КОНСТРУКЦИИ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ (САНД)

К настоящему времени предложено множество различных ва­риантов конструкций САНД и технологий выплавки в них ста­ли. Можно дать следующую условную классификацию непрерыв­ных сталеплавильных процессов.

1. По организации процесса: 1) многостадийные (с раз­делением операции на стадии), при этом в каждой емкости или части агрегата проводится одна или несколько техноло­гических операций: дефосфорация, десульфурация, раскисле­ние и т.п.; 2) одностадийные, когда все операции удаления примесей и превращения чугуна в сталь протекают одновре­менно или почти одновременно.

2. По конструкции агрегата: 1) операция проводится на поду, при этом газообразные и твердые реагенты (кислород, флюсы, руды и т.п.) поступают в так называемые подовые, желобные реакторы; 2) операция проводится таким образом, что металл, шлак, добавочные материалы находятся во взве­шенном, распыленном каплеобразном состоянии (так называе­мые струйные реакторы).

3. По организации технологии: 1) движение шлака и ме­талла происходит в одном направлении; 2) шлак и металл двигаются относительно друг друга по принципу противотока (рис. 221). Примером одностадийного непрерывного стале­плавильного процесса может служить схема, разработанная Британским научно-исследовательским институтом черной металлургии BISRA. В процессе BISRA падающую струю чугуна окружает кольцевая струя кислорода, которая разбивает металл на капельки диаметром 1—2 мм. Поверхность контакта

о₂ о_г о_г о_г

^ 1т)—"—а--------- л—^~тт

Рис. 221. Технологическая схема САНД конструкции МИСиС:

а — принцип прямотока; б — принцип противотока; 1 — чугун; 2 — ввод шлако-

образующих смесей; 3 — спуск шлака; 4 — l выпуск металла

между металлом и кислородом оказывается громадной и выго­рание примесей происходит мгновенно. Процесс обработки металла в струе называют струйным, рафинированием.

Схема процесса представлена на рис. 222. Падающая вниз струя чугуна, непрерывно поступающая в установку, обраба­тывается тонкоизмельченными флюсами и кислородом, капель­ки рафинированного металла и шлака падают в приемный ковш, металл собирается внизу под пенящимся шлаком, отстаивается и непрерывно выпускается в ковш для после­дующей разливки. Последующие капельки металла должны про­ходить через этот шлаковый слой, дополнительно рафинирую­щий металл. Отработанный шлак непрерывно стекает в шлако­вую чашу. Капельки металла в процессе рафинирования окис­ляются: 1) в зоне распиливания струи чугуна; 2) при сво­бодном падении капель в окислительной атмосфере; 3) при прохождении через слой вспененного шлака; 4) в ковше. Опыты показали, что при температуре металла 1500—1600 °С и диаметре капли металла 2—3 мм скорость обезуглерожива­ния превышает 3 % С/с: при раздроблении капель до разме­ров < 3 мм степень десульфурации превышает 50 %.

Достоинством процесса струйного рафинирования является то обстоятельство, что основные реакции здесь протекают в условиях отсутствия контакта металла с огнеупорной футе-

ровкой. Однако условия эк­сплуатации футеровки при­емного ковша (отстойника) сложны, так как происходит взаимодействие футеровки с высокоактивным окислитель­ным шлаком. Трудной зада­чей является также разра­ботка технологии, при ко­торой спускаемый из агре-

Рис. 222. Установка струйного типа для непрерывного рафинирования жидкого чугуна института BISRA:

/ - промежуточное устройство; 2 - чугун; 3 - кислород; 4 - известь; 5 -реакционная камера; 6 - отходящие газы; 7 - шлак; 8 - отстойник; 9 - сталь; 10 — шиберный затвор; 11 — ковш для УНРС

Рис. 223. Схема установки для непрерывного рафинирования конструкции IRSID

гата шлак содержит минимальное количество оксидов и, сле­довательно, обеспечивается максимальный выход годного ме­талла. Эти недостатки не позволили внедрить предложенный процесс в промышленность.

