Сталеплавильное производство

    Q₂́ = [1,331·1300+351,62+2,496(1620-1300)] · 8,4367 = 24303,1 кДж

    2.17.2.3 Кількість тепла , що уноситься газами , які відходять . Приймаємо температуру газів, що відходять 1450°С. Тоді с газами втрачається тепла:

                                  СО₂         3407,4 · 0,7327 = 2496,6

                                  СО          2118,12 · 5,0064 = 10604,2

                                  Н₂О       2645,55 · 0,1196 = 316,4

                                  O₂        2210,21 · 0,2052 = 453,5

                                  N₂          2088,8 · 0,0236 = 49,3

    Q₃́ = 2496,6 + 10604,2 + 316,4 + 453,5 + 49,3 = 13920,0 кДж

    2.17.2.4 Тепло, що втрачається з корольками заліза і викидами:

    Q₄́ = 0,837 · 1620 · 1,9931 = 2702,5 кДж

    2.17.3 Статті приходу і витрат тепла  зводимо до таблиці теплового  балансу .

    Таблиця 2.12 – Тепловий баланс

Складаємо всі статті приходу і витрат тепла . В даному випадку прихід тепла  менш ніж витрати . Необхідно збалансувати баланс . Нехватка тепла складе

172999,6 – 159106,9 = 13892,7 кДж

Таким чином  необхідно додати тепла у кількості  13892,7 кДж , розраховуємо необхідну кількість коксику

К_д.п. = 13892,7 / 25116 = 0,5531 кг

де 25116 – теплота  згорання коксового дріб´ язку .

Таким чином , на 100 кг металічної шихти необхідно  внести у якості додаткового палива 0,5531 кг коксового дріб ´язку. На 1т стали це складе :

10 · 0,5531 = 5,531 кг

На всю плавку при ємності конвертеру 300 т необхідно коксового дріб ´язку:

300 · 5,531 = 1659,3 кг 
 
 
 
 

3 ТЕХНОЛОГІЯ ВИРОБНИЦТВА  СТАЛІ В КИСНЕВОМУ  КОНВЕРТЕРІ З ВЕРХНІМ  ДУТТЯМ

3.1 Хід плавки

Плавка  в кисневому конвертері включає наступні періоди:

- завантаження брухту .Сталевий брухт завантажують у нахилений конвертер совками. Їхній обсяг , для уникнення збільшення тривалості завалки, розраховують таким чином , щоб завантаження забезпечувалося одним - двома совками. Щоб уникнути пошкодження футеровки брухт у совки укладають так, щоб при завантаженні в конвертер першим попадав легковагий брухт. Після завантаження брухту в конвертер для прискорення шлакоутворення найчастіше завантажують вапно (до 60% від загальної витрати на плавку ).

-  заливання чавуну . Рідкий чавун з температурою 1350 – 1450 ^оС заливають у нахилений конвертер одним ковшем.

 - продувка. Після заливання чавуну , конвертер повертають у вертикальне положення, уводять кисневу фурму й, включаючи подачу кисню, починають продувку. Фурма протягом продувки знаходиться на висоті 3,8 – 4,8м від рівня ванни в спокійному стані, причому для прискорення шлакоутворення продувку починають при підвищеному положенні фурми, а через 2 – 4хв. її опускають до оптимального положення (у один або декілька прийомів).

Протягом  першої третини тривалості продування в конвертер декількома порціями (частіше двома - трьома) завантажують решту; першу порцію вапна завантажують після «запалювання» плавки; разом з першою порцією вапна вводять плавиковий шпат і іноді інші флюсуючи добавки. Продувка до заданого вмісту вуглецю в металі триває 12 – 18хв. залежно від прийнятої цеху інтенсивності продувки, що перебуває в межах 2,5 – 5м³/(т · хв.).

3.2 Режим дуття

Тиск  кисню. Кисень уводять у конвертер через фурму з вихідними соплами Лаваля, що перетворюють енергію тиску газу в кінетичну, і забезпечують швидкість струменів на виході з сопла 500 – 550м/с при статичному тиску, близькому до атмосферного. Така швидкість необхідна для проникнення струменів у ванну і повного засвоєння кисню. Розміри сопел, що забезпечують такий режим, визначають розрахунком.

