Поурочный план "Устройство кислородного конвертера"

сабақтың № _______ __________тобы күні _________

№ урока__________ группа ________ дата _________

Сабақтың тақырыбы

Тема урока Устройство кислородного конвертера

Сабақтың мақсаттары

Цели урока

1) Образовательная: познакомить учащихся с устройством и работой кислородного конвертера, систематизировать знания учащихся.

2) Воспитательная: формирование  самостоятельности и  ответственности   при изучении нового материала; активизировать у учащихся формирование познавательной потребности, интереса к предмету; воспитать чувство уважения к выбранной профессии; чувство ответственности.                                                                               

3) Развивающая: развивать познавательный интерес, речь, внимание, аналитическое мышление, развивать навыки индивидуальной и  групповой практической работы, наблюдательность, умение правильно обобщить данные и сделать вывод.

Сабақтың түрі

Тип урока Комбинированный

Көрнекілік құралдар

Наглядные средства слайды, карточки, слово учителя, компьютер

Сабақтың мазмұны

Содержание урока

1. Ұйымдастыру кезеңі

Организационный этап.

Приветствие

Приветствие

Проверка присутствующих (сдача рапорта)

Проверка внешнего вида

Проверка готовности к уроку

II Проверка домашнего задания

Проверить конспект в тетради

III. Білімдерінің жан жақты тексерісі

Всесторонняя проверка знаний

Опрос:

1. Что такое сталь?

2. Как классифицируют сталь?

3. Классификация по методу формообразования

4. Для чего служат инструментальные стали?

5. Какие функции выполняет шлак?

6. Назовите физические свойства шлака

7. Что такое система?

8.Что называют фазой?

9. Назовите свойства шлака

10. Параметры состояния это

11. Что такое раскисление стали?

12. Назовите способы раскисления стали

13. Как влияет кислород на свойства стали?

14. Что такое диффузионное раскисление?

15. Что такое осаждающее раскисление?

16. Расскажите о раскислении под вакуумом

17. Расскажите суть кислородно-конвертерного процесса

1. Оқушылардың жаңа материалды белсенді және саналы түрде игеруіне дайындығы

Подготовка учащихся к активному и сознательному усвоению нового материала.

Сегодня мы с вами изучим новую тему Устройство кислородного конвертера

IV. Жаңа білімдерді игеру

Усвоение новых знаний

Кислородный конвертер представляет собой поворачивающийся на цапфах сосуд грушевидной формы (рис. 82 и 83), футеро­ванный изнутри и снабженный леткой для выпуска стали и отверстием сверху для ввода в полость конвертера кисло­родной фурмы, отвода газов, заливки чугуна, загрузки лома и шлакообразующих и слива шлака. Вместимость существующих конвертеров составляет 50-400 т. В нашей стране установ­лен типовой ряд емкостей конвертеров (по массе жидкой стали): 50, 100, 130, 160, 200, 250, 300, 350 и 400 т.

Форма конвертера. Профиль рабочего объема, образован­ный футеровкой, у отечественных конвертеров обычно имеет вид, показанный на рис.84. Суживающаяся кверху горловина примыкает к цилиндрической части, ниже которой расположе­на суживающаяся часть, заканчивающаяся сферическим дни­щем. Сужение нижней части и сферическая форма днища пре­дотвращают образование застойных зон при циркуляции ме­талла в конвертерах с верхней продувкой. У малых (

По конфигурации корпуса (кожуха) конвертеры различают­ся. Корпус может быть такой же формы, как рабочий объем, т.е. с сужением внизу (см. рис. 86, а); быть без сужения внизу, когда к цилиндрической части примыкает сферическое днище (см. рис. 86, б); с незначительным сужением (угол наклона к вертикали ~ 6°) нижней половины, переходящей в сферу (см. рис. 86, в).

Размеры конвертера должны прежде всего обеспечивать продувку без выбросов металла через горловину, поскольку выбросы уменьшают выход годной стали и требуют периоди­ческих остановок конвертера для удаления настылей металла с горловины и входной части котла-утилизатора. Размеры некоторых конвертеров приведены в табл. 4.

