Konwertor z kombinowanym dmuchem(konstrukcja i technologia)

Do najważniejszych wariantów dmuchu kombinowanego należą rozwiązania polegające na:

- podawanie tlenu z góry i z dołu: tlen niezbędny do rafinacji podawany jest z góry przez lancę tlenową, reszta tlenu dostarczana jest przez urządzenia zamontowane w dennicy(W dennicy konwertora przy wymianie wyłożenia ogniotrwałego w czasie remontu

zabudowuje się kształtki jedno lub wielootworowe do, których podłączona jest poprzez czop konwertora instalacja gazów obojętnych) - intensyfikuje to mieszanie kąpieli metalowej.

- podawanie tlenu z góry i gazów obojętnych od dołu: cały tlen potrzebny do świeżenia podawana jest przez lance tlenową od góry, od dołu podawane są obojętne gazy mieszające.

- podawanie tlenu od dołu i dodatkowego tlenu wdmuchiwanego w przestrzeń nad kąpielą: tlen do świeżenia podawany jest od dołu a nad kąpiel metalową podawany jest tlen w celu dopalenia części gazów konwertorowych i zwiększenia energetycznej sprawności procesu.

Proces wytapiania stali w konwertorze tlenowym można podzielić na kilka etapów, tj:

- załadunek wsadu metalicznego stałego (złomu) i zalewanie surówki do konwertora (po oczyszczeniu otworu spustowego i gardzieli ze skrzepów z poprzedniego wytopu pochyla się konwektor i ładowany jest złom za pomocą suwnicy, następnie podawana jest surówka i konwektor ustawia się do pionu, opuszczana jest lanca tlenowa i podawana jest pierwsza porcja wapna.)

- dmuch podstawowy( w czasie dmuchu podawane są porcjami: reszta wapna, fluoryt i w zależności od potrzeb ruda żelaza lub koks, dmuch podstawowy kończy się gdy wytop osiąga odpowiednią temperaturę a zawartość węgla w metalu wynosi 0,02-0,04%)

- okres przedspustowy( przeprowadzona zostaje korekta temperatury i składu chemicznego, w tym celu konwertor zostaje przechylony aby umożliwić pomiar temperatury i pobranie próby metalu. Jeśli temperatura jest zbyt wysoka, obniża się ją dodając wapno dolomit lub złom, w przypadku podwyższonej zawartości fosforu, do schładzania używa się rudy żelaza. W przypadku zbyt niskiej temperatury stosuje się dmuch korekcyjny, który obniża także zawartość węgla siarki lub fosforu do wymaganych granic, przy czym dla podwyższenia temperatury lance tlenową ustawia się w górnym położeniu roboczym a dla usunięcia pierwiastków(C, S, P) w dolnym położeniu roboczym)

- spust metalu do kadzi z jednoczesnym podaniem żelazostopów i nawęglaczy( W czasie spustu wytopu do kadzi stalowniczej dodawane są aluminium, żelazostopy i nawęglacz w celu odtlenienia i uzupełnienia składu chemicznego stali. Koniec spustu następuje w chwili pojawienia się żużla w otworze spustowym.)

Podczas całego tego procesu od dołu podawane są gazy obojętny, których natężenie i skład są odpowiednio regulowane przez komputer.

Rozdzielenie żużla od stali podczas spustu z konwertora

Żużel, który przedostaje się do kadzi stalowniczej w czasie spustu ma bardzo niekorzystny wpływ na zgar żelazostopów i czystość stali: dlatego powinno się stosować wszystkie możliwe sposoby, które ograniczałby względnie eliminowały by możliwość przedostawania się żużla do kadzi.

Można wyróżnić kilka metod zapobiegania przedostawanie się żużla do kadzi:

- stosowanie kul z materiałów ognioodpornych o ciężarze właściwym większym od żużla ale mniejszym od stali,

- stosowanie tzw. spławików w miejsce kul

- stosowanie sprężonego powietrza podawanego do otworu spustowego w celu wydmuchnięcia żużla

- otwory spustowe o specjalnej konstrukcji(syfonowe)

- system wczesnego rozpoznania żużla (kamery termowizyjne)

- urządzenia do ściągania żużla z kadzi.

