Кислородный конвертер – это стальной сосуд грушевидной формы, выложенный огнеупорным кирпичом. В него заливают расплавленный чугун, затем подают кислород под давлением до 1,5 МПа. Температура внутри достигает 1600–1700°C, что позволяет окислить избыточный углерод и примеси, превращая чугун в сталь.
Процесс длится 20–30 минут. В первые 5–7 минут интенсивно окисляются кремний и марганец, затем углерод. Для регулирования состава добавляют лом, известь или ферросплавы. Известь связывает фосфор и серу, снижая их содержание до 0,02–0,03%.
Конвертер работает циклично: загрузка чугуна → продувка кислородом → слив стали → выгрузка шлака. Современные модели оснащены системами автоматического контроля, что повышает точность и снижает потери металла. Для увеличения срока службы футеровку заменяют каждые 500–1000 плавок.
- Конструкция конвертера: основные элементы и их назначение
- Корпус и футеровка
- Система подачи кислорода
- Как подается кислород и флюсы в рабочую зону
- Подача флюсов
- Контроль параметров
- Процесс продувки: этапы и температурный режим
- Этапы продувки
- Температурный контроль
- Как контролируется состав металла во время плавки
- Методы контроля
- Автоматизированные системы
- Удаление шлака и завершение процесса выплавки
- Типичные неисправности и методы их устранения
Конструкция конвертера: основные элементы и их назначение
Корпус и футеровка
Кислородный конвертер представляет собой стальной сосуд грушевидной формы, выложенный изнутри огнеупорной футеровкой. Основная задача корпуса – выдерживать высокие температуры (до 1700°C) и механические нагрузки. Футеровка обычно состоит из магнезитового кирпича, который устойчив к химическому воздействию шлаков.
Система подачи кислорода
Сверху в конвертер вводится водоохлаждаемая фурма для подачи кислорода под давлением 0.8–1.5 МПа. Скорость подачи регулируется в зависимости от стадии продувки: интенсивная подача на этапе окисления примесей и сниженная – при доводке состава стали.
Поворотный механизм позволяет наклонять конвертер для загрузки лома и чугуна, а также слива готовой стали. Угол наклона контролируется с точностью до 1°, что исключает переливы металла.
Газоотводная система отводит образующиеся газы (CO, CO₂) через горловину конвертера в систему очистки. Температура отходящих газов достигает 1400°C, поэтому используются жаростойкие трубопроводы с водяным охлаждением.
Как подается кислород и флюсы в рабочую зону
Кислород поступает в конвертер через водоохлаждаемую фурму, расположенную в верхней части агрегата. Давление подачи составляет 0,8–1,5 МПа, а скорость истечения достигает 2–3 Махов. Фурма опускается на 1,5–2,5 метра над уровнем металла, обеспечивая равномерное продувание ванны.
Подача флюсов
Флюсы загружают через загрузочное устройство в виде известняка, извести или боксита. Дозировка зависит от состава шихты: обычно добавляют 5–8% от массы металла. Материалы подают порционно или непрерывно, синхронизируя с кислородной продувкой для оптимального шлакообразования.
Контроль параметров
Автоматика регулирует расход кислорода в пределах 300–400 м³/мин на 100 тонн стали. Датчики температуры и газоанализаторы корректируют подачу флюсов, предотвращая перегрев или неполное окисление примесей. Оператор контролирует процесс через HMI-панель, внося ручные корректировки при необходимости.
Процесс продувки: этапы и температурный режим
Продувка кислородом – ключевая стадия работы конвертера. Она длится 15–25 минут и проходит в три этапа: начало, основной период и завершение. Температура металла должна оставаться в пределах 1600–1700°C.
Этапы продувки
Начальный этап (2–4 минуты): кислород подают под давлением 0,8–1,2 МПа. В этот момент интенсивно окисляются кремний и марганец, что вызывает вспенивание шлака. Контролируйте уровень пены, чтобы избежать выбросов.
Основной период (12–18 минут): давление увеличивают до 1,5 МПа. Углерод активно выгорает, температура достигает пика (1650–1700°C). Добавляйте охладители (ломаная сталь, руда) для регулировки теплового баланса.
Завершение (3–5 минут): снижают подачу кислорода до 0,5 МПа. Шлак темнеет из-за снижения содержания оксидов железа. Проверяйте содержание углерода каждые 2 минуты.
