Производство стали. Кислородно-конверторный процесс.

Вопрос №17.

Кислородно-конвертерный процесс -это выплавка стали из жидкого чугуна в конвертере с основной футеровкой и про­дувкой кислородом через водоохлаждаемую фурму.

Кислородный конвертер(рис. 2.4) - сосуд грушевидной формы 2, корпус ко­торого сварен из листовой стали толщи­ной 50 ... 100 мм. Внутренняя футеровка корпуса, как правило, двухслойная, тол­щиной 700 ... 1000 мм. Она изготовляется из основных огнеупорных материалов, преимущественно из магнезита и доломи­та. Стойкость рабочего слоя составляет 400 ... 600 плавок. Конвертер имеет опор­ный пояс 3 с цапфами, расположенными в подшипниках опор. Для поворота конвер­тера предусмотрен механизм привода 4, при помощи которого конвертер может поворачиваться в обе стороны на любой угол.

Сверху через горловину в рабочее пространство конвертера входит водоохлаждаемая кислородная фурма 7. Расстояние от ванны до сопел фурмы может изменяться по ходу плавки, обеспечивая рациональный режим продувки. Вместимость конвертера 70 ... 350 т расплавленного чугуна. Шихтовыми материалами кислородно-конвертерного процесса являются жидкий передельный чугун, (см. табл.2.1), стальной лом (не более 30 %), известь для наведения шлака, железная руда, а также боксит (А1₂Оз), плавиковый шпат (СаРг), которые применяют для разжижения шлака.

Перед плавкой конвертер наклоняют, через горловину с помощью завалочных машин загружают скрап (рис. 2.5, а), заливают чугун при температуре 1250 ...1400 °С (рис. 2.5, б). После этого конвертер поворачивают в вертикальное рабочее положение (рис. 2.5, е), внутрь его вводят водоохлаждаемую фурму и через нее подают кислород под давлением 0,9... 1,4 МПа. Расход кислорода составляет 2 ... 5 м³/мин

на 1 т металла. Чистота технического кислорода должна быть 99,5 ... 99,7 %, что обеспечивает в готовой стали низкое содержание азота (0,002 ... 0,004 %). Одновременно с началом продувки в конвертер загружают известь, боксит, железную руду. Струи кислорода проникают в металл, вызывают его циркуляцию в конвертере и перемешивание со шлаком. Благодаря интенсивному окислению примесей чугуна при взаимодействии с кислородом в зоне под фурмой развивается температура до 2400°С.

В зоне контакта кислородной струи с чугуном в первую очередь окисляется железо, так как его концентрация во много раз выше, чем примесей. Образующийся оксид железа растворяется в шлаке и металле, обогащая металл кислородом. Кислород, растворенный в металле, окисляет кремний, марганец, углерод в металле, и содержание их понижается. При этом происходит разогрев ванны металла теплотой, выделяющейся при окислении примесей, и он поддерживается в жидком состоянии.

В кислородном конвертере благодаря присутствию шлаков с большим содержанием СаО и FeO, перемешиванию металла и шлака создаются условия для удаления из металла фосфора по реакции (2.6) в начале продувки ванны кислородом, когда ее температура еще невысока. В чугунах, перерабатываемых в конвертерах, не должно быть более 0,15 % Р. При повышенном (до 0,3 %) содержании фосфора для его удаления необходимо сливать шлак и наводить новый, что снижает производительность конвертера.

Удаление серы из металла в шлак протекает в течение всей плавки по реакциям (2.7) и (2.8). Однако высокое содержание в шлаке FeO (до 7 ... 20 %) затрудняет удаление серы из металла. Поэтому для передела в сталь в кислородных конвертерах применяют чугун с содержанием до 0,07 % S.

Подачу кислорода заканчивают, когда содержание углерода в металле соответствует заданному. После этого конвертер поворачивают и выпускают сталь в ковш (рис. 2.5, г).

При выпуске стали из конвертера ее раскисляют в ковше осаждающим методом ферромарганцем, ферросилицием и алюминием; затем из конвертера сливают шлак (рис. 2.5, д).

В кислородных конвертерах выплавляют конструкционные стали с различным содержанием углерода, кипящие и спокойные.

В кислородных конвертерах трудно выплавлять стали, содержащие легко окисляющиеся легирующие элементы, поэтому в них выплавляют низколегированные (до 2…3% легирующих элементов) стали. Легирующие элементы вводят в ковш, расплавив их в электропечи, или твердые ферросплавы вводят в ковш перед выпуском в него стали. Плавка в конвертерах вместимостью 130...300 т заканчивается через 25 ... 30 мин. Кислородно-конвертерный процесс - более производительный, чем плавка стали в мартеновских печах.