Міністерство освіти і науки України

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

«ПРИАЗОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ»

МАРІУПОЛЬСЬКИЙ МЕХАНІКО-МЕТАЛУРГІЙНИЙ КОЛЕДЖ

Лекція с дисципліни

"Теорія і технологія виробництва сталі"

для студентів  спеціальності  136 Металургія .

Освітньо-професійна програма: "Виробництво сталі і феросплавів"

Галузь знань 13 Механічна інженерія

Тема: Конвертори з донною продувкою. Загальна характеристика процеса.

Кравченко О.В

2020

Лекція с дисципліни

"Теорія і технологія виробництва сталі"

для студентів  спеціальності  136 Металургія .

Освітньо-професійна програма: "Виробництво сталі і феросплавів"

Галузь знань 13 Механічна інженерія

Тема: Конвертори з донною продувкою. Загальна характеристика процеса.

План лекції:

1. Конструктивні особливості конвертерів з донною продувкою киснем.

 2. Характеристика донної  фурми.

 3.Технологічні особливості конвертерного процесу з донною продувкою

Конвертери для донної продувки киснем конструктивно дещо відрізняються від конвертерів верхньої продувки. Вони мають вставне днище (рисунок 1), в якому розташовані донні фурми, і систему підведення газів до днища по трубопроводах, що проходять через канали, просвердлені в цапфах по їх осі. Через одну цапфу подають кисень (іноді з порошкоподібним вапном), через іншу - захисне середовище (паливо); після припинення кисневої продувки по обох трубопроводах подають нейтральні гази.

1-корпус; 2-приставні або всавні днища; 3 (а) - повітропровід; 3 (б) - бруски;

4-повітряна коробка; 5(а)- болтові з'єднання; 5 (б) – кришка; 6 – сталева плита.

Рисунок  1- Пристрій приставного (а) і вставного (б) днищ конвертерів донного повітряного дуття

Ці конструктивні особливості ілюструє рисунок 2, на якому показаний 250-т конвертер донної продувки з одним з варіантів підведення технологічних газів.

1-опорне кільце; 2-демпфер; 3-захисний кожух; 4-упор; 5-цапфовий упор;

6 - цапфовая плита; 7-опорний підшипник; 8-навісний привід повороту;

9-цапфа; 10, 14-газопідвідні трубопроводи; 11-від'ємне днище;

12-центробіжний дільник; 13 - фурма; 15- тяга підвіски корпусу.

Рисунок 2 - Конструкція конвертера з донною продувкою киснем

По трубопроводу 10 подають природний газ, по трубопроводу 14 - кисень з порошкоподібним вапном. Гази надходять в закріплений в центрі днища відцентровий дільник 12, а з нього - до кожної фурми. У зв'язку з тим, що потік порошкоподібного вапна викликає швидкий абразивний знос трубопроводу 14, він виконаний з труб з великою товщиною стінок і для забезпечення можливості швидкої заміни - з окремих секцій. Труби зсередини іноді покривають кам'яним литтям, стійким проти абразивного зносу.

Цетробіжний дільник в системі подачі газів використовують при вдуванні через дно порошкоподібного вапна. Він забезпечує рівномірний розподіл потоку О2 + СаО по фурмам без утворення застійних зон. Одна з конструкцій відцентрового дільника показана на рисунку 3.

Це дві циліндричні камери, в одну з яких по дотичній підводять О₂ + СаО, в іншу СН₄. З цих камер гази по окремих трубопроводах розводять до донних фурм. На патрубках подачі природного газу передбачені регулятори для індивідуального регулювання витрати на кожну фурму. Природний газ можна подавати до фурм і без відцентрового дільника - від кільцевого колектора.

При продувці киснем без вапна для розподілу О₂ і СН₄ по фурм зазвичай використовують прикріплюються до днища конвертера кільцеві труби великого діаметру (трубчасті колектори).

1-дільник кисню; 2 - регулятор витрати природного газу; 3 - дільник природного газу; 4 - футерування днища; 5 - донна фурма; 6- патрубок подачі кисню до фурми.

Рисунок 3- Схема пристрою центробіжного дільника для кисню з порошкоподібним вапном і природного газу

Донна фурма (рисуок 4) – це  дві концентрично розташовані одна в іншій труби з товщиною стінок 2-3 мм. Внутрішня труба виконана з корозійностійкої сталі. Через центральну трубу з внутрішнім діаметром 28-50 мм подають кисень, через кільцевий зазор між зовнішньою і внутрішньою трубами - природний газ або пропан, або рідке паливо; товщина кільцевого зазору становить 0,6 - 2 мм. В якості захисних середовищ використовують газоподібні (природний газ, пропан) або рідкі (типу дизельного палива) вуглеводні. Захисне дейст-вие вуглеводнів засноване, головним чином, на ендотермічної реакції їх розкладання. Ця реакція для природного газу СН₄ = С + 2Н₂ (- 75 кДж/моль) починається при нагріванні його вище 900 °С.

