Комбинированные процессы
В одном из видов комбинированного дутья используется верхняя продувка кислородом с инжекцией инертного газа (аргона и азота) снизу через фурмы или проницаемые элементы. Во втором виде комбинированных печей имеются как верхние, так и нижние кислородные фурмы; нижние фурмы также могут использоваться для инжекции инертного газа во время перемешивания.
Конвертер кислорода (КК), профиль которого показан на рисунке, представляет собой наклоняемый сосуд, футерованный огнеупорами, такими как магнезиально-углеродистый кирпич. Вспомогательное оборудование включает в себя желоб для загрузки лома, бункеры для сплавов и флюсов, фурму для подачи чистого кислорода, подъёмную фурму для измерения температуры и концентрации углерода в расплавленной стали, подъёмные устройства для фурмы и подъёмной фурмы, оборудование для наклона сосуда и оборудование для улавливания и очистки отходящих газов. Производительность конвертера выражается в массе нерафинированной стали, которую можно обезуглерожить за одну плавку. Производительность большинства конвертеров в Японии составляет 150–300 тонн.
Основная функция кислородного конвертера — обезуглероживание жидкого металла чистым кислородом. В кислородном конвертере с верхней продувкой чистый кислород подается высокоскоростной струей на поверхность жидкого металла, что обеспечивает проникновение струи на некоторую глубину в металлическую ванну. В этих условиях кислород напрямую реагирует с углеродом жидкого металла, образуя оксид углерода. Кислородный конвертер с верхней продувкой может обезуглероживать 200 тонн жидкого металла с 4,3% C до 0,04% C примерно за 20 минут. Благодаря такой высокой производительности кислородный конвертер заменил мартеновскую печь, которая была значительно более медленным процессом.
Вдуваемый чистый кислород сначала окисляет кремний, а затем углерод в чугуне. При снижении концентрации углерода в чугуне примерно до 1% параллельно с углеродом начинается окисление железа. Окисление железа становится заметным при концентрации углерода менее 0,1%, что снижает как эффективность кислорода для обезуглероживания, так и скорость обезуглероживания, одновременно увеличивая потери железа в шлак. Таким образом, проблемой конвертера с верхней продувкой является окисление железа при достижении низкой концентрации углерода и, как следствие, снижение скорости обезуглероживания. При чрезмерном увеличении содержания оксида железа в шлаке он может слишком быстро реагировать с углеродом в расплавленной стали и вызывать внезапное выделение газа, образуя смесь шлака и расплавленной стали, которая иногда выплескивается из емкости, образуя явление, называемое «выплескиванием» или «выплескиванием».
Использование кислородной фурмы с несколькими отверстиями на кончике оказалось очень эффективным для делокализации подачи кислорода и увеличения скорости обезуглероживания, сдерживая чрезмерное окисление расплавленной стали и предотвращая выплескивание и разбрызгивание. Однако эффективность этой фурмы все еще была недостаточной, и был разработан процесс донной продувки кислородом, в котором чистый газообразный кислород вдувается в расплавленную сталь снизу кислородного конвертера. Донная продувка усиливает перемешивание горячего металла и, таким образом, сокращает среднее время перемешивания в ванне жидкой стали, а также способствует переносу растворенного углерода в ванне, предотвращая чрезмерное окисление шлака, которое является причиной выплескивания и разбрызгивания. Следовательно, донная продувка повышает эффективность обезуглероживания, особенно при низких концентрациях углерода. Донная продувка осуществляется с помощью нижних фурм из концентрической двустенной трубы. Внутренняя труба используется для продувки чистым кислородом и известняковой пылью в качестве шлакообразующего агента, а наружная труба используется для охлаждения пропаном, предотвращая прогорание фурм, поскольку при разложении пропана происходит эндотермическая реакция, что приводит к охлаждению и уменьшению прогорания фурм. Эти усовершенствования значительно упростили производство низкоуглеродистых сталей.
Верхне-нижняя продувка BOF, которая сочетает в себе преимущества обоих типов BOF, в последнее время стала заметной в кислородном производстве стали. В комбинированных BOF для перемешивания в основном используются инертные газы с нижней продувкой вместо кислорода. Были приняты различные методы донной продувки. В качестве одного из примеров, керамическая заглушка со встроенными несколькими маленькими трубками или несколькими щелями используется в нижних фурмах. Независимо от типа BOF, отходящий газ с высоким содержанием CO либо сжигается в горловине BOF и проходит через котел-утилизатор, установленный в верхней части горловины, для рекуперации явного тепла и тепла сгорания, либо улавливается несгоревшим с помощью оборудования для рекуперации отходящих газов и хранится в газовом резервуаре для последующего использования в качестве топлива.
