующие.

Процесс конвертерной выплавки стали

Каждый из этапов выполняется только в описанной последовательности с правильным учетом пропорций. В наклоненную конвертерную емкость лом любых видов металла загружается с помощью завалочных машин.

На следующем шаге специально установленные заливочные краны позволяют залить необходимое количество чугуна. После этого конвертер нужно установить вертикально и только затем начинать продувку кислородом. Частота которого не менее 99,5% О2.

Как только начинается продувка, важно загрузить часть шлаковых материалов. Весь объем которых, в том числе и железной руды, распределяется в несколько приемов

Важно соблюдать скорость их загрузки, но не позже чем через 5–7 минут после первого этапа выплавки.

Томасовский конвертер

Томасовский процесс (основная футеровка конвертера) был предложен С.Томасом в 1878 г. для переработки чугуна с высоким содержанием фосфора. Бессемеровский и томасовский конвертеры представляют собой сосуд грушевидной формы (рисунок 20), выполненный из стального листа с внутренней футеровкой. Футеровка бессемеровского конвертера кислая (динасовый кирпич), томасовского – основная (смолодоломитовая). Сверху в горловине конвертера имеется отверстие, служащее для заливки чугуна и выпуска стали. Снизу к кожуху крепиться отъемное днище с воздушной коробкой. Дутье, подаваемое в воздушную коробку, поступает в полость конвертера через фурмы (сопла), имеющиеся в футеровке днища. В цилиндри-ческой части конвертера имеются цапфы, на которых он поворачивается вокруг горизонтальной оси. Отъемное днище конвертера позволяет заменять его после выработки срока службы.

Плавка в томасовском конвертере проводится следующим образом. В конвертер загружают известь для образования основного шлака. Затем заливают томасовский чугун (1,6 — 2,0%P; <0,08%S; 0,2 — 0,6%Si), имеющий температуру 1200 – 1250 °C, и ведут продувку воздухом. Во время продувки окисляются углерод, марганец и кремний. В образующийся основной шлак удаляются фосфор и сера. Продувку заканчивают, когда содержание фосфора в металле снизится до 0,05 — 0,07%. После этого металл выпускают в ковш, куда вводят раскислители.

Рассмотренным процессам присущ большой недостаток – повышенное содержание азота в стали, вызванное тем, что азот воздушного дутья раство-ряется в металле. По этой причине бессемеровская и томасовская сталь обладают повышенной хрупкостью и склонностью к старению. Для получения стали с пониженным содержанием азота были разработаны способы продувки снизу парокислородной смесью, смесью кислорода и углекислого газа, а также продувка дутьём, обогащенным кислородом.

Однако бессемеровский и томасовский процессы и их разновидности были вытеснены кислородно-конвертерными процессами с верхней и нижней подачей дутья.

б) металлический лом

В кислородно-конвертерном процессе, лом на сегодняшний день является теплоотводом. В 20 – 25% это один из самых важных и дорогостоящих компонентов шихты.

Стальной лом доступен во многих формах. Основными категориями являются “метало-приеники”, сформированные внутри завода. С появлением непрерывного литья, количество отходов уменьшилось и это вызвало необходимость, для комбинатов, покупки лома на рынке. Плоский прокат лома, как правило, хорошего качества не влияние на химию кислородно-конвертерного процесса. Существует потеря прибыли примерно на 2% за счет цинкового покрытия на оцинкованном ломе. “Запрос лома” образуется при производстве нержавеющей продукции. Очень быстро это находит свой путь в системе переработки. Многие сталелитейные заводы имеют соглашения с производителями, чтобы купить у них металлолом. «Устаревший» или «после потребителя» лом возвращается на рынок после того, как у продукта закончился срок службы. Банки возвращаются на рынок очень быстро, но автомобили имеют среднюю продолжительность жизни до 12 лет.

