Конвертерлік болат өндіру тәсілі

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.

Балқыма екі кезеңге бөлінеді:

1. 
   фосфатты қож алу;
   
2. 
   сапалы болат қорыту.
   

Балқыманың температурасы 1550–1600ºС–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.

Домнарвет зауытында сыйымдылығы 30 тонна 2 конвертер орнатылған. Конвертердің сыртқы диаметрі 3,5 м, ішкі диаметрі 2,3 м, ұзындығы 5,5 м, меншікті көлемі 0,65 м³/т.

Конвертер шегенінің жұмыстық қабаты шайырдоломит (350 мм), ал тұрақты қабаты магнезит (115 мм) пен шамот (60 мм) кірпішінен қаланған. Конвертер түбі қалыңдығы 500 мм шайырдоломит массасынан жасалған.

Конвертердің І–қалпында (5.2–сурет) оған скрапты салып, шойынды құйса, ІІ–қалпында әк пен темір кенін салады. Үрлемені тоқтатпай сусымалы материалды салу үшін фурманың жанында арнайы науа орнатылған. Қорытылған болат пен қожды ағызу үшін конвертерді еңкейтіп, ІІІ–қалыпқа әкеледі.

Тазалығы 95%–дан жоғары оттегі сұйық шойынға 0,3–0,4 МПа қысыммен көлбеулігі 26º–қа дейінгі сумен салқындатылатын фурма (2) арқылы беріледі. Технологиялық операцияларды орындау кезінде оттегілік фурма мен түтін өтетін тракттың (3) төменгі бөлігі арбашамен жылжытылады. Арбашада фурманың көлбеулігін өзгертетін және оны жылжытатын механизмдер орнатылған.

Кал–До үрдісінде маңызды екі элемент көміртегі мен фосфордың тотығу жылдамдығын оттегілік фурманың биіктігі және конвертердің айналу жылдамдығын өзгерту арқылы реттейді. Фурманы балқымадан алыстатқанда, оттегі қож фазасында көбірек қалып, металл фазасына азырақ өтеді. Нәтижесінде фосфордың тотығу жылдамдығы артып, көміртегінің тотығу жылдамдығы кемиді. Фурманы балқымаға жақындатқанда үрдіс керісінше болады.

Конвертердің айналу жылдамдығын арттырғанда, қождың көпшілік бөлігі қабырғаға қарай ығысып, оттегі ағыны металл фазасына көбірек өтеді. Сонымен қатар металл мен қождың жақсы араласуынан да оттегі қож фазасынан металл фазасына өтіп, қождағы FeO мөлшері азаяды. Нәтижесінде көміртегінің тотығу жылдамдығы артып, фосфордың тотығу жылдамдығы азаяды. Конвертердің айналу жылдамдығын ақырындатқанда үрдіс керісінше өтеді.

Кал–До үрдісімен томас немесе аз фосфорлы шойыннан болат қорытады.

Конвертердің көлбеулігі түзілген СО газының 90%–ына дейінінің агрегаттың жұмыстық кеңістігінде жанып (СО→СО₂), жылу балансының кірістік бөлігінің ұлғаюына, сүйтіп шикіқұрамдағы скрап мөлшерін 45–48%–ға дейін ұлғайтуға мүмкін болды.

Үрдістің жылулық қолайлығы әрі конвертердің айналуы әк – темірлі активті қождың ертерек түзілуіне әсер етіп, фосфордың тотығуын жеделдетеді. Сол себепті Кал–До үрдісін негізінен жоғары фосфорлы шойыннан болат алуға қолданады.

Конвертерге томас шойынын құйып, ұсатылған әк (100–130 кг/т) пен темір кенін (120–150 кг/т) салып, техникалық таза оттегімен үрлеуді бастайды. Басында кремний мен марганец, содан кейін көміртегі мен фосфор тотыға бастайды. Кейінгі екі элементтің тотығу жылдамдығының ара қатысын конвертердің айналу жылдамдығы мен фурманың биіктігін өзгерту арқылы реттейді.

Жоғары фосфорлы шойыннан болат қорыту үрдісінде қожды конвертерден 2 рет ағызады. Жоғары көміртекті болат қорытқанда бірінші рет барлық қождың (шойын массасының 22%–ы) 80%–ын балқыманың көміртегісі 1,0–1,5%, фосфоры 0,2–0,3%, температурасы 1580–1610ºС болғанда ағызады.

Төменгі көміртекті болатты қорытқанда қожды балқыма көміртегісі 0,1–0,3%, фосфоры 0,1%–дай болғанда ағызады. Бірінші қож құрамы бойынша томас қожына ұқсас (51–54%СаО; 7–8%SiO₂; 18–20%P₂O₅; 2,5–3,5%MgO; 2,5–3,5 MnO; 5–15%Fe).

