Розробка та освоєння регламентованого шихтового режиму конверторної плавки

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеню кандидата технічних наук

РОЗРОБКА ТА ОСВОЄННЯ РЕГЛАМЕНТОВАНОГО ШИХТОВОГО РЕЖИМУ КОНВЕРТОРНОЇ ПЛАВКИ

05.16.02 - металургія чорних металів

АЛЬПЕРОВИЧ ЯКОВ ЛЬВОВИЧ

Дніпропетровськ - 2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на ВАТ ”Дніпропетровський металургійний завод ім. Г.І. Петровського”, м. Дніпропетровськ.

Науковий керівник: Доктор технічних наук, професор Охотський Віктор Борисович, НМетАУ, професор кафедри металургії сталі.

Офіційні опоненти: Доктор технічних наук, старший науковий співробітник відділу металургії сталі Старов Рем Вікторович, Інститут чорної металургії ім. Некрасова НАН України, м. Дніпропетровськ.

Кандидат технічних наук, доцент Нізяєв Констянтин Георгієвич, НМетАУ, доцент кафедри металургії сталі.

Провідна установа: Дніпродзержинський державний технічний університет Міністерства освіти і науки України, м. Дніпродзержинськ.

Захист відбудеться 01.04.2003р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.084.03 при НМетАУ за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, пр. Гагарина 4.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці НМетАУ за адресою: м. Дніпропетровськ, пр. Гагарина 4.

Автореферат розіслано 28.02.2003р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, докт. техн. наук, професор Л.В.Камкіна

АНОТАЦІЇ

Альперович Я.Л. Розробка та освоєння регламентованого шихтового режиму конверторної плавки.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.02 - металургія чорних металів.- Національна металургійна академія України, Дніпропетровськ, 2002.

Дисертація присвячена питанням вдосконалення технології конверторної плавки і підвищенню техніко -економічних показників процесу при роботі конверторів на чавунах з різним, в тому разі, підвищенним вмістом кремнію.У роботі на 60т. конверторах досліджен вплив кремнію чавуна та проміжного скачування шлаку на показники плавки. Розроблені моделі динаміки окислення кремнію і поточного теплового балансу конверторної ванни, алгоритм додатків вапна, в залежності від вмісту кремнію у чавуні та якості вапна. Розроблена технологія плавки, яка регламентує додатки вапна у ході продування металу. Дослідження і впровадження цієї технології в промислових умовах підвищує вихід придатного і стійкість футерівки конверторів за рахунок інтенсифікації шлакоутворення, зменшення частки плавок зі скачуванням шлаку, зниження окисленісті шлаку.

Ключові слова: конверторна плавка, чавун, моделі, поточний тепловий баланс, алгоритм додатків вапна, технологія, ефективність.

Альперович Я.Л. Разработка и освоение регламентированного шихтового режима конвертерной плавки .- Рукопись.

Диссертация на соискани ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.16.02 - металлургия черных металлов. - Национальная металлургическая академия Украины. Днепропетровск - 2002.

Диссертация посвящена вопросам совершенствования технологии и повышения технико- экономических показателей конвертерной плавки.

Установлено влияние кремния чугуна на основные показатели плавки, получены уравнения регрессии, описывающие зависимости выхода годного, расхода извести и др. от содержания кремния в чугуне. Показано, что промежуточный спуск шлака является вынужденным технологическим приемом для предотвращения выбросов. Своевременное скачивание шлака после окисления основной массы кремния ведет к повышению выхода годного, температуры металла на повалке, снижению расхода извести. Увеличение доли плавок со скачиванием шлака снижает стойкость футеровки конвертера.

Проанализированы условия изменения лимитирующего звена диффузии в конвертерной ванне. Разработана теоретическая модель динамики окисления кремния, основанная на диффузионном режиме процесса и учитывающая смену лимитирующего звена. Определена константа скорости окисления кремния в 60т.

конвертерах и рассчитано изменение содержания кремния в ванне в зависимости от его содержания в чугуне и удельного расхода кислорода к данному моменту продувки.

Разработана модель динамического теплового баланса конвертерной ванны, на основе которой создан универсальный алгоритм расчета массы присадок извести, соответствующих тепловому состоянию ванны, что исключает переохлаждение ванны, снижает вероятность выбросов и необходимость промежуточного скачиванмя шлака. Алгоритм положен в основу технологии плавки с регламентированным шихтовым режимом (РШР), определяющим темп присадок извести в ходе продувки в зависимости от кремния чугуна, качества извести, интенсивности продувки и требуемой основности конечного шлака.

Исследование РШР и его внедрение в конвертерном цехе показало, что продувка протекает значительно спокойней, резко сократилась доля плавок со скачиванием шлака. При РШР в конечных шлаках содержится меньше оксидов железа и магния, выше основность. Снизился удельный расход металлошихты, кислорода, несколько возрос расход извести. Стойкость футеровки конвертера выросла на 16%.

В результате внедрения технологии РШР в первом полугодии 1999 г. удельные расходы металлошихты и огнеупоров уменьшились соответственно на 5,68 кг/т сталі и 2,32 кг/т., за счет чего себстоимость сталі снизилась на 3,8 грн/т сталі в ценах 1999 г.