Elektryczne piece łukowe:

Generacje:

I - trzony magnezytowe, ściany magnezytowe lub dolomitowe, sklepienia krzemionkowe a

później wysokoglinowe, transformatory o mocy pozornej 200 kVA/Mg

pojemności pieca. Układ 3 elektrod połączony był z transformatorem torem

wysokoprądowym składającym się z leżących w jednej płaszczyźnie trzech szyn

chłodzonych powietrzem. Czas wytopu w piecu wynosił: 4-8 godzin. Poważne kłopoty

powodowało nierównomierne zużywanie się ścian.

II - z początkiem lat 60-tych, transformatory o bardzo dużej mocy UHP

/ultra-high-power/ o mocy pozornej 450-500 kVA/Mg pojemności pieca. Tor

wysokoprądowy posiadał chłodzone wodą szyny i giętkie kable. Wymagania ekologów

zmusiły do zastosowania czwartego otworu w sklepieniu pieca celem odbierania gazów

odlotowych do oczyszczania. Skrócono czas wytopu do 2-2,5 godzin. Kłopoty - niska

trwałość wyłożenia ogniotrwałego.

III - z początkiem lat 70-tych. Ściany powyżej poziomu żużla i częściowo sklepienie

wyposażono w system chłodzenia wodnego. W celu dogrzewania zimnych stref pieca

wyposażono go w 3-4 palniki olejowe /lub gazowe/ + tlen.

Moc pozorna transformatora: 650-850 kVA/Mg pojemności pieca. Prądowo-napięciowy

system kontroli jest dla każdej fazy osobno. Piec wyposażono w system komputerowego

sterowania. Ograniczono zużycie elektrod do 3-4 kg/Mg stali. Zmodyfikowano

technologię wytopu. Proces rafinacji, odtleniania i uzupełniania składu chemicznego

przeniesiono poza piec do kadzi lub piecokadzi.

IV - z początkiem lat 80-tych. Przeniesienie wszystkich operacji technologicznych /poza

roztapianiem wsadu/ poza piec, rozbudowa układu automatycznego sterowania. Zmiana

usytuowania i roli otworu spustowego. Usytuowano go w trzonie pieca, co dało skrócenie

czasu spustu oraz dokładne rozdzielenie żużla i stali.

Budowa elektrycznego pieca łukowego typu UHP

- cechy nowoczesnego pieca

• Kształt owalny zapewniający równomierny rozkład naprężeń cieplnych.

• Trzon wyposażony w mimośrodowy spust denny.

• Chłodzenie wodne ścian bocznych i sklepienia.

• Przewodzące ramiona nośne z uchwytami elektrod chłodzonymi wodą.

- Konstrukcja pieca składa się z:

• Układ posadowienia pieca.

• Pancerz.

• Trzon.

• Ściany boczne.

• Sklepienie.

• Tor wielkoprądowy.

• Kolumny nośne z ramionami elektrod.

• Elektrody.

Technologia wytopu w piecu UHP.

Cel: W jak najkrótszym czasie roztopić wsad, przeprowadzić podst. rafinacje, osiągnąć temp. Spustu i spust.

Uzupełnienie składu chemicznego, odtlenianie i odgazowanie są przeprowadzane na zewnątrz pieca, więc technologia wytopu ogranicza się do

• ładowania,

• roztapiania

• nagrzania

• spustu

Wytwarzanie stali ferrytycznych i austenitycznych

Martenzytyczne nierdzewiejące stale chromowe /12-14 %Cr/, ferrytyczne stale żaroodporne /23-27 %Cr/ oraz austenityczne chromowo-niklowe stale kwasoodporne /17-19 %Cr/ można wytapiać stosując przestarzałą technologię ze świeżeniem rudą bazując na złomie niestopowym i drogim bezwęglowym żelazochromie /FeCr/. Technologia ta jest droga i w praktyce rzadko stosowana.

Druga technologia to technologia odzyskowa, polegająca na przetopie złomu stopowego tych

stali. Również ta technologia jest droga i ogranicza gatunki stali do tych w których zawartość

węgla jest niższa niż w przetapianym złomie.

Należy, więc opracować taką technologię, by można było utleniać duże ilości węgla z kąpieli

zawierającej powyżej 10 %Cr.

Przy zawartości chromu powyżej 10 %Cr tworzący się żużel będzie nasycony tlenkiem

Cr3O4.

