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 (qж - qч )S,
где — коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 -К); S— поверхность контакта затвердевшей массы с расплавом, м2; qж и qч — 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
Дата добавления: 2016-06-22; просмотров: 2016;