Ключевые слова: конвертерная плавка, чугун, модели, динамический тепловой баланс, алгоритм присадок извести, технология, эффективность.

Alperovich Y.L. Elaboration and mastering of the regulated charge regime of the converter melting .- Manuscript.

Dissertation to qualify for the academic degree of engineering sciences in speciality 05.16.02 - metallurgy of ferreos metals. National metallurgical Ukraine academy. Dnepropetrovsk 2002.

Dissertation devoted to technology perfection questions and improvement of

thechnico- economical characteristics of the converter melting. The silicon oxidation dynamics models, dynamic thermal balance, lime additions algorithm in blowing process are worked up.

The melting technology, regulating the lime additions in dependence on maintenance of silicon in cast-iron, lime qualities, blowing intensity and final slag basity are worked up and inculcated. The lowering of the specific consumption of metal charge and refractory are achieved.

Key words: converter melting, models, dynamic thermal balance, lime additions, algorithm, technology, effectiveness.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи.

Сучасний рівень розвитку киснево-конвертерного способу виробництва сталі, підтверджує його переваги: високу продуктивність, відносну екологічну чистоту, низькі питомі капітальні вкладення і витрати по переділу, велику гнучкість, багатоваріантність технології і сировинної бази, можливість виробництва високоякісної сталі широкого сортаменту з чавуну різного хімічного складу. Разом з тим для досягнення високих техніко-економічних показників процесу в умовах конкретного металургійного підприємства необхідне коректування типового технологічного процесу, оптимізація технологічних параметрів в залежності від якості чавуну, що використовується, і інших шихтових матеріалів. Таке коректування повинне забезпечити використання сприятливих чинників і частково або повністю усунути вияв негативних наслідків, пов'язаних з низькою і нестабільною якістю сировиних матеріалів, неритмічністю роботи суміжних виробництв і інш.

У даний час різко ускладнилися умови роботи агрегатів і цехів на всіх стадіях металургійного переділу і, особливо, при виробництві чавуну і сталі. В умовах ВАТ “Дніпропетровський металургійний завод ім. Г.І. Петровського” дефіцит природного газу, затримки із забезпеченням домених печей сировиною і зниження міри ритмічності їх роботи викликали зміни ходу доменого процесу, що, зокрема, привело до підвищення вмісту кремнію в чавуні і збільшення діапазону його коливань. Це позначилося на процесі продування чавуну в кисневих конвертерах і техніко-економічних показниках процесу. Положення в конвертерному виробництві посилюється низькою якістю металургійного вапна.

У зв'язку з цим актуальними представляються дослідження, направлені на розробку раціонального шихтового режиму і технології конвертерної плавки з різним вмістом кремнію в чавуні, що змінюється в діапазоні від 0,5 до 1,6%.

Зв'язок роботи з науковими, програмами, планами, темами.

Дисертація виконана відповідно до тематичних планів науково-дослідних робіт ВАТ “Дніпропетровський металургійний завод ім. Г.І. Петровського” (Приказ №1 від 02.01.1996р.,додаток 5, п.7; Приказ №1 від 02.01.1997р., додаток 5, п.10; Приказ №1 від 04.01.1998р.,додаток 5, п.7), де автор був керівником робіт, і відповідає Національній програмі розвитку і реформування гірничо-металургійного комплексу України до 2010 р. від 06.10.1998г №166-1V.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розробка регламентованого шихтового режиму плавки відповідно до теплового потенціалу конвертерного процесу при переділі чавуну з різним вмістом кремнію, що забезпечує підвищення виходу придатного, поліпшення умов служби футеровки і інших технико-економічних показників виробництва.

У роботі вирішувалися наступні задачі:

- аналіз особливостей конверторной плавки, її технологічних і технико-економічних показників в умовах ВАТ “Дніпропетровський металургійний завод ім. Г.І. Петровського” при переділі чавуну із вмістом кремнію до 1,6%;

- теоретичні і експериментальні дослідження динаміки окислення кремнію, її вплив на тепловий стан конверторной ванни, інтенсивність викидів і необхідність проміжного скачування шлаку;

- аналітичні розрахунки динамічного теплового балансу і маси додатків вапна по ходу продування, відповідаючих тепловому балансу.

розробка раціональної технології конверторної плавки, що включає регламентування режимів додатків вапна в ході продування, проміжне скачування шлаку, в тому числі при переділі чавуну із вмістом кремнію більше за 0.9%, що забезпечує усунення викидів, підвищення виходу придатного і стійкості футеровки конвертерів.

- впровадження розробленого режиму у виробництво.

Об'єкт дослідження. Технологія виробництва сталі в кисневих конверторах садкою 60 т.

Предмет дослідження. Шихтовий режим киснево-конверторної плавки, регламентуючий додатки вапна і скачування шлаку у ході продування металу.

Методи дослідження. Термодинамічний і кінетичний аналізи фізико-хімічних процесів у конвертерної ванні, хімічний і спектральний аналізи металу і шлаку, хронометраж і візуальний контроль за ходом плавки, регресіоний і кореляційний аналізи при обробці результатів досліджень на ПЕОМ.

