11. Скрап-рудный мартеновский процесс с использованием твердых окислителей

При использовании для окисления примесей металлической ванны твердых окислителейскрап-рудный мартеновский процесс включает следующие периоды плавки: заправка, завалка твердой шихты, прогрев шихты, слив жидкого чугуна, плавление, доводка плавки (рудное и чистое кипение), предварительное раскисление и легирование (эти операции могут выполняться в ковше во время выпуска плавки), выпуск.

Заправкой называют ремонт футеровки мартеновской печи, который выполняется перед началом каждой плавки путем нанесения на поврежденные участки футеровки обожженного порошкообразного доломита.

Заправку стремятся проводить в максимально короткое время (10 – 15 мин.), что обычно достигается совмещением этой операции с выпуском плавки.

Завалка твердой шихты. В ходе завалки в печь загружают необходимые для плавки количества известняка, железной руды и металлического лома.

В процессе завалки должны соблюдаться следующие правила. В первую очередь в печь следует загружать материалы, обладающие наименьшей теплопроводностью. Из твердых шихтовых материалов наиболее высокой теплопроводностью обладает металлический лом, наименьшей – известняк. Однако, непосредственно на подину печи известняк не загружается, чтобы избежать возможного приваривания.

С учетом этого рациональная последовательность загрузки твердых шихтовых материалов может быть следующей. Подина печи покрывается тонким слоем железной руды или легковесного металлического лома. На него загружается все необходимое для плавки количество известняка. После этого загружают оставшееся количество железной руды, легковесный, а затем и тяжеловесный металлический лом. Неметаллические материалы заваливают слоями с перерывами для их нагрева.

Применяются также более сложные способы завалки, при использовании которых твердые шихтовые материала располагаются на подине печи не равномерными слоями, а отдельными «линзами».

Прогрев шихты. Средняя температура металлического лома к концу периода прогрева должна составлять 1300 – 1400^оС.

Во время прогрева шихты обслуживающий персонал выполняет операции подсыпки ложных порогов, установки желобов для слива в печь чугуна, замены шлаковых чаш и др. Если технология плавки предусматривает частичное удаление из печи шлака первой половины периода плавления, порог среднего завалочного окна, под которым ниже уровня рабочей площадки устанавливается шлаковая чаша, не подсыпают.

Слив жидкого чугуна в печь проводят в максимально короткое время.

Плавление. В периоде плавления в ванне печи протекают следующие процессы:

• растворение металлического лома в жидком высокоуглеродистом расплаве;

• разложение известняка;

• растворение в шлаке оксидов железа и пустой породы твердых окислителей;

• окисление примесей металлической шихты кислородом твердых окислителей и газовой фазы печи с переходом оксидов в шлак, образование которого начинается во время слива чугуна.

Сведения об изменении химического состава металла и шлака в периоде плавления представлены на рисунке 16.1.

Рисунок 16.1 – Изменение химического состава металла и шлака по ходу плавления и доводки в мартеновской печи при скрап-рудном процессе: 1 – плавление; 2 – рудное кипение; 3 – чистое кипение; Р – руда; И – известь; Б – боксит

На большегрузных печах через 15 – 20 минут после заливки чугуна скачивают 50 – 60% общего количества шлака периода плавления (6 – 8% от массы металла). С точки зрения выхода годной стали спуск шлака – нежелательная операция, так как выход жидкой стали при этом снижается на 1 – 2 %. Но, несмотря на потери железа, спуск первичного шлака способствует увеличению производительности печи и качества металла, так как при этом: улучшается теплообмен между факелом и металлом; увеличивается степень дефосфорации и десульфурации металла; обеспечивается экономия известняка и извести, так как спускаемый шлак содержит в 2 раза меньше оксида кальция и в 1,5 раза больше кремнезема, чем конечный шлак.

Конец периода плавления визуально определяется по прекращению фонтанирования металла в печи, свидетельствующему об отсутствии в ванне твердых материалов. Содержание углерода в металле в конце периода плавления должно быть выше его концентрации в конце доводки на 0,3 – 0,5%.

