Какие стали выплавляют конверторными способами

Кислородный конвертер

Для производства стали применяют три хорошо отработанных технологических процесса: мартеновский, кислородно-конвертерный, электроплавильный. Согласно статистике наибольшее количество стали в мире выплавляют, используя кислородный конвертер. На него приходится более 70% всей выплавляемой стали.

Основы этого метода были разработаны в начале тридцатых годов двадцатого века. Применять его приступили на австрийских заводах, расположенных в двух городах Линце и Донавице только в пятидесятые годы двадцатого века. В зарубежной технической литературе по металлургии этот способ получения стали именуется буквами ЛД. Это название возникло из первых букв австрийских городов. У наших металлургов он именуется как кислородно-конвертерный.

Разновидности кислородно-конвертерного способа

В кислородных конвертерах технология выплавки происходит по одному из двух хорошо известных способов. Они носят имя своих создателей: томасовский и бессемеровский. Однако современные технологии шагнули далеко вперёд. Так содержание азота в томасовской и бессемеровской стали выше в три раза, чем в конвертерной или мартеновской.

Разница между ними заключается в реализации технологических решений и применяемого огнеупорного материала. В томасовском процессе достаточно сложно производить контроль над протеканием периодов плавки. Бессемеровский процесс позволяет производить продувку воздухом через дно самого конвертера.

По способу организации продувки кислородно-конвертерный процесс бывает: с верхней, нижней или донной, комбинированной продувкой.

Первый способ обеспечивает наилучшие условия следующих технологических процессов: подачи в конвертер кислорода для продувки, более эффективный вывод лишних газовых скоплений, удобную заливку жидкого чугуна, дополнительную загрузку металлического лома и других дополнительных материалов.

Конвертеры с нижней продувкой всегда сделаны с меньшим объемом, по сравнению с конвертерами, обладающими верхней продувкой. Для реализации продувки через дно в нижней части конвертера монтируют от семи до двадцати специальных устройств, называемых фурмами. Их количество зависит от объёма конвертера. Монтируют эти устройства в той части дна, которая поднимается над уровнем расплавленного металла в момент наклона конвертера. После освобождения от содержимого осуществляется этап продувки. Существенно повышается скорость движения молекул углерода к поверхности. Это снижает общее содержание химического элемента в расплаве. Таким образом, появляется возможность получать сталь, в которой процент содержания оставшегося углерода очень маленький.

Кроме углерода, удаётся получить лучшее удаление серы. Осуществляя продувку со стороны дна, удаётся повысить на 2% количество получаемого металла.

Последний способ позволяет объединить некоторые достоинства обоих методов и в то же время устранить некоторые имеющиеся недостатки. Продувка мощным потоком кислорода производиться сверху вниз. Снизу вверх производят продувку инертным газом, например аргоном. Иногда для снижения общей стоимости вместо инертных газов применяют азот. Применение комбинированной продувки позволяет добиться следующих положительных показателей:

• увеличить объём выплавляемого металла;
• процент добавляемого металлического лома может быть повышен;
• добиться существенного снижения требуемых ферросплавов;
• уменьшить требуемое количество кислорода для продувки;
• снизить содержания различных газовых примесей, что позволяет повысить качество стали.

Технология кислородно-конвертерного способа

Устройство кислородного конвертера достаточно простое. По внешней форме конвертер выглядит как большой сосуд. Сверху он заканчивается сужающейся горловиной. Такая форма верхней части позволяет обеспечивать благоприятные условия для организации верхней продувочной системы. Вся загрузка компонентов в конвертер осуществляется сверху. Принцип работы кислородного конвертера заключается в следующем: в него заливают расплавленный чугун (он служит топливом для кислородного конвертера), засыпают металлический лом, загружают дополнительные материалы. В центральной части металлического корпуса конвертера располагается механизм поворота. С его помощью происходит наклон конвертера для слива готовой стали. В конвертерах, у которых объём превышает 200 тонн, применяют мощный двухсторонний привод. Для этого используют четыре мощных электрических двигателя, по два с каждой стороны.

