Технология плавки в двухванных сталеплавильных агрегатах
Процесс в двухванных печах по существу является определенным сочетанием отдельных элементов технологии плавки стали в мартеновских печах и кислородных конвертерах. Однако этот процесс отличается от мартеновского и конвертерного тем, что для нормальной работы агрегата необходима постоянная синхронность работы обеих ванн, требуется строгое соблюдение графика проведения операций в каждой ванне. Примерный график совмещения основных операций и их продолжительности приведен на рисунке 11.
На двухванных печах (садка каждой ванны 250-300 т) общая продолжительность цикла в одной ванне 3-4 ч, т. е. плавки выпускаются из печи с промежутками в 1,5-2 ч.
Заправка печи проводится для восстановления изношенных за время плавки участков наварки ванны, передней, задней и разделительной стенок. Поскольку ванна двухванных печей более глубокая, углы наклона стенок и откосов больше, чем у мартеновских печей, то ее износ более интенсивный. В связи с этим продолжительность заправки двухванных печей несколько больше продолжительности заправки мартеновских печей.
Завалка шихтовых материалов. Твердую часть шихтовых материалов обычно составляют лом и флюсы (главным образом известь). Чаще все количество флюсов, расходуемых на плавку, вводят во время завалки, так как присадка части по ходу плавки (после расплавления ванны) требует прекращения продувки и удлиняет этот период. Твердые окислители не применяют или применяют в ограниченном количестве, чтобы уменьшить эндотермический процесс окисления углерода кислородом оксидов железа. Этим достигается повышение расхода лома в шихту.
Прогрев шихты (лома) в двухванных печах осуществляется преимущественно теплом реакции окисления СО до СО2. Прогрев лома тем лучше, чем больше продолжительность этого периода, поэтому если предыдущий период — завалка затягивается, то на нагрев остается меньше времени. Температура нагрева лома, по крайней мере верхних его слоев, должна быть не ниже температуры затвердевания чугуна (1100-1150°С). При заливке чугуна на недостаточно прогретую шихту происходит «закозление» его, и период продувки начинается ненормально: вдуваемый кислород плохо усваивается ванной, реакции окисления примесей, в том числе и углерода, протекают медленно; преимущественно окисляется железо, и в шлаке накапливается большое количество оксидов железа. Это приводит, во-первых, к удлинению второй половины плавки и снижению производительности печи; во-вторых, может вызвать выброс шлака и металла из печи вследствие возможного скачкообразного роста скорости окисления углерода кислородом оксидов железа, накопленным в шлаке в начале продувки, когда металл и шлак нагреты и приобретают нормальную жидкоподвижность. Перегрев лома также недопустим, так как при перегреве в ванне накапливается большое количество жидких оксидов железа. При заливке чугуна эти оксиды железа вызывают бурное окисление углерода чугуна, что тоже может привести к выбросу металла и шлака из печи. Вследствие кратковременности (0,5-0,7 ч) и непослойного прогрева среднемассовая температура шихты обычно составляет 700-800°С, что ограничивает расход лома.
Заливка чугуна в двухванных печах является периодом, соответствующим середине плавки. Продолжительность периода заливки чугуна определяется организационными возможностями. Обычно чугун к двухванным печам подают в двух ковшах, поэтому продолжительность его заливки значительно больше, чем в конвертерных цехах, и обычно достигает >25 мин. Кроме того, в конвертер чугун заливают на холодный лом, и нет опасности бурного окисления углерода, поэтому допустима высокая скорость заливки. В двухванных печах лом в ванне перед заливкой чугуна прогрет и имеется определенное количество жидких оксидов железа, поэтому заливку чугуна необходимо производить осторожно с малой скоростью.
Продувка ванны кислородом, основная технологическая операция плавки, начинается с момента заливки чугуна и, как правило, ведется без остановки до достижения заданного содержания углерода. Режим продувки характеризуется интенсивностью подачи кислорода и положением фурм.
Удельная интенсивность подачи дутья в двухванных печах обычно колеблется в пределах 0,4-0,6 м3/(т мин), но может достигать > 1 м3/(т мин). По ходу плавки, как правило, интенсивность подачи дутья не изменяют. При нормальной продувке фурмы опускают в шлак, стараясь держать их концы на границе шлак-металл, в этом случае улучшается усвоение кислорода, уменьшается разбрызгивание шлака и металла, нет опасности прогара фурмы. Однако в отдельные моменты плавки одну или две фурмы поднимают выше уровня шлака и осуществляют поверхностную продувку. Это делается при недостаточном нагреве металла для окисления СО до СО2 над ванной и усиления нагрева ее теплом этой реакции. Кроме того, поверхностная продувка используется для ускорения шлакообразования, так как при этом, во-первых, улучшается нагрев и, во-вторых, повышается содержание оксидов железа в шлаке, что ускоряет растворение извести в нем, и теплота образования оксидов железа улучшает нагрев ванны.
