Разновидности конвертерных процессов

Сущность конвертерных процессов на воздушном дутье (бессемеровского и томасовского) заключается в том, что залитый в плавильный агрегат (конвертер) чугун продувают снизу воздухом; кислород воздуха окисляет примеси чугуна, в результате чего он превращается в сталь; при томасовс-ком процессе, кроме того, в основной шлак удаляются фос­фор и сера. Тепло, выделяющееся при окислении, обеспечи­вает нагрев стали до температуры выпуска (~ 1600 °С).

Бессемеровский и томасовский конвертеры представляют собой сосуд грушевидной формы (рис. 55), выполненный из стального листа с футеровкой изнутри. Футеровка бессеме­ровского конвертера кислая (динасовый кирпич), томасов­ского — основная (смолодоломит).

1 — цапфы; 2 — опорное кольцо; 3 — отверстие горловины; 4 — зубчатое коле­со; 5 — опорная станина; 6 — днище; 7 — воздушная коробка; 8 — патрубок для подачи дутья; 9 — корпус; 10 — футеровка; 11 — сопла

Рисунок 55. Устройство бессемеровского конвертера.

 

Сверху в суживающейся части конвертера — горловине — имеется отверстие, служащее для заливки чугуна и выпуска стали. Снизу к кожуху крепится отъемное днище с воздушной коробкой. Дутье, подаваемое в воздушную коробку, посту­пает в полость конвертера через фурмы (сквозные отверс­тия), имеющиеся в футеровке днища. Дутьем служит воздух, подаваемый под давлением 0, 30—0, 35 МПа. Цилиндрическая часть конвертера охвачена опорным кольцом; к нему крепят­ся цапфы, на которых конвертер поворачивается вокруг го­ризонтальной оси.

Стойкость днища бессемерского конвертера составляет 15-25 плавок, томасовского 50-100 плавок, после чего их заменяют. Стойкость остальной футеровки выше: у томасовского конвертера 250-400 плавок, у бессемерского 1300-2000 плавок. В конвертер заливают бессемеровский чугун (0, 7-1, 25% Si; 0, 5-0, 8% Mn; 3, 8-4, 4% C; ˂ 0, 06% P; 0, 06% S) при температуре 1250-1300°С и продувают его воздухом в течении 10-15 мин. За время продувки окисляются углерод, кремний, и марганец чугуна и из образующихся окислов формируется кислый шлак. После того, как углерод окислился до заданного содержания, продувку заканчивают, металл чрез горловину конвертера сливают в ковш, одновременно раскисляя его путем добавки в ковш раскислителей. Общая длительность плавки составляет 20-30 мин; поскольку шлак кислый (55-65% SiO₂; 15-25% FeO; 15-20% MnO), при плавке не удаляются сера и фосфор.

В томасовский конвертер для образования основного шлака загружают известь (12-18% от массы металла), заливают томасовкий чугун (1, 6-2, 0% Р; 0, 2-0, 6% Si; 0, 8-1, 3% Mn; ˂ 0, 08% S; 2, 8-3, 3% С), имеющий температуру 1180-1250°С, и ведут продувку воздухом в течении 16-22 мин. За это время окисляются углерод, кремний и марганец; из продуктов окисления составляющих чугуна и СаО извести формируется основной шлак и в конце продувки в этот шлак частично удаляются фосфор и сера. Продувку заканчивают, когда содержание фосфора в металле снизится дло 0, 05-0, 07%, после чего металл выпускают в ковш, куда вводят раскислители. Общая длительность плавки составляет 25-40 мин. Состав конечного шлака: 16-24% P₂O₅; 42-45% СаО; 5-10% SiO₂; 8-15% FeO; 7-10% MnO; благодаря высокому содержанию P₂O₅ этот шлак используют в качестве удобрения.

В период с 1955 по 1975 г. бессемеровский и томасовский процессы и их разновидности были вытеснены кислород­но-конвертерными процессами с верхней и нижней подачей дутья.

