Технология конвертеров аргонно-кислородного дутья

// // Металлургия //

Конвертеры аргонно-кислородного дутья или AOD-конвертеры применяются для обезуглероживания расплавов, содержащих высокую концентрацию хрома при пониженном парциальном давлении монооксида углерода (CO). Таким образом реализуется преимущественное окисление углерода, необходимое для минимизации потерь хрома при его выплавке из высокоуглеродистого феррохрома. Основной процесс, протекающий при этом – разбавление оксида углерода аргоном при вдувании его смеси с кислородом в расплав.

Подача аргонно-кислородной смеси выполняется через фурмы, которые располагаются у днища конвертера в противоположной сливному носку стенке. Конструкция фурм представляет собой центральную трубу (диаметр 13 мм) и наружную трубу (диаметр 16 мм). Через центральную трубу подается аргонно-кислородная смесь, а в пространство между трубами подается аргон, выполняющий охлаждение фурмы. Расположение фурм выполняется по дуге, величина которой составляет третью часть диаметра конвертера. Всего имеется 5 фурм с углом между ними 25°. Таким образом удается равномерно распределить вдуваемый газ по ванне. При этом повалка конвертера приводит к расположению фурм над поверхностью металла.

Легированный полупродукт для конвертера производится в электропечах дугового типа. Используемая при этом шихта состоит в основном из отходов легированных сталей и высокоуглеродистых ферросплавов с добавлением извести из расчета 30 – 40 кг/т. Перед выпуском металла в нем содержится углерода от 1,7% до 3% и кремния около 0,2%. В печном шлаке содержание оксидов хрома может доходить до 4% и он сливается в ковш вместе с металлом. После перелива температура металла составляет 1540°C.

Для повышения интенсивности окисления углерода продувка ведется аргонно-кислородной смесью с определенной пропорцией компонентов для каждого периода продувки. Так для 1, 2, 3, 4 и 5 периодов продувки соотношение аргон/кислород в смеси составляет, соответственно, 1:5, 1:3, 1:2, 1:1 и 2:1. В конце 5-го периода концентрация углерода в металле составляет 0,08%.

Первый этап продувки выполняется без охладителей, что позволяет быстро повысить температуру ванны. Интенсивность продувки на этом этапе составляет порядка 1 куб. м/(т*мин). При достижении температуры ванны 1700°C в агломерат вводится оксид никеля, феррохром и ферромарганец. В качестве охладителя применяется гранулированный ферроникель.

Подача кислорода прекращается при завершении окислительной продувки, после чего приступают к завершающему периоду обезуглероживания, приводящего к понижению концентрации в металле кислорода, а в шлаке оксидов железа. Для этого ванну продувают аргоном с интенсивностью 0,7 куб. м/(т*мин). Если требуется получить плавку с концентрацией в металле углерода менее 0,3%, то продувка ведется аргонно-кислородной смесью (соотношение компонентов 2:1) до достижения концентрации углерода 0,04%, после чего концентрация аргона в продувочной смеси постепенно повышается до достижения соотношения 8:1.

После того как концентрация углерода достигнет требуемой величины выполняется восстановление хрома из содержащихся в шлаке оксидов. Для этого производится ввод ферросилиция и ванна 5 – 6 минут продувается аргоном. Таким образом удается снизить концентрацию в шлаке оксидов хрома до 1,7%. При этом если концентрация в металле кремния превышает 0,2%, то ее дальнейшее увеличение не приводит к снижению концентрации в шлаке оксида хрома.

После того как период восстановления будет завершен, 2/3 шлака сливается из конвертера, вводится новая порция флюсов и 3 – 4 минуты выполняется десульфурация стали при перемешивании ванны аргоном. Для понижения температуры металла до 1600°C в конвертер вводятся охлаждающие добавки.

Для снижения себестоимости процесса аргон можно частично заменить азотом. При продувке в 1-ом периоде азотно-кислородной смесью, азот, поглощенный сталью, удаляется из нее во 2-ом и 3-ем периодах продувки аргонно-кислородной смесью. Так, выплавка стали, в которой концентрация хрома не превышает 27%, концентрация никеля не превышает 35%, а концентрация углерода не менее 0,015%, расход азота может достигать 40% от общего расхода инертного газа. Концентрация азота в готовом металле при этом не более 0,04 – 0,05%.

Расход компонентов при выплавке в AOD-конвертере 1 тонны стали Х18Н9 составляет: аргона и азота – 23 куб. м, кремния (для восстановления) – 11 кг, металлических охладителей – 180 кг, плавикового шпата – 6 кг, извести  – 50 кг (на окисление и восстановление) и 20 кг (на десульфурацию).