В двухванных печах продувку металла можно вести не техническим (чистота 99,5%), а технологическим (чистота 95%) кислородом. Это объясняется, во-первых, тем, что в зоне реакции температура несколько ниже, чем в конвертерах вследствие меньшего поступления кислорода через одну фурму; во-вторых в двухванных печах ввиду относительно большой площади ванны получает значительное развитие удаление азота из металла в пузырях СО, выделяющихся из ванны вне зоны вдувания кислорода.
Шлаковый режим. Сходство шлакового режима процессов в двухванных и мартеновских печах в первую очередь заключается в возможности спуска первичного шлака по мере его образования. Это позволяет при необходимости обеспечить высокую степень дефосфорации металла при меньшем расходе флюсов. Кроме того, спуск первичного шлака улучшает десульфурацию, так как, во-первых, первичный шлак обладает определенной серопоглотательной способностью и уносит серу; во-вторых, удаление значительного количества SiO2 с первичным шлаком позволяет получить конечный шлак с меньшим содержанием SiO2, обладающий повышенной серопоглотительной способностью. Основное различие в шлаковом режиме состоит в том, что в двухванных печах нет необходимости в спуске первичного шлака для улучшения нагрева ванны, так как во время продувки ванна нагревается в основном теплом экзотермических реакций окисления компонентов металла, а не теплом факела, как в мартеновских печах.
Шлаковый режим двухванной печи имеет некоторые недостатки. Во-первых, в шлаке двухванных печей содержание МgО всегда выше, чем в конвертерном шлаке, и составляет >10% (большая продолжительность плавки и более реакционный шлак), в связи с чем фосфоро- и серопоглотительная способность ниже. Во-вторых, шлак в двухванных печах в основном нагревается от металла, поэтому повышение его основности выше 3-3,5 невозможно. При более высокой основности шлак получается гетерогенным, физически и особенно химически малоактивным. По содержанию основных компонентов (CaO, SiO2, FeO) формирование шлака в двухванных печах подчиняется закономерностям, характерным для кислородно-конвертерного процесса.
Режим окисления углерода в основном определяется дутьевым режимом. В течение первых 2/3 продувки об остаточном содержании углерода в металле судят по расходу кислорода. По достижении расчетного остаточного содержания углерода (1,0-1,5%) отбирают пробу металла и измеряют его температуру. При нормальном ходе плавки к этому моменту лом успевает полностью раствориться, и весь металл находится в жидком состоянии. Рафинирование металла в основном сводится к окислению избыточного количества углерода, причем эта реакция практически до конца плавки остается единственным источником тепла для нагрева ванны.
После расплавления ванны должна быть обеспечена синхронность проведения процессов окисления углерода и нагрева ванны. Это является важнейшей задачей, решаемой во время продувки. Ее решение упрощается, если возникает перегрев ванны, так как перегрев легко снимается присадкой твердого окислителя. Если обнаруживается недогрев, то необходимо обеспечить большее дожигание СО над продуваемой ванной. Для этого одну или две фурмы поднимают, располагая конец над ванной и расходуя часть кислорода на окисление СО. При этом также происходит некоторое окисление железа, так как, когда фурмы находятся над шлаком, содержание оксидов железа в нем повышается.
Указанным методом можно устранить небольшие недогревы. Если недогрев большой, то необходимо перейти к выплавке стали с возможно низким содержанием углерода, или доливать чугун.
При достижении заданных значений содержания углерода в металле и температуры его нагрева продувку прекращают.
Окисленность металла в двухванных печах не отличается от окисленности его в кислородных конвертерах, если конечный шлак нормальный, гомогенный и не переокислен. По содержанию азота при использовании технологического кислорода металл двухванных печей не отличается от конвертерного и мартеновского, а по содержанию водорода лучше мартеновского, поэтому при нормальном дутьевом и шлаковом режимах плавки сталь, полученная в двухванных печах, обычно не уступает мартеновской и кислородно-конвертерной.
Выпуск плавки может быть сразу после прекращения продувки или через некоторое время после 5-10 мин выдержки для снятия избыточного содержания оксидов железа в шлаке. Как показали исследования на ММК и других заводах, для снятия переокисленности шлака достаточно выдержки ~ 10 мин. Поскольку продолжительность выпуска плавки составляет — 10 мин, то выпуск плавки, сразу после окончания продувки нельзя рассматривать как ошибочный технологический прием.
Раскисление и легирование металла, как при кислородно-конвертерном процессе, проводят исключительно в ковше.
