Контроль плавки и технико-экономические показатели кислородно-конверторного процесса

Контроль и управление конверторной плавкой

Ос­новной задачей контроля кислородно-конверторной плавки является получение к концу продувки заданного состава металла по содержанию углерода, серы, фосфо­ра и т. д., а также оптимальной температуры металла. В настоящее время контроль за процессом осуществля­ется преимущественно визуально по внешним признакам (виду искр, факела, интенсивности выбросов), по дли­тельности продувки и расходу кислорода. При таких ме­тодах контроля затруднительно обеспечение заданных параметров плавки. Поэтому важным моментом для совершенствования кислородно-конверторного процесса является разработка объективных систем контроля и автоматического управления.

Разрабатываются и частично применяются статисти­ческие и динамические методы контроля конверторной плавкой. При статистических методах контроля исполь­зуются электронно-вычислительные машины, в которые задаются программы ведения процесса, разработанные на основе специально проводимых плавок с тепловым и материальным балансом. В ЭВМ перед началом плавки задается информация о составе чугуна, его температуре, заданной марки стали и т. д. По ходу плавки вводится дополнительная информация о составе металла, его температуре и других текущих параметрах. ЭВМ обра­батывает получаемые данные и выдает рекомендации по ведению процесса: расходу кислорода, времени пре­кращения продувки, расходу раскислителей и т. д. Одна­ко точности прогнозирования конверторного процесса при помощи статистического метода мешает недостаточ­ная надежность данных по составу исходных материа­лов, угару железа, степени усвоения кислорода из твер­дых окислителей и другим показателям.

В связи с отмеченными недостатками статического метода в последнее время широкие исследования ведут­ся по разработке и внедрению динамических методов контроля. В этом случае управление процессом налажи­вается с обратной связью, т. е., кроме начальных и ко­нечных параметров, в ЭВМ непрерывно поступают све­дения о содержании углерода, степени окисленности металла, температуре ванны, уровне ванны и о других параметрах. Основная трудность для налаживания ди­намического контроля заключается в необходимости иметь приборы, фиксирующие непрерывно по ходу плав­ки указанные параметры. Трудности разработки подоб­ных приборов усугубляются высокими температурой и скоростью процесса.

Полностью проблема автоматического контроля кис­лородно-конверторного процесса не решена и это являг ется одной из задач, стоящих перед научно-исследова­тельскими и проектными учреждениями, а также перед металлургическими заводами.

Качество кислородно-конверторного металла

Свой­ства стали в значительной степени зависят от содержа­ния в ней азота, водорода, серы, фосфора, неметалличе­ских включений и других примесей. Содержание серы и фосфора в рассматриваемой стали обычно не отлича­ется от их содержания в мартеновской стали.

Водород в металл поступает с шихтовыми материа­лами, а также из дутья. В целом поступление водорода в конверторную ванну заметно меньше, чем в условиях мартеновской и электросталеплавильной ванны. Поэто­му содержание водорода в конверторной стали обычно составляет 3—5 см³/100 г металла против 4—8 см³/100г в мартеновской стали. Это обеспечивает несколько мень­шую флокеночувствительность кислородно-конверторно­го металла по сравнению со сталью, полученной в дуго­вой и мартеновской печах.

Подержание азота в конверторном металле самое низкое по сравнению с другими способами производства стали. Металл конверторной выплавки меньше всего подвержен процессу старения. Как показывают много­численные исследования, степень окисленности конвер­торного металла перед раскислением не выше, чем мар­теновского. Поэтому и содержание неметаллических включений в металле, полученном этими, способами, на­ходится примерно на одинаковом уровне.

Таким образом, кислородно-конверторная сталь по качеству не уступает мартеновской, а в ряде случаев и несколько превосходит ее. В частности, кислородно­конверторная сталь хорошо сваривается, мало склонна к хрупкому разрушению и быстрому старению, хорошо обрабатывается в холодном состоянии. Малоуглеродис­тая конверторная сталь обладает большой пластич­ностью.

В настоящее время в кислородных конверторах ус­пешно выплавляют углеродистую сталь различных ма­рок, особенно низкоуглеродистую, полуспокойную и низколегированную сталь, а также отдельные марки высоколегированной стали, например трансформатор­ную. Однако расширение сортамента кислородно-конверторной стали сдерживается тем, что легирование стали приходится полностью проводить в ковше; при этом затрудняется корректирование состава металла и правильная оценка теплового баланса в ковше. Сорта­мент легированных кислородно-конверторных сталей будет расширяться по мере разработки и освоения бы­стрых методов анализа состава металла, внедрения спо­собов раскисления и легирования жидкими и экзотерми­ческими ферросплавами, а также внепечных способов доводки металла.

Технико-экономические показатели производства стали

Кислородно-конверторный процесс в последние годы вытесняет мартеновский процесс. Поэтому целесо­образно проводить сравнение по технико-экономическим показателям этих двух процессов. Как показывает мно­голетняя практика, кислородные конверторы имеют следующие преимущества перед мартеновскими печами:

1. более высокую производительность (в два раза и бо­лее);
2. меньший расход огнеупорных материалов (в два-три раза);
3. меньшие затраты на передел (на 20—30%).

Кроме того, при строительстве кислородно-конверторного цеха одинаковой производительности с мартеновским капитальные затраты меньше.

Вместе с тем кислородно-конверторный процесс име­ет и ряд недостатков. Одним из наиболее существенных недостатков являются ограниченные возможности по переработке лома. Увеличение расхода лома в шихте кислородных конверторов диктуется, с одной стороны, необходимостью переработки увеличивающегося накоп­ления лома, а с другой — меньшей стоимостью лома по сравнению с чугуном. Ведутся работы по увеличению расхода лома путем его предварительного подогрева газо-кислородными горелками, ввода в конвертор до­полнительных горючих компонентов (карбида кремния, кальция и т. д.).

Однако в целом преимущества кислородно-конвер­торного процесса в настоящее время бесспорны. Основ­ным направлением развития кислородно-конверторного процесса является повышение интенсивности продувки, улучшение процесса шлакообразования (в том числе, введение порошкообразных материалов), увеличение емкости конверторов, использование автоматического управления.

В последнее время начинают разрабатывать кисло­родно-конверторный процесс с донной продувкой, кото­рый является более производительным и обеспечивает меньший угар железа, т. е. больший выход годного ме­талла, чем кислородно-конверторный процесс с верхней продувкой ванны.

Кислород в этом случае подается через сопла в дни­ще конвертора совместно с газом или мазутом, диссо­циация составляющих которых несколько снижает тем­пературу в районе сопел и обеспечивает относительно высокую их стойкость. Процесс заметно интенсифициру­ется при одновременной подаче с кислородом порошко­образной извести и других шлакообразующих мате­риалов.