Кислородно-конвертерным процессом обычно называют процесс выплавки стали из жидкого чугуна и до­бавляемого лома в конвертере с основной футеровкой и с продувкой кислородом сверху через водоохлаждаемую фурму; за рубежом его называют процессом ЛД. За время существо­вания процесса (с 1952—53 гг.) было разработано несколько его разновидностей, из которых в настоящее время наряду с процессом ЛД промышленное применение находят кислородно-конвертерные процессы с донной продувкой и с комбини­рованной продувкой (см. рис. 56).

За короткий срок кислородно-конвертерный процесс полу­чил широкое распространение во всех странах. Так, если в1960 г. доля кислородно-конвертерной стали соста­вила 4 % мировой выплавки стали, то в 1970- 40, 9%, а в 1998 г.- около 60%. Быстрое развитие кислородно-конвертерного процесса объясняется тем, что он, как и прочие конверторные процессы, обладает рядом преимуществ по сравнению с

а — продувка кислородом сверху; б — продувка кислородом снизу (через дно); в— комбинированная продувка (кислородом сверху и различными газами через дно)

Рисунок 56. Разновидности кислород­но-конвертерных процессов.

 

марте­новским и электросталеплавильным процессами. Основные:

1) более высокая производительность одного работающего сталеплавильного агрегата (часовая производительность мартеновских и электродуговых печей не превышает 140 т/ч, а у большегрузных конвертеров достигает 400—500 т/ч);

2) более низкие капитальные затраты, т.е. затраты на сооружение цеха, что объясняется простотой устройства конвертера и возможностью установки в цехе меньшего числа плавильных агрегатов; меньше расходы по переделу, в число которых входит стоимость электроэнергии, топлива, огнеупоров, сменного оборудования, зарплаты и др.;

3) процесс более удобен для автоматизации управления ходом плавки;

4) благодаря четкому ритму выпуска плавок работа кон­вертеров легко сочетается с непрерывной разливкой.

 

Устройство кислородных конвертеров с верхней продувкой

Кислородный конвертер представляет собой поворачивающийся на цапфах сосуд грушевидной формы (рис. 57 и 58), футеро­ванный изнутри и снабженный леткой для выпуска стали и отверстием сверху для ввода в полость конвертера кисло­родной фурмы, отвода газов, заливки чугуна, загрузки лома и шлакообразующих и слива шлака. Вместимость существующих конвертеров составляет 50—400 т. стали.

Форма конвертера.Профиль рабочего объема, образован­ный футеровкой, у отечественных конвертеров обычно имеет вид, показанный на рисунке 63. Суживающаяся кверху горловина примыкает к цилиндрической части, ниже которой расположе­на суживающаяся часть, заканчивающаяся сферическим дни­щем. Сужение нижней части и сферическая форма днища пре­дотвращают образование застойных зон при циркуляции ме­талла в конвертерах с верхней продувкой.

Размеры конвертерадолжны прежде всего обеспечивать продувку без выбросов металла через горловину, поскольку выбросы уменьшают выход годной стали и требуют периоди­ческих остановок конвертера для удаления настылей металла с горловины и входной части котла-утилизатора. Размеры некоторых конвертеров приведены в таблице 14.

Основные параметры, определяющие возможность работы конвертера без выбросов — удельный объем (объем рабочей полости, приходящийся на 1т жидкой стали, м³/т) и отноше­ние высоты рабочего объема к его диаметру H/D(рис.63).

 

 

Рисунок 57. Общий вид кислородного конвертера с односторонним стационарным механизмом поворота.

 

 

 

1 — опорный подшипник, 2 — цапфа, 3 — защитный кожух, 4 — ведомое зубчатое колесо, 5 — вал-шестерня, 6 — навесной электродвигатель с редуктором, 7 — корпус ведомого колеса, 8, 9 - демпфер, 10 - опорная станина, - опорное кольцо

Рисунок 58. Кислородный конвертер с двухсторонним навесным многодвигательным механизмом поворота.

