Scientific journal
Modern high technologies
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,969

Проблема повышения интенсивности эффективности продувки конвертерной ванны кислородом, в том числе и при использовании двухъярусных фурм, неразрывно связана с решением вопросов по оптимизации режимов дожигания оксида углерода (СО) и шлакообразования без снижения стойкости футеровки агрегата.

Исследования проводили с применением водоохлаждаемой двухъярусной фурмы в лабораторном 0,05 т промышленном 5-т на конверторах с продувкой металла кислородом или сжатым воздухом. При использовании двухъярусного способа продувки конверторной ванны кислородом с организацией режима дожигания СО вблизи поверхности зоны продувки в объёме вспененной газошлакометаллической эмульсии (ГШМЭ) исключается нежелательный фактор попадания лучистых потоков от факелов дожигания СО на футеровку конвертора.

Однако другим сдерживающим фактором успешного применения двухъярусного метода продувки конвертерной ванны кислородом является высокая окисленность шлака (ΣFeO), что приводит к увеличению скорости износа футеровки в зоне шлакового пояса и выбросам из конвертера при нарушении оптимальности соотношения скоростей окисления углерода (Vс, %С/мин) и железа, от которого зависит окисленность шлака (ΣFeО, %). Анализ результатов обработки опытных данных, полученных на лабораторном 0,05-т конверторе, свидетельствует о существенном влиянии на (ΣFeO) высоты положения фурмы (Нф, м) и расхода кислорода на продувку ( f, м3/мин) металла, что качественно иллюстрируется корреляционной зависимостью:

f(1)

Из анализа уравнения (1) следует, что при постоянных значениях HФ и f повышение расхода кислорода на дожигание СО (f ) в потоке отходящих из зоны продувки газов приводит при одновременном увеличении высоты положения (НΣ) сопел дожигания с диаметром (dс, м) над металлом к повышению величины Σ(FeO) в пределах от 15 до 25 %. Факт такого увеличения окисленности шлака при использовании факелов дожигания над зоной продувки по уравнению (1) объясняется тем, что при повышении расхода кислорода ( f) на дожигание СО возрастает содержание (ΣFeO) в шлаке за счёт окисления железа, брызг и пыли, попадающих в струи О2 после выхода их из зоны продувки металлической ванны. В этих же условиях существенно возрастает температура шлака в соответствии с выражением

f   (2)

С увеличением уровня расположения сопел дожигания над поверхностью зоны продувки (f ) при f рост температуры f шлака не наблюдается, что объясняется снижением подводимого количества тепла f от дожигания СО до СО2 в шлаковый расплав. Более высокие значения температуры и окисленности шлака способствовали быстрому растворению извести в шлаке, что подтверждается заметным снижением таких параметров как f с 0,8 ÷ 1,2 при Σ(FeO) = 15 - 20 % до 0,5 ÷ 0,6 при Σ(FeO) ≥ 25 %.

Увеличение окисленности шлака до определённого уровня (например, для 250-т конвертора КарМК оптимальное значение 15 % < Σ(FeO) < 25 %) способствует ускорению процессов десульфурации и дефосфорации металла, что подтверждается данными работы:

f                (3)

f(4)

где f - конечные коэффициенты распределения серы и фосфора между металлом и шлаком; f - количество О2, содержащегося в шлаке в виде окислов железа и марганца.

Расчётами для условий 250-т конверторной ванны установлено, что возрастание величины f с 300 до 800 кг приводит к повышению f с 3,5 до 6,5, а f с 170 до 240. Следовательно, при использовании двухъярусного метода продувки ванны с дополнительным дожиганием СО струями О2 в объёме ГШМЭ над реакционной зоной представляется возможным устранять по ходу плавки дефицит кислорода в шлаке (в особенности в период свёртывания шлака при f), что позволяет не только интенсифицировать режим наводки шлака, но и управлять окисленностью и температурой шлакового расплава.

В этой связи представляет интерес количественно оценить влияние f на окисленность шлака (ΣFeO) при f. По результатам обработки данных опытных плавок, проведённых на 250-т конверторе с применением 8-ми сопловой фурмы при изменении f от 800 до 1000 м3/мин и Нф от 1,5 до 3 м была установлена зависимость

f         (5)

Из выражения (5) следует, что при f повышение интенсивности продувки металла кислородом (f ) снижает уровень окисленности шлака и это уменьшение Σ(FeO) является следствием повышения удельного давления струй дутья на ванну и увеличения скорости обезуглероживания металла, которая в свою очередь зависит от параметров теплового состояния ванны и дутьевого режимов в виде:

f              (6)

где f - скорость нагрева металла в конверторной ванне, 0С/мин.

