2.2.1. Производство стали в кислородных конверторах

Основным шихтовым материалом кислородно-конверторного процесса является жидкий передельный чугун. Из доменного цеха в сталеплавильный его перевозят в специальных чугуновозных ковшах, установленных на железнодорожных платформах. Ковш вмещает до 100 т жидкого чугуна. Чугун сливается затем в миксер, представляющий собой стальной сосуд цилиндрической формы, выложенный изнутри огнеупорным кирпичом. В миксере чугун остывает весьма медленно. Для поддержания его в жидком состоянии миксер иногда подогревается с помощью доменного или природного газа.

Выдержка в миксере позволяет выравнивать химический состав чугуна, выпущенного из доменных печей в разное время, что важно для проведения последующих процессов передела чугуна в сталь. Емкость миксера до 2000 т.

Кроме того, во время длительной выдержки в миксерах марганец, находящийся в жидком чугуне, может вступать в реакцию с серой. Образующийся при этом сернистый марганец MnS уходит затем в шлак. Это улучшает качество чугуна.

В верхней части миксера имеется отверстие для заливки чугуна, а сбоку – специальный желоб для его выпуска в ковш и транспортировки к конверторам или мартеновским печам.

Сущность производства стали в кислородном конверторе заключается в том, что жидкий чугун, находящийся в конверторе, продувают кислородом сверху. При этом окисление всех примесей чугуна протекает одновременно, так как в этом случае обеспечивается высокая степень взаимодействия кремния, марганца и углерода с кислородом.

Момент окончания продувки определяется по результатам экспресс-анализа пробы стали.

Одним из преимуществ кислородно-конверторного способа получения стали является высокая производительность, которая обеспечивается интенсивностью процессов окисления элементов. Весь технологический цикл плавки занимает 50…60 мин, а продолжительность продувки кислородом – 18…30 мин.

Конвертор представляет собой стальной сосуд 1 грушевидной формы (рис.5), выложенной изнутри огнеупорным кирпичом 2. Вместимость конвертора до 350 т. В верхней его части находится горловина 3, сбоку – летка 4, через которую выпускается готовая сталь. С помощью электродвигателей через систему редукторов конвертор может поворачиваться вокруг горизонтальной оси.

Перед началом процесса конвертор поворачивают в наклонное положение и заливают жидкий чугун, имеющий температуру 1250…1400оС. Затем конвертор ставят в вертикальное положение, загружают известняк и опускают водоохлаждаемую фурму, через которую затем подают кислород под давлением 1,0…1,4 МПа. Часть кислорода проникает в металл, а оставшийся кислород растекается по поверхности ванны.

Момент взятия пробы стали для экспресс-анализа определяют по количеству израсходованного кислорода, по времени продувки и по внешним признакам (по виду пламени над горловиной). Для отбора пробы продувку прекращают, фурму поднимают и конвертор поворачивают в наклонное положение. В этот же момент замеряют температуру металла. Если качество полученной стали удовлетворяет заданным требованиям, то процесс прекращают, конвертор переводят в горизонтальное положение, через летку в ковш выпускают сталь, а затем через горловину сливают шлак.

В полученной стали часть кислорода находится в виде оксида железа FeO. Если кислород из стали не удалить, то при ее разливке и постепенном охлаждении он будет взаимодействовать с углеродом с образованием оксида углерода СО: FeO + C = Fe + CO. Интенсивно выделяющийся в виде пузырьков газ СО создает иллюзию «кипения» стали. Поэтому такую сталь называют «кипящей». Качество слитков, образующихся при кристаллизации кипящей стали, невысокое. В связи с этим выплавленную сталь раскисляют, т.е. удаляют из нее избыточный кислород. С этой целью в расплавленную сталь последовательно вводят ферромарганец, потом ферросилиций и в последнюю очередь алюминий, который является активным раскислителем стали. Процесс раскисления протекает при этом по уравнениям:

Таким образом может быть получена полуспокойная и спокойная стали.

При плавке стали в конверторах не требуется топливо, так как процесс идет за счет тепла экзотермических реакций окисления углерода, кремния, марганца и других элементов.

В кислородных конверторах выплавляют в основном углеродистую конструкционную сталь обыкновенного качества для листового и сортового проката, труб, проволоки и других видов металлопродукции. Годовая производительность конвертора вместимостью 250 т более 1,5 млн.т, выход годного металла составляет 90…92%, удельный расход кислорода около 50…55 м3 на 1 т выплавленной стали.

Акулич Н.В. Процессы производства черных и цветных металлов и их сплавов, Гомель 2008