Подогрев металлолома перед заливкой чугуна
Предварительный нагрев лома в конвертере перед заливкой чугуна можно выполнить двумя путями:
- подогрев лома топливно-кислородным факелом с использованием в качестве топлива мазута или природного газа;
- подогрев лома сжиганием углеродсодержащих материалов – твердого кускового или порошкообразного угля, кокса, автопокрышек и даже твердых бытовых отходов.
Предварительный подогрев лома в агрегате в первую очередь целесообразно применять в тех конвертерных цехах, где существует возможность повышения производительности агрегатов или имеют место значительные по времени вынужденные простои. Вместе с тем выполнение такой операции значительно упрощает требования, предъявляемые к используемому в конвертерной плавке металлолому. В этом случае предпочтительней использование легковесного лома как материала с высокой удельной поверхностью, пропорционально которой возрастает и тепловосприятие от факела сжигаемого топлива к лому.
Одним из существенных недостатков такой технологии является снижение стойкости футеровки конвертеров, при этом цикл плавки удлиняется обычно на время продолжительности подогрева лома.
Для подогрева лома топливно-кислородным факелом применяются водоохлаждаемые газокислородные и мазутокислородные фурмы-горелки как верхнего, так и донного дутья. Конструкции наконечников фурм-горелок верхнего и донного дутья представлены на рисунках 23 и 24.
Газокислородная фурма-горелка (рисунок 23) [28] выполнена из пяти концентричных труб. Два внешних канала используются для подвода и отвода охлаждающей воды, центральный и третий от него – для природного газа, между каналами для природного газа – канал для кислорода. В периферийный канал природного газа на выходе вмонтированы 23 медных трубок длиной 150 мм, которые вместе с трубой для природного газа в центре горелки способствуют стабилизации факела.
Для предварительного нагрева лома используются и донные многофункциональные фурмы (рисунок 24), работающие как кислородно-топливные горелки для подогрева лома и как продувочные, в которых поток природного газа завихривается [5].
Все большее внимание сталеплавильщиков привлекает применение твердого кускового топлива в качестве теплоносителя для улучшения теплового баланса кислородно-конвертерного процесса.
| 1 – подача приподного газа; 2 подача кислорода; 3 – вход охлаждающей воды; 4 – выход охлаждающей воды Рисунок 23 – Конструкция наконечника газокислородной горелки | 1 – природный газ; 2 – природный газ с заменой на аргон или азот; 3 – кислород Рисунок 24 – Конструкция донной трехканальной фурмы |
В качестве твердого топлива при конвертировании металла в основном используются угли различных марок, кокс, отходы установок сухого тушения кокса. Такая технология проста и не требует затрат на переоборудование агрегата. Подача кускового угля (или кокса) обычно организуется в конвертер по тракту сыпучих материалов.
Опробовано несколько вариантов ввода кускового угля в конвертер:
- до заливки чугуна (под металлолом, на металлолом, в завалку вместе с металлоломом, например в составе скрапоугольных пакетов);
- после заливки чугуна (на чугун, в начале продувки или одновременно с «зажиганием» плавки, порциями по ходу продувки);
- комбинированно из нескольких вышеперечисленных приемов.
С позиции обеспечения безопасной работы предпочтение должно быть отдано присадке угля на чугун или с началом зажигания плавки. При вводе угля под лом часть его или весь уголь может быть «заблокирован» загружаемым сверху металлоломом на какое-то время продувки и неожиданно вступить в реакцию после расплавления лома, что сопровождается резким газовыделением, вспениванием шлака и выбросами. При загрузке угля под лом наблюдаются сильные вспышки и интенсивное выбивание пламени из конвертера в процессе заливки чугуна, что значительно удлиняет время выполнения этой операции.