Лом также поставляется в различных размерах, изменяя различный химический анализ и различные цены. Все это делает покупку и переплавку лома очень сложным вопросом. Очень большие куски металлолома могут трудно плавятся и при загрузке могут повредить конвертер. Некоторые отходы могут содержать нефть или окисленные поверхности. Устаревший лом может содержать целый ряд других объектов, которые могут быть опасными или взрывчатыми веществами. Очевидно, что химический анализ лома является неточным

Выбор лома осложняется еще и широким спектром стальной продукции. Глубоко тянущая сталь ограничивает максимальное остаточное (% Cu +% Sn +% Ni +% Cr +% Mo) содержимое менее чем 0.13%. В то время как другие продукты позволяют этому диапазону быть выше 0,80%. Поскольку эти элементы не могут быть окислены из стали, их содержание в конечном продукте может быть уменьшено путем разбавления с очень высокой чистоты ломом или расплавленного металла. Использование низкой остаточности жидкого чугуна в конвертере, с присущей ей эффективностью разбавления, является одной из особенностей, отличающих кислородно-конверторный процесс от электросталеплавильного.

в) потоки

У потоков две важные цели. Сначала они сочетаются с SiO2 который окисляется от горячего металла с образованием “базового” шлака, который жидкий при определенной температуре. Этот шлак поглощает и удерживает серу и фосфор из расплава металла.

Известь (95 +% CaO) и доломита (58% СаО, 39% MgO) являются двумя основными потоками. Они получаются путем обжига карбонатных минералов, во вращающихся печах. Прокаливание CaCO3 и MgCO3 освобождает CO2 оставив CaO или MgO. Есть два типа обожженной извести, “мягкая” и “жесткая”. Кусок мягкой обожженной извести быстро растворяется в стакане воды с выделением тепла. При сжигании жесткий материал просто остается там. Мягкие сожженные потоки образуют шлаки быстрее, чем сожженные жесткие и этот краткосрочной дует цикла чрезвычайно важнен для эффективного удаления серы и фосфора. Количество извести изымается в зависимости от содержания кремния в чугуне.

В сталеплавильном кислородно-конвертерном производстве высокое CaO/SiO2 соотношение шлака желательно.

Опорные кольца и цапфа

Конвертер располагается на роликовых подшипниках, которые фиксируются на станине. Конструкция может быть и стационарной, но это встречается редко. Обычно на этапах проектирования определяется возможность транспортировки или перемещения агрегата в тех или иных условиях. Именно за эти функции отвечает оснастка в виде опорных колец и цапфы. Группа подшипников обеспечивает возможность кручения оборудования вокруг оси цапф. Прежние модели конвертеров предполагали совмещение несущей оснастки и корпуса плавильного оборудования, но из-за воздействия высоких температур и деформации вспомогательных материалов это конструкционное решение было заменено более сложной, но надежной и долговечной схемой взаимодействия функционального блока и емкости.

Современный кислородный конвертер, в частности, обеспечивается отдельным опорным кольцом, в структуру которого также вводятся цапфы и закрепленный кожух. Технологический промежуток между кожухом и опорной базой предотвращает негативное температурное воздействие на чувствительные элементы подвесок и передвижных механизмов. Непосредственно система фиксации конвертера реализуется за счет упоров. Само же опорное кольцо представляет собой несущее устройство, сформированное двумя полукольцами и цапфовыми плитами, закрепленными в узлах стыковки.

Планирование процесса

Принципиально важно и перед каждой плавкой осуществлять детальное планирование всех оптимальных условий. Они включают в себя:

  • расход чугуна и лома;
  • уровень подачи кислорода в фурму;
  • приблизительные расчеты по концентрации фосфора, серы и шлаков;
  • анализ окончательной массы стали и заданных объемов отходов.

Удельная интенсивность выплавки стали кислородным способом в конвертерах позволяет производить высокие объемы сырья при минимальных нагрузках на ход процесса. Немаловажную роль здесь играет фактор проектирования и выбора сопутствующих условий, а также организации технологии производства.

Высококачественную сталь в стране получают не только на огромных заводах, но и на территории малых помещений, для эффективного производства требуется необходимая мощность агрегатов и квалифицированные специалисты.

Производство стали в кислородных конвертерах — Металлы, оборудование, инструкции

Важно отметить, что кислородно-конвертерный способ производства стали имеет ряд особенностей, связанных с технологическими тонкостями, в процессе всего производства. Значительные затраты на конвертерное производство оправдывают окупаемость во время эксплуатации любых изделий, особенно из стали, выплавленной таким путем

Основные нюансы процесса

Согласно технологическим особенностям, конвертерный способ подразделяется на две разновидности:

  • Конвертерные процессы с донным воздушным дутьем – бессемеровский и томасовский процессы.
  • Кислородно-конвертерный процесс с продувкой кислородом сверху и снизу.