Основные параметры, определяющие возможность работы конвертера без выбросов — удельный объем (объем рабочей полости, приходящийся на 1т жидкой стали, м³/т) и отноше­ние высоты рабочего объема к его диаметру H/D (рис.84).

Корпус и днище. Корпус конвертера выполняют сварным из листовой стали толщиной от 20 до 110 мм и делают его либо цельносварным, либо с отъемным днищем, которое крепится болтами или клиновыми соединениями. Расположение горлови­ны в конвертерах симметричное, что позволяет вводить кис­лородную фурму строго по оси конвертера. При этом обеспе­чивается равное удаление кислородных струй от стенок кон­вертера и тем самым- равномерный износ футеровки.

Преимуществом конвертеров с отъемным днищем является облегчение и ускорение проведения ремонтов футеровки. После съема днища ускоряется охлаждение и облегчается разрушение изношенной футеровки и подача в полость кон­це ртера огнеупоров для новой кладки по сравнению с пода­чей через узкую горловину конвертера. Основным недостат­ком отъемных днищ обычно считают меньшую прочность и надежность конструкции нижней части кожуха конвертера.

Преимуществом конвертера с неотъемным днищем является уменьшение массы и упрощение конструкции из-за отсутствия устройств для крепления днища, повышение жесткости кожуха и целом и надежности конструкции его донной части.

Цапфы и опорное кольцо. Конвертер цапфами опирается на роликовые опорные подшипники, закрепленные в опорных ста­нинах. Подшипники обеспечивают возможность вращения кон­вертера вокруг оси цапф; при этом один подшипник фиксиро­ванный, а другой "плавающий", что дает возможность пере­мещения вдоль оси цапф на 15-30 мм.

В первых кислородных конвертерах цапфы крепились непосредственно к кожуху конвертера (см. рис. 82). При этом, как показала практика, вследствие нагрева кожуха и его деформации происходил перекос цапф (их отклонение от первоначального положения), что вызывало при вращении цапф удары по опорным подшипникам и шестерням механизма поворота конвертера и их повышенный износ.

Современные кислородные конвертеры (см. рис. 83) снаб­жают отдельным опорным кольцом, к которому крепятся цапфы и в котором с зазором в 150-200 мм закреплен кожух. Бла­годаря зазору возникающие при термическом расширении ко­жуха деформаций не передаются опорному кольцу и перекос цапф не возникает. Системы крепления конвертера в опорном кольце с помощью подвесок, упоров и других устройств мо­гут быть различными, но должны обеспечить свободное рас­ширение кожуха.

Опорное кольцо (рис. 87) представляет собой конструк­цию, состоящую из двух полуколец 1 и закрепленных между ними двух цапфовых плит 2; полукольца и плиты скреплены шпильками. Полукольца выполняют сварными полыми прямо­угольного (коробчатого) сечения. Для защиты опорного кольца от перегрева и от попадания капель металла и шлака над ним приваривают к корпусу конвертера защитный кожух 3 (см. рис. 83).

Цапфы 3 (см. рис. 87) выполняют коваными: обычно их крепят к опорному кольцу путем запрессовки в цапфовую плиту. Цапфы большегрузных I конвертеров часто делают водо-охлаждаемыми.

Механизм поворота. Он обеспечивает вращение конвертера вокруг оси цапф на 360° со скоростью от 0,1 до 1 м/мин. Поворот конвертера необходим для выполнения технологичес­ких операций: заливки чугуна, завалки лома, слива стали и шлака и др.

Механизм поворота может быть односторонним и двусто­ронним. У конвертеров вместимостью 130—150 т и менее делают односторонний механизм поворота, в котором одна из цапф соединена с приводом (см. рис. 82). Наклон больше­грузных конвертеров требует приложения значительного кру­тящего момента, вызывающего большие напряжения в метал­локонструкциях опорного кольца и привода. Поэтому для бо­лее равномерного их распределения механизм поворота большегрузных конвертеров делают двухсторонним (см. рис. 83). Этот механизм имеет два синхронно работающих привода, каждый из которых соединен с одной цапфой.