В большинстве предложенных конструкций САНД предусмот­рена возможность организации ведения плавки на поду. Ши­рокую известность получила конструкция САНД, разработан­ная французским институтом черной металлургии IRSID. Агрегат состоит (рис.223) из трех частей: реакционной камеры 1, отстойника 3 и камеры доводки 5. Чугун непре­рывной струей поступает в камеру по желобу. Одновременно при помощи водоохлаждаемого устройства (фурмы) 2 в камеру непрерывно подается кислород с молотой известью. Реак-

ционная камера содержит небольшое количество жидкого ме­талла и слой металло-шлако-газовой эмульсии. Под дейст­вием подъемной силы пузырей газа эта эмульсия поднимается и перетекает в отстойник, где шлак отделяется от металла. Шлак стекает через отверстие 4, а металл сифоном переда­ется в камеру доводки, где подвергается раскислению и до­водке по составу. Конструкция установки предусматривала возможность устройства желоба, по которому шлак из второй камеры (отстойника) мог бы перетекать в первую камеру для повышения степени использования шлакообразующих и умень­шения потерь железа с уходящим шлаком.

В 1971-1976 гг. проводили испытания САНД конструкции МИСиС. Установка включала четыре ванны, соединенные по­следовательно (рис. 221). В первых трех осуществлялось рафинирование вдуванием газообразного кислорода через верхние фурмы, а в последней — регулирование содержания углерода и раскисление. Вместимость каждой ванны состав­ляла 0,86 м³ при глубине расплава 600 м и массе 6 т. Про­изводительность этого опытно-промышленного агрегата до­стигала 21 т/ч, степень удаления серы 21 %, фосфора 93 %.

Окончательные выводы о показателях работы агрегатов такого типа в промышленных условиях и, соответственно, о перспективах внедрения сделать пока трудно.

ПЕРЕПЛАВ МЕТАЛЛОЛОМА

Если САНДы, основанные на переработке в сталь жидкого чу­гуна, не вышли из стадии полупромышленных испытаний, то САНДы с использованием в качестве шихты дешевого металли­ческого лома (скрапа) получают все большее распростране­ние. Работы ведутся во многих странах мира. Изыскание рациональных методов непрерывной переработки металлолома происходит в основном по двум направлениям. В первом слу­чае в качестве плавильного агрегата используют высокомощ­ную дуговую сталеплавильную печь с периодической выдачей порции металла. Во втором случае в качестве плавильного агрегата используют шахтную печь (типа вагранки). В обоих случаях получаемый полупродукт доводится затем во вспомо­гательных агрегатах. В качестве примера организации не­прерывного сталеплавильного процесса может служить про­цесс, разработанный японским научно-исследовательским институтом металлургии NRIM.

Построенный по предложенной схеме комплекс включает (рис. 224) металлургическую вагранку, работающую на подо­гретом до 500 °С дутье, производительностью 20 т/ч. В качестве шихты используют металлолом и пакеты. Полученный в вагранке углеродистый полупродукт (2,7—3,5 % С) попа­дает в ковш, где обрабатывается десульфурирующими смеся­ми, после чего переливается в канальную (с индуктором для подогрева) индукционную печь— копильник. Из копильника металл попадает в рафинировочную печь, оборудованную сво­довыми кислородными фурмами и устройствами для присадки охладителей и флюсов. После рафинировочной печи металл попадает в оборудованный пористой пробкой для вдувания инертного газа ковш, где производится его раскисление. На рис. 225 показан общий вид агрегата непрерывного стале­плавильного процесса Consteel на базе дуговой сталепла­вильной печи. Шихту (металлолом или металлизованные ока­тыши), подогреваемую за счет дожигания СО, выделяющейся из ванны дуговой печи при ее продувке кислородом, подают непрерывно в печь. Температура металлолома перед поступ­лением в печь составляет 500—700 °С. Печь с эркерным вы­пуском обеспечивает периодическую выдачу порций стали, поступающих далее на установки внепечной обработки. Про­цесс Consteel был создан с начале 80-х годов в США. Раз­личные варианты процесса с непрерывной подачей подогре­ваемой отходящими газами металлошихты в печь получают все большее распространение во многих странах.