Наукова новизна отриманих результатів. Розроблена теоретична модель динаміки процесу окислення кремнію при продуванні чавуна у конвертері, яка заснована на дифузійному режимі процесу і враховує зміну лімітуючої ланки у ході продування. Модель адекватно описує зміну вмісту кремнію у металі в залежності від витрат кисня. Експериментально визначена константа моделі процесу окислення кремнію у 60т. конверторі, яка складає 0,038

Розраховано охолоджуючий ефект вапна в залежності від міри недопала і температури ванни. Зростання недопалу на 1% збільшує охолоджуючий ефект вапна на 26,81 кДж/кг.

Вперше розроблена методика розрахунку і модель динамічного теплового балансу конверторної ванни, яка заснована на динаміці окислення кремнію і вуглеця.

Вперше розроблено універсальний алгоритм розрахунку маси додатків вапна з різною мірою недопалу, що відповідають динамічному тепловому балансу ванни і забезпечують отримання заданої основністі кінцевого шлаку.

Практична цінність і реалізація результатів роботи. Для конверторів садкою 60т розроблен регламентований шихтовий режим, який представлений у вигляді алгоритму маси додатків вапна в залежності від його якості і вмісту кремнію в чавуні. Регламентован режим скачування шлаку у ході продування.

Внесені зміни в технологічну інструкцію по виплавці сталі у 60т конверторах. Регламентований шихтовый режим впроваджений на всіх конверторах цеху.

У результаті впровадження питомі витрати металошихти знизилися на 5,68 кг/т, стійкість футерівки конвертерів зросла на 16,5 %, знизились питомі витрати футерівки на 2,32 кг/т. Економічний ефект, підтверджений актом впровадження, склав 3,8 грн/т у цінах 1999р.

Новина і практична цінність розробленої технології запатентована в Україні ( Патенти України №19000 А, №22546 А).

Методику по регламентуванню режиму додатків вапна можна використати в конверторних цехах інших металургійних підприємств галузі.

Особистий внесок автора роботи. Автором теоретично обгрунтовані і розроблені моделі динаміки окислення кремнію і динамічного теплового балансу конвертерної ванни, за термодинаміческімі даними розрахований охолоджуючий ефект вапна різної якості, створенний універсальний алгоритм маси додатків вапна відповідно до динамічного теплового балансу конверторної ванни. Розроблена технологія регламентованого шихтового режиму для конверторів садкою 60т. Виконані експериментальні, дослідно-промислові і промислові дослідження на 60т конверторах.

Апробація роботи. Основні положення дисертації викладені на IV Міжнародному конгресі сталеплавильщиків (м. Москва, жовтень 1996 р.), на науково-практичній конференції, присвяченій 115-річчю заводу ім. Петровского (м. Дніпропетровськ, травень 2002 р.), науково-технічних семінарах кафедри металургії сталі НМетАУ, технічних радах інженерного центру заводу ім. Петровського.

Публікації. По темі дисертації опубліковано 7 друкарських робіт, з них 6 в спеціалізованих наукових журналах і одна - в тематичному збірнику наукових праць. Отримано 2 патента України на спосіб виплавки сталі у конверторах.

.Структура і об'єм роботи. Робота складається з введення, п'яти глав, висновків, списку використаної літератури з 96 найменувань, 3 додатків і містить 120 сторінок машинописного тексту, 22 малюнка і 13 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

конверторний плавка чавун кремній

Вступ.

Обгрунтовується актуальність теми дисертації, визначаються об^”єкт, предмет, мета та задачи дослідження, надається загальна характеристика роботи, визначаються наукова новина і практичне значення отриманих результатів.

1. Сучасний стан питання.

За літературними джерелами розглянуті питання переробки у конверторах чавунів з різним , в тому разі, підвищеним вмістом кремнію. Показано, що у світовій практиці конверторного виробництва має місце робота конверторів з вмістом кремнію у чавуні від 0,15 до більш ніж 2%. При тому, визначаються оптимальні зачення 0,6 - 0,9% як з точки зору показників конверторної плавки, так і в цілому для металургійного комплексу домена пічь - конвертор.

Робота конвертора на багатокремністому чавуні супроводжуеться значним вспінюванієм шлаку, що веде до викидів і потребує проміжного скачування шлаку. Останнє веде до підвищення питомих витрат металошихти, вогнетривів, вапна , знижується продуктивність конвертора.

Проаналізовани причини вспінювання шлаку та викидів з конвертора при продувці.Показано, що ці явища пов^”язані з шихтовим, шлаковим і дуттєвим режимами плавки, складом чавуну.

Розглянуті режими додатків вапна у ході плавки, що визначає процес шлакоутворення. Існуючи алгоритми додатків вапна визначаються для конкретних умов різних конверторних цехів - склад чавуну, якість вапна, сортамент сталей та інш.

Таким чином, аналіз літературних джерел дозволив узагальнити технологічні особливості роботи конверторів на чавунах з різним, в тому разі підвищеним, вмістом кремнію, конкретизувати мету та задачи дослідження, пов^”язаних з підвищенням ефективністі роботи конверторів шляхом впливу на шихтовий режим плавки регламентованими додатками вапна та раціонального режиму скачування шлаку.

