Конвертерное производство

Производство нержавеющей стали в конвертерах

Производство стали дуплекс-процессом дуговая электропечь − агрегат аргонокислородного рафинирования при всех своих положи-тельных сторонах имеют существенные недостатки: трудность использования жидкого чугуна; невозможность дефосфорации; необходимость синхронизации агрегатов, существенно отличающихся по производительности, что усложняет работу. Для устранения этих недостатков был разработан процесс плавки нержавеющей стали в конвертере с продувкой кислородом сверху и через днище. Этот процесс используется на крупнейшем производителе нержавеющей стали заводах Chiba Works Kawasaki Steel Corp. (Япония). Он известен под названием процесса K−BOP в англоязычной литературе и K−OBM−S − в немецкоязычной (BOP или OBM — известный конвертерный процесс с продувкой кислородом снизу).

Ферритную нержавеющую сталь (≤ 0,12 % С; 14−18 % Cr и без никеля) производят в конвертере из жидкого чугуна и твердого фер-рохрома с применением кокса, который вводят в конвертер в качестве источника тепла. Чугун предварительно подвергают дефосфорации в ковшах миксерного типа флюсами на основе СаО. При этом содержа-ние фосфора в чугуне понижается с 0,13 до < 0,025 % и содержание серы с 0,04 до 0,02 %; содержание углерода изменяется незначитель-но (с 4,4 до 4,3 %), а кремний окисляется полностью.
Аустенитную нержавеющую сталь (< 0,08 или, по заказу, < 0,03 % С; 18−20 % Cr; 8−11 % Ni) обычно выплавляют в конвертере K−BOP с использованием жидкого полупродукта, полученного расплавлением в дуговой печи дешевого скрапа нержавеющей стали, с добавками необходимого количества твердых феррохрома, никеля и кокса. Однако, в зависимости от условий, возможно уменьшение количества расплавленного скрапа в шихте или его полное исключение с заменой чугуном.

В конвертере емкостью 85 т продувку металла кислородом сверху ведут при расходе 2 м3/(т·мин). Это обеспечивает интенсивное окисление углерода, особенно при его содержании более 1,0−1,5 %, и не влияет на степень окисления хрома при содержании углерода более 0,3−0,4 %. Продувка сверху также обеспечивает частичное дожи-гание выделяющегося из ванны в результате окисления углерода СО. Степень этого дожигания увеличивается от 16 до 39 % при увеличении расстояния от среза фурмы до поверхности металла от 2,3 до 3,0 м.Влияние дожигания СО на угар хрома не обнаружено.

Снизу продувку ведут через фурму «труба в трубе». Через центральную (внутреннюю) трубу подают кислород (1,2 м3/(т·мин)) или кислород в смеси с аргоном (азотом), а через кольцо между внутренней и наружной трубами, для охлаждения, − пропан или смесь пропана с аргоном. Введение инертного газа в смеси с кислородом через центральную трубу снизу производится для разбавления СО анало-гично процессу АКР. С целью улучшения шлакообразования для лучшей десульфурации в металлическую ванну вдувают пылевидную известь (3,5 кг/(т·мин)).

Вследствие применения твердого феррохрома при использовании 70−75 % жидкого чугуна в шихте дефицит тепла составляет около 6 % его расхода на проведение процесса. Для компенсации этого дефицита в конвертер дают кокс, который вводится в виде небольших кусков сверху. Коэффициент использования тепловой энергии его сгорания в конвертере K−BOP составляет примерно 85 %, что обеспечивается большой мощностью перемешивания и, следовательно, интенсивной конвекцией в условиях высокой скорости подачи газа через донные фурмы. Расход кокса определяет значение повышения температуры стали в конвертере: увеличивается примерно с 50 °С до 250 °С с увеличением расхода кокса с 15 до 50 кг/т. tΔ

Применение кокса для компенсации дефицита тепла позволяет эффективно восстанавливать руду, например марганцевую, в процес-се K−BOP. Таким образом, оказывается возможным применение мар-ганцевой руды для легирования аустенитной нержавеющей стали марганцем. Следует, однако, учитывать, что введение такой руды в начале продувки при низкой температуре металла создает трудности в контроле содержания углерода в металле, а при введении ее в конце продувки − трудности в контроле температуры стали. Оптимальной температурой для присадки марганцевой руды по ходу плавки явля-ется примерно 1600 °С.

Таким образом, процесс производства нержавеющей стали K-BOP отличается следующими особенностями: широкими возможностями в выборе шихтовых материалов, включая жидкий чугун и руду; экономией электроэнергии за счет применения дешевых теплоносителей и дожигания в конвертере СО; применением оптимального дутьевого режима, включающего продувку сверху с вдуванием в металлическую ванну СаО в восстановительный период. С его применением стало возможным выбирать оптимальный процесс рафинирования − с ДСП или без нее − в зависимости от обстоятельств, наличия той или иной шихты, состава рафинируемой нержавеющей стали.