В начале 80-х годов в Германии разработан процесс, на­званный процессом EOF. Первый промышленный агрегат (рис. 226) был введен на одном из заводов Бразилии. Емкость этого агрегата 30 т, производительность ~200 тыс.т стали в год, стойкость футеровки >500 плавок, расход жидкого топлива 8—9 кг, кокса 1,0 кг на 1 т стали, расход кисло­рода 60—78м³/т, расход огнеупоров 6 кг/т стали. Опыт по­казал, что утилизация тепла отходящих газов позволяет на­греть подаваемую твердую металлошихту до 850°С. Состав шихты (соотношение расхода чугуна и металлолома), как и в мартеновских печах, может меняться в широких пределах. К 1993г. в мире работало ~ 10 установок EOF (в Бразилии, Индии, Италии, США, Венгрии) производительностью 200—бООтыс.т/год каждая. В России подобная установка про­ектируется для Белорецкого металлургического комбината.

О о

X Л X

•о

S» Я

и ге

►О "О

£L ^s о\ о Р ta

н

Fs

Р

S

О _

в и В тз

капо

О и

И ге

в) >а

S »

Й Ja a

a i< тз

I о

о

A w

;-fa

re

Я

И

о

н< В) Ю о ""

U g

S

ff< О

a

A

X чз

о

A a

CD CO

О Я

в

о

О

и

я в "в п я м и н

Я

a

Е

►в >

из

шЯ

н

S

гв

я в я •в в

Б в я ЕX

дующими обстоятельствами. В современных сталеплавильных агрегатах периодического действия развитие технологии достигло очень высокого уровня. Время, затрачиваемое на выполнение собственно металлургических операций, во мно­гих случаях сопоставимо с продолжительностью простоя аг­регатов, связанного с проведением вспомогательных опера­ций (загрузки печи, анализа металла по ходу плавки, вы­пуска готового металла и т.д.).

Например, для крупных конвертеров продолжительность проведения вспомогательных операций составляет около по­ловины длительности всей плавки. Резервы дальнейшего по­вышения производительности, очевидно, следует искать в направлении сокращения времени, затрачиваемого на вспомо­гательные операции. В этом отношении использование стале­плавильных агрегатов непрерывного действия представляется одним из наиболее вероятных решений проблемы.

Глава 10. ПЕРЕПЛАВНЫЕ ПРОЦЕССЫ

Переплавные процессы представляют собой различные способы переплава (с целью повышения качества металла) слитков или заготовки, предварительно полученных обычными спосо­бами выплавки (в дуговой электропечи, конвертере, марте­новской печи). Изменение состава переплавленных заготовок заключается в том, что в них уменьшается содержание вред­ных примесей и включений.

Кроме того, особые условия кристаллизации металла (бо­лее быстрая и направленная кристаллизация) обеспечивают существенное уменьшение неприятных последствий ликвацион-ных процессов и дефектов усадочного происхождения.

Помимо названия "переплавные процессы" используют на­звания "специальная металлургия" или "специальная элект­рометаллургия".

К переплавным процессам часто относят также плавку стали в вакуумной индукционной печи (вакуумный индукцион­ный переплав или сокращенно ВИП).

Первые промышленные вакуумные индукционные печи появи­лись около 35 лет тому назад, это были первые вакуумные агрегаты, предназначенные для плавки стали.

§1. ВАКУУМНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ ПЕРЕПЛАВ

Этот метод позволяет получить металл строго заданного состава, очень чистый по содержанию газов, неметалличес­ких включений, примесей цветных металлов. Недостаток ме­тода - контакт металла с футеровкой. В настоящее время

Рис. 227. Схема процессов электропереплава (а — вакуумно-дуговой; б — электрошлаковый; в — электронно-лучевой; г — плазменный с радиальным разме­щением плазмотронов; д — плазменный с осевым размещением плазмотронов): 1 - источник питания; 2 - слиток; 3 - ванна расплава; 4 - кристаллизатор; 5 — электрод (переплавляемая заготовка); 6 — герметизированная камера; 7 — шлаковая ванна; 8 - шлаковая "рубашка" (при ЭШП); 9 - фокусирующее устрой­ство; 10 — плазмотрон

 

ВИП используется как метод предварительной выплавки шихты в виде заготовки для других переплавных процессов, для производства сплавов ряда марок ответственного назначения и особо качественных отливок, в частности из жаропрочных сплавов для изготовления деталей реактивных двигателей (например, лопаток газовых турбин).

