Содержание

 
 

Введение

 

      Среди всех способов выплавки стали самым  перспективным является кислородно-конверторный передел. По статистике, 65% мирового объёма производства стали выплавляется именно кислородно-конверторным переделом. Сущность всех конверторных, в том числе кислородно-конверторного, способов производства стали заключается в продувке жидкого металла окислительными газами.

     Первым  из конверторных способов производства стали был бессемеровский процесс (1856 г.), осуществляемый в конверторе скислой футеровкой и продувкой чугуна снизу воздухом. Позже возник томасовский (1878 г.) - основной процесс с донной продувкой металла воздухом, предназначенный для передела в сталь чугуна с высоким содержанием фосфора, а в начале 50-х гг. XX в.— кислородно-конверторный процесс с продувкой металла технически чистым кислородом сверху.

     Конверторные процессы выплавки стали, в первую очередь с использованием кислорода, получили широкое распространение в сталеплавильном производстве. В зависимости от необходимости дутье можно подводить к ванне сверху, снизу, сбоку или комбинированно, что обусловливает разнообразие технологических вариантов. Наиболее разработанными и, по-видимому, перспективными с точки зрения промышленного освоения являются конверторные варианты непрерывного способа получения стали.

     Давно известные варианты конвертирования могут вновь стать ведущими, если в результате модификации будут воссозданы на качественно новом уровне. Так произошло с процессами донного дутья в результате замены используемого для продувки металла воздуха кислородом. Учитывая это, необходимо хорошо знать не только наиболее распространенные конверторные процессы, но и те из них, которые сегодня кажутся устаревшими и даже бесперспективными, что поможет глубже разобраться в физико-химических явлениях конверторных переделов и путем анализа сильных и слабых сторон каждого из них осуществить синтез новых перспективных процессов.

     Новые конструкционные и технологические  решения в конверторном переделе могут оказаться приемлемыми и для мартеновского процесса, который развивается главным образом по пути все более широкого применения кислорода, особенно для продувки ванны, и сближения с конвертированием.

     Технология  конверторного процесса непрерывно совершенствовалась. Были разработаны технологические основы интенсификации продувки, методы управления технологическим и тепловым режимами плавки. Созданы и получили заметное развитие новые способы продувки конверторной ванны кислородом (донный и комбинированный). Освоены технологии передела в конверторах чугунов различного химического состава и выплавки ряда качественных и легированных сталей.

1. Описание различных способов получения стали

 

1. Бессемеровский  способ получения  стали

 

      Английский  учёный Г. Бессемер является изобретателем конверторного способа получения стали. В 1854 году он предложил, а затем осуществил на практике получение стали без расхода топлива. Для этого воздух продувался через расплавленный чугун. Затем эту идею подхватили другие учёные, а также производственные коллективы. Бессемеровский метод менялся, совершенствовался, и благодаря этому появились многие другие способы, в частности, томасовский и русский процессы.

      Вышеописанный бессемеровский способ применяется  не столь часто, но по сравнению со старыми способами имел весомые преимущества. Например, очень высокую производительность и отсутствие потребности в топливе. Наряду с преимуществами необходимо отметить и недостатки, такие, как ограниченная гамма чугунов, которые могут перерабатываться, а также хрупкость стали, обусловленная повышенным содержанием азота. 
 

2. Томасовский способ получения  стали

 

      В 1878 году был разработан томасовский  способ получения стали. Нововведением явилась футеровка конвертора доломитом для удаления фосфора, и частично серы.

      Качество  получаемой стали оказалось существенно  ниже, чем при бессемеровском процессе. Вызвано это было высоким содержанием кислорода и азота, а также шлаковых включений.  
 

3. Кислородный способ получения  стали

 

     С течением времени воздушное дутьё  заменилось кислородным. Это был важный этап, который вывел конверторные способы на современный уровень. Также это позволило обеспечить повсеместное широкое применение кислородно-конверторного способа. На большинстве заводов для этого способа используют глуходонные конверторы. Футеруют эти конверторы обычно смолодоломитовым или магнезито-хромитовым кирпичом. 

     1.4 Кислородно –  конверторные процессы

 

     В производстве стали широко используют кислородно-конверторные процессы при продувке кислородом сверху и в последние годы – при продувке через днище. Их преимуществами является высокая производительность, которая обеспечивается интенсивностью процессов окисления элементов, а также меньше по сравнению с мартеновскими цехами затраты на строительство. В кислородных конверторах могут выплавлять как углеродистые, так и легированные стали.

