Разработка и совершенствование конструкций дутьевых устройств и технологии конвертерной плавки с жидкофазным восстановлением

• Автор: Лаврик, Дмитрий Александрович
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Новокузнецк
• Количество страниц: 226 с. : ил

ВВЕДЕНИЕ
В сталеплавильном производстве наиболее полно задачам повышения производительности, экономической эффективности, снижения энергоемкости и улучшения качества металлопродукции отвечает кислородноконвертерный процесс, получивший широкое развитие в мире, как наиболее стабильный и стандартный метод производства стали 1. Состояние конвертерного производства России практически полностью отражает основные проблемы мировой практики, как по определению оптимального состава перерабатываемой шихты, так и направлениям снижения потерь и расходных показателей процесса 2. В течение последних лет в силу конъюнктуры рынка и особенностей локального ценообразования в конвертерном производстве вынуждены были решать диаметрально противоположные задачи создание комплекса технологий, обеспечивающих экономию жидкого чугуна , а в последнее время, по известным причинам, экономию металлического лома . В тоже время, несмотря на наличие оригинальных отечественных разработок 3, 4, в повседневной практике работы конвертерных цехов России в настоящее время зачастую используются устаревшие, не отвечающие современному уровню ресурсо и энергосбережения технологии, дутьевые устройства и агрегаты. При этом современные экономические условия, колебания рыночных цен на основные шихтовые материалы предопределяют необходимость создания новых технологий и источников сырья при выборе оптимального варианта работы конвертеров. В последние годы условия выплавки стали в конвертерах существенно изменились в связи с ужесточением требований к качеству стали, конкурентной борьбе за рынки сбыта металлопродукции, расширением производства легированных, коррозионностойких, электротехнических и других низкоуглеродистых марок стали 9. Разработка и широкое внедрение за рубежом различных вариантов комбинированной продувки металла в конвертерах 4, 5, позволило существенно расширить функциональные возможности конвертерного агрегата и процесса в целом. Вместе с тем значительное сокращение объемов подготовки высококачественного металлического лома и необходимость повышения температуры металла перед непрерывной разливкой вынуждают конвертерщиков значительно повышать расход чугуна на выплавку стали, а для компенсации теплового баланса плавки изыскивать и применять другие охладители отходы металлургических предприятий, железо и марганецсодержащие концентраты и агломераты, богатые марганцевые и хромовые
руды и др., что позволяет повысить выход жидкой стали и значительно снизить расход марганец и хромосодержащих ферросплавов 9.

Актуальность

Это отрицательно сказывается на организации рационального дутьевого и шлакового режимов ведения конвертерной плавки, особенно в изменяющихся условиях металлозавалки при высокоинтенсивной верхней продувке. Известная практика испытаний и работы в конвертерных цехах 6 канальных фурм с обычным расположением сопел на большегрузных конвертерах , , показала неудовлетворительную их стойкость в среднем плавок вследствие усложнения технологии изготовления сварного наконечника фурмы, возрастающей по мере увеличения числа сопел, а следовательно, и качества сварных швов неудовлетворительного качества выполнения сварки малоэффективного охлаждения межсоплового пространства в наконечнике, особенно при выполнении фурм с центральным подводом кислорода низкой надежности работы компенсационных устройств и, как следствие, возникновения термических напряжений в элементах конструкции дутьевого устройства заметалливания фурмы, особенно интенсивно развивающегося при переделе чугунов с низким менее 0,3 содержанием марганца. Естественно, такие служебные характеристики 6сопловых наконечников верхних кислородных фурм являются неприемлемыми для большегрузных конвертеров, тем более, если учесть большую стоимость последних по сравнению с наконечниками фурм для конвертеров меньшей садки. Для повышения стойкости головок фурм, прежде всего, необходимо обеспечить высокоэффективное охлаждение наконечника, в особенности его межсоплового пространства. Наиболее простым конструктивным решением в этом случае является организация центрального подвода воды к наконечнику, позволяющая предотвратить возникновение застойных зон в межсопловом пространстве. Упрощение конструкции и технологии изготовления сварного многосоплового наконечника фурмы, а также повышение эффективности охлаждения последнего могут быть также достигнуты за счет блочного варианта расположения сопел. Вместе с тем, до сих пор не решены вопросы инженерного обоснования как целесообразного размещения в отдельном сопловом блоке разнообразных по конфигурации и размерам сопел, так и размещения самих блоков в головке фурмы относительно вертикальной оси. Для этого следует продолжить исследования и получить дополнительную информацию об особенностях организации и параметрах реакционной зоны при верхней продувке в случае подачи газа пучками различных кислородных струй. Значительным резервом в улучшении работы верхних кислородных фурм с точки зрения повышения стойкости последних является создание конструкций наконечников без сварных швов на его торце. Одним из решений данной проблемы является изготовление наконечников из цельной поковки путем механической обработки кованноточечные головки , однако для большегрузных конвертеров такая технология изготовления неприемлема, главным образом, изза значительных габаритов дутьевого устройства. С целью увеличения приходной части теплового баланса конвертерной плавки для повышенной переработки лома и других охладителей отмечается перспективность применения дутьевых устройств с дополнительными соплами для дожигания , всевозможных конструкций двухъярусных и двухконгурных фурм с независимо регулируемыми потоками кислорода для продувки конвертерной ванны и дожигания СО до СО2 4, , , 7, 8. В свое время , , 9 практика применения различных конструкций двухъярусных фурм с независимыми регулируемыми расходами кислорода на продувку ванны и дожигание отходящих газов убедительно доказала их преимущества с точки зрения улучшения режима шлакообразования и, особенно, теплового баланса плавки. Вместе с тем был отмечен 9 повышенный локальный износ верхней части футеровки конвертера изза воздействия на нее переокисленного шлака и высокотемпературных факелов дожигания СО до СО2 кислородными струями верхнего яруса. В этой связи, несмотря на лучшие показатели по экономии чугуна, двухъярусные фурмы, даже при современных вариантах комбинированных процессов, начали заменяться двухконтурными 0, когда различные по размерам и конфигурации сопла располагались непосредственно в головке. Создание оптимальной конструкции двухъярусной и двухконтурной фурм в конкретных условиях обычно достигается табл.