Кислородно – конвертерное производство стали

1. КИСЛОРОДНО –  КОНВЕРТЕРНОЕ ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ

В статье приводится краткая история конвертерного  производства, основные технические  характеристики , особенности конвертерной плавки и требования к оборудованию.На примере существующего цеха рассмотрены  его устройство, назначение основных механизмови машин. Подробно рассмотрены  грузопотоки конвертерного цеха. Вцелом данный материал носит познавательный характер и будет полезна всем.

Впервые в мировой практике продувка чугуна кислородом была осуществлена инж. Н. И. Мозговым на машиностроительном заводе «Большевик» в г. Киеве  в 1933 году. В период 1937 – 39 гг. в АН УССР была проведена серия опытов по продувке кислородом чугуна в ковшах с целью снижения содержания кремния, марганца и углерода. В 1944 г. продували  чугун кислородом в конвертерах  на Мытищинском машиностроительном заводе «Динамо», а за период 1944 – 52 годы экспериментировали продувку кислородом конвертеров вместимостью до 12,5 т  различными способами: боковым, донным и подачей сверху. В 1945 г. был пущен  первый кислородный конвертер на Тульском машиностроительном заводе, а в 1955 – 1957 гг. введены в строй  конвертерные печи на Днепропетровском и Криворожском металлургических заводах.

Большой вклад в развитие кислородного способа производства стали внес коллектив ЦНИИЧМ под  руководством акад. И. П. Бардина. В зарубежной практике начали применять кислород в конвертерном производстве в Австрии (фирма «Фёст») с 1949 г.

В последние годы кислородно-конвертерный способ получения стали стал ведущим, вытеснив ранее господствовавший мартеновский способ, и обеспечивает выплавку большей  части мирового производства стали.

Первоначально предполагалось выплавлять в кислородных конвертерах  рядовые углеродистые стали, в основном низкоуглеродистые для производства тонкого листа. Теперь этим способом выплавляют высокоуглеродистые и легированные стали, не уступающие мартеновской соответствующих  марок. Он развивается такими прогрессирующими темпами, которых не знала сталеплавильная  промышленность.

Увеличение производства стали будет происходить и  дальше благодаря строительству  новых мощных кислородно – конвертерных и электросталеплавильных цехов  при полном прекращении строительства  мартеновских печей.

Такое изменение структуры  сталеплавильного производства диктуется  значительными технико-экономическими преимуществами кислородно-конвертерного  способа выплавки стали по сравнению  с мартеновским: более высокая  производительность на единицу выплавляемой стали, меньшие капитальные затраты, более благоприятные условия  для механизации и автоматизации производственных процессов и совмещения процесса выплавки стали с ее непрерывной разливкой.

Развитие конвертерного  способа производства стали идет по пути увеличения единичной вместимости  конвертеров с одновременным  повышением интенсификации работы и  расширением сортамента выплавляемой стали.

Производительность большегрузного кислородного конвертера в несколько  раз превышает производительность самых мощных мартеновских печей; например, производительность одного конвертера вместимостью 400 т превышает производительность 600-т мартеновской печи в 8 – 10 раз. Современный  конвертерный цех с тремя-четырьмя конвертерами вместимостью по 400 т каждый, два-три из которых работают непрерывно, при автоматизации и механизации  производства может выдавать плавки с циклом 35 – 40 мин, что соответствует  производительности 12 – 20 млн. т в  год.

При создании мощных кислородно-конвертерных цехов важно выбрать оптимальную  вместимость агрегата, что решается технико-экономическими расчетами. С  увеличением вместимости конвертеров  показатели работы цеха улучшаютсяю

Лучшими технико-экономическими показателями обладают конвертеры вместимостью 400 т. Дальнейшее повышение вместимости  конвертеров будет зависеть в  значительной степени от создания высокопроизводительных машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).

В металлургии применяют  несколько способов подачи кислорода  в конвертер и ведения технологического процесса.

Способ продувки ванны  кислородом сверху получил название кислородно-конвертерного; в настоящее  время он применяется наиболее широко и обладает большой технологической  гибкостью. Шихту (лом и жидкий чугун), загруженную в конвертер, подвергают продувке технически чистым кислородом через фурму, которая вводится сверху по оси конвертера. Изменением положения  фурмы и давления кислорода можно  в широких пределах управлять  процессами расплавления шихты, усвоения кислорода расплавом, окисления  фосфора и углерода, шлакообразования. Эффективность кислородно-конвертерного  процесса зависит от решения следующего комплекса вопросов: улучшение подготовки лома и ускорение его завалки; сокращение длительности цикла плавки; интенсификация продувки с применением  многоструйных фурм; освоение передела низкомарганцовистого чугуна; широкое  применение систем автоматического  управления плавкой и цехом в  целом; усовершенствование газоочистки. К недостаткам способа относится  невозможность увеличения доли металлолома  в шихте, большой угар (до 13 – 19 %) и дымообразование при продувке.

