Устройство кислородного конвертера с верхней продувкой

Устройство кислородного конвертера с верхней продувкой
Кислородно-конвертерный процесс — это выплавка стали из жидкого чугуна с
добавкой лома в конвертере с основной футеровкой и продувкой кислородом
сверху через водоохлаждаемую фурму.
Кислородно-конвертерный процесс, обладает рядом преимуществ по сравнению с
мартеновским и электросталеплавильным процессами:
1) более высокая производительность одного работающего сталеплавильного
агрегата (часовая производительность мартеновских и электродуговых печей не
превышает 100 т/ч, а у большегрузных конвертеров достигает 400—500 т/ч);
2) более низкие капитальные затраты, т. е. затраты на сооружение цеха, что
объясняется простотой устройства конвертера и возможностью установки в цехе
меньшего числа плавильных агрегатов;
3) меньше расходы по переделу, в число которых входит стоимость
электроэнергии, топлива, огнеупоров, сменного оборудования, зарплаты и др;
4) процесс более удобен для автоматизации управления ходом плавки
Благодаря использованию для продувки чистого кислорода, кислородноконвертерная сталь содержит азота не более, чем мартеновская и по качеству не
уступает мартеновской. Тепла, которое выделяется при окислении составляющих
чугуна с избытком хватает для нагрева стали до температуры выпуска и позволяет
использовать до 24-28% лома в шихте.
Кислородный конвертер представляет собой поворачивающийся на цапфах сосуд
грушевидной формы, футерованный изнутри и снабженный леткой для выпуска
стали и отверстием сверху для ввода в полость конвертера кислородной фурмы,
отвода газов, заливки чугуна, загрузки лома и шлакообразующих и слива шлака
(см. рисунок 4). Емкость существующих конвертеров составляет 10—450 т.
1 — опорный подшипник; 2 — цапфа; 3 — защитный кожух; 4 — опорное кольцо;
5 —корпус ведомого колеса; 6 — навесной электродвигатель с редуктором;
7 — ведомое зубчатое колесо; 8 — демпфер навесного электродвигателя;
9 — демпфер корпуса ведомого колеса; 10 — опорная станина
Рисунок 4 – Устройство кислородного конвертера
Форма конвертера. В конфигурации кожуха и внутреннего рабочего объема
конвертера можно выделить три части: суживающуюся верхнюю часть
(горловину), цилиндрическую часть и днище, которое может быть либо
сферическим, либо иметь суживающуюся часть, к которой примыкает днище.
Размеры, конвертера. Они влияют на многие показатели процесса и должны,
прежде всего, обеспечивать продувку без выбросов металла через горловину,
поскольку выбросы уменьшают выход годной стали и требуют периодических
остановок конвертера для удаления настылей металла с горловины и входной
части котла-утилизатора. Размеры некоторых конвертеров приведены в таблице.
Размеры некоторых кислородных конвертеров
Высота
Емкость, рабочего
т
пространства, Н, м
Диаметр
Диаметр
рабочего
ОтноУдельный
Глубина
горловины,
3
пространства, шение H/D объем, м /т ванны, м
м
м
7,65
4,00
1,90
0,96
1,50
1,65
9,50
5,95
1,60
1,03
1,78
3,10
9,27
6,55
1,41
0,87
1,90
3,43
Основные параметры, определяющие возможность работы конвертера без
выбросов — это удельный объем (объем рабочей полости, приходящийся на 1 т
жидкой стали, м3/т) и отношение высоты рабочего объема к его диаметру, H/D.
Удельный объем должен находиться в оптимальных пределах. Если он
недостаточен, то при продувке возникают выбросы вспенивающихся металла и
шлака. Вместе с тем, если удельный объем чрезмерно велик, то неоправданно
возрастают габариты конвертера и высота конвертерного цеха, теплоотдающая
поверхность кожуха и теплопотери, расход огнеупоров на кладку футеровки.
