С использованием в шихте больших количеств металлического лома

Интенсивное распространение кон­вертерных процессов с применением кислорода сопровождалось выводом из эксплуатации мартеновских пе­чей, использовавших для своей рабо­ты гораздо меньшее количество чугу­на (чем конвертеры). Во многих странах создалась ситуация «дефицита» чугуна, результатом чего было появление ряда технологий перера­ботки в конвертерах больших масс металлолома.

Исходя из теплового баланса кон­вертерной операции, в этом агрегате можно перерабатывать в зависимости от состава (главным образом от со­держания кремния) и температуры чугуна лишь 20—30 % металлического лома. При соприкосновении с холод­ным металлоломом жидкого чугуна последний охлаждается и возможно его полное или частичное затвердева­ние. Таким образом, начальная ста­дия продувки осуществляется в усло­виях, когда струя кислорода попадает на вязкую твердожидкую массу ме­талла.

Количественную оценку явления затвердевания чугуна на поверхностях загруженного металлолома и влияния этого фактора на процесс (рис. 15.32) дал проф. Б. Н. Окороков, который предложил параметр, характеризую­щий начальное количество затвердев­шего чугуна:

где Л и Ч—количество лома и чугуна в за­валке, кг; t — температура чугуна, °С; k — ко­эффициент пропорциональности; п — число совков лома (величина, косвенно характери­зующая поверхность лома).

Для процесса плавления затвердев­шего чугуна справедливо математи ческое выражение вида

- =k (q_ж - q_ч )S,

где — коэффициент теплопередачи, Вт/(м² -К); S— поверхность контакта затвер­девшей массы с расплавом, м²; q_ж и q_ч — удельная теплота жидкой и затвердевшей ча­стей ванны.

Рис. 15.32.Изменение количества затвердев­шего (от соприкосновения с ломом) чугуна Gч, в ванне 350-т конвертера:

/ — два совка лома; 2 — три совка лома; 3 — четыре совка лома (расчеты МИСиС по данным НЛМК)

Следуя этому выражению, наи­большие колебания может иметь вели­чина а, практически зависящая от мощности перемешивания. В случае работы конвертера только с верхней продувкой мощность перемешивания складывается из мощностей переме­шивания за счет энергии струи и пу­зырей СО. В случае продувки ванны снизу величина а существенно возрас­тает, поэтому процесс расплавления чугуна при донной (или комбиниро­ванной) продувке заканчивается через несколько минут после заливки чугу­на. В случае продувки только сверху процесс плавления может закончиться лишь через 8—10 мин продувки. Если по условиям производства или эконо­мической целесообразности (сто­имость металлолома ниже стоимости чугуна) необходимо уменьшить долю жидкого чугуна в шихте (и соответ­ственно увеличить долю лома), то не­обходимо либо подогреть до момента заливки загружаемый в конвертер ме­таллолом, либо увеличить приходную часть теплового баланса за счет допол­нительного введения теплоносителя, либо организовать дожигание в полос­ти конвертера СО до СО₂.

Дополнительная подача теплоно­сителя обычно осуществляется: 1) ис­пользованием донных фурм в качестве горелок для предварительного подо­грева металлолома в результате сжига­ния газообразного или жидкого топ­лива; 2) вдуванием в расплав через донные фурмы порошкообразного угля или кокса; 3) завалкой в конвер­тер в нижние слои шихты порции угля и сжиганием его в струях кислорода, подаваемых снизу. Приведем несколь­ко примеров.

На рис. 15.33 показана схема про­цесса KMS. Конвертер KMS (по на­званиям немецких заводов и фирм: Kldckner, Maxhiitte и слова Stahl-

Рис. 15.33.Схема KMS-процесса:

1 — шлакообразующие; 2— кислород; 3 — сжатый воздух; 4— азот или аргон; 5— углеводород; 6— кокс или уголь

hersteelung) оборудован фурмой для подачи снизу порошка угля или кокса, газообразных или жидких углеводоро­дов, кислорода, сжатого воздуха, арго­на, азота, а также извести. Для подачи в ванну порошкообразных реагентов (угля или извести) используют фурмы типа труба в трубе с углеводородной защитой. Процесс KMS включает сле­дующие стадии: 1) нагрев загруженно­го в конвертер лома топливом, подава­емым совместно с кислородом через донные фурмы; 2) дожигание (частич­ное) в полости конвертера выделяю­щейся из ванны СО до СО₂ путем по­дачи кислорода через верхнюю или через дополнительные боковые фур­мы; 3) вдувание в расплав теплоноси­теля (коксовой или угольной пыли). Одновременные инжекция в расплав твердого топлива и перемешивание ванны инертным газом обеспечивают высокую эффективность теплообмена. Интенсивное перемешивание металла со шлаком и большая площадь поверх­ности контакта извести с расплавом обеспечивают хорошие условия де-сульфурации и дефосфорации.