Механизмы поворота бывают стационарными и навесными. В состав стационарного механизма (см. рис. 82) обычно вхо­дят установленные на жестком фундаменте электродвигатель i редуктором, вращающий момент от которых передается цап­фе с помощью шпинделя или зубчатой муфты. Недостатком ме-. ханизма является его быстрый износ вследствие того, что, будучи неподвижно закрепленным, он испытывает удары вра­щающихся цапф в случае их перекоса, а также ударные наг­рузки в момент включения привода.

Навесной многодвигательный привод обладает следующими преимуществами: перекос цапф не влияет на его работоспо­собность, так как, будучи закрепленным на цапфе, привод перемещается вместе с ней; при выходе из строя одного двигателя привод остается работоспособным; демпферы час­тично компенсируют динамические нагрузки при включениях и торможениях, что снижает износ шестерен привода; в 2—3 раза уменьшается масса привода; существенно уменьша­ется площадь, необходимая для его установки, — так, нап­ример, максимальный размер вдоль оси колонн цеха у 300-т конвертера с двухсторонним стационарным приводом состав­ляет около 28 м, а при двухстороннем навесном приводе — около 20 м.

Футеровка. Футеровка конвертера работает в тяжелых условиях, подвергаясь воздействию высоких температур; термических напряжений, возникающих при колебаниях темпе­ратуры футеровки; ударов кусков шихты при загрузке и зна­копеременных нагрузок, возникающих при вращении конверте­ра. Она изнашивается также в результате химического взаи­модействия со шлаком и размывающего действия потоков ме­талла и шлака.

Футеровку обычно делают из двух слоев: арматурного и рабочего. Примыкающий к корпусу арматурный слой (см. рис. 86) толщиной 110—250 мм уменьшает теплопотери и за­щищает кожух в случае прогара рабочего слоя. Арматурный слой выполняют из магнезитового или магнезитохромитового кирпича, он не требует замены очень длительное время (го­ды). Внутренний или рабочий слой изнашивается во время работы и его заменяют при ремонтах футеровки; его толщина в зависимости от емкости конвертера составляет 500-800 мм.

У конвертеров- с отъемным днищем стык между ним и футе­ровкой стен заполняют смоломагнезитовой массой.

Для кладки рабочего слоя на отечественных заводах в основном применяют безобжиговые смоло- или пекосвязанные (на связке из каменноугольной смолы или пека) огнеупоры, поскольку их стойкость в условиях конвертерной плавки оказалась значительно (в два-три раза) более высокой, чем стойкость обычных обожженных огнеупоров (магнезитохроми-говых и магнезитовых кирпичей). Из этих огнеупоров широко используют смолодоломит (35—50 % MgO, 45—60 % СаО), полу­чаемый из недорогого природного сырья — доломита; смоло-доломитомагнезит (50—85 % MgO, 10—45 % СаО), производимый из доломита с добавкой более дорогого магнезита, и реже смоломагнезит (более 85% MgO), получаемый из дорогостоя­щего магнезита. Иногда с целью повышения стойкости эти Ьезобжиговые огнеупоры перед использованием в конвертере подвергают термической обработке, выдерживая при 100—500 °С в нейтральной или восстановительной атмосфере. В отдельных случаях на наших заводах и зачастую за рубе­жом применяют дорогостоящие, но обладающие большей стой­костью магнезитоуглеродистые (содержащие наряду с MgO еще 10-20% углерода) огнеупоры и обожженные магнезитовые, магнезитодоломитовые и доломитовые огнеупоры, пропитанные смолой.

Наиболее широко применяемые безобжиговые смолодоломи-товый и смолодоломитомагнезитовый кирпичи получают из обожженных доломита и магнезита, содержащих не более 5 % Si0₂. Измельченные огнеупоры с размером фракций от 0 до 6 мм тщательно смешивают с 5—7 % смолы или пека. Для хо­рошего перемешивания температура в смесителе должна быть К()-140°С. Приготовленную массу загружают в формы и прес­суют при давлении 12—15 МПа, получая кирпичи необходимых размеров и конфигурации. Из этих необожженных кирпичей выкладывают рабочий слой футеровки, после чего ее обжи­гают, нагревая по специальному режиму до температуры 1100°С путем сжигания в полости конвертера кокса при по­даче кислорода через фурму. При обжиге происходит коксо­вание смолы — летучие удаляются и остается прочная угле­родистая масса (коксовый остаток) в виде тонкой пленки вокруг зерен огнеупора. Эта обволакивающая каждое зерно огнеупора углеродистая пленка образует как бы скелет кир­пича; она скрепляет зерна, придавая футеровке прочность, повышает ее термостойкость и, что особенно важно, защи­щает зерна огнеупора от контакта и взаимодействия со шла­ком, благодаря чему сильно замедляется растворение футе­ровки в шлаке. Именно повышенная шлакоустойчивость обес­печивает в конвертерах значительно большую стойкость смолосвязанных огнеупоров по сравнению с обычными. Смоло-связанные огнеупоры не применяют в других печах, так как в их окислительной атмосфере углеродистая пленка быстро окисляется; в конвертерах же газовая атмосфера, состоящая в основном из СО, — неокислительная.

