Арнайы шойындардан конвертерлік болат қорыту үрдісі

Ванадиймен табиғи қоспаланған темір кендерінен алынған шойыннан болат қорытуда ванадийді де алу көзделеді. Өйткені ванадий – бағалы әрі қымбат қосынды элемент.





Орал тауларының (Россия) табиғи қоспаланған темір кендерінен алынған ванадийлі шойынды өңдеуге дуплекс үрдісі (ЛД конвертері-ЛД конвертерi) қолданылады. Нижний Тагил металлургиялық зауыты конвертер цехының бір конвертерінде шойыннан ванадийлі қож бен жартылай өнім алынса, екінші конвертерінде жартылай өнімнен болат қорытылады.

Балқыма құрамының көміртегісі 3,2–3,8%, ванадиі 0,02–0,04% болғанда үрлемені тоқтатып, температурасы 1350 – 1420⁰С жартылай өнімді шөмішке ағызып алады. Содан кейін ванадийлі қожды қож құятын шөмішке ағызады. Қожды ұсақтап, ферроқорытпа зауытына феррованадий қорытуға жібереді. Пайдаланылған шойын құрамына байланысты ванадийлі қож құрамы: 14–20% V₂O₅; 15–20% SiO₂; 45–55% темір оксидтері және т.б. Ванадийдің қожға өту дәрежесі 95%.

Шойынның химиялық құрамы мен оттегі қарқындылығына қарай бұл кезеңнің үрлеу уақыты 8–13 мин.

Жартылай өнімнен болат қорыту. Болат қорыту үшін бірінші конвертердің жартылай өнімін екінші ЛД конвертеріне құяды. Бірінші конвертерде шойынды үрлеу кезінде әк пайдаланылмағандықтан, зиянды элементтер – Р (0,05–0,12%) мен S (0,025–0,070%) металл фазасында қалған болатын. Енді жаңадан қож түзіп әрі фосфор мен күкірттің мөлшерін төмендету үшін конвертерге әк (1,3 кг/т), балқығыш шпат (0,4 кг/т), темір кені (1,5 кг/т) немесе флюстелген агломерат (2,6 кг/т) салып, оттегімен үрлеуді бастайды.

Алғашқы 3–5 минут оттегі шығынын 150–170 м³/мин, фурманың биіктік деңгейін 1,5–2,0 м ұстап, жұмсақ үрлейді. Содан кейін көп соплолы фурманы төмендетіп (0,7–1,0 м), оттегі шығынын (180–200 м³/мин) үрдістің соңына дейін тұрақты ұстайды. 20 минуттан соң фосфор мөлшері 0,01–0,02%–ға дейін төмендеп әрі балқыманың күкіртсізденуі орын алады. Сұйық болат шығымы 87–89%.

Қорытылған көміртекті болаттардың (Ст3кп, Ст3сп) құрамында 0,01–0,02% қалдық ванадий болуынан, олар жақсы механикалық қасиеттерімен, ескіруге төзімділігімен және нөлден төмен температураларда жоғары соққы тұтқырлығымен ерекшеленеді.
5.2 Жоғары марганецті шойынды ЛД конвертерінде үрлеу үрдісі

Атасу (Қазақстан), Кремик (Болгария) және т.б. кен орындарының табиғи қоспаланған темір кендерінен алынған шойында марганец мөлшері едәуір жоғары болғандықтан, оны өңдеуде екі мақсат көзделеді:

1. 
   сапалы болат қорыту;
   

Марганецті қож алудың мақсаты: ферромарганец, силикомарганец сияқты ферроқорытпаларды қорытуда, оны шикізат ретінде пайдалану. Қожды ғана пайдаланып марганецті ферроқорытпалар қорыту үшін, (MnO) мөлшері 45%–дан жоғары және (Mn) /(Fe) қатынасы 6,5 аз болмауы керек.





Жоғары марганецті шойынды конвертерде оттегімен жоғарыдан үрлеу үрдісін Россия мен Болгария металлургтері бірігіп іске асырды. Алғашында Тула металлургиялық зауытының 10 тонналық эксперименттік конвертерінде жартылай өнеркәсіптік жағдайда тәжірибелік балқымалар жүргізілді.

