Непрерывный сталеплавильный процесс

Иванцов Г.П., Василивицкий А.В., Смирнов В.И.
Металлургия, 1967 г.

Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.
Иванцов Г.П., Василивицкий А.В., Смирнов В.И. Непрерывный сталеплавильный процес

АНАЛИЗ ОПУБЛИКОВАННЫХ СХЕМ НЕПРЕРЫВНЫХ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ
И АГРЕГАТОВ
 
В настоящей главе предпринята попытка оценить описанные схемы и варианты осуществления завершенных непрерывных процессов выплавки стали.
Многочисленность опубликованных схем не дает возможно­сти остановиться подробно на каждой из них. Поэтому здесь рассмотрены, как правило, объединенные по основным нринцнпам технологические схемы процесса и конструктивного оформ­ления агрегатов.
 
1. Технологические решения
Опубликованные схемы непрерывных сталеплавильных про­цессов в своем большинстве предполагают объединение всего комплекса реакций рафинирования металла в едином реакцион­ном объеме, т. е. являются вариантами одностадийного совме­щенного процесса.
Сторонников таких схем привлекает простота и дешевизна агрегата. Однако идея процесса вызывает серьезные возра­жения.
Как было указано выше, металл в ванне непрерывно дейст­вующего агрегата с нормальным перемешиванием по своему со­ставу и температуре должен соответствовать конечному метал­лу в течение всего периода стабильной работы агрегата. Это оп­ределяет высокотемпературный характер процесса, проводимого в одном объеме, и чрезвычайно сложные и невыгодные требо­вания к шлаковому режиму. В первую очередь имеется в виду проведение достаточно, глубокой десульфурации и дефосфорации металла.
Высокая температура, окислительный характер процесса (в то же время ограниченный необходимостью сохранить тре­буемое содержание углерода в стали) и высокое содержание кремнезема в шлаке, обусловленное полным окислением крем­ния, создают условия, принципиально противопоказанные для реакций серы и фосфора. Это неизбежно резко снижает термо­динамический стимул перехода указанных   примесей  в   шлак, и обеспечить высокий потенциал шлака в данных условиях весьма и весьма трудно, не выходя из границ реальных возмож­ностей.
 
Известно, что при периодическом сталеплавильном процессе (в частности, в кислородно-конвертерном) для более или менее успешного удаления серы и фосфора из чугуна необходимо вы­полнение ряда условий — в первую очередь соблюдения опреде­ленных составов металлошихты и конечного шлака, ритма обез­углероживания и т. п. [44, 45].
Состав конечного шлака, необходимый для получения при­емлемых содержаний фосфора и серы в стали, обычно удается обеспечить лишь путем скачивания первичного шлака и навод­ки нового. Иногда практикуется даже двукратное обновление шлака. Но и в этих условиях в конечный период плавки система близка к равновесию по указанным примесям, т. е. потенциал шлака в отношении серы и фосфора исчерпан.
Одностадийное рафинирование металла при непрерывном процессе в сочетании с обычным расходом реагентов создает условия, близкие в отношении состава шлака к условиям кон­вертерного или мартеновского процесса, проведенного без скачивания и обновления шлака. Очевидно, что такой шлак вообще не будет обладать потенциалом дефосфорации и десульфурации по отношению к конечным содержаниям фосфора и серы в ме­талле, т. е. его термодинамические возможности будут сущест­венно ниже, чем при периодическом процессе, где используется эффект обновления состава шлака, изменения температурных условий и т. п.
 
В то же время, как было показано в гл. III, специфика не­прерывного процесса — протекание его на уровне конечных па­раметров системы — обусловливает необходимость значитель­ного увеличения расхода реагентов даже в тех случаях, когда термодинамические условия в остальном совпадают с условия­ми периодического процесса. Следовательно, для проведения сколько-нибудь интенсивного непрерывного процесса необхо­димо существенно изменить состав шлака — так, чтобы значи­тельно повысить его дефосфорирующий и десульфурирующий потенциал. Выполнение такого требования при любом разум­ном процессе, очевидно, невозможно, поскольку вызовет чрез­мерный угар железа и расход флюсов. Принципиальная причи­на этого положения заключается в том, что невозможно обеспе­чить при совмещенном непрерывном процессе достаточно благоприятные условия протекания всех реакций рафиниро­вания.
 
Попытаемся подтвердить это фактическими данными. К со­жалению, описание лишь одной из одностадийных схем рафи­нирование в вертикальном вращающемся коническом сосуде (см. стр. 93—95)] содержит данные опробования. Анализ этих данных (если предположить, что отходящие из сосуда газы ана­логичны конвертерным) показывает, что угар железа в описанном: случае опробования составил более 15% от веса чугуна, а шлак содержал более 60% окислов железа.
 
Условия службы футеровки при высокотемпературном режи­ме совмещенного процесса и наличии больших количеств ак­тивного шлака весьма тяжелы. Это снизит стойкость аппарата, т. е. вызовет большой расход огнеупоров и частые ремонты.
 
Особо следует остановиться на проблеме регулирования та­кого процесса. Наличие параллельно протекающих в одном объ­еме реакций, в том числе и конкурирующих между собой, резко уменьшает возможность поддерживать подвижное равновесие процесса на требуемом уровне. В динамическом равновесии на­ходятся все массопотоки удаляемых примесей и тепловые эффекты реакций. При изменении какого-либо параметра исход­ного металла (содержания той или иной примеси, температуры или расхода), неминуемом в реальных условиях через какой-то интервал времени, потребуется корректировка процесса. Напри­мер, повышение исходного содержания какой-либо примеси по­требует немедленной форсировки ее удаления со шлаком процес­са. В противном случае возрастет ее содержание в конечном ме­талле. Соответствующее изменение расхода реагентов и шлако­вого режима неминуемо нарушит массопотоки остальных приме­сей и общее равновесие процесса. В этих условиях характер ра­боты автоматической управляющей системы будет весьма сложен.
В условиях большой металлургии такой процесс не сможет конкурировать с действующими периодическими процессами и потому эту идею для условий большой металлургии следует считать неприемлемой, несмотря на кажущуюся привлекатель­ность из-за простоты конструктивного решения.
Однако в других условиях совмещенный процесс непрерыв­ного рафинирования, по-видимому, перспективен и может быть реализован. Имеются в виду условия передела бессемеровского чугуна или работы агрегатов фасоннолитейных цехов, исполь­зующих малофосфористые чугуны и применяющих десульфурацию в вагранках с подогретым дутьем.
Во всех случаях, когда не требуется заметного удаления фосфора и серы, может быть реализован процесс типа непре­рывного бессемерования в аппарате с кислой футеровкой при осуществлении операций раскисления и легирования в после­дующем сосуде. При таком процессе удаление кремния и мар­ганца до необходимых содержаний в стали обеспечено при всех условиях и задача сводится к сохранению заданного содержа­ния углерода в конечном металле. Таким образом, устранение операции удаления фосфора и серы снимает основные возраже­ния против одностадийного варианта рафинирования.
Большинство двустадийных схем рафинирования построено по аналогии со схемой разделения основного кислородно-кон­вертерного процесса на два этапа, первый из которых соответ­ствует периоду начала продувки вплоть до скачивания шлака, и второй — следующему, завершающему периоду.