2. Промислові дослідження особливостей конверторної плавки в існуючих умовах заводу ім. Г.І.Петровського

У конверторному цеху працює три конвертора номінальною ємністю 60т.Інтенсивність продування 200 м³/хв у перші 6 хвилин і 170 м³/хв - в останій час. Чавун вміцує: 0,37 - 1,8% кремнію, 0,17 - 1,2% марганцю, 0,018 - 0,065%сірки. Вапно низької якості з вмістом СаО 70 - 75%.

Рис.1 Залежність витрат вапна від [Si]_ч.1, 2-плавки без і зі скачуванням шлаку.

Досліджували вплив підвищеного вмісту кремнію у чавуні на особливості та показники конверторної плавки. На ПЕОМ з використанням електронних таблиць ЕХSЕL аналізували великі масиви плавок (понад 600).

Витрати вапна в залежності від вмісту кремнію у чавуні описуються рівнянням

Y = -1.7857[ Si ]_ч²+5.4194[Si]_ч+0.6464 , т., R² = 0.3739 (1)

Максимальні розрахункові витрати вапна, рівні 4,7582 т, при вмісті кремнію у чавуні - 1,52%. Подальше зниження витрат вапна пов^,язано зі скачуванням шлаку (Рис.1).

Зростання вмісту кремнію у чавуні веде до рісту частки плавок зі скачуванням шлаку. При вмісті більш ніж 1,3% скачування шлаку ведеться на усіх плавках, іноді - дворазово.

Вихід придатного в залежності від вмісту кремнію має екстремальний характер і описується рівнянням регрессії:

-без скачування шлаку:

В1 = -8,88666 [Si]_ч²+ 15,542 [Si]_ч +83.299, %, R²=0.9609 (2 )

-з проміжним скачуванням шлаку:

В2= -6,4243 [Si ]_ч² + 11.737 [Si ]_ч + 84.745, %, R²=0.5993 (3)

Максимальний вихід придатного складає 90,1% при кремнії у чавуні біля 0,9%. При меньших значеннях - вихід придатного більше на плавках без скачування шлаку, а при [Si]_ч > 0.9% - на плавках зі скачуванням шлаку.

Вихід придатного в значної мірі залежить від терміну скачування шлаку.

Його максимальне значення досягається при скачуванні шлаку на 6-8 хвилинах (Рис 2).

Рис.2 Вихід придатного від терміну скачування шлаку. 1,2,3-відповідно [Si ]_ч до 1%, 1 - 1,5%, більш 1,5%

Досліджено вплив проміжного скачування шлаку на технологічні показники плавок - температуру металу на повалці, основність і склад шлаку, стійкість футеровки конвертора. При своєчасному скачуванні шлаку зменьшуються витрати вапна і поліпшується тепловий баланс плавки.

Встановлено, що головною причиною викидів з конвертора, особливо при підвищеному вмісті кремнію у чавуні, є значне переохолодження ванни великими масами додатків вапна зі значним недопалом. Проміжне скачування шлаку при вмісті кремнію у чавуні більш за 1% є вимушеною мірою для запобігання викидів. Регламентування режиму скачування шлаку може дати підвищення виходу придатного. Рекомендовано проводити скачування шлаку після окислення значної частки кремнію, тобто в залежності від вмісту кремнію у чавуні і питомих витрат кисня.

3. Розрахунково - аналітичні дослідження

Проаналізован механізм і динаміка окислення кремнію у конверторної ванні. З посиланням на літературні джерела прийнято, що цей физіко-хімічний процес має дифузійний режим. Лімитуючою ланкою його може бути дифузія оксидів заліза у шлаку або кремнію у металі. Зміна лімитуючої ланки процесу визначається умовами:

=, (4)

де: _(FeO),, _Si- коефіциенти масообміну оксиду заліза та кремнію, м/c;

_шл‚ _м - щильність шлаку і металу, кг/м³, 28, 144 - стехіометричні

коефіцієнти, ,(FeO)_кр - критичні концентрації, %

Окислення кремнію у конверторної ванні протікає на поверхні розподілу метал - шлак у реакційній зоні, у корольках металу в шлаці, то що. Розраховані умови масообміну у металі та шлаку, які показали, що зміна лімитуючої ланки може бути при вмісті закису заліза у шлаку 10 - 40% і кремнію у металі 0,2 - 1,0%. Враховуючи різноманітні умови у різних ділянках конверторної ванни, де окислюється кремній, у загальному вигляді формально швидкість його окислення можно представити:

(5)

де а- коефіцієнт пропорційністі, що визначається умовами проведення конверторної плавки і що враховує коефіцієнти масообміну кремнію, (FeO),

питому поверхню розподілу реагуючих фаз (F/V), ( m<1).

Динаміку окислення кремнію вивчали на плавках з проміжними повалками конвертора, на яких відбирали проби металу і вимірювали його температуру. По цих даних швидкість окислення кремнію описується рівнянням регресії:

V_Si=0,8(М_ЧУГ/J_O2)^0,556-0,556*Si_чуг, R²=0,8785 (6 )

Швидкість окислення кремнію від його вмісту в металі в момент взяття проби описується рівнянням:

V_Si =0,3335 Si^0,3033 R² =0,7853 (7),

а від середньогеометричного значення кремнію в інтервалі часу продування

Siср= (Siчуг* Si )^0,5:

V_Si =0,3335 Siср^0,5764 R² =0,8733 (8)

Розрахували середню швидкість зростання температури ванни у ході обескремнювання чавуну. Вона склала в середньому 21,9 ⁰С/хв і описується

рівнянням регресії:

V_t = 62.219^-0,6303 R² =0,8446 (9)

де: М_ЧУГ - маса чавуну, т., J_O2 - интенсивність продування, м³/хв,

Для шести хвилин продування розрахункове значення Vt = 20,11 ⁰С/хв.

