Характерные параметры конвертерной плавки
Тепловая работа конвертера заключается в образовании и использовании тепла в плавке. Источником его получения при продувке металла служат экзотермические реакции окисления железа и примесей ванны. Около половины получаемого тепла усваивается при нагревании выплавляемой стали до 1600—1650°С, остальное расходуется на образование активного шлака, теряется в отходящих газах, выносах и в результате радиации, уносится охлаждающей водой, поглощается футеровкой.
Приходная часть теплового баланса конвертерной плавки при загрузке 250 -кг металлолома на тонну стали равна примерно 1880 МДж/т, или в процентах: с залитым чугуном (1320°С) —55%, в реакциях окисления элементов — 41 %, при шлакообразовании — 4 %.
Коэффициент полезного теплоиспользования (к. п. т.) составляет около 0,77. Потери тепла ib плавке возрастают, а к. п. т. соответственно снижается, когда применяют плохо обожженную известь, железную руду, чрезмерно влажные материалы, в случае значительной десульфурации ванны, частых повалок конвертера, больших выбросов.
Экономические показатели конвертерной плавки (производительность, расход материалов, себестоимость) отражаются в ее материальном и тепловом балансах. По материальному балансу намечают пути экономии материалов и удешевления стали. Цель тепловых расчетов — определение соотношения жидкого чугуна и металлолома для обеспечения требуемой температуры металла на выпуске.
Расходные нормативы металлошихты устанавливают по балансу железа в типовой плавке. Удельный расход жидкого мартеновского чугуна Ч на плавку конвертерной мягкой углеродистой стали при 6% потерь железа может быть определен из соотношения его с ломом (кг/т):
где Л — удельный расход лома на 1 т стали, кг.
При загрузке в конвертер 250 кг лома потребуется 857,5 кг жидкого чугуна; при 200 кг — 910,3 кг. Перебор жидкого чугуна относительно величины, указываемой равенством (6.1), свидетельствует о том, что потери железа в плавке превышают оптимальный уровень (6%) и технологию следует усовершенствовать.
Результаты расчетов по дутьевому и тепловому режимам типовой плавки мягкой стали в 165-тонном конвертере приведены в табл. 1. Они дают представление о характерных особенностях конвертерного процесса, которые можно сформулировать так:
1. Температура ванны по ходу продувки повышается неравномерно.
2. Кривая t (рис. 8) конвертерной плавки имеет явно выраженную переменную направленность. В начале и во второй половине продувки она ориентирована в сторону более быстрого нагрева (увеличения градиента Д<); в средней же части—кривая имеет пологость, что означает замедление нагрева ванны.
Рис. 8. Изменения химического состава и температуры ванны в конвертерной плавке
3. Левая ветвь кривой в первые три минуты продувки показывает среднее значение t порядка 27°С/мин, в следующих интервалах 3—6 и 9—12 мин — соответственно 21 и 24°С/мин, а перед выпуском плавки 18°С/мин. В средней же части (6—9 мин) температура ванны повышается только со скоростью t = 9°С/мин. Металл нагревается медленней.
Таблица 1. Изменения химического состава и температуры ванны в процессе продувки
Более высокие значения t в начале продувки вызваны значительным выделением тепла в реакции обескремнивания. Она обеспечивает около 70% всего поступающего в этот период тепла. Остальные 30% выделяются при реакциях окисления железа, марганца, фосфора и небольшой доли углерода.
4. Быстрый подъем температуры во второй-половине продувки обусловлен интенсивным обезуглероживанием ванны. Углерод окисляется со скоростью 0,32— 0,36°С/мин и вносит 85—95% химического тепла в этот период плавки. Остальные 5—15% приходятся на реакции окисления железа (главным образом) и марганца.
5. Медленный нагрев ванны в середине продувки вызван: завершением обескремнивания металла и прекращением поступления тепла по этой реакции; (растворением (диффузионным плавлением) и собственно плавлением большей части лома, т. е. более заметным действием охладителя. И котя скорость обезуглероживания заметно не снизилась, но поступающее тепло идет больше на плавление металлолома, чем на нагрев ванны.
6. В зависимости от конкретных условий производства кратковременное промежуточное ослабление нагрева ванны (снижение градиента t) может наступить раньше или позже по ходу продувки, оно может длиться 2—3 с или дольше, но спад (пологость) в средней части температурной кривой — явление закономерное. Этот сдвиг в состоянии продуваемой ванны необходимо учитывать при анализе аномалий в плавке, чаще всего по поводу случившегося выброса из конвертера.
7. Замедленный нагрев ванны в середине продувки не означает приближения металла к температуре ликвидус. Параметр бt = t—tR остается на уровне 90°С, как и на выпуске. Но в конце продувки tR выше почти на 150°С, чем в середине плавки, при содержании в металле около 1,5% С.
8. Задержка ванны даже на короткое время в локально инертном состоянии ограничит развитие обезуглероживания и приведет к неблагополучным последствиям. При последующем нагреве ванны реакция растормаживается, что может привести к выбросу.
Нежелательны резкие колебания интенсивности дутья — внезапное снижение или временное прекращение подачи кислорода, подъем фурмы чрезмерно высоко над ванной, передержка ее на обдуве шлака кислородом, засорение сопел газоводяной и металлошлаковой эмульсией. Такие отступления должны быть вовремя выправлены машинистом управления конвертером. Для обеспечения рационального температурного режима необходимо вести процесс так, чтобы поступление тепла от реакций окисления соответствовало его потреблению, с плавным подъемом температуры и достаточным нагревом металла на выпуске.
Основную массу нормируемых охладителей надо загружать в конвертер в первой половине продувки и в таких количествах (порциях), чтобы обезуглероживание ванны не задерживалось. Это можно определить по факелу тазов над горловиной.
Максимальное количество лома при работе на мартеновском чугуне не должно превышать в среднем 270 кг на тонну стали. Если загрузить его больше, то в плавке возникнет дефицит тепла, на покрытие которого потребуется дополнительно окислить часть железа (сверх 6% принятой нормы общих его потерь), что приведет к перерасходу чугуна. Ведь в конце продувки другого топлива в металле нет (остаточный марганец практически не окисляется).
Если подогрев металла нетрудно исправить додувкой ванны и повышением угара железа, то перегрев ее в конце плавки исправить сложнее. Добавление железной руды повлечет за собой восстановление части серы и фосфора из шлака в металл.
Выпуск перегретой плавки может иметь опасные последствия: сталь уйдет через днище или стенки ковша; отгорит пробка или стопор, и металл придется выпускать в изложницы неорганизованной струей. Бывают также прошибы на поддоне.