Балқыманы конвертерден тыс өндеу

Дүниежүзілік конвертерлік болат өндіру практикасы химиялық құрамы және мөлшері әр түрлі шойындарды пайдаланумен, конвертерлік балқыма технологиялық режімдерінің және қорытылатын болат маркаларының әр түрлілігімен ерекшеленеді.

Болат сапасына қойылатын талаптардың жоғарылауынан, конвертерлік болат өндіру практикасында мынадай сұлба қалыптасты: шойынды домна пешінен тыс өңдеу-шойынды конвертерде үрлеу –балқыманы конвертерден тыс өңдеу. Конвертердің негізгі міндеті: фосфордың, оттегінің және азоттың төменгі мөлшерімен әрі температураны қамтамасыз ету. Бұл технологияны тұрақтандыруға, өндіріс тиімділігін арттыруға, жарамды металл шығымын жоғарылатуға әрі жоғары сапалы көрсеткіштерге жетуге ықпал етеді.

Қазіргі кезде шойынды кешенді рафинирлеуде екі негізгі бағыт айқындала бастады [16]:

1) үш сатылы рафинирлеу;

2) екі сатылы рафинирлеу .

Үш сатылы рафинирлеудің бірінші кезеңінде домна пешінен шойынды ағызуда, оны науада кремнийсіздендіреді, содан кейін қондырғыларда фосфорсыздандыру мен күкіртсіздендіру жүргізіледі, соңында конвертерде көміртегісіздендіріледі.

Шойынды кремнийсіздендіру үшін отқабыршақ пен әк қолдану, кремний мөлшерін 0,015–0,020%-ға дейін төмендетті. Шойынды фосфорсыздандыру қозғалмалы миксерде жеке немесе күкіртсіздендіру операциясымен бірге жүргізіледі. Біріншісінде шойынды шығыны 21 кг/т әк-темірлі қож қоспасымен (40% СаО; 39% Fe₂O₃; 12% MgO; 9% MnO) өңдесе, екіншісінде рафинирлеу қоспасын (құрамында әк бар материалдар + сода) фурмамен үрлейді. Екі вариантта да шойындағы фосфор мөлшері 0,010%-ға дейін төмендейді.

Шойынды домна пешінен тыс өңдеуде, оны күкіртсіздендіру кеңірек тараған. Шойынды күкіртсіздендіру қозғалмалы миксерде немесе шөміште жүргізіледі. Бірінші әдіс көбінесе Жапонияда қолданыс тапқан. Шойынды күкіртсіздендіру конвертер цехынан тыс арнайы станцияда жүргізіледі. Екінші әдіс негізінен металлургиясы дамыған Америка мен Европа елдерінде қолданылады. Қозғалмалы немесе тұрақты миксерден шөмішке ағызылып алынған шойынды конвертер цехының стендінде күкіртсіздендіреді.

Шойынды күкіртсіздендіру үшін көбінесе құрамында магний бар материал, әк, кальций карбиді және т.б. қолданылады. Бір фирма зауыттарының өзінде құрамы әр түрлі күкіртсіздендіргіштер қолданылады.

Францияның Дюнкерктегі зауытында шойынды күкіртсіздендіру үшін кальций карбиді мен әк тастың қоспасы қолданылса, Флоранждағы зауытта – магний мен кальций карбиді. Жоғарыдағы қоспаны азотпен 30-60 кг/мин шығынмен Дюнкерк зауыты қозғалмалы миксеріндегі шойынды 3,0-3,5 минут үрлегенде, күкірт мөлшері 0,04-тен 0,009%-ға дейін төмендеді, 5-6 минут үрлегенде – 0,003%.

Флоранж зауытында шөміштегі шойынды кальций карбиді (1,1 кг/т)+магниймен (0,2 кг/т) өңдегенде, күкірт мөлшері 0,03-тен 0,0045%-ға дейін төмендеді.

Шойынды күкіртсіздендірудің комбинациялы түрлері де кездеседі, мысалы, қоспаны үрлеп, күкіртсіздендіргіш толтырғышы бар сымды енгізу арқылы, күкірт мөлшерін тұрақты 0,001% деңгейінде алуға мүмкіншілік туды.

Кешенді өңделген шойынды пайдалану, тиімді аз қожды технология бойынша болат қорытуды мүмкін етті. Шойында кремний мен фосфор концентрациясының төмендеуінен, әк шығыны азайып қож мөлшері 2-4% құрады. Оның үстінде, “Kawasaki Steel” фирмасының зауытында, 4-5 балқыма бойы алдыңғы қожды конвертерде қалдыратын болды. Жаңа технологияның нәтижесінде жарамды металл шығымы 1-2%-ға көтерілді. Аз қожды технология металды конвертерде қосындылауға мүмкіндік туғызады. Мысалы, “Nippon Steel” фирмасының (Оита) зауытында марганец кенін пайдаланып, конвертер металын қосындылау өндіріске енгізілді. Марганец кенін конвертерге салып, болат ағызу тесігінен ұсақ коксты газбен үрлегенде, марганец тотығының тотықсыздану дәрежесі 75%-ға жетті.