Фирма Sumitomo Metal Ind. (Япо­ния) разрабатывает процесс, назван­ный PSM (Process-Scrap-Melting): на слой кускового кокса загружается скрап (рис. 15.34). Получают чугун, содержащий -4,5 % С и менее 0,03 % S. Отходящие газы, нагревая скрап, ох­лаждаются.

Сотрудниками ДМетИ, ЦНИИЧМ и НПО «Тулачермет» разработан про­цесс передела в конвертерах большой массы лома, включающий следующие элементы: 1) подогрев металлолома в конвертере до 600-800 °С путем пода­чи через донные, боковые и верхнюю фурмы кислорода (воздуха) и природ­ного газа, а также сжигания природ ного газа и твердого кускового угле-родсодержащего топлива; 2) последу­ющую продувку жидкой ванны кисло­родом через днище и верхнюю фурму с частичным дожиганием СО до СО₂ при помощи верхней фурмы; 3) про­дувку металла нейтральным газом (ар­гоном или азотом) через донные фур­мы перед выпуском.

Рис. 15.34.Схема PSM-процесса

При рассмотрении всех аспектов решения проблемы переработки в конвертерах больших масс лома необ­ходимо учитывать следующие сложно­сти:

1. Локальный перегрев, расплавле­ние и испарение шихты при подаче кислородных струй на поверхность нагретой до высоких температур твер­дой металлошихты. При этом возрас­тают угар и пылевынос, ухудшаются условия службы огнеупоров. Возмож­ны также выбросы вредных соедине­ний.

2. Содержание в угле серы и азота при использовании в качестве тепло­носителя угля.

3. Чистота выплавляемой в конвер­тере стали в значительной мере опре­деляется чистотой лома, прежде всего по содержанию примесей цветных ме­таллов.

4. Продолжительность плавки при предварительном подогреве лома за­метно возрастает.

Расчеты и накопленный опыт по­казывают, что при введении в состав завалки или при вдувании по ходу плавки таких теплоносителей, как ка­менный уголь, коксик, антрацит и т. п., расход лома без снижения произ­водительности может быть увеличен до 30-35 %. При большем увеличении необходимо изменение конструкции агрегата и его производительности. Если это оправдано экономическими расчетами, то возможна работа и на 100 % твердой шихты. Например, не­мецкая фирма Кшрр разработала тех­нологию COIN (Coal-Oxygen-Injection), также основанную на вдувании в кон­вертер угля и использовании кислоро­да для продувки и дожигания СО. По расчетным данным, при 100 % лома в шихте расход угольной пыли может составлять 180-200 кг/т стали, расход кислорода — 230—240 м³/т стали.

Для переработки лома можно использовать другие агрегаты, более приспособленные для этого, прежде всего шахтного типа (металлургичес­кие вагранки, доменные печи). Так, например, на одном из заводов Фран­ции использован процесс, названный SIFF¹, который предусматривает вы­плавку в доменной печи чугуна из ме­таллолома и продувку этого чугуна в конвертере комбинированного дутья. При плавке на шихте из металлолома расход кокса и флюсов невысок, к. п. д. шахтной печи высокий, степень усво­ения железа шихты также велика, чу­гун, выплавленный из металлолома, характеризуется повышенным содер­жанием таких примесей, как никель, медь, олово, молибден.

До сих пор для переработки боль­ших масс металлолома использовали дуговые и мартеновские печи. Эффек­тивность использования конвертера для переработки лома еще точно не установлена.

¹ Sacilor-IRSID-Fusion-Ferrailles, т. е. пе­реплав металлолома по методу Sacilor-IRSID. такого дыхания является