Враховуя получені залежності і літературні джерела, в рівнянні (5) прийняли m=0.5. Після інтегрування маємо теоретичну модель окислення кремнію у конверторі:

[Si] = ([Si]^1/2_чуг - К_Si V_O2^уд )² (10)

V_O2^уд - питомі витрати кисня за час продування, м³/т .

Коефіцієнт К_Si є інтегральна величина, яка характеризує умови масообміну у ванні та розподіл кисня поміж одночасно окислюючимися домішками чавуну, тому теоретично оцінити його значення важко. Розрахунки К_Si виконали на базі експериментів з проміжними повалками конвертора. Получили К_Si = 0,036 - 0,040 (середне - 0,038 ). Таким чином, для 60т. конвертора модель динаміки окислення кремнію має вигляд:

[Si] = ([Si]_чуг^1/2- 0,038 J_O2./М_ЧУГ )² , (11)

Розрахована динаміка вмісту кремнію у ванні конвертора в залежності від його вмісту у чавуні та питомих витрат кисня. Ці дані були використані для обгрунтування режиму проміжного скачування шлаку. Термін, необхідний для окислення [Si]_ч до 0,1% у ванні в умовах 60т. конвертору апроксимували зручною для подальших розрахунків залежністю:

_0,1 = 5,3437 Si_чуг^0,741 R² = 0.9989 (12)

Процес окислення кремнію є основним джерелом тепла конверторної ванни у начальний період продування. Поточний тепловий баланс ванни у цей час має вигляд:

Q_Si+Qшл.обр= Qизв + ДQ_м , (13)

де Q_Si - тепло, що виділилося при окисленні кремнію чавуну до теперішнього моменту продування, кДж;

Qшл.обр- тепло шлакоутворення при офлюсованні кремнезему, що утворився, оксидом кальцію шлаку, кДж;

Qизв.- тепло, що затрачується на засвоєння добавок вапна, кДж;

ДQ_м - тепло, необхідне для нагріву металу, шлаку і газу до температури початку інтенсивного зневуглецювання Т1, кДж;

Витрати тепла при розчиненні вапна у конверторної ванні складають:

q_ИЗВ=0,01•(100 - %СО_2ИЗВ)•С_Рсао•Т_В + 0,01%CO_2ИЗВ•С_Рсо2•Т_В+

+0,01•%CO₂•Q^d_CaCO3 + 0,01•%CO_2ИЗВ•Q^d_CO2(1 - K_C) , (14)

де: С_Рсао, С_Рсо2 - питомі теплоємності, Q^d_CaCO3, Q^d_CO2 - теплота дисоціації, %СО_2ИЗВ - вміст СО₂ у вапні, Тв - температура ванни, ⁰С, Кс - ступінь дисоціації СО₂.

Вирішуя сумісно ( 11 ), (13) і (14), визначаємо масу додатків вапна

Мизв тепл, які відповідають тепловому стану ванни у період окислення кремнію:

Мизв тепл=Мчуг[0,01(Siчуг-(Siчуг^1/2-0,038·ф ·J_O2./М_ЧУГ·)² ) _··30520-

-А_··0,84(Т1-Тчуг)]/(2200+26,81%Н),т (15)

де: А - коефіцієнт, враховуючий частку тепла шлаку та газу у загальному тепловому балансі ванни, Н - ступень недопалу вапна,%.

Рис.3 Залежність недостатньої маси вапна від вмісту кремнію у чавуні, %Н-недопал вапна.

Маса вапна (Мизв треб), яка потрібна для забезпечення основністі кінцевого шлаку, залежить від вмісту кремнію у чавуні та якісті вапна. Розрахунками показано, що при існуючий якісті вапна на заводі ім. Петровського баланс тепла ванни за рахунок окислення кремнію не дозволяє додати потрібну масу вапна, навіть при підвищеному вмісту кремнію у чавуні (Рис 3).

Тому недостатню масу вапна Мизв слід додавати у ванну згідно з динамічним тепловим балансом періоду окислення вуглецю:

Мизв= 8133 (Jo2/Мчуг) /(2200+26,81%Н), кг/т (16)

де: = - _0,1 - термін від начала інтенсивного окислення вуглецю, хв.

Після додатків маси вапна, необхідної для формування основністі кінцевого шлаку, регулювання шлакоутворення здійснюється шляхом зміни положення фурми відносно ванни. Таким чином, універсальний алгоритм маси додатків вапна Мизв сум ( по накопиченому ітогу ) має вигляд:

Мизв сум = Мизв тепл + Мизв (17)

Алгоритм враховує вміст кремнію у чавуні , інтенсивність продування киснем, якість вапна та основність кінцевого шлаку. Для терміну _0,1 розраховується Мизв тепл (15), при цьому Мизв = 0. Для подальшого продування розраховують Мизв (16), а значення Мизв тепл приймається постійним, рівним для _0,1.. Розрахунки закінчуються при умовах Мизв сум = Мизв треб. Інтервал поміж додатками вапна приймається для конкретних умов роботи конвертора. Для конверторів заводу ім. Петровського прийнято 2 хвилини.