Екі сатылы рафинирлеуде, мысалы, “Nippon Steel” фирмасының зауытында (Нагоя), шойынды кремнийсіздендіру, фосфорсыздандыру және күкіртсіздендіру LD-ORP (оптимальный рафинировочный процесс – оңтайлы рафинирлеу үрдісі) комбинациялық конвертерінде жүргізілсе, көміртегісіздендіру LD-OB оттегіні жоғарыдан әрі түптік үрлеу конвертерінде орын алады.

LD-ORP конвертерінің түптік фурмаларынан фосфорсыздандыру қоспасын 300 кг/мин дейін, ал күкіртсіздендіру қоспасын 700 кг/мин дейін шығынмен азотпен үрлейді. Бірінші конвертерде кремний мен фосфордың тотығуы тез. Қож негізділігі екіден төмен болғанның өзінде, фосфорсыздану үрдісі қалыпты қамтамасыз етіледі. Скраптың жалпы мөлшері 10%-ға артады.

Болатқа қойылатын талаптардың жоғарылауынан, көптеген шетел зауыттарының конвертерлік цехтарында, балқыманы пештен тыс өңдеу қолданыс тапқан. Балқыманы агрегаттан тыс өңдеу үшін жиі қолданылатын әдістер: болатты кешенді өңдеу агрегатында арнайы кешенді өңдеу (вакуумдау, күкіртсіздендіру, қосымша материалдарды енгізу, температураны көтеру), жасанды қожбен өңдеу, вакуумда өңдеу, аргонмен жеке немесе ұнтақ материалдар қосып үрлеу және т.б.

Шөміш-пеш типті агрегаттар көп профильді, оларда болат қорытудың барлық үрдістерін жүргізуге болады.

Электртехникалық, тұрмыстық техникалық, автоқаңылтыр және т.б. болаттарды өндіруде, көміртегі мөлшерінің төмендігі маңызды. Комбинациялы үрлеу конвертерінде көміртегі мөлшерін 0,012-0,015%-ға дейін төмендетуге болады. Содан кейін болатты вакууматорда өңдеп, көміртегі мен газдардың (оттегі, сутегі, азот) мөлшерін төмендетеді. Әсіресе болаттың көміртегісізденуі KTB (Kawasaki Top Blowing) үрдісінде, циркуляциялық вакууматорға оттегіні үрлегенде, жақсы нәтиже береді.

Өте төмен көміртекті болатты өндіруде, оттегіні қолданып, вакуумдық өңдеу екі мақсатты көздейді:

1) көміртегісіздену реакциясын активтендіру;

2) болат температурасын төмендетпеу (вакуум камерада СО-ны СО₂-ге дейін жағып).

КТВ үрдісінде алюминийді оттегімен тотықтандырып, болат температурасын ~5⁰C/мин көтеруге болады.

“Kawasaki Steel” фирмасында КТВ тәсілін қолданған соң, вакууматордың көміртегісіздендіру жылдамдығының константасы 0,21-ден 0,35-ке жоғарылап, вакуумдауда азайған көміртегінің мөлшері артты.

Циркуляциялық вакууматордағы металл циркуляциясын қамтамасыз ету үшін, 4 м³/мин аргон мен сутегінің қоспасымен құбыр арқылы 20 минут үрлегенде, болаттағы көміртегі мөлшері 0,001%, сутегі 0,0002%-дан төмендеу болды.

“Nіppon Kokan” фирмасының “Кэйхин” комбинатында төмен көміртекті (<0,004%), төмен күкіртті (<0,002%) болат қорыту технологиясы игерілген. Болат қорытудың технологиялық операциялары: шойынды фосфорсыздандыру мен күкіртсіздендіру, конвертерлік балқыту, қожды ағызу, доғалы жылыту шөміш-пеш үрдісі, циркуляциялық вакууматорда өңдеу, болатты құю. Осылай алынған болаттың құрамы элементтердің төменгі мөлшерімен сипатталды: 0,0023% C; 0,01% Si; 0,02% Mn; 0,001% P; 0,002% S.

Ультра төмен күкіртті болат алу үшін қосымша пештен тыс өңдеу көзделген: шөміш-пеште күкіртсіздендіру, қожды ағызып, жаңадан қож түзу, металдың температурасын вакууматорда алюминийді тотықтандыру арқылы көтеру, оттегіні үрлеумен және вакууммен көміртегісіздендіру. Сонда кейбір элементтердің мөлшері алдыңғы болаттағыдан да төмен болды: 0,0023% C; 0,00% Si; 0,02% Mn; 0,001% P; 0,0006% S.

Металлургиясы дамыған шетелдерде жоғары талап қойылатын болаттардың ~80%–ы пештен тыс өңдеу тәсілін қолдану арқылы алынады.