Производство стали в кислородных конверторах

Кислородно-конверторный процесс - это выплавка стали из жидкого чугуна в конвертере с основной футеровкой и продувкой кислородом через водо-охлаждаемую структуру.

Кислородный конвертер - это сосуд грушевидной формы из стального листа, футерованный основным кирпичом. Вместимость конвертера 130 ¸ 350 т жидкого чугуна. В процессе работы конвертер может поворачиваться на цапфах вокруг горизонтальной оси на 360 градусов для завалки скрапа, заливки чугуна, слива стали и шлака.

Шихтовыми материалами кислородно-конвертерного процесса являются жидкий передельный чугун (см. табл.1), стальной лом (не более 305), известь для наведения шлака, железная руда, а также боксит (Al₂O₃), плавиковый шпат (CaF₂), который применяют для разжижения шлака.

Технология плавки. Перед плавкой конвертер наклоняют, через горловину с помощью завалочных машин загружают скрап (рис.4,а), заливают чугун при температуре 1250 ¸ 1400 ⁰С (рис.4,б). После этого конвертер поворачивают в вертикальное рабочее положение (рис.4,в), внутрь его вводят водоохлаждаемую форму и через нее подают кислород под давлением 0.9 - 1.4 Н/мм². Одновременно с началом продувки в конвертер загружают известь, боксит, железную руду. Струи кислорода проникают в металл, вызывая его циркуляцию в конвертере и перемешивание со шлаком. Благодаря интенсивному окислению примесей чугуна при взаимодействии с кислородом в зоне под фурмой развивается температура 2400 ⁰С.

Рис.4. Последовательность технологических операций

при выплавке стали в кислородных конвекторах

В зоне контакта кислородной струи с чугуном в первую очередь окисляется железо, так как его концентрация во много раз выше, чем примесей. Образующийся оксид железа растворяется в шлаке и металле, обогащая металл кислородом. Кислород, растворенный в металле, окисляет кремний, марганец, углерод в металле, и содержание их понижается. При этом происходит разогрев ванны металла теплотой, выделенной при окислении примесей, поддержание его в жидком состоянии.

В кислородном конвертере благодаря присутствию шлаков с большим содержанием CaO и FeO, перемешиванию металла и шлака создаются условия для удаления из металла фосфора по реакции (6) в начале продувки ванны кислородом, когда ее температура еще невысока. В чугунах, перерабатываемых в конвертерах, не должно быть более 0.15% Р. При повышении (до0.3%) содержания фосфора для его удаления необходимо сливать шлак и наводить новый, что снижает производительность конвертера.

Удаление серы из металла в шлак протекает в течении всей плавки по реакциям (7) и (8). Однако высокое содержание в шлаке FeO (до 7-20%) затрудняет удаление серы из металла. Поэтому для передела в сталь в кислородных конвертерах применяют чугун с содержанием серы до 0.7%.

Подачу кислорода заканчивают, когда содержание углерода в металле соответствует заданному. После этого конвертер переворачивают и выпускают сталь в ковш (рис.4,г).

При выпуске стали из конвертера ее раскисляют в ковше осаждающим методом ферромарганцем, ферросилицием и алюминием; затем из конвертера сливают в шлак (рис.4,д).

В кислородных конвертерах выплавляют конструкционные стали с различным содержанием углерода, кипящие и спокойные.

В кислородных конвертерах трудно выплавлять стали, содержащие легкоокисляющиеся легирующие элементы, поэтому в них выплавляют низколегированные (до2 - 3% легирующих элементов) стали. Легирующие элементы вводят в ковш, расплавив их в электропечи, или твердые ферросплавы вводят в ковш перед выпуском в него стали. Плавка в конвертерах вместимостью 130 - 300 т заканчивается через 25 - 50 мин. Кислородно-конвертерный процесс более производительный, чем плавка стали в мартеновских печах.