Концом периода плавления считают такое температурное состояние ванны, когда можно производить присадки железной руды в количестве не менее 1% от массы металла, т. е. когда перегрев металла над температурой плавления составляет 50 – 70^оС. При этом в зависимости от содержания углерода по расплавлении температура металла, замеряемая термопарой погружения, равна 1520 – 1560^оС.

В конце периода плавления отбирают пробы металла и шлака для химического анализа, в зависимости от результатов которого определяют мероприятия, которые следует выполнить при доводке плавки.

Доводка плавки. В начале периода доводки металл содержит избыточные количества углерода, фосфора и серы. Температура металла на 60 – 100^оС ниже необходимой перед выпуском плавки. Поэтому в периоде доводки решаются задачи удаления избыточного количества примесей и нагрева ванны.

При окислении примесей металла присадкой твердых окислителей доводку плавки в мартеновской печи принято подразделять на периоды рудного кипения (полировки) и чистого кипения.

Если содержание серы и фосфора в металле по расплавлении не превышает заданного маркой выплавляемой стали, а основность шлака составляет не менее 2,0 – 2,5, в периоде рудного кипения решается задача удаления избыточного количества углерода по сравнению с необходимым для начала периода чистого кипения. С этой целью в ванну периодически присаживают железную руду, при этом масса разовой присадки обычно составляет около 1% от массы металла. Следующую присадку руды проводят через 15 – 20 минут после восстановления необходимого перегрева металла над температурой плавления. В этом случае период рудного кипения можно проводить без обновления шлака.

Если концентрация серы и фосфора по расплавлении выше требуемой в готовой стали, период полировки проводят с обновлением печного шлака. Для этого, когда после присадки железной руды и ее усвоения уровень металла и шлака в печи повышается, шлак через порог среднего завалочного окна частично скачивают в установленную под рабочей площадкой шлаковую чашу. После этого для наведения нового шлака в печь вместе с железной рудой присаживают известь и боксит.

Главной задачей периода чистого кипения является нагрев металла до температуры, которая обеспечивает нормальное выполнение операций выпуска и разливки плавки.

В периоде чистого кипени присадки железной руды не проводятся, и ванна кипит только за счет поступления кислорода из шлака и атмосферы печи. Продолжительность периода чистого кипения обычно составляет 30 – 40 минут. К началу этого периода содержание углерода в металле должно быть на 0,15 – 0,2% выше необходимого перед выпуском плавки.

Предварительное раскисление и легирование. Предварительное раскисление и легирование металла в печи не являются обязательными операциями при выплавке стали скрап-рудным процессом.

При выплавке углеродистой стали предварительное раскисление может выполняться для получения содержания углерода в металле в точном соответствии с требуемым перед выпуском плавки. При выплавке легированной стали предварительное раскисление позволяет понизить окисленность металла и уменьшить потери легирующих элементов в результате угара.

При предварительном раскислении в ванну вводят ферросилиций для получения остаточного содержания кремния в металле ~ 0,1%, после чего кипение ванны прекращается. Для предварительного раскисления желательно использовать бедные марки ферросилиция, которые, обладая высокой плотностью, проходят через слой шлака к металлу. Угар кремния при предварительном раскислении обычно составляет 40 – 60%.

Присадку легирующих в печь обычно начинают через 15 – 20 минут после предварительного раскисления ванны. Масса разовой присадки ферросплавов не должна превышать 1 – 1,5% от массы металла. Следующая присадка ферросплавов проводится не ранее чем через 20 минут. Это время необходимо для растворения ферросплавов, усреднения химического состава и восстановления температуры ванны.

Выпуск. По ходу выпуска в сталеразливочный ковш обычно вводят раскислители и легирующие добавки.

После выпуска металла из печи через сталевыпускное отверстие выходит печной шлак, который, если не проводятся мероприятия по отделению окислительного шлака от металла, сперва попадает в сталеразливочный ковш, а из него в установленную рядом с ковшом шлаковую чашу.

12.