 

 

Рисунок 59. Профиль рабочего пространства кисло­родного конвертера

 

Таблица 14.Размеры некоторых кислородных конвертеров

Вместимость, т	Удельный обьем м3/т	Высота	Диаметр, D м	Отношение H/D	Глубина ванны, м	Диаметр горловины, м
	0, 9	6, 6	4, 2	1, 56	1, 17	2, 0
	0, 92	7, 0	4, 4	1, 59	1, 14	2, 17
	0, 81	7, 42	4, 7	1, 58	1, 5	2, 42
	1, 03	9, 5	5, 95	1, 6	1, 78	3, 1
	0, 87	9, 26	6, 55	1, 41	1, 9	3, 43
	0, 87	10, 1	6, 7	1, 47	1, 85	4, 1

 

Для сооружаемых в последние годы 100—380-т конвертеров величину удельного объема принимают в пределах от 1, 0 до 0, 85 м³/т, aH/Dот 1, 55 до 1, 4—1, 45, причем в этих пре­делах они должны снижаться по мере увеличения вместимости конвертера. Для ранее строившихся и эксплуатируемых кон­вертеров характерно колебание значений этих параметров в неоправданно широких пределах: удельного объема от 0, 5 до 1, 15 м³/т и отношения H/Dот 1, 17 до 2, 1. При выборе диаметра отверстия горловины D_rучитывают, что горловина большого размера позволяет загружать сталь­ной лом в один прием. Исходя из усло­вий загрузки лома в один прием диаметр отверстия горлови­лона ны определяют из соотношения: D_r= 0, 2iv Т, м. Угол наклонагорловины к вертикали а в существующих конвертерах изменяется от 20 до 35°.

Угол р в нижней сужающейся части конвертера чаще де­лают равным 20—30°, у конвертеров со вставным днищем он достигает 35—40°.

Корпус и днище.Корпус конвертера выполняют сварным из листовой стали толщиной от 20 до 110 мм и делают его либо цельносварным, либо с отъемным днищем, которое крепится болтами или клиновыми соединениями.

Горловина в большей степени, чем другие элементы кожу­ха, подвержена воздействию высоких температур и коробле­нию и может быть повреждена при удалении застывших выпле­сков металла и в процессе слива шлака. Поэтому верх гор­ловины защищают массивным шлемом. Хорошо зарекомендовала себя конструкция шлема, показанная на рисунке 60. К корпусу 1 горловины приварена снабженная кольцевым пазом 3 утол­щенная обечайка 2, на которой с помощью закладных планок 5 закреплены несколько литых сегментов 4.

Широко применяются как неотъемные (рис.61, б ), так и отъемные днища. Отъемные днища могут быть приставными (рис.61, а) и встав­ными (рис. 61, в). Снятие и установку осуществляют с помо­щью домкратных тележек, передвигающихся под конвертером.

 

Рисунок 60. Шлем горловины конвертера.

 

 

1— отъемное днище, 2 — кожух конвертера; 3 — арматурный слой футеровки; 4— рабочий слой футеровки; 5 — блоки из плавленого магнезита; 6 — пред-арматурный слой (огнеупорная масса, асбест), 7 — огнеупорная масса; 8 — вставное днище

Рисунок 61. Футеровка кислородных конвертеров с приставными (а), неотъемными {б) и вставными (в) днищами.

 

Цапфы и опорное кольцо.Конвертер цапфами опирается на роликовые опорные подшипники, закрепленные в опорных ста­нинах. Подшипники обеспечивают возможность вращения кон­вертера вокруг оси цапф; при этом один подшипник фиксиро­ванный, а другой " плавающий", что дает возможность пере­мещения вдоль оси цапф на 15—30 мм.