Таким образом, двухъярусная продувка конверторной ванны кислородом позволяет осуществлять эффективное управление параметрами окисленности шлака Σ(FeO) или f в соответствии с выражениями (1) и (5), т.е. в качестве управляющих параметров приняты соотношения расходов О2, подводимого через в сопла фурмы f и положение многосопловой головки фурмы (Нф) в виде:

f

f(7)

Это обстоятельство способствует ускорению нагрева ванны (f ) и положительно сказывается на процесс формирования шлака, т.к. температурный фактор оказывает существенное влияние на интенсификацию кинетического звена и увеличение коэффициента диффузии при растворении кусков извести в шлаке.

Исследование влияния режима дожигания оксида углерода (СО) в объёме ГШМЭ на уровень повышения теплосодержания конвертерной ванны проводили в условиях продувки 5-т конверторной ванны компрессорным воздухом. Для определения источников прихода дополнительного тепла в конверторной ванне при различных режимах дожигания СО до СО2 выполнены были специальные исследования с отбором проб дымовых газов, брызг и пылей из горловины конвертора по ходу продувки металла, замером уровня шлаковой и металлической составляющей ванны, отбором проб металла и шлака по ходу процесса плавки стали. Результаты анализов состава газов, брызг, шлака, металла и некоторых технологических показателей опытных плавок приведены ниже в таблице.

Таблица 1. Среднеплавочное содержание компонентов в дымовых газах, пыли, Σ(FeO) и других показателей плавки

 

 

№/№

п/п

 

Параметры плавок

Режим продувки конверторной ванны

Типовой-

боковое дутьё

Двухъярусная фурма

с отдувом

нижний ряд сопел

нижний и верхний ряды сопел

1

Расход компрессорного бокового дутья, м3/час (f )

6000

-

-

2

Соотношение f

-

0,33

0,66

3

Брызгоунос у горловины, кг/(м2×мин)

1,52

1,08

0,63

4

Состав дымовых газов, %

а) монооксид углерода

б) диоксид углерода

 

85,0

8,8

 

65,8

21,5

 

68,9

24,7

5

Содержание технологической пыли, г/м3

30,2

17,3

16,0

6

Содержание Σ(FeO), %

12,5

16,3

19,8

7

Приращение температуры металла за плавку, 0С

345

378

392

8

Температура металла в конце продувки, 0С

1620

1635

1650

9

Расчётное приращение температуры (0С) путём:

а) дожигания СО до СО2

б) снижение выноса пыли

 

 

0,0

0,0

 

 

28,0

10,8

 

 

39,2

15,2

10

Коэффициент дожигания СО (f ) по составу дыма, %

8,5

17

36

11

Коэффициент использования тепла от дожигания СО до СО2, %

12

35

54

12

Длительность продувки, мин

26

22

19

Наибольшее приращение теплосодержания конвертерной ванны наблюдается при двухуровневом режиме дожигания СО, т. е. одновременно вблизи зоны продувки нижними соплами фурмы и над зоной продувки в объёме ГШМЭ. Кроме того, существенной причиной дополнительного прихода тепла является снижение уровня брызго- и пылеуноса за счет пылеосаждающего действия струй дожигания над зоной продувки. Причём уменьшение выноса брызг и пылей зависит как от уровня и состава шлакового слоя в ванне, так и от механического воздействия струй дожигания на объем ГШМЭ, что интенсифицирует теплообмен при перемешивании шлакового расплава в условиях двухъярусной продувки расплава.

Таким образом, организация оптимального дутьевого режима на основе применения двухъярусного метода продувки металла кислородом или воздухом способствует существенному повышению уровня теплосодержания конвертерной ванны за счёт интенсификации режима дожигания СО до СО2 и ускоряет технологические процессы шлакообразования, нагрева и обезуглероживания металла, что позволяет достигнуть высоких технико-экономических и энергоэкологических показателей конвертерной плавки стали.