Недостаток доломитсодержащих огнеупоров, и в первую очередь смолодоломита, — сильная склонность к гидратации: содержащийся в доломите оксид кальция реагирует с погло­щаемой из атмосферы влагой, в результате чего кирпич те­ряет прочность и рассыпается в порошок. Поэтому смоло-доломитовый кирпич нельзя хранить более 2—6 суток nocJie изготовления.

Футеровку летки делают с учетом того, что из-за быст­рого износа ее приходится заменять чаще, чем остальную футеровку. Несменяемый арматурный слой (рис. 86,3) вык­ладывают из магнезитового или магнезитохромитового кирпи­ча, собственно летку- блоками 5 из плавленого магнезита, имеющими сквозные отверстия, образующие канал летки. За­зор между блоками и арматурным слоем заполняют огнеупор­ной массой. При ремонтах, после удаления изношенных бло­ков и огнеупорной массы устанавливают насаженные на стальную трубу блоки, а в зазор между ними и арматурным слоем заливают массу из магнезитового порошка и водного раствора сернокислого магния, которая через 30 мин затвердевает. Стойкость леток составляет 60-120 плавок.

Стойкость футеровки определяется стойкостью участков наибольшего износа. Это - футеровка цилиндрической части конвертера в районе шлакового пояса и в месте падения кусков лома при загрузке, футеровка горловины, летка.

Футеровка изнашивается прежде всего в результате взаи­модействия со шлаком, при этом вначале окисляется углеро­дистая пленка и затем зерна огнеупора растворяются в шла­ке. Сильно возрастает износ при росте содержания оксидов железа (FeO, Fe₂0₃) в шлаке, которые окисляют углеродис­тую пленку и образуют легкоплавкие химические соединения с оксидами огнеупора, особенно с СаО. Износ возрастает при увеличении количества шлака и его жидкотекучести, при увеличении содержания кислотного оксида Si0₂, активно взаимодействующего с основными оксидами футеровки. Стой­кость футеровки снижается при повышении температуры про­цесса, так как это вызывает размягчение огнеупоров и ускорение их взаимодействия со шлаком.

Отрицательно сказывается на стойкости футеровки повы­шение содержания кремния в перерабатываемом чугуне, так как в результате его окисления в шлаках начального перио­да продувки увеличивается содержание Si0₂ и наряду с этим возрастает общее количество шлака.

По этой же причине необходимо, чтобы сыпучие материалы (руда, известь и др.) содержали минимальное количество кремнезема.

Следует избегать увеличения длительности интервалов между продувками, поскольку проникающий в полость конвер­тера воздух вызывает окисление коксовой пленки, а при охлаждении вследствие термических напряжений возможно скалывание огнеупоров.

Необходимо работать без додувок, проводимых для кор­ректировки состава и температуры металла, так как каждая из них вызывает дополнительные колебания температуры фу­теровки, подсосы воздуха в конвертер и повышение окислен-ности шлака.

Установлено, что растворение футеровки шлаком замед­ляется, если увеличить в нем содержание MgO до 6—8%. В связи с этим рекомендуется применение шлакообразующих, содержащих оксид магния (доломит, доломитизированная из­весть).

Наряду с оптимизацией технологического режима для по­вышения стойкости футеровки места ее повышенного износа выкладывают из огнеупоров повышенной стойкости, применяют горячие ремонты методом ошлакования и торкретирования.