Температурный контроль
| Этап | Температура, °C | Действия |
|---|---|---|
| Начало | 1550–1600 | Добавка извести (3–5% от массы металла) |
| Основной | 1650–1700 | Ввод охладителей при превышении 1700°C |
| Завершение | 1600–1650 | Отбор проб для анализа |
Используйте инфракрасные пирометры для непрерывного мониторинга. При перегреве выше 1720°C возможен пережог стали. Если температура падает ниже 1580°C, сократите подачу охладителей или увеличьте расход кислорода на 5–7%.
Как контролируется состав металла во время плавки
Методы контроля
Состав металла в кислородном конвертере контролируют с помощью пробоотборников и спектрального анализа. Пробу отбирают на разных этапах плавки, чтобы отслеживать изменения содержания углерода, серы, фосфора и других элементов.
Автоматизированные системы
Современные конвертеры оснащены датчиками, которые в реальном времени передают данные о температуре и химическом составе. Это позволяет оперативно корректировать подачу кислорода и добавление легирующих компонентов.
Для точного определения содержания углерода используют инфракрасные газоанализаторы. Они фиксируют выбросы CO и CO₂, что помогает прогнозировать конечный состав стали.
Если содержание примесей превышает норму, в конвертер добавляют флюсы или увеличивают продувку кислородом. Решения принимаются на основе данных, полученных не позднее чем за 3-5 минут до конца плавки.
Удаление шлака и завершение процесса выплавки
Перед сливом стали наклоните конвертер на 30–40 градусов, чтобы шлак стекал через горловину. Контролируйте угол наклона с помощью датчиков или визуально – слишком резкий наклон приведёт к попаданию металла в шлаковый ковш.
Для отделения шлака от металла используйте заслонку или газовый барьер. Оптимальная температура шлака – 1500–1550°C. Если она ниже, добавьте 2–3 кг флюса на тонну стали, чтобы улучшить текучесть.
После слива шлака верните конвертер в вертикальное положение и проведите финальное раскисление. Введите алюминий или ферросилиций из расчёта 0,5–1,5 кг на тонну стали. Это снизит содержание кислорода в металле до 0,002–0,005%.
Перед выпуском стали измерьте её температуру и химический состав. Допустимое отклонение от заданных параметров: ±10°C по температуре и ±0,02% по углероду. Если показатели не соответствуют норме, проведите корректировку – добавьте легирующие или охладители.
Сливайте сталь в ковш со скоростью 1–1,5 тонны в минуту. Избегайте резких перепадов скорости – это вызывает всплески и окисление металла. После слива осмотрите футеровку конвертера на предмет повреждений. Толщина огнеупорного слоя не должна быть меньше 200 мм.
Типичные неисправности и методы их устранения
Если конвертер теряет герметичность, проверьте футеровку и уплотнительные элементы. Чаще всего проблема возникает из-за износа огнеупорной кладки или повреждения прокладок. Замените поврежденные участки футеровки и установите новые уплотнения.
- Прогорание фурм: При неравномерном охлаждении или засорении фурмы перегреваются. Очистите сопла от шлаковых отложений и отрегулируйте подачу охлаждающей воды.
- Неравномерный нагрев металла: Убедитесь, что кислород подается равномерно. Проверьте положение фурм и давление в системе. Оптимальное давление – 0,8–1,2 МПа.
- Образование «холодных» зон: Увеличьте скорость продувки кислородом на 10–15% или измените угол наклона фурм для лучшего перемешивания.
При частом застывании шлака в горловине конвертера:
- Проверьте состав шихты – избыток извести или недостаток железа приводит к вязкости шлака.
- Скорректируйте температуру ванны. Оптимальный диапазон – 1600–1650°C.
- Увеличьте скорость продувки на 5–7% для улучшения циркуляции.
Если датчики температуры показывают нестабильные значения, очистите термопары от нагара и проверьте соединения. Замените поврежденные датчики – погрешность свыше ±15°C недопустима.
Для предотвращения трещин в корпусе конвертера:
- Контролируйте тепловые нагрузки – резкие перепады температуры сокращают срок службы.
- Проводите визуальный осмотр после каждой плавки. Трещины шириной более 2 мм требуют срочного ремонта.