В последние годы для проектируемых конвертеров емкостью 100—400 т с учетом
сложившегося режима продувки (150— 250 м3/мин кислорода на одно сопло
фурмы) величину удельного объема принимают в пределах от 0,8—0,85 до 1,0
м3/т, причем эта величина должна понижаться при росте емкости конвертера.
Выбирая величину H/Dучитывают, что при ее снижении стенки конвертера
отдаляются от высокотемпературной подфурменной зоны, что способствует
повышению их стойкости; возрастает также площадь контакта металл-шлак, что
облегчает удаление в шлак фосфора и серы. Вместе с тем при чрезмерном
снижении H/D, т. е. уменьшение высоты конвертера, начинаются выбросы,
поскольку вспенивающийся металл достигает низко расположенной горловины.
При росте H/D вероятность появления выбросов снижается, но и увеличение H/D сверх оптимальной величины не рекомендуется, поскольку это требует
увеличения высоты здания цеха.
Для проектируемых в последние годы конвертеров емкостью 100—400 т
величину H/D принимают в пределах 1,8—1,35, причем в этих пределах она
обычно снижается пропорционально увеличению емкости конвертера. Это связано
с тем, что для предотвращения выбросов, расстояние от уровня ванны в спокойном
состоянии до верха горловины для конвертеров емкостью 100—400 т должно
составлять примерно 6—8 м.
Глубина ванны жидкого металла в спокойном состоянии изменяется от 1,0 до
1,8—1,9 м, возрастая при увеличении емкости конвертера. Даже для конвертеров
малой емкости (50 т) она не должна быть менее 1 м во избежание разрушения
футеровки днища кислородными струями. Увеличение глубины ванны сверх 1,9 м
также не рекомендуется, так как при этом из-за недостаточного проникновения
вглубь ванны кислородных струй и ухудшения перемешивания ванны затрудняется
плавление стального лома.
Диаметр горловины Dг существующих конвертеров емкостью от 50 до 400 т
находится в пределах (0,4—0,6)D и изменяется от 1,0 до 4,1 м, обычно
увеличиваясь при увеличении емкости конвертера. При выборе
величины Dг учитывают, что горловина больших размеров позволяет производить
завалку стального лома в один прием, что сокращает длительность плавки. Вместе
с тем, при увеличении Dг возрастают теплопотери и несколько повышается
содержание азота в выплавляемой стали, поскольку через большую горловину в
полость конвертера подсасывается больше воздуха, азот которого растворяется в
металле. Поэтому горловина не должна быть больше, чем это необходимо для
загрузки шихты.
Угол наклона стенок горловины к вертикали в существующих конвертерах
составляет 20—35°. На основании отечественной практики признано
нецелесообразным делать угол более 25°, так как при большем уклоне ухудшается
стойкость футеровки горловины.
Кожух и днище. Кожух конвертера выполняют сварнымизлистовой стали
толщиной от 20 до 110 мм и делают его либо цельносварным, либо с отъемным
днищем, которое крепится болтами или клиновыми соединениями. Горловина в
большей степени, чем другие элементы кожуха подвержена воздействию высоких
температур и короблению и может быть повреждена при удалении застывших
выплесков металла и в процессе слива шлака. Поэтому верх горловины защищают
сварным или литым шлемом,который в случае повреждения легко заменить.
Днище конвертеров обычно делают сферическим. Эта форма облегчает
циркуляцию металла при верхней подаче дутья и способствует снижению износа
футеровки. Широко применяются как неотъемные, так и отъемные днища.
Отъемные днища могут быть приставными и вставными.
Цапфы и опорное кольцо. Конвертер цапфами опирается на роликовые опорные
подшипники, закрепленные в опорных станинах. Подшипники обеспечивают
возможность вращения конвертера вокруг оси цапф; при этом один подшипник
фиксированный, а другой «плавающий», что дает возможность перемещения вдоль
оси цапф на 15—30 мм.
