Кесек әкті қолданып фосфорлы шойыннан болат қорыту

 

Қазіргі кезде оттегілі конвертерлерде, жоғары фосфорлы шойыннан, сұрыпталған кесек әкті қолдану арқылы болат қорыту технологиялары игерілген. Болат алу технологиясының бір-бірінен айырмашылықтары: болат қорыту конвертерлерінің конструкциясында, қожды неғұрлым ерте түзу және оны жаңғырту тәсілінде.

ЛДП үрдісі. 1956 жылы Помпе (Франция) және Рейнхаузен (Германия) зауыттарының ЛД конвертерінде, томас шойынынан болат қорыту іске асырылды. Болат қорыту технологиясының негізгі ерекшеліктері: алдыңғы балқыманың соңғы қожын және ірілігі 30 –50 мм сұрыпталған кесек әкті пайдалану.

Балқыма екі кезеңге бөлінеді:

1) фосфатты қож алу;

2) сапалы болат қорыту.

Конвертерде қалдырылған қожға (10% P₂O₅; 30% FeO; 50% СаО) барлық әктің 20-25%-ын салып, температурасы 1200-1250^оС жоғары фосфорлы (1,5-2,0%) шойынды 4-5 минутт ішінде ақырын құйып, конвертерді вертикаль қалпына келтіреді. Содан соң фурманы түсіріп, шойынды техникалық таза оттегімен үрлеу басталады. Конвертерге темір кенін мерзімді сала отырып, 10-минутта фурманы көтеріп, балқыманы жұмсақ үрлеу кезінде, балқымаға әкті сала бастайды (20%). Жұмсақ үрлеу кезінде қождағы FeO мөлшері артып, әктің еруі жеделдейді.

Балқыманың температурасы 1550-1600^оС-ға көтеріліп, металда 0,8-1,0% С және 0,2% Р қалғанда үрлемені тоқтатып, құрамында 20-25% Р₂О₅, 10% FeO, 50% CaO бар аралық фосфатты қожды ағызып алады.

Балқыманың екінші кезеңі конвертерге 10-15% болат сынығын салып, фурманың жоғары деңгейінде оттегі үрлеуден басталады. Конвертерге 6-7% әк пен 1,0-1,5% темір кенін салумен жаңа қож түзе бастайды. Екінші кезеңде барлық әктің 55-60%-ы жұмсалады. Балқыманың көміртегісі 0,10%-дан төмендегенде үрлемені тоқтатады. Болаттағы фосфор мөлшері 0,02-0,03% болса, азот – 0,002-0,003%. Осы технология бойынша көміртекті қайнау, тынық және төмен қосындылы болаттар қорытылады.

Қарметкомбинат технологиясы. Теміртау қаласындағы (Қарағанды облысы) металлургиялық зауыттың конвертерлік цехында сыйымдылығы 300 тонналық 3 ЛД конвертері орнатылған.

Конвертердің негізгі өлшемдері [17]:

- қаптаманың жалпы биіктігі .................................. 10625 мм;

- қаптама цилиндрлік бөлігінің диаметрі ............... 8600 мм;

- шегені бойынша конвертердің ішкі диаметрі ...... 6610 мм.

Фосфоры 0,8-1,1% шойыннан кесек әкті қолданып, конвертерлік болат қорыту технологиясы өткен ғасырдың 70-жылдарының бас кезінде игерілді.

Конвертерде қалдырылған алдыңғы балқыма қожын 4-6 т доломит немесе әк салып қоюлатқан соң, 85-100 т скрап салынады. Барлық жұмсалатын әктің 20-40%-ын салып, фосфорлы шойынды (240-250 т) құйып, оттегілік фурманы түсіріп, шойынды үрлеу басталады [17]. 15-16 минуттай балқыманы үрлеп, барлық оттегінің 70-80%-ы жұмсалған соң (14000 м³ және одан жоғары), аралық қожды (6-10% Р₂О₅; 8-12% FeO) ағызып алады. Бұл кезде балқыма құрамында 0,3-0,8% С болса, температурасы 1540-1580^оС.

Балқыма екінші кезеңінің ұзақтылығы 5-6 минуттай. Шөмішке ағызар алдында балқымада 0,04-0,09% С; 0,010-0,020 % Р бар. Қождың негізділігі 3-4. Соңғы қождағы Р₂О₅ мөлшері 5-7%, FeO – 18-25%.

Бүгінгі күні конвертерлік цехта төмен (<0,3%) және фосфоры жоғарылау (>0,4%) шойыннан төмен, орташа және жоғары көміртекті, коррозияға төзімді, құбырлық, электртехникалық, төмен қоспалы және т.б. болат маркалары қорытылады [17].

Шикіқұрамдық материалдарға (шойын, скрап, қожтүзгіш материалдар) қойылатын талаптар зауытта қабылданған техникалық шарттарға сәйкес. Жоғары категориялық әкке қойылатын талаптар: CaО90%, SiO₂2%, MgO3%, S0,04%, P0,02%; қыздыру кезіндегі жоғалтым 7%; реакциялық бейімділік 3 минут. Жұмсақ күйдірілген жоғары категориялық доломитке қойылатын талаптар: CaO58%, MgO35%; қыздыру кезіндегі масса жоғалтымы 3%.

