Презентация на тему Конструкции и тепловая работа печей. Конвертеры (Лекция 5)

превращаю) – аппарат для получения стали из расплавленного чугуна

продувкой его воздухом или кислородом, а также для получения черновой меди или файнштейна продувкой воздуха через штейны.
Различают конвертеры с верхней, наклонной и донной продувкой расплава кислородом. Первые обычно называются конвертерами ЛД по названию австрийских городов Линц и Донавиц, где они были впервые построены в середине XX века. Такие конвертеры имеют глухое днище и снабжены шлемом. Днище иногда выполняется съёмным для удобства ремонта. Емкость конвертера составляет 100-350 т.
Основные размеры конвертера емкостью 200: полная высота – 9,7 м, диаметр кожуха – 8,3 м, диаметр горловины – 2,6 м; размеры ванны: диаметр – 6,5 м, глубина – 1,6-1,8 м.

§ 6. Конвертеры

700-900 мм; в цилиндрической части ее выполняют трехслойной: внутренний

(рабочий) слой из смолодоломитового кирпича, далее следует промежуточный слой из смолодоломитовой набивки и арматурный (наружный) слой из хромомагнезитового кирпича. Перед вводом конвертера в работу футеровку обжигают. Обычно футеровка выдерживает 450-600 плавок.
Кожух конвертера сваривают из стальных листов толщиной 30-90 мм. Корпус конвертера крепят к опорному кольцу, к которому приваривают цапфы (части вала, опирающиеся на подшипники). Механизм поворота конвертера состоит из системы передач (редукторов), связывающих одну или обе цапфы с приводом. Конвертер можно повернуть на любой угол вокруг горизонтальной оси, частота вращения вала может меняться от 0,01 до 2,0 об./мин.

в конвертер

изготавливается обычно из трех стальных труб, вставленных одна в другую. Нижняя часть фурмы заканчивается наконечником (соплом) из меди, через который кислород поступает в конвертер со скоростью, в 2-2,5 раза превышающей скорость звука (скорость звука в воздухе составляет 331 м/с при 0 оС и атмосферном давлении).
Расход кислорода 50-55 м3/т. Чрезмерное увеличение удельного расхода кислорода не целесообразно, – это усиливает разбрызгивание и ускоряет износ футеровки. В месте соприкосновения струи кислорода с жидкой ванной из-за высокой температуры образуются пары металлического железа и оксиды, которые выносятся из ванны конвертерными газами в виде бурого дыма. Общие потери железа с технологическими газами составляют 1-1,5 %.

3 до 8 сопел (чаще всего 4 и 6

сопел). При некотором снижении глубины впадины (кратера) в металле такие фурмы обеспечивают увеличение поверхности реакционной зоны, способствуют более равномерному газовыделению из ванны и лучшему перемешиванию металла. При этом снижается разбрызгивание.
Снижение дымообразования может быть достигнуто добавкой к кислороду каких-либо газов, уносящих из зоны реакций окисления физическую теплоту и тем самым снижающих температуру в этой зоне. Для практического использования наиболее пригодны водяной пар и метан, так как другие газы дороги или ядовиты.
Продолжительность плавки в конвертерах составляет около 45 минут, при этом продувка продолжается 15-25 минут.

содержащихся в чугуне примесей (кремния, марганца, углерода и др.)

и последующему удалению их из расплава. После окисления примесей и нагрева металла до заданной температуры продувку прекращают, фурму из конвертера удаляют и сливают металл и шлак в ковши. В сталевыпускной ковш вводят легирующие добавки и раскислители (ферросплавы, содержащие элементы с большим сродством к кислороду, чем железо, служащие для удаления из расплава растворенного в нем кислорода, который является вредной примесью, так как ухудшает механические свойства).

технологических газов, состоящих из 90 % СО и 10

% СО2, с температурой около 1700 оС. Для использования теплоты, выделяющегося при дожигании СО, и очистки этих газов за каждым конвертером размещают котел-утилизатор и установку для очистки газов. Размеры установок для дожигания, охлаждения и очистки конвертерных газов во много раз превышают размеры самих конвертеров.
Чаще всего СО дожигают в камине при подаче холодного воздуха, проникающего через зазор между горловиной и камином или подаваемого принудительно. Стенками камина являются поверхности котла-утилизатора или водяные холодильники. Применяют установки мокрой очистки и электрофильтры, что требует предварительного охлаждения газов путем впрыскивания в них воды.

струй кислорода, так и под действием пузырей оксида углерода.

Процесс перемешивания усложняется тем, что шлак проталкивается газовыми струями в толщу металла и перемешивается с ним. Значительная часть расплава находится в состоянии эмульсии, что создает большую поверхность соприкосновения металла со шлаком и обеспечивает высокую скорость окисления углерода и нагрева металла.
Глубина и диаметр реакционной зоны зависят от величины критерия Архимеда Ar. Эмпирическим путем получают уравнения, устанавливающие связь между глубиной реакционной зоны h и величиной Ar при определенных расстояниях от среза сопла до поверхности ванны в спокойном состоянии H.

