Отсечка шлака при выпуске металла из конвертера

Отсечка шлака при выпуске металла из конвертера

Источник: Электронная библиотека Библиотекарь.Ру.
http://www.bibliotekar.ru/spravochnik-38/36.htm

В конвертерном производстве традиционно широко применяют методы загущения шлака (например, введение порции холодного доломита или извести) с целью затруднить вытекание шлака из агрегата. Иногда эти методы достаточно эффективны. Толщина слоя шлака в ковше при этом уменьшается примерно до 35 мм (максимум 80 мм) по сравнению с ~ 170 мм (максимум 270 мм) при работе без отсечки. Однако Э1И методы не позволяют полностью отсечь конечный шлак при выпуске. В большинстве конвертерных цехов страны отсечку конечного шлака производят подъемом конвертера, при этом часто шлак предварительно загущают известью и молотым коксиком. Между тем такой прием (изменение наклона конвертера) в реальных производственных условиях удовлетворительные стабильные результаты дает далеко не всегда. Это объясняется трудностью визуального определения момента, когда нужно дать команду на подъем конвертера, особенно учитывая, что шлак часто выходит вместе с металлом, часто затягивается металлом при его вихреобразном движении. При этом всегда есть опасность, что часть металла останется в конвертере. Одним из вариантов решения проблемы — организация закупоривания сталевыпускного отверстия (летки) с использованием различного рода пробок.

В 1982 г. появилось сообщение о том, что компанией "Voest—Alpine" разработана пневматическая пробка для выпускного отверстия кислородного конвертера, позволяющая эффективно отделять шлак oт металла при выпуске плавки. Удержание шлака в конвертере осуществляется под действием давления газа, вдуваемого через пробку и выпускное отверстие. Корпус пробки изготовлен из чугуна, в центре пробки сопло-отверстие, через которое по сигналу подается сжатый воздух или азот. Размер пробки должен быть таким, чтобы между ее внешней поверхностью и внутренними стенками выпускного отверстия оставался кольцеобразный зазор, через который выходить воздух, подаваемый для удержания шлака в конвертере. Сигналом к началу подачи сжатого воздуха (азота) и перемещения пробки является команда, поступающая от радиационного пирометра, регистрирующего по изменению уровня радиации окончание прохождения через выпускное отверстие металла и начало схода шлака. По данным этим устройством уже было оборудовано восемь и оборудовалось еще восемь конвертеров.

В настоящее время такое оборудование, называемое иногда PSS (Pneumatic Slag Stopper) распространено достаточно широко. Такое устройство работает достаточно эффективно. Меры по уменьшению количества попадающего из конвертера в ковш шлака особенно важны в случае внепечной обработки стали сильными восстановителями. Эффективность этих способов недостаточно высока, они не обеспечивают стабильные условия полного исключения попадания в ковш конечного шлака. На некоторых заводах в тех случаях, когда требуется получение в стали гарантированно низкого содержания фосфора, используют прием оставления в конвертере значительного количества металла. Так, на заводе "SM Normandic" (Франция) при выполнении заказов с требованием иметь в стали «0,013 % Р в конвертерах оставляют до 25 т стали; разработана специальная система контроля (с учетом степени износа кладки) за соблюдением этой нормы.

Отсечка шлака в мартеновских (и двухванных) печах встречается со значительными трудностями, многочисленные попытки организовать отсечку шладса при помощи различных устройств шиберного типа пока не вышли из стадии экспериментирования. Тем не менее, определенные достижения имеются. Так, УралНИИЧМ совместно с металлургическим комбинатом им. А.К.Серова была разработана и внедрена специальная конструкция сталевыпускного желоба, обеспечившая эффективное отделение шлака от металла при выпуске плавки из мартеновских печей небольшой (до 1001) вместимости. Особенностью этой конструкции желоба является наличие в нем ванны. Отделение металла от шлака осуществляется в ванне при помощи скиммернои перегородки. Шлак, удерживающийся в приемной части желоба, по мере накопления через выем в борту желоба направляется в шлаковую чашу. Уровень металла в ванне желоба в любой момент выпуска плавки расположен на 150-200 мм ниже лещади отверстия, что предопределяет выпуск расплавов в режиме открытой струи.

В дальнейшем был разработан способ отделения шлака от металла при выпуске плавки из двухванного агрегата, который характеризуется значительным снижением продолжительности переходного периода путем уменьшения скорости истечения расплавов под уровень металла, находящегося в желобе. Этот способ был реализован при разработке конструкции желобов для двухванных печей ЧерМК и ОХМК, а затем" ММК. Цельнометаллический футерованный каркас желоба разделен перегородкой на приемную и сливную части. Выем предусмотрен для удаления шлака из приемной части желоба, который перекрывается огнеупорной вставкой.