По имеющимся данным, предельное количество угля, вводимого до начала продувки, составляет около 10 кг/т стали, при этом увеличение расхода угля сверх этого значения приводит к нежелательным явлениям по ходу продувки – вспышкам, выбросам и нарушениям нормального хода шлакообразования. В то же время известна практика, когда в конвертер до заливки чугуна вводят значительно большее количество твердого топлива, равное 38,3 кг/т садки (уголь – 50,7 %, кокс – 39 %, электродный бой – 10,3 %) при технологии выплавки стали с расходом лома в металлозавалке 50 % (ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК», кислородно-конвертерный цех № 1, садка конвертера – 160 т). Во всех случаях после завалки лома в конвертер присаживается известь в количестве 30 – 50 % от массы извести, присаживаемой на плавку, и известковомагнезиальный флюс.
При расходе лома 28 % завалку его производят одним совком с последующим прогревом (7 – 8 минут) путем рассредоточенной присадки на лом (в течение всего прогрева) твердого топлива порциями (от 100 до 500 кг) в потоке кислорода верхней фурмы. Суммарное количество кислорода на нагрев лома – из расчета 0,4 – 0,5 м3/кг твердого топлива. Положение фурмы в течение прогрева поддерживается на высоте 4,0 – 4,5 метра. В этом случае расход твердого топлива составляет 21 кг/т садки.
На ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК» в кислородно конвертерном цеху №1 для подогрева металлического лома применяют твердое углеродосодержащее топливо. Этот способ включает завалку лома, подачу твердого углеродсодержащего топлива, предварительный нагрев лома, заливку чугуна, продувку с изменением положения фурмы и расхода кислорода. По данным, рассмотренных паспортов плавки от 21 мая 2013 года, составлена таблица данных плавки в 160-тонном конвертере на ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК» ККЦ – 1 таблица 13 .
Таблица 13 - Данные плавки в 160-т конвертере
| № | Садка конвертера, т. | Кол-во чугуна | Кол-во лома, т | Доля лома, % | Доля чугуна, % | Время подогрев лома, мин:с | Расход кислорода, м3 | Кол-во израсходованного угля,т | |
| 158,5 | 46,5 | 30,2 | 69,8 | 7:06 | |||||
| 153,6 | 44,6 | 29,0 | 71,0 | 6:14 | 3,05 | ||||
| 152,4 | 109,1 | 43,3 | 28,4 | 71,6 | 6:14 | 3,02 | |||
| 160,7 | 115,1 | 45,6 | 28,4 | 71,6 | 6:04 | 2,98 | |||
| 153,3 | 112,3 | 26,7 | 73,3 | 6:06 | 3,08 | ||||
| 153,3 | 110,6 | 42,7 | 27,9 | 72,1 | 7:22 | 3,09 | |||
| 159,5 | 110,9 | 48,6 | 30,5 | 69,5 | 6:29 | 2,99 | |||
| 153,1 | 44,1 | 28,8 | 71,2 | 6:20 | 3,01 | ||||
| 160,7 | 115,1 | 45,6 | 28,4 | 71,6 | 6:28 | 3,12 | |||
| среднее значение | 111,46 | 44,89 | 28,70 | 71,30 | 6:20 | 1806,44 | 3,04 | ||
Представленная таблица содержит данные по выплавке стали в 160-т конвертере с различным соотношением лома и чугуна, продолжительности продувки кислородом, расхода кислорода и теплоносителя.
При расходе лома 30 – 35 % завалку его производят двумя совками с последующими двумя прогревами по 4,5 – 5,0 минут после завалки каждой порции лома. Технологические особенности присадки твердого топлива, удельный расход кислорода верхней фурмы и ее положение – такие же.
При расходе лома 50 % завалку последнего производят тремя совками с последующими прогревами каждой заваленной порции лома (три прогрева с общей средней продолжительностью 25 минут). Технологические особенности присадки твердого топлива, удельный расход кислорода и высота фурмы в период прогрева – такие же.
Во всех приведенных выше случаях после нагрева лома конвертер «раскантовывается» в сторону слива и завалки на 60 – 70º, производится выдержка в течение 30 секунд для проветривания газоотводящего тракта и заливка жидкого чугуна в конвертер. Предварительный нагрев лома твердым топливом производится при температуре футеровки конвертера не ниже 800 ºС (темно-вишневое свечение).