Үрдістің бірінші кезеңінің температурасы төмендеу болу үшін конвертерге алдымен скрап (22–36%) салады. Содан кейін құрамы: 3,8–7,3% Mn; 3,8–4,4% С; 0,36–1,00% Si; 0,06–0,17% P; 0,023–0,045% S шойынды құйып, фурманы төменгі қалпына (120–300 мм) әкеліп, шығыны минутына 30–40 м³ оттегімен үрлеу басталады. Қождағы Р₂О₅ мөлшері төмен болу мақсатымен бірінші кезеңде әк қолданылған жоқ. Осылай 8 минуттай оттегімен үрлеп, температурасы 1500–1520°С жартылай өнімді (2,0–2,3% С; 1,13% Mn; 0,076% P; 0,020% S) шөмішке ағызып алады. Содансоң конвертерден құрамы: 60,5% MnO; 9,5% FeO; 4,0% Fe₂O₃; 17,0% SiO₂; 5,2% CaO; 0,19% P₂O₅ марганецті қож ағызылып алынады. Марганецтің шойыннан қожға өту дәрежесі 80%. Қож шығымы шойын массасының 7,25%–ын құрады. Қождағы марганецтің темірге қатынасы 4,6. Ұсақталған марганецті қож ферроқорытпа зауытына жіберіледі.

Жартылай өнімді конвертерге қайтадан құйып, қож түзгіш материалдарды (әк, балқытқыш шпат, темір кені) салып, көміртегінің берілген мөлшеріне дейін балқыманы 9 минуттей үрлейді. Оттегінің жалпы шығыны 60–64 м³/т.

Металл құрамы: 0,08% С; 0,6–0,7% Mn; 0,02% S; 0,04% P. Қож құрамы: 27,6% MnO; 16,2% FeO; 10,0% Fe₂O₃; 9,2% SiO₂; 1,13% P₂O₅. Соңғы қожды домна шикіқұрамындағы марганец кенінің орнына пайдалануға болады.

Жартылай өнеркәсіптік деңгейде жүргізілген тәжірибиелік балқымалар негізінде Кремик металлургиялық зауытының (Болгария) 100 тонналық оттегілі конвертерінде жоғары марганецті шойыннан сапалы болат пен марганецті қож алу технлогиясы игерілді.

Томас үрдісімен жоғары фосфорлы шойыннан алынған болаттың сапасы ойдағыдай болмағаны белгілі. Сондықтан ЛД үрдісі ашылғаннан кейін конвертерде жоғары фосфорлы шойыннан болат қорыту мүмкіншілігі зерттеле бастады.

Алғашқы зерттеу жұмыстары оттегілі конвертерде фосфордың негізгі бөлігінің тотығуы, томас үрдісіндегідей, балқыманың соңына қалмауы керек екенін көрсетті. Үрлемені көміртегінің берілген концентрациясында тоқтатқанда, балқыманың фосфорсыздану дәрежесі ойдағыдай болмаса, онда фосфорды азайту үшін үрлеу үрдісін әрі қарай жалғастыра беру экономикалық тұрғыдан тиімді болмады. Өйткені балқыманы аса үрлеуде темірдің тотығуы өте қарқынды болып, жарамды металл шығымы азайып, конвертердің өнімділігі төмендеді.

Оттегілі конвертерде жоғары фосфорлы шойыннан болат алу технологиясы фосфордың тотығу жылдамдығының көміртегінің тотығу жылдамдығына тең немесе одан жоғары болуын қамтамасыз етуі керек болды. Ол үшін активті қождың түзілуі неғұрлым ертерек, негізділігі тез көтеріліп және FеО мөлшері жоғары болуы керек.

Қожында 20 – 25% Р₂О₅ бар болаттың фосфоры 0,05 – 0,07%–дан төмен бола қоймайтыны белгілі, сондықтан төмен фосфорлы болат қорыту үшін қожды ағызып алып, жаңадан қож түзуге тура келеді. Ағызылып алынған қож фосфатты (16–24% Р₂О₅) болғандықтан, оны топырақты тыңайту үшін пайдаланады.

Фосфордың қарқынды тотығуы үшін негізділігі жоғары және активті әк–темірлі қожды ертерек түзуде ұнтақты және ірілігі белгілі бір мөлшердегі кесек әк қолданыс тапты.

Батыс Европа елдерінде ұнтақ әкті пайдаланып, фосфорлы шойыннан оттегілі конвертерде болат қорытудың бірнеше варианты жүзеге асырылды. Болат қорыту варианттарының бір–бірінен технологиялық өзгешеліктері болғанымен, негізгі қағидасы ұнтақ тәрізді әкті оттегімен бірге балқымаға үрлеу болып табылады. Үлкен қысыммен оттегімен бірге үрленген ұнтақ әк балқымаға едәуір тереңдікке еніп, тезірек еріп, активті әк–темірлі, фосфорсіңірімді қождың түзілуін қамтамасыз етеді.