При выборе размера верхней горловины учитывают, что целесообразно производить загрузку исходного материала, например стального лома не по частям, а сразу весь объём. Это позволяет сократить общее время, которое требуется на весь технологический процесс. Однако при увеличении размера горловины конвектора начинают увеличиваться общие тепловые потери. Происходит повышение содержания азота. Это происходит за счёт того, что через широкую горловину происходит самопроизвольное подсасывание дополнительного кислорода из окружающего воздуха. Вместе с кислородом попадает и азот. Этот дополнительный азот растворяется в металле и приводит к снижению качества.

Во многих странах наиболее распространёнными являются конвертеры с объёмом от 20 тонн до 450 тонн. Продолжительность конвертерного процесса выплавки стали не превышает 50 минут.

Сохранение надёжности протекания химических реакций при конвертерном процессе выплавки стали происходит благодаря поддержанию температуры более 1400°C. Для обеспечения этих условий металлический корпус конвертера внутри выкладывается огнеупорным материалом (обычно это специальный шамотный или тугоплавкий кирпич). На первом этапе производят загрузку кислородного конвертера. После этого, приступают к подаче кислорода. Требуемое количество подаваемого воздуха для обеспечения одной плавки составляет 350 кубических метров.

Кислород с большой скоростью вступает в химическую реакцию с расплавленным чугуном. Это позволяет удалить избыточный углерод. Присутствующие в металле серу и фосфор одновременно превращают в шлак. Такая технологическая цепочка позволяет остановить плавку в тот момент, когда уровень содержания углерода достигнет заданных технических условий. Это позволяет получать довольно большую номенклатуру углеродистых сталей и добиваться низкого содержания серы, фосфора и других примесей.

Контроль происходящих процессов и качество металла, осуществляют методом периодического отбора проб. Они позволяют определить степень оставшегося в расплаве газообразного углерода. Когда процент содержания углерода достигнет заданного, процесс продувки кислородом останавливают. По завершению технологической цепочки, сталь выливают в специальный ковш. Оставшийся шлак удаляют через специальный слив в конвертере.

Особое внимание уделяется контролю количества и скорости подачи кислорода. Процент содержания кислорода регулируют введением в конвертер охладителей. Функции охладителей могут выполнять: металлолом, железная руда, известняк.

Схема кислородного конвертера

Всё равно в готовой стали всегда сохраняется определённый процент кислорода. Он вступает в реакцию окисления с железом. Таким образом образуется окись железа. Чтобы снизить содержание этой окиси (провести операцию восстановления железа), в ковш добавляют так называемые раскислители. Если процесс так называемого раскисления произошел технологически правильно, в результате остывания отсутствует процесс выделения газов. Такую сталь металлурги называют спокойной. Для получения такой стали, в качестве раскислителей, в расплав добавляют сначала добавки на основе ферромарганца. На конечном этапе добавляют ферросилиций. В конце плавки — обыкновенный алюминий.

Вся технологическая цепочка производства стали подразделяется на следующие этапы:

• окисление присутствующих добавок;
• последовательные химические реакции (сначала окисление кремния; затем марганца, на завершающем этапе углерода);
• дефосфорация;
• десульфурация;
• шлаковое образование;
• процесс общего раскисления.

Если весь кислород не был удалён, продолжается образование окиси железа. Кроме этого, при остывании продолжается химическая реакция взаимодействия углерода и железа. Она приводит к выделению окись углерода. Его интенсивное образование и последующее выделение из расплава хорошо видно визуально. Процесс напоминает закипания воды в чайнике. Подобная сталь на языке профессионалов называется «кипящей». Для устранения этого эффекта в расплав добавляют ферромарганец.

Присутствие в жидком металле растворенных газов, которые не успевают выйти, приводит к образованию пустот. Они серьёзно снижают качество всего полученного металла. Чтобы не допустить таких образований, на этапе плавки, производят специальную дегазацию. Чтобы добиться наилучшего эффекта, эту операцию проводят в специальных вакуумных камерах. Таким образом удаётся существенно повысить плотность и улучшить физико-механические свойства полученной партии металла.

Достоинства и недостатки кислородно-конвертерного способа

К основным достоинствам способа относятся:

• по сравнению с другими процессами выплавки у него более высокая производительность;
• конструктивная схема самого кислородного конвертера достаточно проста (обыкновенный металлический резервуар, то есть корпус, внутри которого находится огнеупорный материал);
• низкая стоимость расходов на огнеупоры;
• невысокая себестоимость получаемой стали;
• низкие капитальные затраты на строительство, даже с учётом добавления стоимости на строительство кислородных станций.