Выпуск металла в режиме затопленной струи позволил сместить начало поступления шлака практически на момент окончания схода металла; при этом количество металла, выпущенного в переходном периоде, уменьшается почти в десять раз. Поступающий совместно с этим количеством металла печной шлак успевает полностью отделиться от металла и, удерживаясь перегородкой, всплывает в приемной части желоба.

Накопление шлака в приемной части желоба способствует частичному вытеснению из нее металла в сливную часть. При этом уровень металла в приемной части желоба опускается ниже уровня шлакового выема, что препятствует попаданию металла в шлаковую чашу после удаления огнеупорной вставки. Удаление вставки происходит в момент повышения уровня шлака в приемной части желоба на высоту 100—150 мм до уровня борта желоба. Поступающий из агрегата шлак отводится из приемной части желоба через шлаковый выем по специальному шлаководу в шлаковую чашу. Расположение сливного носка желоба выше лещади сталевыпускного отверстия препятствует полному сходу шлака из плавильной емкости arperaia, поэтому оставшийся в агрегате шлак после снятия желоба сливается в шлаковую чашу, расположенную под рабочей площадкой печи. Желоб оборудован специальными цапфами, при зацеплении за которые в начале подъема происходит его наклон для слива остатков металла в разливочный ковш. При сливе остатков металла из желоба в сталеразливочный ковш попадает не более 1,5—2 т печного шлака, который вместе со шлаком, формирующимся в ковше в процессе выпуска, эффективно теплоизолирует зеркало металла. Отсечка шлака обеспечивает значительное улучшение технологических и качественных показателей выплавки стали в двухванных агрегатах.

Конструкция дуговых сталеплавильных печей в большей мере, чем мартеновских, позволяет изменением угла наклона предотвратить попадание основной массы конечного шлака в ковш, однако не исключает попадания в ковш некоторого количества шлака. Работы в направлении упрощения и повышения надежности отсечки шлака привели к следующим решениям:

1. Так называемый сифонный выпуск, т.е. размещение выпускного отверстия печи ниже уровня расплавленной ванны.

2. Метод донного центрального, а затем внецентренного выпуска, который дал наряду с обеспечением отсечки шлака и оставлением части металла и другие положительные результаты; способ получил широкое распространение.

3. Разработка печи со "смещенным" донным выпуском. В отличие от печи с внецентренным донным выпуском в печи со "смешенным" выпуском отверстие смещено на 7,5° от центральной линии, объем металла в эркерной зоне больше и тепловые потери через панель-крышку меньше, так как она почти является частью главного свода печи. Все это позволяет еще больше снизить нагрев металла в печи и увеличить ее массу. Специалисты считают разработку технологии и оборудования донного и эксцентричного выпуска металла из дуговых печей важнейшими усовершенствованиями в области электроплавки за последние 10 лет. По данным, к 1988 г. в мире в эксплуатации уже находилось 40 электропечей с донным выпуском.

Возможны и другие варианты решения, в частности использование шиберных затворов для отсечки шлака. Так, фирма "Metacon AG" (Швейцария) при участии фирм "Krupp Stahl AG" и "Didier-Werke AG" (ФРГ) для сливных носков дуговых сталеплавильных печей сконструировала кассетные шиберные затворы. Изготовленные по лицензии фирмы затворы установлены на 200-т печах завода фирмы "US Steel" в г.Байтон (США) и на 100-т печи завода фирмы "Creusot-Loire" (Франция). Плавка в ДСП ведется с закрытым затвором, для слива металла печь наклоняют примерно на 10°, затвор открывают, и печь продолжают наклонять, заполняя сталеразливочный ковш. При появлении первых порций шлака затвор закрывают, причем отсечка струи происходит менее, чем за 1 с. Ковш с металлом отводят из печи, затвор открывают для выпуска остатков металла и шлака. На заводе в г.Байтоне за четыре года работы 99,5 % плавок прошли без отказов в действии затвора. Опыт эксплуатации затворов во Франции показал, что бесшлаковый выпуск стали в ковш в сочетании с последующей внепечной обработкой позволяет заметно снизить температуру выпуска, уменьшить продолжительность подготовки ковша, исключает рефосфорацию в ковше.