ОЛП үрдісінде қолданылатын жоғары фосфорлы шойынның құрамы: 1,8–2,0%P; 0,2–0,6% Si; 0,3–0,8% Mn; 0,02–0,08% S. Оттегілі конвертерге құйылған жоғары фосфорлы шойынды фурма арқылы техникалық таза оттегімен жоғарыдан үрлеу үрдісінде, негізгі қож түзуші материал – ұнтақ әк үрлемемен қоса беріледі. Үрдістің негізгі ерекшелігі осы . Балқыманы салқындату үшін негізінен темір кені пайдаланылады.

Болат қорыту үрдісі екі кезеңнен тұрады:

1) фосфатты қож алу;

2) төменгі фосфорлы сапалы болат қорыту.

ОЦП немесе ЛД–АЦ үрдісі. Люксембург пен Бельгияда ұнтақ әкті пайдаланып, жоғары фосфорлы шойыннан конвертерлік болат алудың ОЦП үрдісі ашылды. Үрдіс аты француздың (oxygene, chau, рulverisee) оттегі, әк, бүрку деген сөздерінің бастапқы әріптерінен құрылды. Үрдістің өзіндік айырмашылықтары болғанымен, ОЦП үрдісінде де ұнтақ әкті балқымаға фурма арқылы оттегімен бірге үрледі. Кейінірек үрдіс ЛД–АЦ деп аталынды. ЛД үрдісіне Люксембургтің Арбед концерні мен Бельгияның ұлттық металлургия зерттеу орталығының бас әріптерін қосып жазды.

Дюделанждегі (Люксембург) Арбед концернінің зауытында қолданылған шойын құрамы: 3,35 – 4,12%C; 0,31–0,65%Mn ; 0,10 – 0,63%Si; 1,73 – 2,0%P; 0,032 – 0,068%S. Ұнтақ әк түйірлерінің 85%–ы 1мм–ден кіші, ең үлкені 2мм. Балқыма темір кенімен салқындатылатын болса, оны үрлеу барысында конвертерге мерзімді салып отырады. Егер балқыманы скраппен салқындату көзделсе, онда болат сынықтарын (10–15%) конвертерге салып, жоғары фосфорлы шойынды құйып, барлық әктің 1/3 бөлігін кесек күйде және боксит салып, фурманы 2 м–ге төмендетіп, техникалық таза оттегімен үрлеу басталады. Қож түзу үрдісін фурма биіктігін өзгерту арқылы реттейді. Ұнтақ әкті үрлемемен бірге 4–5 минуттан кейін бере бастайды.

60–75 тонналық конвертерде балқыманың бірінші кезеңі 12–14 минуттай (5.1–сурет). Балқыманың көміртегісі 0,8–1,2%, фосфоры 0,12–0,20% болғанда үрлемені тоқтатып, қождың 90%–ын ағызып алады. Қож құрамы: 20–22% P₂O₅, 48–54% CaO, 7–9% SiO₂, 8–10% FeO.

Фосфатты қожды ағызып алған соң, болат сынықтарын салып (немесе мерзімді темір кенін сала отырып), ұнтақ әк қосылған оттегімен үрлеу үрдісін жалғастырады. Балқыманың екінші кезеңінің ұзақтығы 3–5 минут. Үрлеме уақыты аяқталған соң, балқыманы шөмішке ағызып, ферромарганецпен оттегісіздендіреді.

Дюделанж зауытында жоғары фосфорлы шойыннан төмен көміртекті (0,05–0,10%) болат қорытылады. Фосфордың тотығу жылдамдығы көміртегінің тотығуынан жоғары болғандықтан, болаттағы фосфор мөлшері төмен (0,02–0,03%). Металдағы азот мөлшері үрлеменің тазалығына байланысты. Мысалы, оттегі тазалығы 99,5% болғанда, болат құрамындағы азот мөлшері 0,0025%.

Сонымен үрлеменің жалпы уақыты 17–20 минут. Шикіқұрамның металдық бөлігінің 18–25%–ы скрап.Әк шығыны 80–120 кг/т болатқа, оның 60–80 кг/т бірінші кезеңде жұмсалады. Оттегі шығыны 55–57 м³/т шойынға. Балқыманы темір кенімен салқындатса, онда оттегі шығыны азаяды. Қож шығымы 150–170 кг/т болатқа.

5.1–сурет – ЛД–АЦ үрдісінде балқыма құрамының өзгеруі

Жоғары фосфорлы шойыннан ЛД–АЦ үрдісімен болат қорыту кеңірек тарады. Қазіргі кезде Франция , Англия, Бельгия, Германия, Люксембург және т.б елдерде бұл үрдіспен сапалы көміртекті болат қорытылады.