Опыт эксплуатации конвертеров показал, что экономическая эффективность превышает мартеновский способ на 14%, а электроплавильный на 25%.

К наиболее явно выраженным недостаткам относятся:

• необходимость загрузки в конвертер только жидкого чугуна. Добавление и последующая переработка металлического вторсырья возможна только в небольшом количестве (не более 10%);
• на этапе технологической продувки вместе с углеродом выгорает достаточно большое количество полезного железа. Технологические потери могут достигать 15%;
• возникают сложности в организации системы контроля и регулирования конвертерного процесса выплавки стали. Это связано с высокой скорость протекания химических процессов;
• недостаточный контроль не позволяет получать сталь точно заданных технических характеристик.

Область применения конвертерных видов стали

Имеющиеся недостатки несколько ограничивают область применения подобной стали. Из неё производят такие деталей, к которым не предъявляют повышенные технические требования. В кислородных конвертерах получают продукцию трёх видов: углеродистую, легированную и низколегированную сталь. Эти марки используются для изготовления проволоки (катанки), труб небольшого диаметра, отдельных видов рельс.

Специальные изделия активно применяются в строительстве. Практически вся так называемая автоматная сталь изготавливается по конвертерной технологии. Из неё производят большое количество метизной продукции: болты, гайки, шурупы, саморезы, скобы и так далее.

Источник

Кислородно-конвертерный способ производства стали

Джон Стерни,консультант по металлургии
Перевод с английского: Лисицкий С.В.

I ВВЕДЕНИЕ

60% сырой стали приходится от общего объема мирового производства, кислородно-конвертерный способ производства стали, является доминирующей технологией металлургического производства. В США этот показатель составляет 54% и постепенно снижается, связано это прежде всего с появлением на листопрокатных заводах электродуговой печи (ЭДП) «Гринфилд». Тем не менее, в других странах его использования возрастает.

Рисунок 1 – Загрузка металлического лома в кислородный конвертер на сталеплавильном заводе. Справа показан ковш с жидким чугуном.

Существует несколько способов подачи кислорода в конвертер: продувка ванны кислородом сверху, донное дутье и комбинация этих двух способов. Рассмотрим только способ продувки ванны, жидкого металла, кислородом сверху.

Кислородно-конвертерный способ выплавки стали отличается от электросталеплавильного меньшими затратами на энергию. Основным сырьем кислородного-конвертера являются 70-80% жидкого чугуна из доменных печей и стального лома. Которое загружают в конвертер. После производится продувка конвертера чистым кислородом (> 99,5%) под высоким давлением. Кислород окисляет углерод и кремний, содержащиеся в расплавленном металле с выделением большого количества тепла, которое расплавляет металлический лом. Это приводит к меньшим энергетическим затратам при окисления железа, марганца и фосфора. Выделенное тепло передается обратно в ванну при выходе из конвертера угарного газа. Продукт кислородно- конверторной выплавки стали, является расплавленная сталь с заданными химическим свойствами при температуре 2900 ° F-3000 ° F. Далее сталь может подвергаться вторичной переработке или быть направлена непосредственно на машину непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), где она затвердевает в форме: блюма, заготовки, или плиты. Основой является оксид магния (MgO), который при контакте с расплавом образует основные шлаки. Эти шлаки, необходимы для удаления фосфора и серы из расплава.

Около 250 тонн, за один раз, составляют размеры выплавки стали в США, около 40 минут, из которых 50% -«продувка». Этот показатель производства составил совместимость процесса с непрерывной разливки слябов, которые, в свою очередь, оказали огромное положительное воздействие на доходы, от продажи сырой стали до готовой продукции, с переработкой плоского качества проката.

II ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ

Кислородно-конвертерный процесс заменил мартеновское производство стали. Процесс предшествовал непрерывной разливке. В результате, размеры ковша не изменились в отремонтированном мартеновском цехе, были построены новые разливочные отделения. Шесть этажей здания необходимы для размещения кислородного-конвертера, для размещения длинных фурм подающих кислород, которые поднимаются и опускаются из кислородно-конвертера. Кислородно-конвертерный процесс выплавки стали увеличивает производительность труда, во много раз, как правило, только два кислородных конвертера должны были заменить десятки мартеновских печей.