Таблиця 1. Допустимий тепловим станом ванни режим додатків вапняка (сумарна витрата до даного моменту продування, т)

Час, хв.	Вміст кремнію у чавуні,%
	0,6	0,8	1	1,2	1,4
2	0,1	0,5	0,9	1,4	1,8
4	0,6	1,2	1,8	2,5	3,1
6	0,8	1,5	2,2	2,9	3,6
8	1,4	2,1	2,8	3,5	4,2
10	1,9	2,6	3,3	4	4,7
12	2,5	3,2	3,9	4,6	5,3
14	3	3,7	4,4	5,1	5,8
16	3,6	4,3	5	5,7	6,4

У таблиці 1 наведен алгоритм регламентованих додатків вапняка, який має максимальний охолоджуючий єфект. Перерахунки на вапно з різним ступенем недопалу ведуться по величині охолоджуючого ефекту.

4. Дослідження та освоєння регламентованого шихтового режиму конверторної плавки

Регламентований шихтовий режим (РШР)для 60 т. конверторів розраховано на базі універсального алгоритму додатків вапна і представлено у вигляді таблиці 2. Дослідження РШР проводилось серіями промислових плавок з контролем усіх важливіших параметрів плавок. Результати зрівнювали з показниками валових плавок (табл.3)

При РШР значно зменшилася частка плавок з проміжним скачуванням шлаку, збільшилась основність кінцевого шлаку. При однакових з валовими плавками вмісті вуглеця та температурі металу на повалці конвертора, на дослідних плавках була менша окисленість шлаку і меньший вміст оксидів магнію. При РШР підвищується вихід придатного та зменьшуються питомі витрати чавуну.

Таблиця 2 Регламентований режим додатків вапна відповідно тепловому стану ванни до наданого терміну продування.

Siчуг, %	Маса вапна,т	Термін продування, хв.	Загальна маса на плавку,т
		2	4	6	8	10	12
0,6	Маса додатків	0,2	0,6	0,4	0,8	0,8	0,7	3,5
	Загальна	0,2	0,8	1,2	2,0	2,8	3,5
0,8	Маса додатків	0,7	1,0	0,4	0,8	0,8	0,7	4,4
	Загальна	0,7	1,7	2,1	2,9	3,7	4,4
1,0	Маса додатків	1,3	1,3	0,5	0,8	0,8	0,8	5,5
	Загальна	1,3	2,6	3,1	3,9	4,7	5,5
1,2	Маса додатків	1,9	1,5	0,6	0,8	0,8	0,8	6,4
	Загальна	1,9	3,4	4,0	4,8	5,6	6,4
1,4	Маса додатків	2,5	1,7	0,8	0,8	0,8	0,8	7,4
	Загальна	2,5	4,2	5,0	5,8	6,6	7,4

Таблиця 3 Порівняльні показники валової технології (А) та технології з регламентованим шихтовим режимом (Б).

№пп	Найменування показників	Варианти технології АБ
1	Колькість плавок	110	101
2	Склад чавуну, % Si Mn S P	0,822 0,605 0,036 0,05	0,877 0,574 0,035 0,048
3	Температура чавуну, 0C	1305	1304
4	Питомі витрати шихтових матеріалів: - рідкий чавун т/плавку кг/т.сталі - металобрухт т/плавку кг/т.сталі - вапно т/плавку кг/т.сталі	56.94 1009,0 6,6 116,5 4,26 70,12	58,72 999,35 6,34 107,9 4,20 72,53
5	Параметри металу на повалці: С ,% Mn ,% S ,% t м ,С	0,16 0,16 0,033 1630,5	0,18 0,18 0,030 1630,0
6	Термін продування, хв	19,92	19,82
7	Частка плавок зі скачуванням шлаку, %	35,2	9,2
8	Основність шлаку	2,41.	2,42
9	Окисленість шлаку,(FeO),%	15,4	14,45
10	Ступень вилучення сірки, %	4,15	14,3
11	Масса сталі, т	56,75	58,88
12	Вихід придатного, од.	0,893	0,905
13	Загальні витрати металошихти (лом + чугун) кг/т.сталі.	1120,0	1107,25

В цілому, дослідження РШР показали, що продування металу йде значно спокійніше, внаслідок чого зменшується частка плавок зі скачуванням шлаку. Формування шлаку йде при мінімізації в ньому оксидів заліза, знижується окисленість шлаку у всьому диапазоні кінцевих концентрацій вуглеця у металі, зменьшуються втрати заліза зі шлаком, за рахунок цього підвищується вихід придатного. Інтесифікація процесу шлакоутворення при одночасному знижені окисліності шлаку зменшує розчиненя футерівки у шлаці і сприяє підвищенню її стійкості. У таблиці 4 наведені показники плавок за кампанію роботи конвертора №2 за технологією РШР і прийнятою раніше на заводі

Таблиця 4 Показники работи конвертора №2

Показники	Валовий режим*	Дослідний режим*
Стійкість футеровки, плавки	193	225
Вміст кремнію у чавуні, % */	(0,56-0,38)/1,01	(0,55-1,42)/1,03
Витрати вапна, т	4,72	4,68
Температура сталі, 0С	1630	1632
Вміст заліза у шлаку, % */	(9,42-21,2)/14,7	(9,34-18,1)/13,9
Вміст (МgO), % */	(5.2-8.86)/7.84	(4.8-7.46)/5.97
Основність шлаку, од	2,71	2,83
Частка плавок зі скачуван. шлаку, %	46,0	11,2
Вихід придатного, %	88,42	89,86

^*/ - чисельник - диапазон відхилення фактору, знаменик - середне значення.