Опорное кольцо (рис. 62) представляет собой конструк­цию, состоящую из двух полуколец 1 и закрепленных между ними двух цапфовых плит 2; полукольца и плиты скреплены шпильками. Полукольца выполняют сварными полыми прямо­угольного (коробчатого) сечения.

Рисунок 62. Опорное кольцо кон­вертера

1 — полукольцо, 2 — цапфовая плита, 3 — цапфа, 4 — окно для циркуляции воздуха

 

 

Цапфы 3(см. рис. 62) выполняют коваными: обычно их крепят к опорному кольцу путем запрессовки в цапфовую плиту. Цапфы большегрузных конвертеров часто делают водо-охлаждаемыми.

Механизм поворота. Он обеспечивает вращение конвертера вокруг оси цапф на 360° со скоростью от ОД до 1 м/мин. Поворот конвертера необходим для выполнения технологичес­ких операций: заливки чугуна, завалки лома, слива стали и шлака и др. Механизмы поворота бывают стационарными и навесными. В состав стационарного механизма (см. рис. 57) обычно вхо­дят установленные на жестком фундаменте электродвигатель с редуктором, вращающий момент от которых передается цап­фе с помощью шпинделя или зубчатой муфты. Недостатком ме­ханизма является его быстрый износ вследствие того, что, будучи неподвижно закрепленным, он испытывает удары вра­щающихся цапф в случае их перекоса, а также ударные наг­рузки в момент включения привода.

Футеровка.Футеровку обычно делают из двух слоев: арматурного и рабочего. Примыкающий к корпусу арматурный слой (см. рис. 61) толщиной 110—250 мм уменьшает теплопотери и за­щищает кожух в случае прогара рабочего слоя. Арматурный слой выполняют из магнезитового или магнезитохромитового кирпича, он не требует замены очень длительное время (го­ды). Внутренний или рабочий слой изнашивается во время работы и его заменяют при ремонтах футеровки; его толщина в зависимости от емкости конвертера составляет 500-800 мм.

Для кладки рабочего слоя в основном применяют безобжиговые смоло- или пекосвязанные (на связке из каменноугольной смолы или пека) огнеупоры, поскольку их стойкость в условиях конвертерной плавки оказалась значительно (в два—три раза), более высокой, чем стойкость обычных обожженных огнеупоров (магнезитохроми-товых и магнезитовых кирпичей). Из этих огнеупоров широко используют смолодоломит (35—50% MgO, 45—60% СаО), полу­чаемый из недорогого природного сырья — доломита; смоло-доломитомагнезит (50—85 % MgO, 10—45 % СаО), производимый из доломита с добавкой более дорогого магнезита, и реже смоломагнезит (более 85 % MgO), получаемый из дорогостоя­щего магнезита.

Кислородная фурма.Кислород подают в конвертер через вертикально расположенную водоохлаждаемую фурму, которую вводят в полость конвертера через горловину строго по его оси. Давление кислорода перед фурмой составляет 1, 0—1, 6 МПа (10-16атм). Высоту фурмы над ванной можно изменять по ходу плавки; обычно она увеличивается при росте емкости конвертера и находится в пределах 1, 0—4, 8 м от уровня ванны в спокойном состоянии. Поднимают и опускают фурму с помощью механизма, сблокированного с механизмом вращения конвертера. Конвертер нельзя повернуть, пока из него не удалена фурма. Скорость подъема и опускания фурмы изме­няется в пределах 0, 1—1м/с.

1—3 — стальные трубы; 4 — сальниковое уплотнение; 5 — патрубки для подачи кислорода и воды; 6 — компенсатор; 7 — сменная часть наружной трубы; 8 — медная головка фурмы; 9 — сопло; 10 — выемка

Рисунок 63. Многосопловые кислородные фурмы с центральной подачей кислорода (а) и воды (б).