Некоторые свойства типичного 250 тонного конвертерного конвертера в США: 34 футов высотой, внешним диаметром 26 футов, футеровка толщиной 3 фута, и рабочим объемом 8000 кубических футов. Аппарат управления обычно располагается между сосудами. В отличие от мартеновской печи, работа конвертера ведется практически «в темную», используя экраны, чтобы определить наклон конвертера, дополнения, высоту фурмы, кислорода поток и т.д.

Как только, известна температура и химический анализ жидкого чугуна находящегося в доменной печи, компьютерная модель определит оптимальные пропорции металлического лома и чугуна, поток дополнений, высоту фурмы и время кислородного дутья

Рисунок 2 – Конвертер в рабочем положении. (Ссылка:. Создание, формирование и обработка стали, 11 издание, стали и переработки Объем МАПМ стали Фонд, 1998, Питтсбург-PA)

Выплавка начинается, когда конвертер наклонен под углом 45 градусов к загрузочному пролету, для осуществления завалка металолома (от 25 до 30% веса расплава), через цилиндрическую горловину конвертера. Сразу же на металлический лом, из ковша сливают расплавленный чугун. Дым и киш (чешуйки графита из углерода, насыщенного расплава металла) вылетают из горловины конвертера и собираются системой контроля загрязнения окружающей среды. Загрузка занимает пару минут. После этого конвертер поворачивают обратно в вертикальное положение, после из приемных бункеров происходит подача извести и доломита в то время как фурма, опускается на несколько футов над дном конвертера. Фурмы с водяным охлаждением, с несколькими отверстиями и медным наконечником. Через фурму, подается 99,5% чистого кислорода, происходит продувка ванны расплава. Если чистого кислорода меньше, то уровень азота становится неприемлемым.

Как начинается дутье, слышен пронзительный звук. Это скорее будет глухой звук, т.к. кремний окисляется, образуя оксид кремния, SiO2, который реагирует с основными потоками в форме загазованных расплавленный шлаков, которые обволакивают фурму. Газ в первую очередь — угарный газ (CO), из углерода в чугуне. Скорость выделения газа во много раз превышает объем конвертера и часто можно увидеть, как шлака переливается через край конвертера, особенно если шлак слишком вязкий. Дутье продолжается в течение определенного времени на основе металлической загрузке и спецификации расплава. Это, как правило, от 15 до 20 минут, фурмы, как правило, запрограммированы, чтобы перейти к разной высоте во время продувки. Кислородные фурмы поднимают так, чтобы конвертер мог быть отклонен к загрузочному отделению для отбора проб металла и температурных испытаний. Статические модели загрузки не обеспечивают последовательный динамический диапазон по указанным параметрам углерода и температуры, так как анализ расплава точно не известны. Ниже 0,2% C, происходит в разной степени, сильно экзотермическое окисление железа, а также обезуглероживание. «Капля» в пламени горловины конвертера — сигнал низкого содержания углерода, но динамический диапазон температур может отличаться на + / — 100 ° F.

Рисунок 3 – Разрез конвертера во время кислородного дутья.(Ссылка:. Создание, формирование и обработка стали, 11 издание, стали и переработки Объем МАПМ стали Фонд, 1998, Питтсбург-P.A.)

В прошлом это означало задержки повторной продувки или добавления охлаждающих жидкостей. Сегодня, больший опыт эксплуатации, лучшие компьютерные модели, большее внимание на качество металлических вводных и наличие ковш печей, которые регулируют температуру и делают динамический диапазон управления более последовательными. В некоторых цехах, под фурмой обеспечивают проверку, около двух минут, температуры и углерода, до запланированного окончания удара. Эта информация «в процессе» корректировки, позволяет в течение последних двух минут, улучшить показатели производительности. Однако, работа под фурмой является дорогостоящей и из-за сбоев в работе датчиков не всегда выходит получить необходимые данные.