При практично однаковому вмісті кремнію у чавуні та температурі сталі частка плавок з проміжним скачуванням шлаку при РШР зменшилася з 46 до 11,2%, вміст заліза у шлаку знизився у середньому з 14,7 до 13,9% і, як наслідок, вихід придатного зріс з 88,42 до 89,86%, тобто на 1,44%.

При практично однакових витратах вапна основність шлаку зросла з 2,71 до 2,83, а вміст оксидів магнію зменшился у середньому з 7,87 до 5,97%. За рахунок цього стійкість футеровки конвертора зросла на 32 плавки або на 16,5%.

Звітні показники конверторного цеху по питомим витратам шихти після впровадження технології РШР у 1998р представлені у таблиці 5. Для порівняння у таблиці наведені показники роботи цеху за 1995р.

Ці дані були використані для оцінки економічної ефективності нової технології.

Таблица 5 Звітні показники роботи ККЦ після освоєння технології РШР

№ пп	Найменування показників	Термін роботи
		До освоєння (1995 г.)	Після освоєння (1998 г.)
1	Питома витрата рідкого чавуну, кг/т сталі	1011,0	985,0
2	Питома витрата металобрухта, кг/т сталі	122,0	138,0
3	Питома витрата ферросплавів, кг/т сталі	12,0	10,0
4	Питома витрата металошихти, кг/т сталі	1145,0	1133,0
5	Питома витрата вапна, кг/т сталі	76,0	81,0
6	Питома витрата кисня, м3/т сталі	73,0	68,0

5. Економічна ефективність технології регламентованого шихтового режиму

Розрахунки проводили у цінах 1998 р. Враховували зниження собівартісті сталі за рахунок зменьшення питомих витрат рідкого чавуну, економії феросплавів, дуттєвого кисня, а також зростання витрат за рахунок збільшення витрат металобрухту і вапна. Розрахункова економічна ефективність склала 3,28 грн/т сталі, річний екомомічний ефект при обсязі виробництва у 1998р 752360 т. склав 2468 тис. грн. на рік.

Комісія підприємства оцініла економічну ефективність технології регламентованого шихтового режиму по результатах роботи цеху у першому півріччі 1999р. Вона склала 3,8 грн/т сталі у цінах 1999р.

ВИСНОВКИ

1. Аналіз літературних джерел показав, що при переробці у конверторі чавуну з підвищеним вмістом кремнію (більше за 1,0%) відмічається погіршення техніко-економічних показників процесу - знижується вихід придатного, зменшується стійкість футерівки. Виникають ускладнення в ході плавки - виявляється схильність до надмірного пінення шлаку, викидів.

2.Проміслові дослідження переробки у конверторах чавуну з підвищеним вмістом кремнію в умовах металлургійного заводу ім. Г.І. Петровського також показали, що при вмісті кремнію у чавуні більш 0.9% зростає ймовірність значного вспінювання шлаку і викидів шлакометалевої эмульсії, що в свою чергу потребує проміжного скачування шлаку, в тому разі і дворазового. Частка плавок зі скачуванням шлаку різко зростає при вмісті кремнію у чавуні больш за 0,9%, а при Si больш 1,3% скачування шлаку проводиться практично на усіх плавках.

3. Встановлено, що для мінімізації втрат металу зі скачуємим шлаком, необхідно регламентувати режим скачування шлаку. Оптимальний термін є 6 - 8 хвилини продування. При більш пізньому скачуванні шлаку вихід придатного знижується у всьому діапазоні вмісту кремнію у чавуні.

4. Встановлено, що при підвищеному вмісті кремнію у чавуні в результаті проміжного скачування шлаку температура металу на повалці конвертора вище у всьому діапазоні концентрацій залишкового вуглецю у металі. Основність кінцевого шлаку підвищується на 0,4 од. при вмісті вуглеця в металі більше за 0,2%. Істотне поліпшення рафінування металу від сірки відмічається лише при її вмісті у чавуні більше за 0,045%.

5. На основі теоретичного аналізу фізико-хімічних процесів в сталеплавильній ванні і експериментальних досліджень розроблена модель динаміки окислення кремнію в ході продування, яка заснована на дифузійному режимі процесу і враховує зміну лімітуючої ланки. Експериментально визначена константа швидкісті процесу окислення кремнію. Модель адекватно описує поведінку кремнію в ході плавки при різному його вмісті у чавуні.