Фурма выполнена из трех концентрично расположенных стальных труб и снабжена снизу медной головкой с соплами (рис. 63). Полости, образованные трубами, служат для по­дачи кислорода, подвода и отвода охлаждающей воды. Наибо­лее часто применяют фурмы с центральной подачей кислорода (рис. 63, а).По средней трубе при этом подводят охлаж­дающую воду, а по наружной — отводят. Применяются также фурмы с центральной подачей охладителя (рис. 63, б).В таких фурмах подаваемую через центральную трубу воду от­водят по наружной трубе, а кислород подают по средней трубе. К верхней части труб прикреплены патрубки 5 для подвода кислорода, подвода и отвода воды.

Головка фурмы является сменной, ее соединяют с трубами сваркой (см. рис. 64) или резьбой в сочетании со сваркой. В головке расположены сопла Лаваля 1, через которые кис­лород поступает в полость конвертера и распределитель во­ды, направляющий ее вдоль поверхности головки.Сопла Лаваля (рис. 64, 1)применяют потому, что они, преобразуя энергию давления в кинетическую, обеспечивают скорость кислорода на выходе в 500 м/с и более; это необ­ходимо для заглубления струй в ванну и полного усвоения ею кислорода. Давление кислорода перед соплом должно быть более 0, 9—1, 2 МПа, а его диаметр определяют расчетом; приближенно диаметр минимального (критического) сечения сопла можно определить по формуле, мм:

(147)

где р — давление перед соплом, МПа; V — расход кислорода через сопло (обычно не более 250м³/мин).

Воду для охлаждения фурмы подают насосом в таком коли­честве, чтобы перепад температур на входе и выходе не превышал 30° во избежание выпадения из воды солей жест­кости; на больших конвертерах расход воды достигает 500м³/ч. Стойкость головок фурм составляет 50—150 плавок.

В первые годы освоения кислородно-конвертерного про­цесса применялись односопловые фурмы, позволявшие рабо­тать с небольшими расходами (до 200—250 м³/мин) кислоро­да; увеличение расхода кислорода при подаче одной струей вызывало выбросы металла при продувке. Позднее были разработаны повсеместно применяемые в на­стоящее время многосопловые фурмы, которые благодаря рас­средоточению кислородного потока на несколько струй, обеспечили более " мягкую" продувку и резкое уменьшение количества выбросов.

 

 

1 — сопло Лаваля (медь); 2 — на­ружная тарелка (медь); 3 — рас­пределитель воды; 4 — стальной патрубок; 5 — внутренняя тарелка; 6 — телескопическое соединение; 7— компенсатор; 8—10 — стальные трубы; 11— места сварки при сме­не головки

Рисунок 64. Сварная головка кисло­родной фурмы:

 

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. IV. Политика и гражданское общество. Гармонизация межконфессиональных, межнациональных, миграционных процессов.
2. АРМ перевода технологических процессов.
3. АРТИКУЛ ВОИНСКИЙ И КРАТКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ ПРОЦЕССОВ И СУДЕБНЫХ ТЯЖБ (1715 Г.): ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПАМЯТНИКОВ, ОБЗОР УГОЛОВНО-ПРАВОВЫХ И ПРОЦЕССУАЛЬНЫХ НОРМ.
4. Асимметрия полушарий и специфика психических процессов
5. Безопасность продукции, процессов производства, эксплуатации, хранения, перевозки, реализации и утилизации (далее – безопасность)
6. В чем состоит отличие процессов пайки от сварки?
7. Взаимодействие рабочих поверхностей деталей. Оценка процессов внешнего и внутреннего трения.
8. Виды переходных процессов в АСР
9. Внимание как общий компонент всех психических процессов.
10. Вопрос 3. Простые статистические методы контроля процессов. Их краткая сущность и особенности
11. Вредные производственные факторы, характерные при использовании конкретных материалов и технологических процессов.
12. Выбор и обоснование методов организации технологических процессов ТО и ТР