После того, как расплав стали готов, под конвертер подъезжает сталевоз с разогретым ковшом, после чего конвертер наклоняется в сторону спускного отверстия, расположенного в верхней «конусной» части конвертера, и сталь начинает сливаться. Спускное отверстие, как правило, подключено к системам, которые предотвращают попадание шлака в ковш. Расплавленная сталь сразу начинает сливаться. Чтобы свести к минимуму попадание шлака в ковш в конце сливания расплава, были разработаны «поплавки», отделяющие металл и шлак. Они работают в сочетании со зрением, которое остается доминирующим устройством управления. Шлака в ковше приводит к попаданию фосфора, замедлению десульфурации и образованию «грязной стали». В ковш вводятся различные добавки, позволяющие уменьшить уровень оксида железа в шлаке, но фосфор остается.

Рисунок 4 – Ковш с расплавленной сталью

После сливания стали в ковш, конвертер наклоняют вверх дном и выпускают оставшийся шлак в «шлаковую чашу», затем конвертер возвращается в вертикальное положение. Во многих цехах остаточный шлак продувается азотом, чтобы облицевать стены цеха. Этот процесс известен как «разбрызгивания шлака». Ближе к концу выплавки, может быть необходима замена огнеупорных материалов в местах износа. Как только машина для замены футеровки завершит конвертер готов к следующей выплавке стали.

III ОСНОВНАЯ ХИМИЯ И ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС

Расплав размером 250 тонн используется в качестве основы для последующих расчетов. Это близко к среднему размеру расплава на 50 кислородных конвертеров, которые были открыты в США в 1999 году. Следующий химический показатель предполагается:

Таблица 1 показывает, тепловой баланс на тонну чугуна. Она предполагает 75% чугуна для загрузки 275 тонн, благодаря чему получаем 250 тонн жидкой стали (без сплавов). Если кислород подавался как воздух, температуру, необходимо принять №2 от комнатной температуры до 2900 ° F это будет около 500000 Британских Тепловых Едениц NTHM, которая показывает, что кислородно-конвертерный процесс это Бессемеровский процесс холодного лома замененный холодным азотом. (NTHM одна короткая тонна или 2000 фунтов расплавленного металла).

ТАБЛИЦА I. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС НА НЕТТО-ТОННУ РАСПЛАВЛЕННОГО 75% ЧУГУНА

Фактическая доля чугуна в шихте очень чувствительна к содержанию кремния и зависит от температуры расплава, она будет увеличивается при их снижении.

В Таблице II показан кислород, требуемый для выделения тепла, как # / NTHM, так и в процентах для различных реакций. 181 # / NTHM соответствует примерно 18,6 т / тепло или 1800 стандартных кубических футов / тонну. Потребление кислорода увеличивается, при необходимости вторичной плавки.

ТАБЛИЦА II. КИСЛОРОД ТРЕБОВАНИЯ В NTHM

Заключительное вычисление для потерь прибыли приводится в ТАБЛИЦЕ III. Металлоиды и Mn окисляются при взаимодействии с расплавом металла, лом часто покрыт Zn, который улетучивается, и потери железа приходятся на образование шлака, дыма и расплескивания. Чтобы выявить 250 тонн жидкой стали, 250/0.91 или 275 тонн зарядов требуется, из которых 206 будут жидкий чугун, а остальные металлолом.

ТАБЛИЦА III ПОТЕРИ ПРИБЫЛИ ПРИ КИСЛОРОДНО-КОНВЕРТЕРНОМ СПОСОБЕ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ

IV СЫРЬЕ

а) расплавленный чугун

Горячий металл жидкого чугуна из доменных печей насыщен до 4,3% углерода, и 1% или менее кремния Si. Они транспортируются в конвертерный корпус от миксерами или ковшами. Химия расплава зависит от того, как доменная печь работает и как железосодержащие материалы отражаются в ней. Сегодня тенденция работать на высокой производительности с низкими объемами шлака и топлива, что приводит к снижению кремния и увеличению уровня содержания серы в чугуне. Если конвертерный шлак повторны используется, то уровни P и Mn резко возрастают, так как они проявляются почти в 100% горячего металла. В Американских железных рудах низкое содержание обоих элементов.

Содержание серы в доменной печи может быть 0,05%, но эффективная установка десульфации расплава перед кислородно-конвертерной выплавкой уменьшит ее содержание до 0,01%. Наиболее распространенные обессеривающее реагенты, известь, карбид кальция и магния — используется отдельно или в комбинации — вводят в горячий металл через кислородные фурмы. Серосодержащих соединений представляют шлак, однако, если бы только богатый для серы шлак был обезжирен перед тем, как жидкий чугун льется в конвертер, фактически содержание серы будет выше уровня ожидания при пробе металлического анализа.