3[Cr] + 4[O] = (Cr3O4)

4[C] + 4[O] = 4{CO}

____________________________________________________________________________________

(Cr3O4) + 4[C] = 3[Cr] + 4{CO}

Dla żużli nasyconych Cr3O4, Cr3O4 a = 1

• Zakładając pco = 1 w oparciu o równania można obliczyć równowagową zawartość Cr w kąpieli: w zależności od zawartości w niej C i temperatury

• Zakładając T= const można obliczyć równowagową zawartość Cr w kąpieli: w zależności od zawartości w niej C i ciśnienia cząstkowego CO

Powyższe równania stanowiły podstawę do opracowania technologii wytwarzania stali ferrytycznych i austenitycznych z zastosowaniem tlenu gazowego do świeżenia oraz grupy

technologii świeżenia tlenem i argonem w kadziach próżniowych lub konwertorach z dolnym

dmuchem.

Zdolnosc utleniajaca- możliwość utleniania tych skladnikow kąpieli met. Których powinowactwo do tlenu jest większe od żelaza.

Żużle mogą być zasadowe i kwaśne, pod pojęciem zasadowość rozumie się jego zdolność do przyswajania i trwalego wiazania fosforu i siarki (V= %CaO/%SiO₂)żużel zasadowy v=1, stalowy=2,5-3,5. Proces jego produkcji na utlenieniu Fe, a nastepnie rozpuszczeniu w silnie żelazistym żużlu materiałów żużlotwórczych (wapno) i produktów utleniania domieszek. Skład żużli (tlenki - CaO, SiO₂, MnO, FeO, Fe₂O₃, Al₂O₃, Siarczki- FeS, MnS)

Utlenianie węgla- reakcja wiodąca, produktem gazowym jest CO (Co- ujednorodnia sklad chem. Metalu i żużla, wyrównuje temp KM, oraz przyspiesza jej nagrzewanie, przyspiesza przebieg reakcji heterog., sprzyja usuwaniu z KM rozpuszczonego H i N, stwarza dogodne warunki do wypływania z KM tlenku WN przez ich unoszenie do żużla. Ogólnie ta reakcja jest słabo egzotermiczna. Reakcja jest hetero gen.przez co musi tworzyc nowa powierzchnie podzialu KM-CO. Dlatego miejscem przebiegu mogą być tylko np. wypelnione gazem pory wyłoż. Ogniotrw. Lub pęcherzyki gzów przepływających przez KM. Niemozliwe jest utlenianie C w obj, cieklego metalu

Odfosforowanie- im mniej fosforu tym lepiej . Optymalne warunki odfosforowania :zachodzenie procesu w wysokich temp. (Co daje szybsze tworzenie się aktywnego żużla, przyspiesza także transport reagentow do miejsca reakcji) szybkie utworzenie się żużla (wapno o duzej reakcyjności i kawałkowości 20-50mm)

Odsiarczanie- Proces odsiarczania polega na przejsciu S z M -> Ż i związaniu w nim na trwałe przy wysokich temp. I nie rozpuszcz. W ciekłym żelazie siarczki stopien odsiarczania rosnie ze wzrostem temepratury, wzrostem zasad. Żużla, ze spadkiem zawartosci tlenu.Na stopien ma wpływ także skład chem KM (C, Si, P, M,Mn, Al ulatwiaja odsiarcz.), oraz kinetyka procesu (wlasnosci powierzchni metali i żużla, temp, skład chem żużla)

sposoby usuwania tlenu rozpuszczonego w stali:

- odtlenianie OSADOWE,

- odtlenianie PRÓŻNIOWE,

- odtlenianie DYFUZYJNE.

Odtlenianie polega na wprowadzeniu do stali pierwiastka o dużym powinowactwie do tlenu, który wiążąc się z tlenem daje nierozpuszczalny w metalu tlenek, który wydzielając się z kąpieli metalowej usuwa tlen.

OSADOWE

Schemat: m[Me]+n[O]=Me_mO_n

Zdolność odtleniającą danego odtleniacza można określić na podstawie wartości stałej równowagi K reakcji odtleniania.

stąd otrzymujemy:

Zdolność odtleniająca danego pierwiastka(jak szybko jest w stanie odtlenić stal)

Odtlenianie osadowe ma charakter heterogeniczny, przebiega z wydzieleniem produktów odtleniania.

