Электрометаллургия

Глубинная продувка металла

Промышленное опробование глубинной продувки ванны в дуговых электропечах выявило значительные достоинства заглубления дутья в расплав.

Идею глубинной продувки металлического расплава впервые реа­лизовал Бессемер в своем конверторе с донной продувкой чугуна воз­духом. Практика бессемеровской и томасовской конверторных плавок показала не только несомненные достоинства, но и недостатки донной продувки, прежде всего низкую стойкость днища и продувочных уст­ройств из-за высокой температуры металла в зоне продувки. Низкая стойкость продувочных устройств длительное время тормозила разви­тие и применение глубинной продувки металлического расплава.

Прорыв в массовом освоении глубинной продувки кислородом был обеспечен разработкой технологий конверторной плавки с донным дутьем (ОВМ, Q-BOP, LWS), предусматривающих внешнюю защиту кислородной струи углеводородной оболочкой (природным газом, ма­зутом и др.). Эндотермическая реакция разложения углеводородов уменьшает температуру в зоне, прилегающей к фурме, и снижает ско­рость износа фурменного устройства и футеровки в околофурменной зоне. В таких случаях применяли фурмы типа «труба в трубе» (рис. 5.12).

Схема кислородной фурмы для донной продувки металла

В 1980-е годы конверторный процесс с донной продувкой получил достаточно широкое распространение в металлургической практике. Для образования защитной оболочки вокруг струи кислорода обычно использовали природный газ в количестве 8…10% от объема вдувае­мого кислорода. Наряду с положительным эффектом донной продувки (повышение степени использования кислорода, уменьшение угара железа, сокращение длительности плавки) проявились и негативные стороны такого процесса (снижение стойкости футеровки днища конвертора; необходимость уменьшения доли лома в шихте и активизацияпроцесса образования настыли на горловине конвертора, вызванного уменьшением прихода тепла от экзотермической реакции окисления железа). В конверторном производстве это привело к появлению и применению конверторов с комбинированной подачей кислорода (сверху и снизу).

Параллельно была разработана технология глубинной продувки ванны мартеновской печи, известная под названием SIP, или Korf-процесса. Фурмы для глубинной продувки устанавливали в кладке задней стенки мартеновской печи с погружением в расплав на 200…300 мм. Такая технология была внедрена в мартеновском произ­водстве Бразилии, что обеспечило сокращение длительности плавки на 30…50 % и повышение выхода годного металла на 2…4 % по сравне­нию с традиционной технологией.

Промышленное применение донной продувки ванны кислородом в дуговых сталеплавильных печах началось с разработки процессов K-ES и Danarc. Схема электропечи, работающей на технологии K-ES, приве­дена на рис. 5.13. Эффективность процесса хорошо иллюстрируется работой печи фирмы Lucchin SpA в Сарессо (Италия). Печь ем­костью 92 т с трансформатором 50 МВ·А имеет два корпуса, один из которых неделю находится в работе, а второй — в ремонте. Основными элементами системы K-ES являются: погружная стеновая фурма для вдувания порошка углерода; шесть комбинированных фурм-горелок (три тангенциальных и три радиальных) мощностью по 0,5…4,5 МВт; три подовых кислородных фурмы (интенсивность подачи кислорода на одну фурму 360 м3/ч); одна расходуемая оконная кислородная фурма; одна водоохлаждаемая кислородная фурма; система анализа техноло­гических газов. Управление всеми этими элементами осуществляется автоматически. Применение К-ЕS процесса обеспечило снижение рас­хода электроэнергии на 49 кВт·ч/т и электродов на 0,4 кг/т стали, повышение производительности печи на 10% и увеличение выхода годного металла на 2,3 %. Показатели процесса частично улуч­шены и за счет донной продувки.

Схема электропечи, работающей по технологии K-ES

Технология Danarc, разработанная фирмой Danieli (Италия), начала внедряться в середине 1990-х годов. Промышленное освоение такой технологии на Молдавском металлургическом заводе (ММЗ) начато в 1996 году. В днище печи были установлены четыре фурмы, ин­тенсивность подачи кислорода для каждой 100…120 м3/ч. В качестве защитной среды использовали природный газ в количестве 18…28% от объема расходуемого кислорода. При общем расходе кислорода 250…400 м3/ч и природного газа 90 м3/ч стойкость продувочных устройств составила 250 плавок. При продувке через донные фурмы только азота (150 м3/ч) для перемешивания ванны средняя стойкость фурм составила 450 плавок. Из-за низкой стойкости донных фурм после 10 опытно-промышленных кампаний их использование было пре­кращено и начато освоение боковой глубинной продувки с расположе­нием дутьевых устройств на 300…500 мм ниже зеркала ванны.

Применение такой технологии обеспечило сокращение времени под током на 2,7…3,3% и расхода электроэнергии на 20 кВт·ч/т стали. Эксплуатационная стойкость устройств для боковой глубинной продувки кислородом составила 500 плавок. При замене кислорода нейтральным газом скорость износа огнеупорной футеровки около- фурменной зоны снижалась почти в 2 раза (с 0,9…1,0 мм за плавку до 0,5…0,6 мм).

Из-за низкой стойкости фурм глубинной продувки и огнеупорной футеровки околофурменной зоны глубинная продувка ванны кислоро­дом (особенно с высокой интенсивностью) пока получила лишь огра­ниченное применение.

Гораздо чаще в дуговых сталеплавильных печах применяется дон­ная продувка ванны инертным газом (аргоном или азотом). В качестве продувочных устройств могут быть использованы огнеупорные проб­ки системы ДРР фирмы Veitsch-Radex (Австрия). Обычно на печи устанавливают три-четыре таких пробки (рис. 5.14).

Схема установки в подине электропечи огнеупорных блоков для донной продувки металла инертным газом

Применение глубинной продувки ванны нейтральным газом улуч­шает перемешивание расплава, снижает расход электроэнергии на 4…7 кВт • ч/т и сокращает длительность плавки на 3 мин.

В принципе донная продувка ванны должна обеспечить некоторое снижение потерь железа (за счет небольшого уменьшения температу­ры верхних слоев расплава при его интенсивном перемешивании и со­ответственно испарения железа).