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.

г) охлаждающие жидкости

Известняк, металлолом, и губчатое железо все они являются потенциалами для охлаждающей жидкости, которые выделяют тепло и становятся чрезмерно горячими. Экономика и управление объектами диктуют выбор в каждом цехе отдельно.

д) сплавы

Сыпучие сплавы подаются сверху из бункеров в ковш. Общий сплав ферромарганца (80% Mn, C 6%, баланс Fe), силикомарганца (66% Mn, Si 16%, 2% C, баланс Fe) и ферросилиция (75% Si, Fe баланс). Алюминий может быть добавлены в форму с помощью стержня. Сера, углерод, кальций, а также такие специальные элементы, как бор и титана подаются в печь-ковш в виде порошка в оболочке из мягкой стали, корпус 1/2 дюйма в диаметре.

V ОГНЕУПОРЫ

Основой для большинства огнеупорных кирпичей для кислородного-конвертера в США, сегодня является оксид магния, MgO, который может быть получен из минералов и морской воды. Только один доломит (MgO + CaO) добывали в США (в ридинге, ПЕНСИЛЬВАНИЯ). Для магнезии, чем ниже содержание оксида бора и ниже уровень загрязнения (но с CaO/SiO2 соотношение выше 2, чтобы избежать низкой температурой межкристаллитной фазы плавления), тем более стойким к высоким температурам становится кирпич. Углерод добавлен в качестве смолы или графита.

Известь из магнезии, является разновидностью огнеупоров, используется в футеровке кислородного-конвертера, выбирается в основном для совместимости с основными завершающими шлаками для необходимого удаления и сохранения фосфора в расплаве. Во время переработки, огнеупоры подвергаются воздействию различных шлаков в диапазоне от 1 до 4 основности, так же как и кремний окисляется из ванны расплава в сочетании с известью. Содержание оксида железа, FeO, в ванне расплава повышается за время продувки, особенно если углерод в стали ниже на 0,2% и Fe окисляется. Однако все огнеупорные материалы растворяются FeO, MgO, образуя твердый раствор с FeO, это означает, что они являются твердыми телами в определенном диапазоне температур. Высокие концентрации FeO образуется в конце удара и кирпич начнет окислятся углеродом.

Также в облицовочные кирпичи добавляли смолы, зерна MgO обмазывали смолой и прижимались друг к другу, все это представляло собой большой шаг вперед для кислородно-конвертерного процесса. Закалка удаляла летучие вещества. При эксплуатации, коксующихся смол и смачивании их шлаком, происходит реакция с остаточным углеродом и взаимодействии с FeO. Кроме того, как смола смягчена во время нагревания конвертера, напряжения в ней начинают падать. Стойкость к высоким температурам была увеличена путем спекания кирпича, полученного из чистого MgO зерна, при высокой температуре, а затем пропитаны смолой при вакуумной обработке. Тем не менее, по экологическим причинам эти виды кирпича не используются в кислородно-конвертерном процессе.

Рабочая огнеупорная футеровка сегодня, сделана с высоким качеством спеченного магнезита и высокой чистоты чешуйчатого графита, которое связывает смола. Смола необожженного кирпича содержит от 5% до 25% высокой чистоты чешуйчатого графита и одного или несколько порошковых металлов. Эти кирпичи требуют простую обработку, в «термореактивной» смоле, шаг за шагом, от 350 до 400 ° F, это делает их очень крепкими и легко обрабатываемыми во время установки. Дальнейшие усовершенствование включают в себя использование предварительно слитых зерен в смеси. Небольшие добавления в металл добавок (Si, Al, Mg) защищают от окисления графита. Металлические карбиды, нитриды и магний-алюминат шпинель формы наносят на нагретую поверхность кирпича, заполняя пустоты, и добавления прочность и устойчивости при реакции со шлаком.