Бірінші қожды ағызған соң, балқымаға 1,0–1,5% (шойын массасының) әк пен 1% темір кенін салып, көміртегі мен фосфордың берілген концентрациясына дейін оттегімен үрлеп, металл температурасын 1620–1650^оС–ға дейін көтереді. Мөлшері шойын массасының 8–10%–ын құрайтын жаңа қождың (15–20% Fe) 40–70%–ын тағы ағызып, қалған қожға әк салып қойылтып, келесі балқымада пайдалану үшін, конвертерде қалдырады.

Фосфоры 0,02%–дан төмен болат қорыту үшін қожды үшінші рет ағызу көзделген. Қожды екінші рет ағызып алған соң, балқымаға 0,4–0,7% әк салады. Мөлшері шойын массасының 5–7%–ын құрайтын қождың (20–28% Fe) бір бөлігін ағызып, қалған бөлігіне 2% әк қосып, келесі балқымада пайдалауға конвертерде қалдырады.

Аз фосфорлы шойынды пайдаланғанда, кремнийдың тотығуы аяқталған соң, қожды бір ақ рет ағызады. Жоғары фосфорлы шойынды үрлеу уақыты 40–минут болса, аз фосфорлы шойынды – 30 минут.

Кал–До үрдісімен жоғары фосфорлы шойыннан төменгі көміртекті қайнау болатын қорытқанда, фосфор 0,015% болса, жоғары көміртекті тынық болатын қорытқанда – 0,030–0,035%.

Үрдістің активті қож түзілуі ертерек басталып, оны 2–3 рет ағызып әрі жаңғырту орын алатындықтан, күкірттің 65%–ы азаяды. Сұйық шойында 0,05–0,06% S болса, қорытылған болатта – 0,02%–дан төмен.

Үрлеме оттегісінің тазалығы 95–96% болса, болаттағы азот мөлшері 0,002–0,003%. Оттегі тазалығы 99%–ға дейін жоғарылағанда, болаттағы азот 0,001%–ға дейін төмендеді.

Зиянды элементтердің (P, S, N) төмендігінен Кал–До үрдісімен қорытылған болаттың сапасы жоғары. Жалпы алғанда болат сапасы мартен болатының сапасындай, ал кейбір Кал–До болаты маркаларының (бор немесе ванадиймен қосындыланған ескірмейтін қаңылтыр болат) сапасы одан да жоғары.

Сонымен қатар Кал–До үрдісінің кемшіліктері бар:

1)болат қорыту агрегат кешенінің механикалық жабдықтары күрделі;

2) конвертер шегенінің төзімділігі төмен;

3) үрдіс өнімділігі, ЛД үрдісімен салыстырғанда, төмен.

Жоғарыда көрсетілген кемшіліктерге байланысты Кал–До үрдісі кең тарай қойған жоқ. Дегенмен Англия, АҚШ, Швеция, Франция және т.б. елдерде төменгі көміртекті қайнау (0,07–0,08%С; 0,25–0,38%Mn; 0,013–0,015%P; 0,012–0,018%S; 0,002–0,0035%N) және тынық, жоғары көміртекті және төменгі қосындылы болаттар қорытылады.

5.3–суретте томас шойынын түрлі конвертерлік үрдіспен үрлеу кезінде, балқыманың көміртегісіздену және фосфорсыздануының қатынасы көрсетілген. Пунктир сызықтың бойында екі элементтің де тотығу жылдамдықтары өзара тең.

Томас үрдісінде шойынды ауамен (1), тіпті оттегімен байытылған ауамен (2) үрлегеннің өзінде, активті әк–темірлі қождың түзілуінің кешігуінен, фосфордың тотығуы жылдамдығы көміртегінің тотығу жылдамдығынан әлдеқайда төмен.

ЛД үрдісінде (3) әктің ертерек қожда еруі мен фазалардың араласымдылығы әрі температураның жоғарылығынан, фосфордың тотығу жылдамдығы біраз жоғары.

ЛД–АЦ, ОЛП үрдістерінде (4) жоғары фосфорлы шойынды үрлеуде ұнтақ әк пайдалану, фосфордың тотығуының термодинамикалық және кинетикалық факторларын жақсартып, қож негізділігі артқан сайын, фосфордың тотығу реакциясы жеделдейді.

Жоғары фосфорлы шойыннан болат қорытудың тиімді варианты жан–жақты техника–экономикалық талдау нәтижесінде таңдалғаны жөн.