Технологический процесс  производства стали в кислородных  конвертерах требует большого количества мягкообожженной извести. Ее расход составляет порядка 80 кг на 1т стали. Обжиг известняка с целью получения  конвертерной извести производят в  обжиговых печах трех типов –  шахтных, вращающихся барабанных и  кипящего слоя. Для мощных кислородно – конвертерных цехов известь  производят в специализированных известково-обжи-гательных  отделениях, оснащенных вращающимися и шахтными обжиговыми печами.

Кратко рассмотрим другие кислородно-конвертерные процессы, имеющие  ограниченное применение.

В процессе «Ротоверт» кислород подается фурмой, направленной на верхнюю  часть параболоида поверхности  ванны, а массо-перенос в ванне  обеспечивается вращением конвертера вокруг вертикальной оси с частотой до 85 об/мин. Процесс пока не получил  промышленного применения.

Роторный процесс предусматривает  подачу кислорода двумя фурмами  через отверстие в торце медленно вращающегося вокруг горизонтальной оси  сталеплавильного агрегата (частота  вращения до 4 об/мин). Применения этот способ не получил из-за низкой производительности.

Процесс Кал – До осуществляется в конвертере, вращающемся вокруг наклоненной под углом 17 – 20°  к горизонту оси с частотой до 40 об/мин. Водоохлаждаемая фурма  для подачи кислорода наклонена  к зеркалу расплава под углом 3 – 5°. Широкого применения процесс  не получил по причине малой производительности, повышенного расхода кислорода  и больших капитальных затрат.

Кислородно-конвертерный процесс  с донным дутьем заключается в  продувке расплава через фурмы, установленные  в днище конвертера, струями кислорода, окруженными кольцевыми струями  защитного газа. Преимущество этого  процесса заключается в повышении  допускаемого содержания лома в шихте, увеличении выхода годного и, что  самое главное, возможности установки  этих конвертеров в существующих зданиях мартеновских и томасов-ских цехов при низких капиталовложениях. Недостатки конвертеров с донным дутьем: низкая стойкость футеровки  днищ, невозможность остановить продувку на заданном содержании углерода, сложность  конструкции днищ удорожание эксплуатации.

Производительность  конвертерного цеха

При установке трех конвертеров  из которых два постоянно работают, а один в ремонте 'продолжительность  работы одного конвертера,:составит /„ = 365 – 0,66 сут в год.

Годовое количество плавок /одного конвертера пк == 1440/„//п (1440 –  число минут в сутках).

Продолжительность плавки tn ориентировочно принимают в зависимости  от вместимости конвертера

Годовая производительность двух работающих конвертеров, т

где kr — коэффициент, учитывающий  потери жидкой стали в процессе разливки (при разливке на МНЛЗ kf = 0,95).

2. ГРУЗОПОТОКИ  И УСТРОЙСТВО ЦЕХОВ

Основные грузопотоки  цеха

В системе грузопотоков конвертерного  цеха различают следующие основные линии: подачи и загрузки лома в конвертер; доставки и заливки жидкого чугуна; подачи, дозирования и загрузки сыпучих  шлакообразующих материалов; подачи кислорода; доставки, дозирования, нагрева  и подачи ферросплавов в сталеразливочные ковши; приема, транспортирования и  разливки стали; уборки и переработки  шлака.

Схема основных грузопотоков конвертерного цеха показана на рис. III.1. Металлолом подают железнодорожным  транспортом в отделение / магнитных  материалов и загружают в приемные бункера. Совки заполняют металлоломом магнитогрейферными кранами 28. Груженые совки взвешивают и устанавливают  на скраповоз 1, подающий их на рабочую  площадку или в загрузочный пролет. Завалку металлолома в конвертер 3 осуществляют загрузочной машиной 4.

Подачу и заливку жидкого  чугуна в конвертер производят двумя  способами, определяющимися типом  применяемых миксеров – стационарных или передвижных.

Рисунок 1 – Схема  грузопотоков

В первом случае чугун доставляют в ковшах чугуновозов 13 из доменного  цеха в миксерное отделение IV и  краном сливают в стационарный миксер 12. При необходимости чугун выдают из миксера в ковш самоходных чугуновозов 11, транспортирующих его в загрузочный  пролет к конвертерам. Заливку чугуна производят заливочным краном 10. Во втором случае чугун подают передвижными миксерами 14 в отделение перелива IV, в котором  осуществляют заполнение заливочных ковшей. Транспортирование ковшей в главный  корпус производят самоходными чугуновозами 15, заливку чугуна – заливочными  кранами 10.