1-фланцеве з'єднання; 2-корпус днища; 3-сталеві трубки; 4-футеровка.

Рисунок  4- Фурма для донної продувки

Захисний газ грає подвійну роль: по-перше, на початковій ділянці (на виході з фурми) він розпадається, поглинаючи теплоту, тобто є охолоджувачем; по-друге, газ, будучи відновником, запобігає окисленню заліза вдувається киснем безпосередньо біля фурм. При таких умовах не розвивається надмірно висока температура, а тому не спостерігається інтенсивного зносу фурм і днища. Зазвичай витрата природного газу, що складається в основному з метану, становить 6 - 7% від витрати кисню; витрата пропану становить 3,5%. Вуглець і водень, що утворюються при розкладанні вуглеводнів, частково згорають, частково розчиняються в металі. Залишають ванну Н₂ і СО забирають частину тепла. Аналіз теплового балансу показав, що прихід тепла від часткового згоряння в області фурм вуглецю і водню менше, ніж витрата тепла на нагрів і розкладання вуглеводнів і на збільшення втрат тепла з відходять газами. У зв'язку з цим при донній продувці витрата охолоджувачів (брухту або руди) на 2 – 3% менше, ніж при верхній.

Число донних фурм змінюється від 8 до 20, найчастіше воно дорівнює 10-12. Фурми повинні бути розташовані так, щоб при нахилі конвертера рідкий метал і шлак не досягали фурм. Розміщують фурми в днище різними способами, деякі з яких показані на рисунок 5.

Рисунок  5- Варіанти розташування фурм в днищі

Технологічні особливості конвертерного процесу з донною продувкою відрізняються від класичної технології за такими параметрами:

- у період плавки через фурми постійно подаються гази: кисень і вуглево-дороди в період продувки, аргон для видалення з металу водню після продувки, азот (повітря) в міжпродувні періоди для запобігання засмічення і перегріва фурм;

- заливка чавуну в конвертер проводиться при положенні конвертера, близького к  горизонтальному, щоб рідкий чавун не заливав фурм. При цьому для захисту фурм від попадання бризок чавуну і шлаку через них подають азот або повітря;

- за час продування, тривалістю 10-15 хв, витрачається 45-55 м³ / т кисню і 4-5 м³ / т природного газу (1-2 м³/т пропану, 2-3 л / т рідкого палива);

- по завершенню окисного рафінування (перед випуском) проводять короткочасну (протягом 0,5-1,5 хв) продувку металу аргоном (іноді азотом) для видалення водню, вміст якого при цьому знижується з 8-10 до 3-4 ppm. Витрата аргону на продувку становить 1-2 м³/т;

- відбір проби металу проводиться в горизонтальному положенні конвертера, щоб уникнути затоки фурм;

- у міжпродувочні періоди для виключення попадання металу і шлаку на фурми, а також їх охолодження, через фурми подають азот або повітря. Витрата азоту (повітря) при цьому становить 15-20 м³/т.

Контрольні питання:

1) Які конструктивні відмінності конвертерів донної продувки киснем від конвертерів верхньої продувки вамвідомі?

2) Яке призначення має центробіжний дільник? Вкажіть основні елементи цетробежного дільника.

3) Опишіть конструкцію донної фурми.

4) Яку роль в донній продувці грає захисний газ?

5) Скільки донних фурм встановлюють в днище конвертера? Яким чином вони повинні бути розташовані в нижній частині конвертера?

6) Чому висота робочого простору конвертера з донною продувкою менше ніж конвертера з продувкою зверху?

7) Які технологічні особливості конвертерів з донною продувкою вам відомі?

Література:

1. Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. Общая металлургия. Учебник для вузов. — 6-изд., перераб и доп. — М.: Академкнига, 2002. — 768 с.

2 Бойченко Б.М., Охотський В.Б., Харлашин П.С. "Конвертерне виробництво сталі: теорія, технологія, якість сталі, конструкції агрегатів, рециркуляція матеріалів і екологія".Підручник. - Дніпропетровськ: РВА «Дніпро-ВАЛ», 2004. - 454 с.

3. ЯкушевА.М."Справочник конвертерщика" Челя­бинск Металлургия, Челябинское отделение, 1990 - 448 с.

4. Явойский, В.И. Металлургия стали. Учебник под редакцией Явойского В.И., Кряковского Ю.В. М.: Металлургия, 1983. - 210 с.