Основные способы улучшения теплового баланса кислородно-конвертерного процесса
Улучшить тепловой баланс возможно либо путем увеличения вносимого физического тепла и снижение теплопотерь [4]. Практическое применение нашли следующие приемы:
- повышение температуры заливаемого чугуна;
- применение ковшей миксерного типа большой емкости (600 т);
- подогрев сталеразливочных ковшей перед выпуском металла из конвертера;
- дополнительный нагрев чугуна в миксере;
- предварительный нагрев лома в конвертере и вне его;
- повышение использования энергии углерода путем увеличения доли его окисления до СО2 в полости конвертера;
- увеличение химически связанного тепла углерода путем ввода в конвертер кускового или порошкообразного углеродсодержащего материала, других специальных добавок, при окислении которых выделяется большое количество тепла;
- улучшение организации производства, направленное на снижение всех видов потерь тепла конвертером;
- использование вспомогательной фурмы-зонда не только с целью управления и контроля технологического процесса, но и для уменьшения послепродувочного периода (до слива металла) и снижения соответствующих теплопотерь;
- повышение качества материалов, используемых в процессе выплавки, для уменьшения затрат энергии на их усвоение и исключения отклонений от оптимальной технологии.
Необходимо отметить, что выпуск более горячего чугуна из доменных печей – путь нерентабелен, поскольку связан, с повышенным расходом кокса в доменном производстве, в доменном процессе высокая температура чугуна на выпуске всегда сопровождается высоким содержанием кремния в чугуне, что существенно влияет на дальнейший передел чугуна в сталь в сталеплавильных процессах, в том числе и в кислородно-конвертерном. Хотя, при этом, содержание серы в чугуне уменьшится.
Наиболее рациональным способом является уменьшение потерь теплоты на пути движения чугуна от доменного к кислородно-конвертерному цеху. Это возможно осуществить либо, используя большие ковши для транспортировки чугуна от доменных печей, либо использовать положительно зарекомендовавшие ковши миксерного типа емкостью 420 и 600 т, в которых в процессе выдержки и транспортировки температура чугуна снижается на 10ºС/ч, что в 8 – 10 раз меньше, чем в обычных 140-тонных ковшах. Надежным и реальным способом снижения теплопотерь является применение чугуновозных ковшей с крышками, хотя в этом случае добавляются новые операции на снятие крышек и закрывание ими ковшей, что может вызвать организационные трудности. При этом почти полностью устраняются теплопотери излучением через горловину ковша, которые обычно составляют 16,3 – 18,5 кВт/т и приводят к снижению температуры чугуна за 1 с на ~0,019 К. Возможен и другой наиболее простой способ – засыпка на поверхность чугуна теплоизолирующих смесей (опилки с коксиком и др.).
Средняя температура заливаемого чугуна соответственно в 160-т конвертеры составляет 1324 и 1409ºС.
Углерод, содержащегося в конвертерной шихте, позволяет улучшить тепловую работу агрегатов. Эту роль надо усиливать, поскольку повышение количества перерабатываемого в конвертерах углерода не вызывает таких нежелательных побочных эффектов, как увеличение содержания кремния и фосфора. При этом, главным образом, происходит снижение расхода чугуна и удлинение продувки в случае невозможности ее интенсификации. Эта роль еще более усилится при организации в полости конвертера частичного (полное нецелесообразно) дожигания СО до СО2 с эффективной передачей полученного тепла металлической ванне.
Снижение температуры чугуна уменьшает растворимость в нем углерода, который выделяется в виде спели и теряется для конвертерного производства, т.е. резко падает приход физического и химического тепла чугуна. Следует также в конвертерную ванну вводить дополнительно углеродсодержащие материалы, использовать дутьевые устройства, предназначенные для дожигания СО в объеме конвертера.
Использование в конвертерной плавке углеродсодержащих материалов и организация дожигания СО в полости конвертеров имеют ряд технологических особенностей, являющихся самостоятельными технологическими вариантами конвертерного производства стали.
Вторым направлением использования тепловых резервов обычного кислородно-конвертерного процесса является повышение качества материалов, используемых при плавке, для уменьшения затрат энергии на их усвоение ванной и исключения отклонений от оптимальной технологии. В этом случае должны быть выделены повышение плотности и чистоты металлолома, максимальное его использование для погашения избыточного тепла процесса, передел чугунов с 0,6—0,8 % Si, поставка для конвертеров мягкообожженной высокореакционной извести, применение кислорода высокой чистоты (> 99,5 %), отбраковка дутьевых устройств даже при небольшой течи воды.
Однако кардинально решить задачу повышения расхода металлолома в конвертерах доступным для металлургов изменением состава и температуры чугуна, повышением качества используемых в плавке материалов и сокращением теплопотерь очень трудно.
Также задача не решается, как было уже показано, и путем повышения расхода металлолома за счет сжигания железа (увеличение потерь железа в 2 и более раз в виде бурого дыма и в 1,5 раза со шлаком в виде оксидов и сокращение периода службы конвертерной футеровки).
В результате необходимо искать пути ее решения в коренном изменении технологии производства стали. Этими путями являются подвод тепла или энергоносителей от внешних источников.
Для улучшения теплового баланса кислородно-конвертерного процесса, и в связи с этим, увеличения доли лома в шихте можно выделить ряд способов:
- предварительный подогрев лома, посредством сжигания твердого или газообразного углеродосодержащего топлива;
- ввод твердого углеродосодержащего материала в завалку или по ходу плавки;
- повышение использование энергии углерода путем увеличения доли его окисления до СО2 в полости конвертера.