Механизм поворота. Он обеспечивает вращение конвертера вокруг оси цапф на
360° со скоростью до 1 об/мин. Поворот конвертера необходим для выполнения
технологических операций: заливки чугуна, завалки лома, слива стали и шлака и
др.
Механизм поворота может быть односторонним (для малык конвертеров – до 100т)
и двусторонним (для большегрузных конвертеров), позволяющим более
равномерно распределить нагрузки при наклоне конвертера.
Механизмы поворота бывают стационарными и навесными. В последние годы
применяют более совершенные навесные (закрепленные на цапфе)
многодвигательные механизмы поворота.
Навесной многодвигательный привод обладает следующими преимуществами:
перекос цапф не влияет на его работоспособность; при выходе из строя одного
двигателя привод остается работоспособным; в 2—3 раза уменьшается масса
привода; существенно уменьшается площадь, необходимая для его установки.
Футеровка. Футеровка конвертера работает в тяжелых условиях, подвергаясь
воздействию высоких температур; термических напряжений, возникающих при
колебаниях температуры футеровки; ударов кусков шихты при загрузке и
знакопеременных нагрузок, возникающих при вращении конвертера. Она
изнашивается также в результате химического взаимодействия со шлаком и
размывающего действия потоков металла и шлака.
Футеровку обычно делают двухслойной. Примыкающий к кожуху арматурный слой
толщиной 110—250 мм уменьшает теплопотери и защищает кожух в случае
прогара рабочего слоя. Арматурный слой выполняют из магнезитового или
магнезито-хромитового кирпича. Внутренний или рабочий слой изнашивается во
время работы и его заменяют при ремонтах футеровки; его толщина в зависимости
от емкости конвертера составляет 500—750 мм.
Для кладки рабочего слоя используют огнеупоры на основе доломита (CaO-MgO) и
магнезита на связке из каменноугольной смолы.
Стойкость футеровки в зависимости от качества огнеупоров и условий работы
конвертера составляет 400—900 плавок (2—5 кг на 1 т стали).
С целью повышения стойкости футеровки конвертеров применяется горячее
торкретирование футеровки. Суть торкретирования сводится к нанесению с
помощью торкрет-машин огнеупорной массы на изношенные участки футеровки.
Длительность торкретирования обычно не превышает 5 мин, его проводят после
каждой или после нескольких плавок. Рекордная стойкость футеровки при
торкретировании достигнута на одном из японских заводов — 10 110 плавок при
расходе огнеупорного кирпича и торкрет-массы 0,19 и 1,38 кг/т стали соответственно.
Кислородная фурма. Кислород подают в конвертер через вертикально
расположенную водоохлаждаемую фурму, которую вводят в полость конвертера
через горловину строго по его оси. Давление кислорода перед фурмой составляет
1,0—1,6 МПа. Высоту фурмы над ванной можно изменять по ходу плавки; обычно
она увеличивается при росте емкости конвертера и находится в пределах 0,8— 3,3
м от уровня ванны в спокойном состоянии.
Фурма выполнена из трех концентрично расположенных стальных труб и снабжена
снизу медной головкой с соплами. Полости, образованные трубами, служат для
подачи кислорода, подвода и отвода охлаждающей воды.
Медная головка фурмы имеет от 3 до 7 сопел типа сопла Лаваля, возрастая при
увеличении расхода кислорода и емкости конвертера. Многосопловые фурмы
благодаря рассредоточению кислородного потока на несколько струй
обеспечивают «мягкую» продувку и минимальное количество выбросов. Кроме
того, они дают возможность увеличить интенсивность подачи кислорода и
сократить, благодаря этому, длительность плавки. Стойкость головок фурм
составляет 50—250 плавок.
Задание:
1) Подробно изучить тему устройство кислородного конвертера с
верхней продувкой
2) При помощи карандаша и линейки вычертить эскиз устройство
кислородного конвертера, расставить обозначения
3) Опишите преимущества и недостатки выплавки стали кислородно
конвертерным способом
Задание отправлять на электронный адрес: [email protected]