Балқыманы шөмішке ағызып алған соң, конвертерді келесі балқымаға дайындау жұмыстары басталады. Алдыңғы балқыма қожын (70-100%) конвертерде қалдырғанда, қожға әк (30%-ға дейін) және доломит салынады. Алдыңғы балқыманың қожынан конвертер қабырғасына гарниссаж жасау көзделсе, әк, доломит, керек болған жағдайда коксик салу арқылы, қожды мына құрамға жеткізеді: CaO40%, SiO₂21%, FeO12-13%, MgO7%. Содан кейін конвертерді вертикаль қалыпқа әкеліп, фурманы 0,9-1,0 м-ге дейін (тыныш күйдегі металл деңгейінен есептегенде) түсіріп, тазалығы 93% азотты 700 м³/мин шығынмен 7 минуттей үрлейді.

Шеген қабырғасына қождан гарниссаж жасалған соң, скрапты (~30%) салып, үстіне шойынды құяды. Скраппен шойынның жалпы салмағы компания басынан шеген төзімділігіне қарай 325±5 т. Температурасы 1320-1400⁰С («Positherm» жүйесінің өлшеуіш құралдарымен анықталған) шойынды құйған соң, 4 немесе 5 соплолы фурманы конвертерге түсіріп, техникалық таза оттегіні (99,5%) 1,4 МПа қысыммен үрлеу басталады. 4 және 5 соплолы фурманың межелі қимасы мен α бұрышы сәйкес 43; 49 мм және 14; 13⁰.

ЛД конвертерінде болат қорыту бір қожды және екі қожды (аралық қожды ағызу арқылы) үрдіспен жүргізіледі.

Бір қожды үрдіс. Фосфоры 0,3%-ға дейін, күкіртті 0,030%-дан жоғары емес және фосфоры 0,4%-ға дейін, күкіртті 0,025%-дан көп емес шойындардан фосфоры 0,025%-дан жоғары болат қорыту бір қожды үрдіспен жүзеге асырылады.

Балқыманы үрлеу фурма биіктігі мен оттегі шығынын сатылы режіммен өзгерту арқылы жүргізіледі:

1) 4 соплолы фурманы қолданғанда, шойынды үрлеу 4,0-4,5 м биіктегі (БД-40Н/ВИП2 өлшегіші) фурмадан 750-850 м³/мин (ДМ-СВФС оттегі шығынын өлшегіші бойынша) оттегі беруден басталады. Содан соң фурманы 3,0-2,0 м-ге сатылы төмендетіп, үрлеме қарқындылығын азайтады (650-750 м³/мин). 5-7-минутта фурма 1,5-1,8 мге төмендетіліп, үрлеме ұзақтылығының жартысындай уақытта 600-700 м³/мин оттегі беріледі. Үрлеменің соңғы 3-4 минутында фурма 1,3-1,6 м-ге түсіріліп, оттегі қарқындылығын біраз жоғарылатады (700-750 м³/мин).

Қожтүзгіш материалдарының қалған бөлігін балқыманы үрлеу барысында бөліп салып отырады. Әкті 1-2 тоннадан бөліп салуды, балқымаға 5000-6000 м³ оттегі берілген соң бастап, 3 минут уақыт қалғанда доғарады. Доломитті (2-4 т) бөліп салуды үрлеменің бітуіне 5 минут қалғанда доғарады.

Қожтүзгіш материалдардың мөлшері болат маркасына қарай қождың негізділігін 3,2-3,8 арасында қамтамасыз етуі керек. Мысалы, төмен көміртекті болат маркаларын (08 кп, 08 пс) қорытуда 22-23 т әк пен 12-16 т доломит (жартысы күйдірілмеген) жұмсалады. Фосфоры 0,3%-ға дейінгі шойыннан болат алуда қож негізділігі (СаО)/(SiO₂) қатынасымен анықталса, фосфор мөлшері 0,3%-дан жоғары болғанда, қож негізділігі (СаО)/(SiO₂+P₂O₅) қатынасымен есептелінеді.

2) 5 соплолы фурманы қолданғанда, биіктігі 4,0-4,5 м фурмадан 800-850 м³/мин оттегі беріле бастайды. Содан кейін фурманы сатылы 3,0-2,0 м-ге түсіреді. Үрлеменің 5-7-минутында оттегі шығыны минутына 650-750 м³-ге төмендетіліп, фурма биіктігі 1,5-1,8 м болады. Соңғы 2-3 минут ішінде фурманы 1,2-1,4 м-ге төмендетіп, енді оттегі шығынын жоғарылатады (800-850 м³/мин).