При воздушном дутье, залитый в конвертерах чугун, продувают снизу воздухом. Благодаря тому, что частицы воздуха окисляют любые примеси чугуна, происходит повышение температуры стали вплоть до 1,6 тыс. градусов. Именно это тепло и превращает чугун в сталь.

Ведущие принципы выплавки качественной стали

Согласно статистическим показателям каждая десятая тонна выплавленной стали в мире получается в результате кислородно-конвертерного способа при донной продувке.

Весь процесс при низких производственных затратах и адекватных условиях для хода работ, способствует выплавки высококачественной стали. Уникальные технологические мощности конвертерных агрегатов позволяют использовать различные составы сплавов, кроме самого жидкого чугуна.

Определенный интерес в промышленности к этому способу вызван и широким его применением еще с 60-х годов прошлого столетия. Основной типовой ряд емкостей конвертерных агрегатов установлен еще при Советском Союзе. Огромные сосуды представлены в грушевидной форме и имеют объемный ряд от 50 до 400 тонн.

Одним из ведущих принципов производства стали в кислородных конвертерах является их проектирование емкостью от 400 до 4,3 тыс. тонн и минимальной высотой 6–8 метров. Слишком низкие агрегаты провоцируют выбросы вспенивающегося металла через узкие горловины. Подобный факт негативно сказывается на всем процессе производства и на качестве самой стали на выходе.

Планирование процесса

Принципиально важно и перед каждой плавкой осуществлять детальное планирование всех оптимальных условий. Они включают в себя:

  • расход чугуна и лома,
  • уровень подачи кислорода в фурму,
  • приблизительные расчеты по концентрации фосфора, серы и шлаков,
  • анализ окончательной массы стали и заданных объемов отходов.

Удельная интенсивность выплавки стали кислородным способом в конвертерах позволяет производить высокие объемы сырья при минимальных нагрузках на ход процесса. Немаловажную роль здесь играет фактор проектирования и выбора сопутствующих условий, а также организации технологии производства.

Высококачественную сталь в стране получают не только на огромных заводах, но и на территории малых помещений, для эффективного производства требуется необходимая мощность агрегатов и квалифицированные специалисты.

Принцип бессемеровского способа

Впервые массовое получение жидкой стали стало возможным в 1856 году благодаря Г. Бессемеру – изобретателю из Англии. Он придумал, как нагреть металл до температуры, превышающей 1500°С. Именно такая температура необходима для того, чтобы расплавить металл с пониженным содержанием углерода.


Схема конвертера и основные периоды плавки

Бессемеровский процесс предусматривает продувку расплава атмосферным воздухом. Для этих целей применяются конвертеры, у которых внутренняя часть камеры сгорания защищена динасовым кирпичом. Благодаря такой защите бессемеровский способ называют кислой футеровкой конвертера.

Плавка в бессемеровском сталеплавильном агрегате осуществляется путем заливки чугуна при температуре 1250–1300°С. Следует заметить, что для выплавки бессемеровских чугунов требуются железные руды с низким содержанием серы и фосфора.

Залитый чугун продувают воздухом, в результате чего происходит окисление углерода, марганца и кремния. При окислении образуются оксиды, формирующие кислый шлак. Продувку воздухом заканчивают после того, как углерод окислится до требуемых значений.

Далее металл через горловину сливают в ковш, попутно его окисляя. У такого способа присутствует один существенный недостаток, заключающийся в невысоком качестве конечного продукта, который получается слишком хрупким за счет неполного удаления серы и фосфора.

Заключение

Плавка в конвертерных сооружениях считается морально устаревшей техникой, но ее продолжают использовать по причинам оптимального сочетания производительности и финансовых затрат на обеспечение процесса. В немалой степени востребованности технологии способствуют и конструкционные достоинства применяемого оборудования. Та же возможность прямой загрузки лома металла, шихты, шлама и других отходов, хоть и в ограниченном объеме, расширяет возможности для модификации сплава. Другое дело, что для полноценной эксплуатации крупногабаритных конвертеров с возможностями поворота требуется организация соответствующего помещения на предприятии. Поэтому осуществляют выплавку с кислородной продувкой в больших объемах преимущественно крупные компании.

Поделитесь в социальных сетях:vKontakteFacebookTwitter
Напишите комментарий

Adblock
detector