Стойкость футеровки из безобжиговых смолосвязанных ог­неупоров составляет 400—600 плавок, при предварительной термической обработке этих огнеупоров она несколько воз­растает; расход огнеупоров составляет 2—5 кг/т стали.

Торкретирование футеровки — это метод горячего ремонта путем нанесения с помощью торкрет-машин огнеупорной массы на изношенные участки футеровки. Применяют факельное и полусухое торкретирование.

При факельном торкретировании основным рабочим орга­ном машины является вводимая в полость конвертера водоох-лаждаемая торкрет-фурма. Через нее подают кислород и с помощью сжатого воздуха торкрет-массу, состоящую из маг­незитового порошка и коксовой пыли. Сгорание кокса в кислороде обеспечивает формирование факела с температурой 1800—2000 °С. При этой температуре огнеупорный порошок переходит в пластическое состояние и, наносимый факелом на поверхность футеровки, прочно сваривается с ней.

При полусухом торкретировании увлажненную огнеупорную массу наносят на футеровку конвертера с помощью сопла торкрет-машины струёй сжатого воздуха, причем смешивание массы с водой происходит в сопле. Увлажненная масса налипает на футеровку и в последующем приваривается к ней. Недостаток способа — испарение влаги делает структуру нанесенного слоя сравнительно рыхлой и его стойкость невелика. Поэтому более эффективно факельное торкретирование.

Торкретируют как отдельные участки футеровки, так и всю ее поверхность. Торкретирование начинают после износа футеровки примерно на половину ее допустимой величины, его длительность составляет 4—20 мин, периодичность проведения — через 2—18 плавок, толщина наносимого слоя 5—100 мм. Стойкость футеровки может быть доведена до одной-трех тысяч плавок.

Ошлакованные футеровки путем раздувки шлака. После слива металла шлак в конвертере загущают добавкой обожженного доломита. Далее через сопла кислородной или специальной фурмы в шлак вдувают азот, брызги шлака налипают на футеровку, образуя шлаковый слой, который разрушается на последующих плавках; собственно же футеровка остается при этом почти неизменной. Нанесенный шлаковый слой выдерживает не менее двух плавок.

При таком методе горячего ремонта стойкость футеровки из магнезитоуглеродистых огнеупоров достигает 5—10 тыс. плавок. Один из вариантов раздувки шлака предусматривает ее проведение в течение 10—12 мин через каждые две плавки.

При ошлаковании футеровки и ее торкретировании уменьшается число холодных ремонтов футеровки, требующих затрат тяжелого ручного труда и снижается расход формованных огнеупоров. Но при торкретировании дополнительно расходуются порошкообразные огнеупоры (магнезитовый порошок, смеси на основе извести и др.).

Кислородная фурма. Кислород подают в конвертер через вертикально расположенную водоохлаждаемую фурму, которую вводят в полость конвертера через горловину строго по его оси. Давление кислорода перед фурмой составляет 1,0—1,6 МПа. Высоту фурмы над ванной можно изменять по ходу плавки; обычно она увеличивается при росте емкости конвертера и находится в пределах 1, 0—4, 8 м от уровня ванны в спокойном состоянии. Поднимают и опускают фурму с помощью механизма, сблокированного с механизмом вращения конвертера. Конвертер нельзя повернуть, пока из него не удалена фурма. Скорость подъема и опускания фурмы изме­няется в пределах 0,1—1 м/с.

Фурма выполнена из трех концентрично расположенных стальных труб и снабжена снизу медной головкой с соплами (рис. 88). Полости, образованные трубами, служат для по­дачи кислорода, подвода и отвода охлаждающей воды. Наибо­лее часто применяют фурмы с центральной подачей кислорода (рис. 88, а). По средней трубе при этом подводят охлаж­дающую воду, а по наружной — отводят. Применяются также фурмы с центральной подачей охладителя (рис. 88, б). В таких фурмах подаваемую через центральную трубу воду от­водят по наружной трубе, а кислород подают по средней трубе. К верхней части труб прикреплены патрубки 5 для подвода кислорода, подвода и отвода воды. Чтобы избежать

Рис. 88. Многосопловые кислородные фурмы с центральной подачей кислорода («) и воды (б):