Скорость растворения тугоплавкого шлака зависит от его свойств. Эти свойства имеют прямое отношение к чистоте и размерам кристаллов исходных ингредиентов, а также производственному процессу. Дополнительно до 15% графита высокой чистоты MgO-углерод огнеупоры обеспечивают повышенную коррозионную стойкость. За 15% эта тенденция обратная из-за низкой плотности кирпича В конечном итоге, затраты кирпича на одну тонну стали в пролете ремонтных материалов, диктуют выбор облицовки. это связанно с необходимостью пригодности конвертера.

Проникновение шлака и металла между огнеупорных зерен, это механическая эрозия движения жидкости, эта химическая атака шлака приводит к потере облицовочного материала. За эти годы не раз пытались бороться с этим видом износа футеровки:

I) Критические зоны износа (воздействие на кладку, динамический диапазон линии шлака), в печах был использован кирпич высокого качества.

II) «Брызги шлака», в которых содержится остаточный жидкий шлак, оставшийся после того, как под высоким давлением азота продувается расплав, кислородными фурмами. Срок службы футеровки превзошел все ожидания, он увеличился с нескольких тысяч до более чем 20000 нагреваний.

III) теперь доступны инструменты для измерения контуров подкладки, в короткий период времени, чтобы максимизировать расчет эффективности использования MgO суспензий.

IV), доломит (40% MgO) добавляется к потоку дополнительно для создания шлаков, около 8% MgO, что близко к уровню MgO насыщенного шлака.

V) повышение конечной точки контроля приводит к снижению уровня FeO и уменьшению выделяемого кислорода, это сократит износ огнеупорного строительного материала.

Ни один из вышеперечисленных пунктов не будет значительным, без улучшения основных качеств кирпича доступного для промышленности.

Сегодня огнеупорная промышленность переживает серьезные структурные изменения. Компании постоянно приобретаются, общее количество североамериканских поставщиков существенно уменьшается. Очень высокий процент огнеупорных материалов производятся в Китае.

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.

VII ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Кислородно-конвертерный процесс был ключевым при преобразовании сталелитейной промышленности США после Второй мировой войны. Хотя он не был признан в то время, процесс связал плавление и непрерывное литье. Результатом стало то, что процесс улучшил производительность на несколько процентов, начиная с плавильного цеха и заканчивая заводом, таким образом, что количество сырой стали требуемой на тонну продукции значительно сократилось.

Американский Институт Чугуна и Стали выражает благодарность за взносы Тереза М.Спирен, Старший научный сотрудник по огнеупорам Брюс А. Штайнер, Старший Окружающей среды Советник, Колье Шеннон Скотт PLLC.

ПРИЛОЖЕНИЕ

ИСТОРИЯ КИСЛОРОДНО-КОНВЕРТЕРНОГО ПРОЦЕССА

Кислородно-конвертерная выплавка стали, несомненно, является «сыном Бессемера», данный процесс запатентован Сэр Генри Бессемер в 1856 году. Поскольку кислород не был коммерчески доступный в те дни, в роли окислителя был воздух. Он был подан через фурмы, находящиеся в нижней части грушевидной формы сосуда. Нужно было 80% воздуха (инертного азота), который подавался в сосуд холодным, а выходил горячим и при этом выделялось столько тепла, что нужно было загрузить, почти 100% жидкого чугуна для того, чтобы выделить кислород. Неспособность процесса Бессемера растопить существенное количество лома, стало экономической помехой, так как стальной лом накапливался. Бессемеровское производство стали достигло своего пика в США в 1906 году и задержалось до 1960 года.

Есть две интересные исторические сноски к оригинальной истории Бессемера:

