Внепечное рафинирование чугуна и стали
  5.2 Организация выпуска металла из кислородных конвертеров

При выпуске стали из кислородного конвертера 15 – 20% общего количества шлака попадает в ковш в начале выпуска. В конце выпуска на поверхности ванны образуется воронка, которая, вращаясь, затягивает в струю металла шлак. Количество шлака, которое поступает в ковш при сливе последних порций металла, оценивается в 65 – 70%. Оставшиеся 15 – 20% шлака попадают в ковш во время возврата конвертера в рабочее положение.

Для отсечки шлака, попадающего в ковш при наклоне конвертера, применяют одноразовые керамические стопоры («тампоны»), которые устанавливают внутри сталевыпускного отверстия перед завалкой металлического лома. Благодаря высоким температурам, в процессе плавки материал «тампона» подплавляется и спекается с футеровкой летки конвертера, образуя прочную герметичную «пробку», которая может противостоять давлению газа, вибрациям и толчкам в процессе плавки. При этом образовавшаяся «пробка» оказывается достаточно прочной, чтобы выдержать статическое давление металла и шлака в первые 20 – 30 секунд наклона конвертера, и позволяет избежать попадания шлака в ковш.

В начале 70-х годов ХХ столетия для отсечки шлака, поступающего в ковш в заключительном периоде выпуска плавки из кислородных конвертеров, начали использовать плавающие пробки в форме шара.

Схема устройства для отсечки шлака Новолипецкого металлургического комбинатаВ качестве примера на рис. 5.4 показана конструкция пробки, которая применялась в ККЦ Новолипецкого металлургического комбината. Пробка представляет собой литой стальной шар диаметром 160 – 190 мм, к которому приварена стальная арматура диаметром 16 мм. Поверхность шара покрыта огнеупорной оболочкой, состоящей из 60 – 65% магнезитового порошка фракции 0 – 3 мм, 25 – 30% магнезитового порошка фракции 0 – 1 мм, 8 – 10 % шлака производства феррохрома фракции 0 – 1 мм и 35 – 36% (сверх 100%) жидкого стекла.

Рис. 5.4. Схема устройства для отсечки шлака Новолипецкого металлургического комбината: 1 – стальное литье; 2 – хвостовик; 3 – арматура; 4 – огнеупорная оболочка

При помощи манипулятора пробку вводили в полость конвертера за 0,5 – 1,0 минуту до окончания выпуска и забрасывали в район сталевыпускного отверстия. Кажущаяся плотность такой пробки меньше плотности расплавленного металла, но больше плотности шлака. Поэтому пробка плавала на поверхности металла и после слива всего его количества перекрывала сталевыпускное отверстие.

При использовании этого устройства эффективная отсечка шлака достигалась на 90% плавок. На плавках с отсечкой шлака угар алюминия снижался на 0,2 кг/т стали, угар марганца – на 0,4 кг/т, содержание фосфора в стали увеличивалось на 0,001 – 0,005%. На плавках без отсечки шлака содержание фосфора в стали при раскислении в ковше увеличивалось на 0,005 – 0,015%.

В начале 80-х годов прошлого столетия были разработаны керамические пробки в форме полусферы или конуса, снабженные цилиндрической направляющей, которая при установке пробки проникает в сталевыпускное отверстие конвертера и тем самым исключает возможность смещения пробки относительно отверстия в конце выпуска. Плавающая пробка в форме конуса с цилиндрической направляющей и установка ее в конвертере при помощи манипулятора показаны на рис. 5.5.

Плавающая пробка в форме конуса с цилиндрической направляющей и установка ее в конвертере при помощи манипулятора

Рис. 5.5. Плавающая пробка в форме конуса с цилиндрической направляющей и установка ее в конвертере при помощи манипулятора

Эффективность отсечки шлака при использовании плавающей пробки в форме конуса с цилиндрической направляющей была проанализирована сотрудниками компании «British Steel» на металлургическом заводе «B.S. Scunthorpe» (Великобритания). В 1999 – 2000 г.г. было проконтролировано 15000 плавок, в 99,4% которых в ковш попадало не более 300 – 500 кг шлака.

В конце 70-х – начале 80-х годов ХХ столетия начались работы по использованию для отсечки конвертерного шлака шиберных затворов (рис. 5.6) и стопорных устройств различной конструкции, смонтированных на внешней стороне корпуса конвертера, которые перекрывают сливное отверстие конвертера по команде оператора.

Схема отсечки шлака при выпуске плавки из кислородного конвертера с использованием шиберного затвора

Рис. 5.6. Схема отсечки шлака при выпуске плавки из кислородного конвертера с использованием шиберного затвора: 1 – сталевыпускное отверстие конвертера; 2 – индукторы системы электромагнитной обнаружения шлака в струе металла; 3 – шиберный затвор

Оборудование для отсечки конвертерного шлака с использованием шиберных затворов является достаточно громоздким и дорогостоящим, а возможность успешного его применения во многом определяется условиями работы шибера. В большинстве действующих кислородно-конвертерных цехов расстояние между выходным торцом летки конвертера и зеркалом металла в ковше в заключительном периоде выпуска плавки не превышает 1 м. При этом шиберный механизм подвергается воздействию мощных тепловых потоков, которые могут привести к преждевременному разрушению шибера.

