Тепловий баланс конвертерної плаки
Сталь, що випускається з конвертера, повинна бути нагріта до температури 1600-1660 ° С, в той час як чавун, що заливається в кисневий конвертер, зазвичай має температуру 1300-1450 ° С. Джерелом тепла для нагрівання сталі, шлаку, газів, що відходять, а також для компенсації тепловтрат при плавці є тепло, що виділяється при окисленні домішок чавуну.
Розрахунки теплового балансу конвертерної плаки та практика показують, що загальна кількість тепла, що виділяється при окисленні домішок чавуну за будь-якого його складу, значно перевищує потребу в теплі для нагрівання сталі до температури випуску і компенсації тепловтрат.
Якщо в конвертері переробляти один чавун, то температура металу наприкінці продування була б 1850-1900 °С, що є неприпустимим. Тому при киснево-конвертерній плавці завжди застосовують охолоджувачі (зазвичай сталевий брухт). Витрати охолоджувачів визначають на підставі розрахунку теплового балансу плавки; він повинен бути таким, щоб поглиналося все надлишкове тепло і при цьому забезпечувалося отримання необхідної температури металу перед випуском з конвертера.
У табл. 1 наведені дані про тепловий баланс конвертерних плавок при використанні в якості охолоджувача сталевого брухту. Основні прибуткові (що вносять тепло) статті теплового балансу - це фізичне тепло рідкого чавуну та тепло екзотермічних реакцій окиснення; трохи тепла дають екзотермічні реакції шлакоутворення (реагування СаО із SiO2 та СаО з P2O5). З урахуванням того, що близько 50% тепла, що вноситься, припадає на частку рідкого чавуну, дуже важливо проведення заходів щодо збільшення температури чавуну, що заливається.
*Примітка. Загальний прихід (витрата) тепла становить 180-200 МДж/100 кг шихти.
З екзотермічних реакцій окислення перше місце покількості тепла, що вноситься, займає реакція окислення вуглецю (незважаючи на те, що близько 30% цього тепла виноситься з конвертера газоподібними продуктами реакції - СО і СO2), на другому місці стоїть реакція окислення кремнію, на третьому - реакції окислення заліза в шлак; роль окислення інших складових металу менша.
Особливо слід підкреслити роль зміни кількості кремнію в чавуні, що переробляється. Оскільки тепловий афект реакції окислення кремнію великий, зміна його вмісту в чавуні дуже сильно впливає на величину приходу тепла та температурні умови плавки (кінцеву температуру металу та витрату охолоджувачів).
Основні видаткові статті теплового балансу: тепло, що забирається рідкою сталлю і шлаком, а також конвертерними газами; із загальної кількості тепла, що йде на нагрівання сталі (69-72%) 15-21% витрачається на нагрівання та розплавлення сталевого брухту. До основних видів втрат тепла відносяться втрати в атмосферу навколишнього через корпус конвертера, температура якого становить 120-350 °С; втрати з водою, що охолоджує фурму; втрати на нагрівання футеровки, що охолоджується в міжпродувні періоди, які можна підрахувати як суму втрат випромінюванням через горловину конвертера і в результаті вільної конвекції повітря в порожнині конвертера. Необхідно наголосити, що при збільшенні простоїв конвертера між плавками тепловтрати випромінюванням та конвекцією сильно зростають.
Охолоджувачі конвертерної плавки. Як охолоджувач можна використовувати сталевий брухт, залізну руду, вапняк, окалину, залізорудні агломерат і котуни, доломіт та ін. Зазвичай використовують сталевий брухт. Це тим, що він замінює значну частину дорогого чавуну, знижуючи вартість стали; крім того, при зниженні витрати чавуну відпадає необхідність удодаткових потужностях з виплавки чавуну, виробництва коксу, видобутку та збагачення залізних руд. При використанні сталевого брухту надлишкове тепло процесу витрачається на його нагрівання та розплавлення, що охолоджує здатність 1 кг брухту становить 1410 кДж (при 1620 ° С); витрата брухту за умовами теплового балансу вбирається у 25—27% від маси металевої шихти.
Залізну руду, окалину, котуни, вапняк, іноді вапно та інші добавки зазвичай використовують для коригування температури металу - вводячи невеликими порціями по ходу продування або в її кінці у разі отримання на тій чи іншій плавці надлишкової температури металу. Руду, окалину, котуни та агломерат, що містять оксиди заліза, іноді застосовують також для прискорення шлакоутворення, завантажуючи в конвертер на початку продування. При використанні руди надмірне тепло витрачається на її нагрівання та відновлення заліза з оксидів; відновлене залізо дещо підвищує вихід придатної сталі. Охолодний вплив руди в 3,0-3,8 рази вище охолодного впливу рівної кількості брухту.
При використанні охолоджувачів вапняку і доломіту тепло витрачається на розкладання СаСО3 і MgCO3. Рідкісне використання цих охолоджувачів пов'язане з тим, що вони не збільшують вихід придатного металу.