6. Розроблені модель і методика розрахунку динамічного теплового балансу конвертерної ванни, що базується на динаміці процесів окислення кремнію і вуглецю. Виконані розрахунково-аналітичні дослідження впливу динаміки окислення кремнію у ході конверторної плавки на тепловий стан ванни.

7. На основі термодинаміческих даних визначен охолоджуючий ефект вапна в залежності від міри його випалення (вмісту недопалу у вапні) і температури ванни в момент його додатку. Підвищення ступеню недопалу на 1% веде до зростання охолоджуючого ефекту вапна на 26,81 кДж/кг.

8. Розрахунками показано, що в умовах конверторного цеху заводу при вмісті кремнію в чавуні більше за 0,6% і використанні високоякісного вапна сумарна маса його додатків, допустимих динамічним тепловим балансом періоду окислення кремнію, перевищує технологічно необхідну для отримання кінцевого шлаку з основністю 2,7. При використанні вапна з недопалом біля 50 % і більше, що характерно для умов заводу ім. Г.І. Петровського, сумарна маса його додатків, допустимих динамічним тепловим балансом періоду окислення кремнію, менша, ніж потрібно для отримання кінцевого шлаку заданої основності (2,7-2,8). Подальши додатки вапна необхідно здійснювати по ходу процесу зневуглецювання металевої ванни. Розраховано допустимий в умовах заводу ім. Г І.Петровського рівень недопалу у вапні в залежності від вмісту кремнію у чавуні.

9. Розроблено універсальний алгоритм розрахунку маси додатків вапна, заснований на динамічному тепловому балансі конвертерної ванни, і методика перерахунку маси додатків в залежності від ступеня недопалу вапна.

10. Для 60 т. конвертерів розроблений регламентований шихтовий режим, який визначає темп додатків вапна в залежності від вмісту кремнію у чавуні і якості вапна.

11. Встановлено, що при регламентованому шихтовому режимі поліпшуються найважливіші технологічні показники процесу:

- знижується ймовірність викидів шлакометалевої емульсії, що скорочує частку плавок, які проводяться зі скачуванням шлаку;

- знижуються втрати заліза зі скачуємим і кінцевим шлаками;

- забезпечується формування шлаку достатньої основністі при мінімізації вмісту в ньому оксидів заліза;

- зменшується знос футеровки;

- знижується окисленість шлаку у всьому діапазоні кінцевого вмісту вуглеця у продутому металі.

12. У результаті впровадження регламентованого шихтового режиму в конверторному цеху металургійного заводу ім. Г.І. Петровського в 1998 році питомі витрати металошихти знизились на 12 кг/т сталі, в тому разі: рідкого чавуну на 26 кг/т сталі, феросплавів на 2кг/т сталі і витрати металобрухту зросли на 16 кг/т сталі. Питома витрата кисню поменшала на 5м³/т сталі.

Вихід придатного підвищено на 5,68 кг/т сталі, витрата конвертерних вогнетривів знижена на 2,32 кг/т сталі, собівартість сталі знизилася на 3,8 грн/т. у цінах 1999р., що підтверджено відповідним актом.

ПЕРЕЛІК ОПУБЛІКОВАНИХ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ РОБІТ

1. Некоторые особенности технологии конвертерной плавки в современных условиях /А.Д.Зражевский, Я.Л. Альперович, В.Е.Резун, В.Б.Охотский,// Металлургическая и горнорудная промышленность, №2, 1996.- с 10-11.

2. Анализ причин износа футеровки конвертера /А.Д.Зражевский, Я.Л.Альперович, Ю.Г.Егоров, В.Б.Охотский // Металлургическая и горнорудная промышленность. №3-4, 1996.- с 16- 18.

3.Влияние скачивания шлака на некоторые параметры кислородно - конвертерного процесса/ В.Б.Охотский, Я.Л.Альперович, В.И.Пищида, А.В.Шибко //Металлургическая и горнорудная промышленность. №4, 1997.- с.24-26.

4.Особенности технологии конвертерной плавки в современных условиях /А.Д.Зражевский, Я.Л. Альперович, В.Б.Охотский, С.В.Бочка// Сталь , № 8 , 1997.- с.18-20.

5.Регламентированный шихтовый режим конвертерной плавки / В.Б.Охотский, Я.Л.Альперович, В.И.Пищида //Металлург. №7, 1997.-с.34-35.

6.Особенности технологии конвертерной плавки в современных условиях /А.Д.Зражевский, Я.Л. Альперович, В.Б.Охотский, С.В.Бочка. // Труды 4-го конгресса сталеплавильщиков. М.: Черметинформация, 1997.- с. 63 - 65.

7. Сравнение способов передачи чугуна в сталеплавильные агрегаты / А.Д.Зражевский, Я.Л. Альперович, В.И.Пищида, В.Б.Охотский // Металлургическая и горнорудная промышленность. №4, 1997.- с.20-22.

8.Спосіб виплавки сталі у кисневих конверторах// Охотський В.Б., Зражевський О.Д., Альперович Я.Л. та інш. Патент Украіни. (11) 19000 А, (51) 6С 21 С 5/28, .(21) 96041525 від 17.04.96.

9. Спосіб виплавки сталі у конверторах //Охотський В.Б., Зражевський О.Д., Альперович Я.Л. та інш.

Размещено на Allbest.ru