Сыпучие материалы доставляют в шихтовое отделение // немагнитных  материалов железнодорожным или  автомобильным транспортом. Материалы  из железнодорожных полувагонов 30 разгружают в приемные бункера 29 с последующей  выдачей электровибрационными питателями. Подачу материалов в расходные бункера 9 конвертерного корпуса /// осуществляют наклонным конвейерным трактом 7 и реверсивными передвижными конвейерами 8. Система 6 весового дозирования и  подачи, состоящая из вибропитателей, весовых дозаторов, конвейеров, промежуточных  бункеров и течек, обеспечивает загрузку определенных порций шлакообразующих  материалов в конвертер в процессе плавки.

Подачу технически чистого  кислорода в конвертер производят машиной 5 через кислородную фурму. Снабжение осуществляется по магистрали из кислородного цеха.

Доставку ферросплавов в  главный корпус цеха осуществляют автомобильным  или железнодорожным транспортом  в контейнерах либо используют конвейерный  тракт подачи сыпучих материалов. В первом случае контейнеры с ферросплавами  разгружают краном в расходные бункера 16. Взвешенные порции ферросплавов нагревают  в камерных печах 17 и по течке 18 подают в сталеразли-вочный ковш на сталевозе. Во втором случае ферросплавы поступают  в железнодорожных вагонах в  отделение ферросплавов, непосредственно  примыкающее к отделению сыпучих  материалов. Из приемных бункеров ферросплавы  выдают на ленточные конвейеры тракта подачи сыпучих материалов, заполняющие  расходные бункера в главном  корпусе.

В конвертерных цехах применяют  два основных способа разливки –  в изложницы, установленные на тележках, и на машинах непрерывного литья  заготовок (МНЛЗ). Во всех случаях сталь  сливают из конвертера в сталеразливочный ковш, установленный на сталевозе 19. По первому способу ковш со сталью передают сталевозом в отдельное  разливочное отделение V или в  разливочные пролеты, примыкающие  к главному корпусу. Изложницы заполняют  жидким металлом из ковша, перемещаемого  разливочным краном 20 над составом 21 с изложницами. После затвердевания  и полной кристаллизации слитков  составы с изложницами подают локомотивом в стрипперное отделение VI для снятия прибыльных надставок  и подрыва слитков с уширением  кверху. Изложницы с уширением  книзу снимают с тележек и  направляют на подготовку к следующему наливу. Все операции выполняют стрипперным  краном 22. Затем состав подают в нагревательное отделение VII обжимного стана, в котором  слитки устанавливают в нагревательные колодцы, а состав с изложницами  направляют на душирующую установку VIII. После охлаждения изложницы поступают  в отделение IX чистки и смазки, а  затем в отделение X подготовки составов, где осуществляют уборочные работы и установку на тележки поддонов, центровых, прибыльных надставок и  т. д. Подготовленные составы вновь  подают в разливочное отделение. Изложницы совершают замкнутый  цикл работы и подготовки.

По второму способу  сталеразливочный ковш подают сталевозом в отделение V непрерывного литья  и устанавливают разливочным  краном на стенд 23. Заготовки, получаемые на МНЛЗ 24, поступают в прокатный  цех.

Шлак из конвертера сливают  в ковш самоходного шлаковоза 2 и  передают сначала в шлаковый пролет главного корпуса для перестановки чаши на уборочный шлаковоз 26, а затем  направляют в шлаковое отделение XI для охлаждения и последующего дробления  ударами бабы, поднимаемой краном 27. Переработанный шлак отгружают в  отвал думпкарами 25.

Устройство конвертерных цехов

Рассмотрим'Конвертерный цех  с двумя конвертерами вместимостью 300 – 350 т. В состав такого цеха входят главный (конвертерный) корпус и ряд  отделений, тесно связанных с ним единым технологическим процессом и расположенных в отдельных зданиях. К ним относятся отделения: перелива чугуна, металлошихтовое, разливочное, шлаковое и дымососное. Кроме того, цех обслуживают вспомогательные отделения – раздевания слитков, охлаждения, чистки и смазки изложниц, подготовки составов.

Жидкий чугун поступает  в конвертерный цех в передвижных  миксерах вместимостью 420 и 150 т. Первые служат для доставки чугуна по внутризаводским  путям из доменного цеха в конвертерный, вторые – по железнодорожной магистрали с соседнего завода. В отделении  перелива чугун из миксеров сливается  в заливочные ковши, которые самоходными  чугуновозами грузоподъемностью 350 т  по чугуновозной траншее подаются в  главный корпус. Здесь же выполняются  вспомогательные операции – взвешивание  металла на платформенных весах, взятие проб и замер температуры  жидкого чугуна. Отделение оборудовано  системами удаления газов и графита. Помимо специализированного отделения, в главном корпусе предусмотрен участок перелива чугуна из передвижных  миксеров в заливочные ковши.