Наилучшие результаты при отсечке шлака при разливке дает метод перелива из ковша в ковш. Этот метод обеспечивает практически полное отделение металла от шлака, но имеет существенный недостаток: потери тепла (даже для ковшей вместимостью э= 100 т температура металла снижается, в зависимости ох степени предварительного подогрева футеровки, на 25-40 °С); кроме того, этот метод требует большой высоты здания и соответствующего оборудования. Разрабатываются новые способы, некоторые из которых отмечены ниже.
1. В ряде случаев организуют скачивание шлака из ковша "осле выпуска плавки. На заводе "Nisshin Steel Corp." (Япония) 90-т ковш после выпуска плавки из конвертера поднимают краном, наклоняют (на угол до 45°) и начинают Удалять шлак, продувая металл в ковше снизу аргоном. В течение 5 мин такой обработки удается удалить до 90% снижение температуры при этом составляет только 20°С (с 1590 до 1570°С). Такая обработка практически исключает рефосфорацию (содержание фосфора при выпуске в среднем 0,012%, в готовом металле не более 0,014%), недостатком метода является усложнение оборудования, которое должно обеспечить продувку аргоном при наклоне ковша и необходимость увеличить высоту ковша (на данном заводе — на 1 м).
2. Метод задержки шлака в специальной емкости ("Slag cup pot" — "шлак через горшок" — название метода дано японской фирмой "Kawasaki Steel", которая его использует. Промежуточную футерованную изнутри и снаружи емкость, имеющую в нижней части отверстие, устанавливают перед выпуском плавки на сталеразливочном ковше таким образом, что в начале выпуска металл из конвертера падает непосредственно в сталеразливочный ковш, а в конце выпуска, когда вместе с металлом начинает идти шлак, металл попадает в промежуточную емкость. Когда из сталевыпускного отверстия начинает вытекать один шлак, конвертер поворачивают в вертикальное положение, а в промежуточную емкость помещают шар, плотность которого такова, что он плавает на границе между шлаком и металлом. Промежуточную емкость поднимают краном, металл стекает в ковш, шар перекрывает отверстие в дне промежуточной емкости и шлак в сталеразливочный ковш почти не попадает. Рефосфорация при такой технологии составляет всего 0,002% Р, в то время как при обычном способе количество восстановленного фосфора достигает иногда 0,006%.
3. На заводе компании "NSC" (Япония) используют метод, названный SAB-процессом, в тех случаях, когда из плавильного агрегата в ковш попадает какое-то количество окисленного конечного шлака (например, при вы пуске плавки из конвертера).
4. Введение в металл добавок в нейтральной атмосфере и хорошее их усвоение при перемешивании металла инертным газом обеспечивается в несколько усложненном способе за щиты зоны продувки, названном CAS-процессом: по этому способу в ковш сверху вводят огнеупорный колпак, закрытый снизу расплавляющимся металлическим конусом, таким обра зом, что внутри этого колпака шлака нет. Сверху в колпак вводят ферросплавы, снизу — подают аргон для продувки. Этот метод позволяет достичь высокой степени усвоения элементов, вводимых с добавками в металл, даже таких, как углерод и алюминий. Общее содержание кислорода в ванне снижается быстро до уровня < 0,004 %, в то время как при обычном перемешивании аргоном содержание кислорода часто находится в пределах 0,005—0,010%.

Положительный опыт использования CAS-процесса послужил основанием для создания процесса, названного CAS-OB (CAS with Oxygen Blowing - англ.). Способы CAS и CAS-OB получили достаточно широкое распространение. По данным, к 198У г. эти процессы использовались в 22 сталеплавильных цехах (в том числе в 12 цехах способ CAS-OB). В качестве примера можно привести данные завода "Sollac" (Франция), где способом CAS-OB обрабатывают сталь, полученную в 310-т конвертерах. После скачивания шлака сталь в ковше перемешивают инертным газом через пористую пробку в днище и одновременно через погруженный в металл огнеупорный колокол-колрак подают ферросплавы, угар которых вследствие отсечки зоны ввода от ковшового шлака и от атмосферы резко снижается. Для подогрева в металл трайбаппаратом со ско ростью 20-200 кг/мин вводят алюминиевую проволоку и одновременно через фурму подают кислород (1-6 тыс.м₃/ч). Окисление алюминия обеспечивает подъем температуры металла 5-13°С/мин. Способ обеспечивает попадание в анализ по углероду с точностью 0,015%; по марганцу 0,03%, по ниобию 0,004% при общем снижении расхода алюминия с 1,41 до 1,01 кг/т. По данным, при переходе от CAS-процесса к процессу CAS—OB расход аргона (м₃/т) увеличивается с 0,02 до 0,04, расход огнеупоров (кг/т) с 0,2 до 0,4. Расход кислорода (м₃/1°С-т) 0,025, расход алюминия (кг/1°С-т) 0,04.

Литература

Электронная библиотека Библиотекарь.Ру.