Технология плавки в двухванной мартеновской печи принципиально не отличается от технологии плавки в мартеновской печи, работающей с интенсивной продувкой ванны кислородом, однако имеется некоторое различие. В момент окончания заливки чугуна и начала продувки ванны в шлаке наблюдается высокое содержание оксидов железа (30-40 %, а на некоторых плавках еще выше). В период интенсивного обезуглероживания содержание оксидов железа в шлаке несколько снижается, однако в конце плавки, при понижении концентрации углерода вновь возрастает. Основное количество тепла в ванне печи выделяется в результате окисления железа и его примесей, а относительная величина теплоотдающей поверхности в двухванной мартеновской печи выше, чем в конвертере, поэтому температура в рабочем пространстве ниже, чем в мартеновских печах в периоды плавления и доводки и в конвертерах. Температура шлака в двухванной печи, как правило, не превышает температуры металла. Вследствие более низкой температуры шлака наведение активного жидкоподвижного высокоосновного шлака затрудняется, поэтому предпочитают по ходу плавки не вводить значительных порций извести, а для полного ошлакования извести или известняка, загруженных во время завалки, практикуют метод подъема одной или двух фурм. При этом начинает интенсивно окисляться железо (так же, как в начальный период конвертерной плавки), в результате повышения температуры шлака и его окисленности быстро формируется достаточно жидкоподвижный и гомогенный шлак. Содержание SiO2 в шлаке ниже, чем обычно в мартеновской плавке, что связано с тем, что в двухванной печи железную руду в период завалки обычно не вводят. Растворение в шлаке извести, введенной в печь в период завалки, начинается через некоторое время после окончания заливки чугуна. К моменту расплавления основность шлака CaO/SiO2 повышается до 2, во время доводки основность шлака продолжает возрастать. Формирование активного жидкоподвижного шлака обеспечивает достаточно успешное проведение десульфурации металла. Повышенная окисленность шлака в двухфанной мартеновской печи обеспечивает также успешное проведение дефосфорации металла. Расчет показывает, что при продувке кислородом обычного передельного чугуна приход тепла на 1т чугуна составляет примерно 3150 МДж. Это количество тепла складывается из трех примерно равных частей: физического тепла жидкого чугуна; тепла, выделяющегося при окислении примесей чугуна; тепла дожигания СО в СО2 Расход этого тепла распределяется следующим образом: около 50 % от прихода тепла содержится в жидкой стали и шлаке (энтальпия ванны); около 10 % - тепло, заключенное в отходящих газах (в основном СО2) и остальные 40 % тепла расходуются на компенсацию потерь через кладку, потерь с водой, охлаждающей отдельные элементы печи, и на переработку лома или железной руды (избыток тепла). Таким образом, количество переработанного лома (или железной руды) определяется тепловым балансом. Теоретически при содержании в шихте более 65% жидкого чу Источник [2] → список литературы. Сохранить ссылку Читайте также: гуна двухванныве мартеновские печи могут работать без расходования топлива. Если же по условиям производства в печь загружают лома больше, чем соответствует по балансу тепла, то недостаток тепла должен быть скомпенсирован подаваемым топливом. Естественно, что тепловой баланс зависит также от состава чугуна, главным образом от содержания в нем кремния. Топливо в двухванные печи подают с помощью газокислородных горелок, установленных в своде и торцах печи. Горелки могут быть стационарными или подвижными. Хорошо работающие двухванные мартеновские печи расходуют на 1т стали 70—75 м3 кислорода и 3-4 кг огнеупоров. Расход топлива определяется составом шихты (главным образом расходом и составом чугуна).

13.

Общие сведения

Наибольшее распространение получили трехфазные дуговые печи с тремя электродами и непроводящей подиной. По принципу нагрева эти печи относятся к типу электродуговых печей прямого действия. В них электрические дуги горят непосредственно между каждым из электродов и металлической садкой. Нагрев металла происходит в основном за счет тепла, излучаемого дугами. Емкость печей в СССР регламентирована ГОСТ 7206—63. Предусмотрены следующие емкости печей: 0,5; 1,5; 3,0; 6,0; 12,0; 25,0; 50,0; 100, 200, 300, 400 m.

По способу загрузки печи делятся на два типа: печи с загрузкой сверху и печи с загрузкой через рабочее окно. Через рабочее окно загружают печи небольшой емкости, причем загрузка производится или завалочной машиной при помощи мульд, или лотками и в редких случаях вручную специальной лопатой. Печи с загрузкой через окно имеют стационарно укрепленный свод и более простую конструкцию, чем печи с загрузкой сверху.

