Режим дутья

Режим подачи кислорода в конвертерную ванну оказывает большое значение на длительность продувки, ход шлакообразования, величину выхода жидкой стали и стойкость футеровки конвертера.

Важными параметрами дутьевого режима являются давление и интенсивность подачи кислорода, количество кислородных струй, высота расположения фурмы и глубина внедрения струй в ванну.

Выходящие из сопла фурмы кислородные струи внедряются в ванну и вызывают в ее нижней части направленную циркуляцию, а верхние слои металла и шлака вспениваются пузырями СО, выделяющимися при окислении углерода. Характер взаимодействия кислородный струй с ванной и возникающей при этом циркуляции металла показан на рис. 8.2‑7. Под соплами фурмы расположены направленные вниз высокоскоростные потоки кислорода с увлекаемыми в них каплями раздробленного металла, так называемые первичные реакционные зоны или зоны продувки, где весь кислород преимущественно расходуется (согласно закону действующих масс) на окисление железа. По границам первичной зоны вследствие высокой концентрации кислорода окисляется много углерода с образованием СО и формируется мощный поток всплывающих пузырей СО, увлекающих за собой металл, поэтому циркуляционные потоки направлены вверх, а, соответственно, у стенок конвертера металл движется вниз.

Циркуляция, т.е. перемешивание ванны, интенсифицирует массо- и теплообмен, ускоряя процессы окисления, рафинирования и нагрева металла и расплавления стального лома. В начале и конце продувки, когда скорость окисления углерода и выделения пузырей СО невелика, циркуляционные потоки ослаблены и интенсивность перемешивания ванны недостаточна.

Кислород вводят в конвертер через фурму с выходными соплами Лаваля, преобразующими энергию давления газа в кинетическую, обеспечивающую скорость струи на выходе из сопла 500–550 м/с, что определяет условия наиболее полного усвоения кислорода. Размеры сопла, обеспечивающие оптимальный режим дутья, определяют специальными расчетами. При повышении давления кислорода на выходе из сопла может возникнуть пульсация струи, передающаяся ванне, а при снижении давления возникает разрежение на выходе из сопла, что вызывает подсасывание капель металла и шлака и ведет к быстрому износу головки фурмы.

Удельный расход кислорода на 1 т выплавляемой стали определяется количеством окисляющихся примесей за время продувки составляющих чугуна и стального лома. Он изменяется в пределах 47–60 м³/т стали, возрастая при увеличении окисляющихся примесей в шихте и уменьшается при увеличении доли лома в шихте.

Интенсивность продувки [м³/(т∙мин)] обычно не зависит от вместимости конвертера и является постоянной в условиях конкретного конвертерного цеха. Для уменьшения продолжительности плавки интенсивность продувки стремятся увеличить, однако после превышения некоторого допустимого уровня интенсивности продувки может происходить выброс металла и шлака из конвертера, т.к. при росте расхода кислорода возрастает скорость раскисления углерода и, следовательно, количество выделяющихся пузырей СО, вспенивающих ванну.

Допустимый уровень интенсивности продувки тем выше, чем больше удельный объем конвертера и чем больше сопл в фурме, но увеличение сопел в фурме вызывает необходимость располагать их под углом наклона струй к вертикали, что позволяет с одной стороны обеспечить более мягкую продувку, рассосредотачивая струи по объему ванны, а с другой – приближает струи кислорода к футеровке стен конвертера, увеличивая их износ.

Высота расположения фурмы также имеет оптимальные пределы. При чрезмерно высоком расположении фурмы кислородные струи не внедряются в металл (поверхностный обдув) и степень усвоения кислорода уменьшается; при очень низком положении фурмы (жесткая продувка) усиливается вынос капель металла отходящими газами и замедляется шлакообразование.

Изменение высоты положения фурмы во время продувки используют для регулирования окисленности шлака и ускорения его формирования, увеличивая в шлаке содержание окислов железа, а также регулирования скорости окисления углерода. Аналогично изложенному выше проявляется эффект уменьшения давления и расхода кислорода, т.к. это сопровождается уменьшением заглубления струй кислорода в металл.

На некоторых заводах применяют режим продувки с циклическим расходом кислорода, что стабилизирует процесс окисления углерода, исключая колебания скорости окисления, а значит вероятность выбросов.

Применяют также пульсирующее дутье кислородных струй с чистотой от 200 до 800 Гц, что увеличивает гидростатическое давление на капли металла, вызывая их дополнительное дробление, увеличивая поверхность контакта «металл – шлак», особенно в период формирования основного шлака в конвертере.