И.Г. Казанцевым, который

для случая, когда срез сопла находится выше спокойной поверхности металла (фурма не заглублена в ванну), получил зависимость
h = 0,23 ⋅ n ⋅ Ar ⋅ H ,

где – коэффициент проникновения,

представляющий собой отношение гидростатического давления в основании реакционной зоны к динамическому давлению струи в месте встречи ее с зеркалом жидкости.

2 приблизительно одинаковые статьи: теплоту, вносимую жидким чугуном,

и теплоту экзотермических реакций.
Расходная часть теплового баланса состоит из 4 основных статей: теплота жидкой стали (60 %), теплота шлака (10 %), теплота уходящих продуктов реакций окисления (10 %) и тепловые потери (около 5 %). Итого получается 85 %; вот этот избыток теплоты (15 %) необходимо израсходовать, чтобы не допустить перегрева конвертера, - для этого в печь загружают стальной лом. Повышение количества металлического лома в завалку добиваются применением его предварительного подогрева. Чаще всего скрап подогревают в самом конвертере, для чего используют газо-кислородные горелки, в которых обычно сжигают природный газ в атмосфере кислорода.

бочка, сваренная из листовой стали и зафутерованная изнутри магнезиальными

или хромомагнезиальными кирпичами. Длина корпуса – 6-12 м, диаметр – 3-4 м, а емкость 40-100 т. Рабочее пространство конвертера имеет в верхней части отверстие, края которого укреплены литой стальной рамой – воротником:
Воздухоподводящая система конвертера состоит из воздухопровода, закольцованного распределительного коллектора, подводящих рукавов и фурм, установленных в ряд с одной из сторон агрегата. Для отбора конвертерных газов в период продувки служит напыльник, соединенный с газоотводящей системой. Ниже воротника устанавливают защитный кожух, уменьшающий проникновение атмосферного воздуха под напыльник и предотвращающий разбрызгивание металла.

крепят венцовую шестерню, которая

через приводную шестерню соединяется с редуктором, имеющим электромагнитный тормоз, и электродвигателем переменного тока. Для аварийного поворота печи при внезапном отключении дутья имеется двигатель постоянного тока.
Через горловину в конвертер загружают холодные добавки, заливают штейн и засыпают кварцевый флюс. Застывший штейн и лом цветных металлов загружают для того, чтобы не допустить перегрева печи. Флюс, содержащий диоксид кремния, служит для перевода окисленного железа в шлак.

времени тепловым и температурным режимом. Штейн, заливаемый в печь,

имеет температуру 1050-1100 оС. Температура в конвертере в период переработки медного штейна поддерживается на уровне 1200-1250 оС, никелевого штейна – 1300 оС. Струи воздуха проникают примерно на 1/3 ширины ванны; на этом участке достигается максимальная температура, составляющая 1400-1500 оС при конвертировании медных штейнов и 1650-1700 оС при конвертировании никелевых штейнов.
Окисление сульфидов железа идет по реакциям:
3 FeS + 5 O2 = Fe3O4 + 3 SO2 + Q ,
2 FeS + 3 O2 = 2 FeO + 2 SO2 + Q .

повышению его вязкости, что является причиной увеличения содержания в

нем Cu и Ni. Для восстановления магнетита сульфидом железа необходимо добавлять кремнезем:
3 Fe3O4 + FeS + 5 SiO2 = 5 (2 FeO ⋅ SiO2) + SO2 - Q .
Малая плотность флюса по сравнению с плотностью шлака, а тем более штейна, не позволяет флюсу проникать вглубь ванны, в результате чего в конвертере возникает пространственная разобщенность реакций окисления и шлакообразования, которая усиливается по мере накопления шлака. Поэтому необходимо производить периодический слив шлака, то есть необходимо поддерживать минимальную толщину шлака, который как бы изолирует расплав от флюса.

два периода. В первый период, носящий название периода накопления

теплоты, происходит окисление сульфидов железа, температура расплава непрерывно повышается, достигая заданного значения. Каждые 30-40 минут продувку прекращают, чтобы слить шлак и добавить новую порцию флюса. Продуктом первого периода является "белый штейн" – сульфидная масса, содержащая около 80 % Сu.

меди. Процесс проводится непрерывно, так как флюс не добавляют.

Происходит окисление сульфида меди и по обменной реакции выделяется медь:
2 Cu2S + 3 O2 = 2 Cu2O + 2 SO2 + Q ,
Cu2S + 2 Cu2O = 6 Cu + SO2 - Q .
В результате окисления сульфида меди в расчете на 1 кг перерабатываемого штейна выделяется лишь 20 % того количества теплоты, которое поступило в конвертер в первом периоде. Поэтому второй период, протекающий в условиях дефицита теплоты, называют периодом потребления теплоты; температура практически неизменна.

штейнов затруднено. Это связано с тем, что после удаления

всего сернистого железа в первом периоде протекание реакции
Ni3S2 + 2 O2 = 3 Ni +2 SO2
возможно лишь при температуре выше 1500 оС. Температура же в обычных горизонтальных конвертерах не превышает 1400 оС. Поэтому процесс конвертирования никелевых штейнов заканчивается на первом периоде получением файнштейна, содержащего 77-79 % Ni и 23-21 % S по массе, при продувке которого техническим кислородом можно получить никель.
Вертикальные конвертеры для получения чернового никеля из файнштейна по конструкции напоминают конвертеры черной металлургии, кислород подается в них сверху через фурму.