1—3 — стальные трубы; 4 — сальниковое уплотнение; 5 — патрубки для подачи кислорода и воды; 6— компенсатор; 7— сменная часть наружной трубы; 8 — медная головка фурмы; 9 — сопло; 10 — выемка

разрушения фурмы из-за напряжений, вызываемых различным тепловым расширением труб (наружная труба удлиняется сильнее, чем более холодные внутренние), в фурме предус­матривают компенсирующие устройства: сильфонные компенса­торы, т.е. гофрированные металлические шланги (рис. 88, б); подвижные сальниковые уплотнения (рис. 88, 4) при соединении двух труб; телескопическое соединение (рис. 89,6) двух труб. Длина фурмы 300-т конвертера дос­тигает 27 м.

Головка фурмы является сменной, ее соединяют с трубами сваркой (см. рис. 89) или резьбой в сочетании со сваркой. В головке расположены сопла Лаваля 7, через которые кис­лород поступает в полость конвертера и распределитель во­ды, направляющий ее вдоль поверхности головки. Головки выполняют сварными и иногда литыми. Всю головку или ее нижнюю часть с соплами, обращенную к зоне наибольших (до 2600 °С) температур в конвертере, выполняют из меди. Это делают потому, что, обладая высокой теплопроводностью, медь быстро передает тепло охлаждающей воде, и поэтому даже в зоне высоких температур головка не перегревается и сохраняет прочность.

Число сопел Лаваля в головке изменяется от трех-четырех до шести-семи, возрастая по мере роста вместимос­ти конвертера и количества вдуваемого кислорода. Сопла располагают веерообразно расходящимися, чтобы повысить степень рассредоточения дутья по объему ванны. Угол рас­хождения сопел (угол а наклона их осей к вертикали) уменьшают по мере снижения вместимости конвертера (от 19° у семисопловой фурмы для большегрузного конвертера до 9° у трехсопловой для небольшого конвертера); это необходи­мо, поскольку при большом угле расхождения кислородных струй они у малых конвертеров будут слишком приближаться к стенкам, вызывая усиленный износ футеровки.

Сопла Лаваля применяют потому, что они, преобразуя энергию давления в кинетическую, обеспечивают скорость кислорода на выходе в 500 м/с и более; это необ­ходимо для заглубления струй в ванну и Полного усвоения ею кислорода. Давление кислорода перед соплом должно быть более 0,9—1,2 МПа, а его диаметр определяют расчетом; приближенно диаметр минимального (критического) сечения сопла можно определить по формуле, мм:

d = 3,5VV/p ,

где р— давление перед соплом, МПа; V— расход кислорода через сопло (обычно не более 250 м³/мин).

Воду для охлаждения фурмы подают насосом в таком коли­честве, чтобы перепад температур на входе и выходе не превышал 30° во избежание выпадения из воды солей жест­кости; на больших конвертерах расход воды достигает 500 м³/ч. Стойкость головок фурм составляет 50—150 плавок.

В первые годы освоения кислородно-конвертерного про­цесса применялись односопловые фурмы, позволявшие рабо­тать с небольшими расходами (до 200—250 м³/мин) кислоро­да; увеличение расхода кислорода при подаче одной струей вызывало выбросы металла при продувке.

Позднее были разработаны повсеместно применяемые в на­стоящее время многосопловые фурмы, которые благодаря рас­средоточению кислородного потока на несколько струй, обеспечили более "мягкую" продувку и резкое уменьшение количества выбросов.

Переход на работу с многосопловыми фурмами позволил значительно увеличить интенсивность подачи кислорода и сократить благодаря этому длительность плавки, а также повысить выход годного металла на 1—2 % за счет уменьше­ния выбросов.

В настоящее время успешно конструируют фурмы, облада­ющие достаточной стойкостью при числе сопел, не превышаю­щем семи.

VI. Жаңа білімдерді бекіту

Закрепление новых знаний

1. Фронтальный опрос

1. В чем заключается суть плавки в кислородном конвертере с верхней продувкой?

2. Назовите периоды плавки

3. Какой режим дутья выбран?

4. Расскажите об особенностях протекания шлакового режима

1. Выполнение тестовых заданий

2. Үй тапсырмасы

В.Г. Воскобойников с. 258-273