Można wyróżnić następujące stadia:

- rozpuszczanie się wprowadzonego odtleniacza,

- łączenie się tlenu rozpuszczonego w kąpieli metalowej z odtleniaczem,

- tworzenie się trwałego zarodka, produktu,

- wypłynięcie produktu odtleniania.

PRÓŻNIOWE

Opiera się na reakcji [C]+[O]=CO_(g)

Standardowa zdolność odtleniająca węgla:
i zależy od ciśnienia cząstkowego CO(tlenku węgla)

Obniżenie ciśnienia nad kąpielą metalową powoduje zwiększenie zdolności odtleniających węgla rozpuszczonego. Zaletą tego procesu jest to, że nie tworzą się skondensowane produkty odtleniania(które niszczą stal w postaci zanieczyszczeń).

DYFUZYJNE (ekstrakcyjne)

Polega na usuwaniu tlenu ze stali za pomocą fazy żużlowej.

Przechodzenie tlenu rozpuszczonego w kąpieli metalowej do żużla może następować tylko wtedy potencjał chemiczny tlenu w metalu jest większy od potencjału chemicznego tlenu w żużlu. μ_[O]= μ_(O)

μ_[O] - potencjał chemiczny tlenu w metalu, μ_(O) - potencjał chemiczny tlenu w żużlu

Wypływanie Wtrącen niemetalicznych: Wzrost odbywa się dyfuzyjnie lub przez koagulacje lub przez koalescencję. Koagulacja ortokinetyczna ?? - koagulacja odbywa się pod wpływem sił uprzywilejowanych w określ. Kierunku np. sił wyporowych Stokesa lub turbulencji. Koagulacja porykinetyczna-

Prawo Siverta (w T=const)

Rozpuszczalność gazu jest wprost proporcjonalna do pierwiastka kwadratowego z ciśnienia cząstkowego gazu nad kąpielą metalową.

Czyli przy obniżaniu P_A2 (w skutek działania próżni) będzie się zmniejszać ilość rozpuszczonego gazu w kąpieli metalowej proporcjonalnie do √ P_A2 .

Prawo Stokesa - prawo określające siłę oporu ciała w kształcie kuli poruszającego się w płynie (cieczy lub gazie)

Materiały wsadowe: metaliczne( surówka przeróbcza, złom żelazostopy i met. Techniczne)

materiały żelazotwórcze (wapno hutnicze, kamień wapienny, fluoryt, inne np. boksyt)

materiały świeżące i nawęglające (czysty tlen gazowy, ruda żelaza, nawęglacze czyli koks i grafit, inne

pozapiecowa rafinacja ciekłej surówki: odkrzemianie (Si źródłem ciepła w proc konw, obniżenie Si to obniżenie CaO i żużla, optymalna ilosc Si w surówce 0,10-0,20%). Odfosforowanie (metoda z materiałów żużlotwórczych na bazie jakiejs sody) dzieli się na SARP, odfosforowanie w kadzi i inne

podział złomu stalowego ze względu na jego powstawanie: złom poamortyzacyjny (zużyte i zniszczone obiekty, charakteryzują się dużą różnorodnoscia, może zawierac wszystkie gatunki stali), odpady produkcyjne( odpady powstajace w procesie wytwarzania stali, jej przerobki plast , źródłem są hutnicze wydziały, warsztaty obróbki itd. Znany jest jego skład chem co ulatwia zagospodarowanie)

kryteria oceny złomu: skład chem złomu, wymiary poszczegolnych kawałków złomu, stopien zanieczyszczenia złomu

metody przygotowania złomu : 1sortowanie, 2cięcie ogniowe i mechan, 3paczkowanie, 4kruszenie, 5brykietowanie, 6przerób strzałowy, 7kafarowanie

metody przerobu złomu:rozdrabniające (2,1,6,7) scalające (3,5)

Wapno hutnicze:otrzymywanie: uzyskiwane przez wypalenie kam. Wap. W piecach wapienniczych (szybowych, obrotowych, specjalnej konstrukcji)

W zależności od typu pieca, temp. Wypalania uzyskuje się: wapno miekko palone (1050-1150), wapno srednio palone (1200-1250), wapno trudno palone (1300-1350)

Parametry jakosciowe wapna : skład chem, kawałkowosc(LD 20-30mm), reaktywnosc wapna, porowatość (najw przy temp wypalania 1100C), czas od momentu wypalenia

---