Компанией «Voestalpine» (Австрия) разработано оборудование для газодинамической отсечки шлака при выпуске плавки из кислородного конвертера (система VAI-CON® Stopper), схема которого показана на рис. 5.7.

Схема газодинамической отсечки шлака при выпуске плавки из кислородного конвертера

Рис. 5.7. Схема газодинамической отсечки шлака при выпуске плавки из кислородного конвертера: 1 – сталевыпускное отверстие конвертера; 2 – форсунка для подачи азота

Сущность метода заключается в том, что при обнаружении шлака в струе металла снизу перед леткой конвертера устанавливают форсунку, из которой в сталевыпускное отверстие под большим давлением подают азот. Струя азота вытесняет металл из сталевыпускного отверстия и размазывает шлак по внутренней его поверхности. Расположение оборудования системы VAI-CON® Stopper на корпусе кислородного конвертера и положение форсунки относительно нижнего торца летки конвертера при его срабатывании п оясняются р ис. 5 .8 и р ис. 5 .9. Недостатком системы является уязвимость сопла форсунки, которое забивается шлаком и подлежит частой очистке.

Для определения момента появления шлака в струе вытекающего из конвертера металла наиболее широко применяется электромагнитный метод. Сущность метода заключается в том, что по обе стороны сталевыпускного отверстия или вокруг него (рис. 5.6) расположены два индуктора. При прохождении переменного тока заданной частоты в одном из индукторов в другом возникает электродвижущая сила. В первом приближении это устройство можно рассматривать как трансформатор, магнитопроводом которого является струя вытекающего из конвертера металла. При появлении шлака в потоке металла изменяется его магнитная проницаемость. Поэтому появление шлака в потоке вытекающей из конвертера стали приводит к изменению величины электродвижущей силы во вторичной обмотке, которое фиксируется контрольно-измерительным прибором и является сигналом, приводящим в действие оборудование для отсечки шлака.

Расположение оборудования системы VAICON Stopper на корпусе кислородного конвертера

Рис. 5.8. Расположение оборудования системы VAICON ® Stopper на корпусе кислородного конвертера

Положение форсунки системы VAICON Stopper относительно нижнего торца летки конвертера

Рис. 5.9. Положение форсунки системы VAICON ® Stopper относительно нижнего торца летки конвертера

К преимуществам электромагнитного метода можно отнести быстроту измерений, отсутствие влияния на результаты измерений акустических и визуальных помех и др. Вместе с тем этот метод не лишен недостатков, главным из которых является сравнительно низкая чувствительность индуктора. Это предполагает отдачу управляющего сигнала на ранней стадии появления шлака. При этом в конвертере может оставаться значительное количество металла, что приводит к уменьшению его производительности.

Достаточно широко используется метод определения наличия шлака в потоке вытекающего из конвертера металла, основанный на различной интенсивности излучения с их поверхности. В этом случае начало выхода шлака фиксируется с помощью термокамеры (рис. 5.10).

Внешний вид истекающей из конвертера струи, который фиксирует термокамера

Рис. 5.10. Внешний вид истекающей из конвертера струи, который фиксирует термокамера: а – истечение металла; б – появление шлака; в – металл, сопровождаемый шлаком

Ряд металлургических предприятий совместно использует оба описанных выше метода определения момента появления шлака в струе вытекающего из конвертера металла. При этом, согласно данным компании «Salzgitter Flachstahl GmbH» (Германия), примерно в 60% случаев первый сигнал о появлении шлака поступает от электромагнитной системы и в 40% случаев – от термокамеры.

В настоящее время на металлургических предприятиях ряда стран находится в эксплуатации более 90 систем VAI-CON® Stopper. На рис. 5.11 представлены данные о количестве окисленного шлака, поступающего в ковш при выпуске плавки из конвертеров различного тоннажа с отсечкой шлака при помощи системы VAICON® Stopper и без нее, а также сведения о количестве фосфора, который восстанавливается при раскилении стали в ковше. Опубликованы сведения о том, что при выплавке низкоуглеродистого полупродукта использование системы VAI-CON® Stopper дает возможность сократить расход алюминия на раскисление на 0,6 кг/т стали, уменьшить расход извести для наведения в ковше шлака требуемой основности на 8,5 кг/т, увеличить срок службы футеровки ковша на 15 – 20%.

Сведения об эффективности использования системы VAI-CON Stopper

Рис. 5.11. Сведения об эффективности использования системы VAI-CON® Stopper: а – количество окисленного шлака, поступающего в ковш при выпуске плавки; б – рефосфорация стали при раскислении в ковше; 1 – при использовании системы отсечки шлака; 2 – при выпуске без отсечки шлака

В заключение следует сказать, что простым и надежным способом отделения окисленного шлака является перелив металла из ковша в ковш. Главным его недостатком являются значительные потери температуры металла. Например, при переливе из 100-т ковша температура металла в зависимости от нагрева футеровки приемного ковша может понижаться на 25 – 40оС. Кроме того, после перелива в первом ковше обычно остается несколько тонн металла.

  5.2 Организация выпуска металла из кислородных конвертеров
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