Уильям Келли был награжден патентом США на пневматическую выплавку стали после Бессемера в 1857 году. Однако, ясно, что процесс «кипящего воздуха» Kелли, проводился в таких низких дующих нормах, что накопление тепла, едва возмещают потери тепла. Он никогда не развивал коммерческий процесс для создания стали последовательно. Большинство европейских железных руд и, следовательно, жидкий чугун были с высоким содержанием серы и фосфора, а разработанных процессов, для удаления данных примесей в 1860-х не было. В результате стали Бессемера пострадали от «красноломкости» (в связи с содержанием серы) и «хладноломкости» (в связи с фосфором). Для своего первого коммерческого завода в Шеффилде, 1866, Бессемер переплавляют холодный чугун, привезенный из Швеции в качестве сырья для его расплава. Полученный чугун был с низким содержанием фосфора и серы, и (случайно) в высоким содержанием марганца, который действовал как восстановитель. В отличие от США, чугун был получен с использованием древесного угля с низким содержанием серы и фосфора, тамошних руд. Таким образом, благодаря инженерному гению Александру Холли, два бессемеровских цеха были введены в эксплуатацию к 1866 году. Однако, ежедневный выход удаленного угля для доменных печей был очень низкий. Таким образом, расплав был произведен при переплавке чугуна в куполах и его загрузке в 5 тонный Бессемеровский конвертер. Настоящий прорыв для Бессемера произошел в 1879 году, когда Сидни Томас, молодой клерк из лондонской полиции, потряс металлургическое учреждение, представив данные о процессе удаления фосфора (а также серы) из бессемеровской стали Он разработал основные футеровку из смолы и кирпича доломита. Они были размыты, чтобы сформировать основной шлак, который поглощается фосфор и серу, хотя количество оставалось высоким по современным стандартам. Европейцы быстро вышли на «Томасовский процесс», из-за их очень высокого содержания фосфора в расплаве, а в качестве бонуса, получали гранулированный шлака богатый фосфором, для создания удобрений. В США, Эндрю Карнеги, который присутствовал, когда Томас представил свой доклад в Лондоне, подружился с молодым человеком и ловко приобрел лицензии для США, которые заставили подавить любое сталелитейное развитие на Юге, где высокое содержание фосфора в руде.

Хотя отец Бессемера в шутку предложил пользование чистым кислородом вместо воздуха(U.K.патент 2207, 5,1858 октября), эта возможность должна была остаться мечтой. пока «тоннаж кислорода» не стал доступным по разумной цене. 250-тонному кислородному конвертеру, сегодня необходимо около 20 тонн чистого кислорода, каждые 40 минут. Несмотря на свою высокую стоимость, кислород был использован в Европе, в ограниченной степени в 1930-х годах для того, чтобы обогатить воздушное дутье для доменных печей и Томас преобразователей. Он также используется в США для зачистки и сварки.

Производство недорого тоннажа кислорода стимулировали во второй Мировой Войне немецкой ракетной программой V2. После войны немцы были лишены права производить тоннаж кислорода, а кислород заводов, был отправлен в другие страны. Фурмы, используемые в Бессемер и Томас процессах не могли выдержать даже воздуха обогащенного кислородом, не говоря уже о чистом кислороде. В конце 1940-х годов, профессор Дуррeр в Швейцарии продолжал свою довоенную идею введения чистого кислорода через верхнюю часть конвертера. Развитие в настоящее время переехало в соседнюю Австрию, где разработчики хотели произвести, плоский лист, с низким содержанием азота, но нехватка лома исключает мартеновские операции. После испытаний опытного завода в Линце и Донавиц, проведен процесс пневматическим дутьем для 35 тонного сосуда, с использованием чистого кислорода было разрешено Фест и Линце в 1952 году. Рядом Доломитовые горы так же являлись идеальным источником материала огнеупоров. Новый процесс был официально окрестили «LD процесс», и из-за его высокой производительности был замечен во всем мире как надежный, которым пострадавшие от войны страны Европы могли бы восстановить свою промышленность. Япония сразу переключилась на восстановление, он открывают печи, чтобы оценить LD, и устанавливают свою первую единицу в Явaтa в 1957. Два небольших североамериканских установки открылись в Дoфaскo и Mак-Лoус в 1954 году. Однако, ноу-хау и капитал, вложенный в 130 млн. тонн в мартеновского потенциала, планировал открытие дополнительных мощных печей большей вместимости, дешевой энергии и тепла, большей величины заказов (300 против 30 тыс. тонн), стимула к установке непроверенных, мелких процессов в Северной Америке не было. Процесс был признан техническим прорывом, но сроки, масштабы и экономика оказались не правильными со временем. США, которые производят около 50% от общего объема производства стали в мире, бум послевоенной экономики.

Также были резкими юридические действия по поводу патентных прав на процесс и кислородных фурм, которые теперь были многоствольными. Kaiser Industries привела права на патент США, но в конце концов, Верховный суд США поддержали решения, в котором считают патент недействительным.

Список литературы

Сайт института American Iron and Steel Institute

Источник