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.

Рисунок 11 – График совмещения операций при плавке стали в двухванных печа и примерная их продолжительность (% от общей длительности плавки)

 

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.