Зміни тиску кисню перед соплом у порівнянні з розрахунковим, веде до порушення розрахункового режиму роботи сопла. При підвищенні тиску зростають швидкість і тиск на виході із сопла (недорозширення струменя), що викликає пульсацію струменю, що передається ванні; при зниженні тиску виникає розрідження на виході із сопла (перерозширення струменя), що викликає підсмоктування крапель металу та шлаку і швидке зношення сопел. Як видно з даних

рис. 3.1, при тиску кисню перед соплом менше 1,0 – 1,2 МПа , невеликі його зміни викликають істотну зміну швидкості кисневого струменя, тобто розрахункового режиму роботи сопла. При більших тисках ці коливання незначні, тому тиск кисню перед соплом має бути >1,2 МПа. Оскільки втрати напору (тиску) в кисневопідводному шлангу й фурмі , як правило , становлять 0,4 – 0,7 МПа, тиск в киснепроводі має бути >1,6 МПа (частіше складає 1,6 – 2,0 МПа). 

Рис . 3.1-  Залежність швидкості витікання кисню V  сопла від тиску дуття перед соплом Р_д.

    Питома  витрата кисню, тобто витрата на 1т виплавленої сталі (м³/т) , визначається кількістю складових чавуну , що окислюються за час продувки , і сталевого брухту . Він змінюється в межах 47- 60м³/т сталі, зростаючи при збільшенні вмісту домішок, що окислюються і знижується при збільшенні долі сталевого брухту в шихті, оскільки брухт містить менше елементів, що окислюються, чим чавун.

    Витрата кисню в одиницю часу (м³ / хв) зазвичай тим вище, чим більше місткість конвертера і для великовантажних конвертерів досягає 1500 –2000м³/хв. Збільшення витрати кисню досягають шляхом збільшення у фурмі числа і діаметру сопл Лаваля.

    Інтенсивність продування J [м³/(т.хв)] не залежить від місткості конвертера і зазвичай є постійною в умовах того або іншого конвертерного цеху. Вона перебуває в межах від 2,5 до 5 – 6 м³/(т.хв).

Допустимий  рівень інтенсивності продування тим  вище, чим більше питомий об'єм конвертера, відношення Н/d (висота робочого об'єму  до діаметру), число сопел у фурмі n залежить також від особливостей технології процесу. При технології, що існує в цеху, і розмірах конвертера збільшення інтенсивності продувки без виникнення при цьому викидів можна досягти, збільшуючи число сопел в кисневій фурмі. Аби при збільшенні інтенсивності продувки (наприклад, від J1 і J2) рівень спінювання ванни, а отже, іомовірність виникнення викидів, залишалися на колишньому рівні, між величинами J і числом сопел у фурмі n повинно дотримуватися наступне співвідношення:

, де b = 0,7 – 1,0

Число кисневих струменів (число сопел у фурмі) прагнуть збільшити, оскільки це дозволяє збільшити витрату кисню (інтенсивність продувки) без появи викидів і забезпечує більш м´яку продувку з швидшим збагаченням шлаку оксидами заліза, що прискорює шлакоутворення. В той же час при збільшенні числа сопел, аби уникнути злиття кисневих струменів, доводиться збільшувати кут нахилу струменів (осі сопел) до вертикалі. При такому збільшенні кисневі струмені наближаються до футеровки стін і в конвертерах малої місткості (з малим діаметром робочого об'єму), це викликає підвищений знос футеровки. У зв'язку з цим в невеликих конвертерах число сопел фурми менше, ніж у великовантажних. 

Підвищення  висоти фурми на початку продувки. Зазвичай для прискорення шлакоутворення продувку починають при підвищеному положенні фурми (4,8 – 2,5м від рівня ванни в спокійному стані), а потім через 2 – 4хв. цю відстань знижують в один або декілька прийомів до оптимального.

Короткочасний підйом фурми використовують у ряді цехів для запобігання згортанню  шлаку. В період можливого згортання (затвердіння) шлаку фурму піднімають на 0,2 – 0,3м, що наводить до збагачення шлаку оксидами заліза і розрідження  шлаку.