     Основным  шихтовым материалом кислородно-конверторного процесса является жидкий передельный чугун, источником тепла при выплавки стали являются химические экзотермические реакции окисления элементов при продувке жидкого чугуна кислородом. 

     1.5 Кислородно-конверторный процесс с донной продувкой.

 

     В середине 60-х годов опытами по вдуванию струи кислорода, окруженной слоем углеводородов, была показана возможность через днище без разрушения огнеупоров. В настоящее время в мире работают несколько десятков конверторов с донной продувкой садкой до 250 т. Каждая десятая тонна конверторной стали, выплавленной в мире, приходится на этот процесс.

     Основное  отличие конверторов с донной продувкой от конверторов с верхним дутьем заключается в том, что они имеют меньший удельный объем, т. е. объем приходящийся на тонну продуваемого чугуна. В днище устанавливают от 7 до 21 фурм в зависимости от емкости конвертора. Размещение фурм в днище может быть различным. Обычно их располагают в одной половине днища так, чтобы при наклоне конвертора они были выше уровня жидкого металла. Перед установкой конвертора в вертикальное положение через фурмы пускается дутье.

     В условиях донной продувки улучшаются условия перемешивания ванны, увеличивается поверхность металл-зарождения и выделения пузырьков СО. Таким образом, скорость обезуглероживания при донной продувке выше по сравнению с верхней. Получение металла с содержанием углерода менее 0,05 % не представляет затруднений.

     Условия удаления серы при донной продувке более благоприятны, чем при верхней. Это также связанно с меньшей окисленностью шлака и увеличением поверхности контакта газ - металл. Последнее обстоятельство способствует удалению части серы в газовую фазу в виде SO₂.

     Преимущества  процесса с донной продувкой состоят  в повышении выхода годного металла на 1 - 2 %, сокращении длительности продувки, ускорении плавления лома, меньшей высоте здания цеха и т. д. Это представляет определенный интерес, прежде всего, для возможной замены мартеновских печей без коренной реконструкции зданий мартеновских цехов. 
 
 
 
 

2. Описание  производства стали  и конвертора

 

2.1 Производство стали 

      Целью плавки является получение заданной массы жидкой стали с требуемым химическим составом и температурой при минимальных затратах материально-сырьевых, топливно-энергетических и трудовых ресурсов.

      Получение заданного химического состава  связано с протеканием сложных  физико-химических процессов, большинство  из которых трудно управляемы, а  некоторые неуправляемы вообще. При этом необходимо учитывать возможные пределы параметров протекания как управляемых, так и неуправляемых частных процессов.

      Поскольку выплавка стали производится в одном  агрегате, то с целью снижения ресурсоемкости плавки стремятся к максимальному совмещению подпроцессов во времени.

      Однако  полное совмещение всех частных процессов  исключено по причине их противоречивости (окислительный шлак имеет малую  серо-поглотительную способность), что  не позволяет создать оптимальные  условия рафинирования всех примесей.

      Поэтому, в связи с невозможностью проведения в одном рабочем пространстве всего комплекса технологических операций, связанных с выплавкой качественной стали, часть операций выносится в другое рабочее пространство, которым служит ковш.

      Все физико-химические процессы, связанные с получением заданного содержания примесей в готовой жидкой стали и поддающиеся управлению, делятся на две группы:

• рафинирование металла;
• раскисление - легирование металла.

      Оба процесса проводят, как правило, последовательно. Рафинирование металла, которое является более сложной задачей, обычно проводят в несколько стадий:

1. Предварительное рафинирование, которое сводится к удалению из чугуна серы, фосфора и других примесей. Проводят его до подачи чугуна в сталеплавильный агрегат, как правило, - в чугуновозных ковшах.
2. Основное рафинирование, которое проводится в сталеплавильном агрегате за счет окисления примесей кислородом дутья, газовой фазы и твердых окислителей.
3. Дополнительное рафинирование, которое проводят обычно в сталеразливочном ковше путем обработки металла ТШС, в основном для удаления серы.
4. Дегазация металла с целью удаления водорода, кислорода и азота. Её проводят методом вакуумной обработки или продувки нейтральным газом в сталеразливочном ковше.

      Первая  стадия по предварительному рафинированию чугуна сводится, главным образом, к обработке чугуна кальцинированной и каустической содой, магнием и жидким синтетическим шлаком в чугуновозных ковшах, с целью его десульфурации.