Более совершенным способом является загрузка печей сверху, хотя она и вызывает значительные усложнения конструкции печи, так как при этом возникает необходимость подъема и отвода свода в сторону. Шихта загружается в один прием в течение 3—6 мин при помощи специальной корзины (бадьи). Резкое сокращение (в 8—10 раз) продолжительности загрузки по сравнению с загрузкой через рабочее окно позволяет повысить производительность печи. Кроме того, при загрузке сверху достигается снижение расхода электроэнергии, лучшее использование объема печи за счет загрузки большого количества шихты, облегчение условий труда.

Печи с механизированной загрузкой сверху разделяются на три типа: 1) печи с выкатываемым корпусом (ванной); 2) печи с откатываемым сводом; 3) печи с поворотным сводом.

В печах с выкатываемым корпусом свод подвешивается к не­подвижному порталу. Откат корпуса осуществляется при помощи гидравлического цилиндра или электромеханического привода по рольгангу. В печах с откатывающимся сводом корпус печи неподвижен, а свод вместе с электродержателями подвешен к пор­тальному мосту, который может перемещаться по рельсам, уло­женным по обеим сторонам печи.

Наиболее рациональной и распространенной в последнее время является конструкция печи с поворотным сводом. Свод при помощи специальных механизмов приподнимается над корпусом печи на 150—200 мм и отворачивается в сторону на угол 95— 110°. Печи с отворачивающимся сводом имеют следующие преимущества: почти полное отсутствие механических сотрясений кладки печи при подъеме свода, меньший вес печи и ее перемещающейся части, некоторое удешевление конструкции. Подобную конструкцию имеют наши печи большой емкости (см. рис. 109). От емкости печи зависит мощность трансформатора, от которого питается печь, размеры ее рабочего пространства, диаметр электродов и другие технические характеристики. Наиболее важные технические данные печей емкостью 50, 80 (100) и 180 (200) т приведены в табл.1.

Общее устройство типовой электродуговой печи ДСП-80 емкостью 80 т представлено на рис. 109.

Основной несущей металлоконструкцией печи является двухсекторная люлька 1, на которой смонтированы кожух печи 2 с футеровкой, консольный мост З с механизмом поворота и подъема 4 и механизм вращения ванны вокруг вертикальной оси.

Таблица 1

Технические данные электродуговых печей большой емкости

Тип Показатели ДСП-50 ДСП-80/100 ДСП-180/200 Номинальная емкость, т .....................  50 80/100 180/200 Диаметр кожуха (внутренний), мм — 6750 8500 Мощность трансформатора, ква 15 000 25 000 45 000 Пределы вторичного напряжения трансформатора, в           380—220 417—131 600—150 Максимальная сила тока в печи, а 23 550 34 600 43 500 Диаметр графитированного электрода, мм               500 550 710 Ход электрода, мм................................ 3500 3600 5000 Скорость перемещения электродов, м/мин                3—6 2,6 3,44 Диаметр ванны на уровне порога, мм 5050 5160 6960 Глубина ванны от порога, мм . . . 955 1080 1480 Высота от порога до пят свода, мм — 2170 3200 Минимальное время наклона печи на угол 40°, сек                120 80 90 Расход электроэнергии (расчетный) на плавку, кет-ч/т        620 550 500 Расход графитированных электродов, кг/т                7,0 6,0 5,5 Общая масса металлоконструкций печи, т               210 450 1160

Консольный мост покоится на литой опорной плите, насаженной на вертикальный вал. К консольному мосту на четырех цепях подвешен свод 5, который поднимается и поворачивается вместе с порталом. Свод набран из огнеупорного кирпича в металлическом кольце 6. Через свод пропущены три графитированных электрода 7. Зазоры между электродами и сводом уплотнены водоохлаждаемыми кольцами 8. Подъем и опускание электродов осуществляется электрическим приводом 9, связанным с рукавами 10 и каретками, передвигающимися по неподвижным стойкам 11, укрепленным на опорной люльке. Печь снабжена приводом для наклона 12 в сторону сливного желоба 13 и главного рабочего окна 14. Загрузка печи производится сверху бадьей 15. При загрузке свод печи поднимается и отворачивается в сторону вместе с консольным порталом. Отдельные элементы конструкции печи ДСМ-80 и других печей рассматриваются ниже.