Балқыманы үрлеуді тоқтату есептелген оттегі мөлшерінің бітуімен (YFCT ЗАА4-А2J·B оттегі шығынын есептегіші) және конвертерлік газдың құрамы (ЭМГ-20 газ анализаторы бойынша) ескеріліп аяқталады. Содан кейін металл мен қождың сынамалары алынады. Металл сынамасында C, Mn, P, S, Cr, Ni және Cu мөлшері анықталады. Тапсырыста қосымша V, Pb, As, N мөлшерін анықтау көрсетілуі мүмкін. Қожда CaO, SiO₂, MgO, P₂O₅, Fe_жалпы, FeO мөлшері анықталады. Металл температурасы «Multi-Lab Celox» құрылғысымен өлшенеді. Металдағы оттегі активтілігі мен көміртегі мөлшері «Positherm» және «Celox» зондтарын қолдану арқылы анықталады.

C, P, S мөлшерін немесе температураны реттеу керек болған жағдайда, балқыманы қосымша үрлеу ұйымдастырылады. Балқыманы шөмішке ағызар алдында металл температурасы (1600-1670⁰С) мен тотығушылығы «Celox» зондымен анықталады.

Оттегісіздендіру мен қосындылау болат маркасына байланысты балқыманы шөмішке ағызу (6-10 мин) кезінде орын алады.

Қорытылған болат (Р0,025%) дайындаманы үздіксіз құю мәшинесі бөлімшесіне жеткізіледі. Бір қожды үрдіспен көміртекті (08 кп, 08 пс, 3 сп, 3 пс), төмен қосындылы (09Г2С, 20ГЮТ) және т.б. болаттар қорытылады.

Екі қожды үрдіс. Фосфоры 0,4%-дан жоғары немесе күкірті 0,030%-дан жоғары шойыннан болат қорыту екі қожды үрдіспен жүргізіледі.

Балқыманы үрлеуге, бір қожды үрдістегідей, 4 және 5 соплолы фурмалар қолданылады. Балқыманы оттегімен үрлеу үрдісінде, фурма биіктігінің сатылы өзгеруі екі фурма үшін де бірдей болса, оттегі қарқындылығында өзгешеліктер бар.

Үрлеме 4 соплолы фурма үшін 800-850 м³/мин оттегі беруден басталып, фурма биіктігі алғашқы минуттерде сатылы 4,0-3,0 м-ден 1,5-1,8 м-ге түсіріліп, негізгі үрлеме уақытында оттегі шығыны минутына 650-750 м³-ден 600-700 м³/мин азайтылып, аралық қожды ағызуға дейін тұрақты сақталады.

Аралық қожды ағызу үрлеме уақытының 70% өткен соң басталады. Бұл кезде барлық оттегінің 60-70% жұмсалып, балқыманың көміртегісі 0,5-1,0%-ға дейін төмендеп, температурасы 1500-1580⁰С-ға көтеріледі. Аралық қожды ағызып алған соң, металл сынамасын алып, оның құрамын анықтайды әрі температурасын өлшейді.

Балқыманың екінші кезеңінде фурма сатылы 1,8-2,1; 1,4-1,8; 1,3-1,5 м-ге төмендетіліп, оттегі шығыны негізінен 700-750 м³/мин болады. Екінші кезеңдегі үрлеу уақыты жалпы үрлеме ұзақтылығының 30%-ындай. Қожтүзгіш материалдардың негізгі бөлігі (30% + балқыма барысында бөліп салу) бірінші кезеңде салынған, енді екінші кезеңде әк пен доломиттің қалған бөлігін 2 рет бөліп салады.

5 соплолы фурманы қолданғанда, үрлеме ұзақтылығының 30%-дай уақытында оттегі шығыны 800-850 м³/мин болса, 50%-дай уақытында біраз төмендетіліп (650-750 м³/мин), соңында қайтадан алғашқы қарқындылыққа көтеріледі.

Цехта фосфоры жоғарылау шойыннан болат қорытылатындықтан, конвертерлік балқыманы шөмішке ағызуда, қождан металға фосфордың қайтадан өтпеу шаралары қарастырылады. Сондай шаралардың бірі – балқыманың соңғы қожын қоюлату. Үрлемені тоқтатуға 1,5-2,0 минут қалғанда конвертерге 0,3-1,0 т коксик пен 1,0-4,0 т әк (немесе доломит) салады.

Балқыманы шөмішке ағызу кезінде, болатты әк пен алюминий және ферроқорытпалардан (болат маркасына қарай) тұратын қоспамен рафинирлейді.

Цехта екі қожды үрдіспен зиянды элементтері (P, S) төмен келген, жауапты болат маркаларының барлығы қорытылады.

Кесек әкпен жоғары фосфорлы шойыннан фосфоры төмен болат алудың өзіндік қиындықтары болып, балқыманы 0,04-0,06% көміртегіге дейін аса үрлеуге тура келеді. Балқыма фосфорының төмендеуі қож түзілу үрдісімен, яғни әктің қож фазасына өту жылдамдығымен тікелей байланысты. Әктің қожда еруі, оның сұйық қож фазасымен жанасу ауданына тура пропорционал. Ұнтақ тәріздес (1мм) әкті қолдану, оның қожбен жанасу ауданын ұлғайтып, фосфорсіңірімді әк-темірлі қождың түзілу үрдісін жеделдетеді.