Зменшення тиску і витрати кисню так  само, як і підйом фурми викликає зменшення заглиблення кисневих струменів у ванну і в результаті цього шлак збагачується оксидами заліза. Подібний прийом регулювання окисленості шлаку також інколи застосовують в деяких цехах.

Циклічна  зміна витрати  кисню. На ряду заводів освоєний режим продувки, при якому через певні проміжки часу по черзі збільшують і зменшують витрату кисню, що подається через фурму, в межах 10 – 20% від його максимальної витрати; періодичність циклічних змін складає від 20сек до 1хв. На рис. 3.2 показаний один з вживаних на НЛМК режимів циклічної продувки, при цьому на початку продувки витрату кисню змінюють з періодом 20с, поступово збільшуючи його до кінця продування до 90с.

Рис.3.2- Графік зміни витрати кисню Q_О2 при циклічній продувці (- тривалість продувки)

Циклічну  зміну витрати кисню припиняють при вмісті в металі 0,1 – 0,2% С, оскільки після зниження швидкості окислення  вуглецю при циклічній продувці відбувається збільшення вмісту азоту в металі (в результаті розчинення підсмоктуваного в конвертер азоту).

Циклічна  продувка стабілізує процес окислення вуглецю, виключаючи коливання швидкості окислення і у зв'язку з цим зменшує вірогідність викидів, веде до зниження окисленості металу і шлаку, декілька підвищує вихід рідкої сталі, і викликає підвищення стійкості футеровки конвертера.

3.3 Реакції окислювання

У процесі  продувки подаваний у конвертер  кисень, окислює надлишковий вуглець, а також кремній, велику частину марганцю й деяку кількість заліза. Окислення домішок рідкого металу – вуглецю, кремнію і марганцю, можна представити наступними результуючими реакціями:

[С] + ½  О₂ = СО,              (3.1)

[Si] + О₂ = (SiO₂),             (3.2)

[Mn] + ½  О₂ = (MnO).      (3.3)

Однак у результаті безпосередньої взаємодії з газоподібним киснем окислюється лише незначна частина домішок. Окислення більшої частини домішок протікає за двостадійною схемою: спочатку в підфурменій зоні контакту кисневого струменя з металом окислюється залізо: Fe + ½ O₂ = FeO (його окислення пояснюється тим, що концентрація заліза в декілька десятків разів вища за концентрацію інших елементів, тому із киснем ,що вдувається, насамперед контактують атоми заліза); FеO, що утвориться, розчиняється частково в металі:

FеO [O] + Fe і частково в шлаці: FеO (FеO). Потім протікає друга стадія – окислення вуглецю, кремнію, марганцю, киснем, розчиненим в металі [O] і шлаку (FеO). Відповідно окислення, наприклад, вуглецю йде за наступними схемами:

а) Fe + ½ O₂ = (FeO);        [C] + (FeO) = СО + Fe; (3.4)

б) Fe + ½ O₂ = [O] + Fe;    [C] + [O] = СО. (3.5)

Таким чином, для продувки в конвертері характерне пряме окислювання заліза в зоні контакту кисневого струменя з металом (в «первинній підфурменій зоні») і окислювання інших складових металу в результаті вторинних реакцій на межі з первинною реакційною зоною й в решті ванни.

Окислення кремнію і марганцю так само, як і вуглець, починається з моменту подачі кисню (рис. 3.3), причому весь кремній і велика частина марганцю окислюються в перші хвилини продувки. Більш швидше їх окислення в порівнянні з вуглецем пояснюється тим, що при порівняно низьких температурах на початку продувки (1300 – 1450⁰С) кремній і марганець мають більшу хімічну спорідненістю до кисню, ніж вуглець.

Окислення кремнію закінчується в перші 3 – 5хв. продувки й надалі по ходу плавки рідкий метал практично кремнію не містить. Реакція окислювання кремнію протікає до його повної витрати і є незворотньою, оскільки продукт окислювання SiO₂ (кислотний оксид) зв'язується в основному конвертерному шлаку в міцне з'єднання 2СаО • SiO₂ .