В чистом виде "переплавными" процессами являются пере­плавы: вакуумно-дуговой (ВДП), электрошлаковый (ЭШП), электронно-лучевой (ЭЛП), плазменно-дуговой (ПДП). Прин­ципиальная схема переплавных процессов представлена на рис. 227.

§2. ВАКУУМНЫЙ ДУГОВОЙ ПЕРЕПЛАВ

На схеме рис. 227, а показано, что под воздействием высо­ких температур, возникающих в зоне электрической дуги между переплавляемым электродом и поддоном кристаллиза­тора, металл на нижнем торце электрода расплавляется и капли расплавленного металла падают в ванну, где под воз­действием охлаждения кристаллизатора формируется слиток. До начала операции печь вакуумируют (остаточное давление обычно не более 1,33 Па); вакуумные насосы продолжают ра­ботать в течение всей плавки. Таким образом, капли метал­ла падают через вакуумированное пространство, при этом обеспечивается очень полное очищение металла от газов, оксидных неметаллических включений (общее содержание кис­лорода снижается до очень низких пределов), от примесей некоторых цветных металлов и получается плотный слиток. Кристаллизация металла в водоохлаждаемом кристаллизаторе (обычно медном) имеет четко направленный характер, отве­чающий направлению отвода тепла. В результате ВДП механи­ческие характеристики металла улучшаются и становятся почти одинаковыми в различных направлениях. В современных установках ВДП получают слитки массой от нескольких сотен килограммов до 40—50 т.

Достоинством способа ВДП является отсутствие контакта металла с огнеупорной футеровкой, недостатком — невозмож­ность снижения содержания серы (отсутствие шлаковой фазы). Дуговая выплавка отличается высокой концентрацией тепла в дуге, поэтому ВДП получил широкое распространение при производстве слитков из тугоплавких металлов (титана,

циркония, ниобия, молибдена, вольфрама и др.). Схему, при применении которой электрод переплавляется, называют ВДП с расходуемым электродом. На рис. 228 показана современ­ная вакуумно-дуговая печь с расходуемым электродом.

В некоторых случаях изготовить расходуемый электрод невозможно (например, при переплаве титановой губки). В этих случаях губчатый или порошкообразный материал расп­лавляют, помещая его в зону дуги между постоянным (нерас-ходуемым) электродом и ванной. Такой метод называют ВДП с нерасходуемым электродом. Полученный таким образом слиток обычно еще раз переплавляют методом ВДП с расходуемым

У »»>/>»

Рис. 228. Вакуумно-дуговая печь: 1 — механизм перемещения электро­да; 2 — вакуумная камера; 3 — ме­ханизм прижима электрода; 4 — на­правляющие кристаллизатора; 5 — кристаллизатор с поддоном; 6 — механизм подъема кристаллизатора; 7 — механизм разгрузки; 8 — патрубок с вакуумным насосом

Рис. 229. Вакуумная дуговая гар-нисажная печь: 1 — электрод; 2 — тигель; 3 — же­лоб: 4 — форма; 5 — стационарные заливочные камеры; б — стол цент­робежной машины

электродом. При ВДП с нерасходуемым электродом вместо кристаллизатора иногда устанавливают металлический водо-охлаждаемый тигель; во время плавки на стенках тигля образуется корочка переплавляемого металла (гарнисаж) и расплав контактирует с гарнисажем из этого же металла. Печи такого типа называют гарнисажными.

Вакуумные дуговые гарнисажные печи (ВДГП) используют также для фасонного литья отливок особо ответственного назначения. На рис. 229 изображена схема современной гар-нисажной печи емкостью 0,6 т с разливкой металла по жело­бу. Плавильная поворотная камера соединена с двумя ста­ционарными заливочными камерами с помощью патрубков и поворотных вакуумных уплотнителей. Нерасходуемые электро­ды обычно делают из вольфрама.

⇐ Предыдущая14151617181920212223242526272829Следующая ⇒

 

Поиск по сайту: