Исследование технологических возможностей увеличения производительности кислородных конвертеров

Увеличение CaO и снижение окисленности шлака на опытных плавках способствует меньшему разрушению футеровки конвертера. Увеличение MgO на опытных плавках составило 0,14%, на сравнительных - 0,32%. С учетом изменения состава шлака и продолжительности его нахождения в конвертере между отборами проб шлака разрушающее воздействие шлака в этот период было на опытных плавках меньшена

Таким образом, в конвертерном производстве АО «Северсталь» разработана и опробована технологическая схема присадки извести при выплавке низкоуглеродистой стали, обеспечивающая меньшее разрушение футеровки конвертера. 3

5.4 Машина замера параметров плавки (МЗПП)

В настоящее время машина замера параметров плавки (МЗПП) или измерительная фурма является составной частью современных кислородно-конвертерных цехов. Использование МЗПП обеспечивает контроль за достижением заданного содержания углерода и температуры металла перед выпуском из конвертера без повалок.

Ограничением в увеличении производства стали металлургическими комбинатами полного цикла является производительность конвертерного цеха. В среднем требуется от 8 до 10 мин от момента окончания продувки кислородом до выпуска плавки, за которые производится повалка конвертера, измерение температуры расплава, отбор пробы и ожидание результата анализа. При додувках плавки это время значительно увеличивается. Одной из самых эффективных возможностей повышения производительности конвертера является внедрение технологии прямого выпуска плавки (без повалки для измерения температуры и отбора пробы). Такая технология уже используется на многих зарубежных сталеплавильных заводах.

Рисунок 5. Машина замера параметров плавки (МЗПП) без повалки

Внедрение технологии выплавки стали в ККЦ №2 с использованием МЗПП позволяет обеспечить требуемые температуру и химический состав стали, значительно уменьшить количество додувок плавок, сократить цикл плавки.

Передвижной тип МЗПП (рисунок 5) позволяет перемещать измерительную фурму в безопасную зону для замены измерительного блока, полностью отказаться от проведения повалки и выполнять измерения параметров плавки с помощью МЗПП по ходу и после окончания продувки ванны.

Надежность полученных с помощью измерительной фурмы результатов в значительной мере определяется возможностями зондов, с помощью которых производится это измерение.

МЗПП передвижного типа дает возможность избежать повреждений от пламени при заливке чугуна в конвертер за счет своего перемещения и позволяет производить смену зонда на рабочей отметке +11,5 м, избегая в данном случае необходимости иметь специальную рабочую единицу на площадке + 31 м для работы по смене зондов и текущему обслуживанию измерительной фурмы.

Возможности МЗПП дополняются уникальными возможностями зондов БС-2000-2ТПО (рисунок 6). Использование этого зонда позволяет существенно сократить количество додувок плавки, непроизводительные простои конвертера и уменьшить количество промежуточныхповалок конвертера для измерения температуры и отбора пробы.

Рисунок 6. Сменные зонды

Зонды БС-2000-2ТПО предназначены для двукратного контроля температуры без смены зонда, однократного контроля окисленности и отбора пробы жидкого металла, состоят из двух головок термопреобразователя и пробницы, которые находятся в гильзе из картона и защищены металлическими колпачками со стороны погружения в расплав. При использовании зонд погружается в расплав дважды - первый раз производится предварительное измерение температуры расплава в ходе плавки без отключения продувки, после первого замера первая головка отгорает и открывает доступ к второй головке, при втором погружении сменного блока в расплав происходит замер температуры, окисленности и отбор пробы металла перед выдачей плавки.

Первый замер позволяет корректировать продолжительность и интенсивность кислородного дутья, что обеспечивает высокую вероятность получения заданной температуры металла без дополнительныхдодувок плавки. Второй замер (для измерения температуры и окисленности, а так-же отбора пробы) после окончания продувки позволяет рассчитывать содержание углерода в стали и количество раскислителя для предварительного раскисления металла во время его выпуска.

Основные составляющие системы МЗПП:

? Механизм перемещения измерительной фурмы.

? Измерительная фурма.

? Расходуемый зонд БС-2000-2ТПО.

? Вторичный прибор.

? Программируемый логический контроллер.

Графическая станция визуализации контроля измерения химического состава стали на рисунке 7.

Контролируемые параметры плавки:

1) температура металла;

2) окисленность металла;

3) температура шлака;

4) высота слоя шлака;

5) уровень металла;

6) содержание углерода в расплаве.

Параметры позволяют осуществлять:

? Контроль износа донной части футеровки конвертера.

? Определение рабочей высоты кислородной фурмы.

? Своевременная оценка содержания фосфора (методология ММК).

? Оптимизация расхода ферросплавов (уменьшение загрязнения металла неметаллическими включениями).

Рисунок 7. Графическая станция визуализации контроля измерения химического состава стали

Рисунок 8. Графическое отображение замера зондом БС-2000-2ТПО

Сопоставлением графиков изменения температуры, окисленности и высоты положения измерительной фурмы (рисунок 8), помимо измеренных параметров металла, определяются температура и окисленность шлака, высота слоя шлака в конвертере.

Преимущества использования МЗПП:

1. Контроль параметров плавки без повалки конвертера

2. Снижение времени плавки минимум на 3 минуты, до двух дополнительных плавок в сутки одним конвертером

3. Увеличение стойкости футеровки конвертера (ММК - стойкость конвертера 6 тыс. плавок).

6. Производительность конвертера

Эффективность работы сталеплавильного агрегата оценивается прежде всего его производительностью и себестоимостью выплавляемой стали.

Широкое развитие кислородно-конвертерного процесса обусловлено в первую очередь его высокой производительностью

Производительность конвертера определяется его номинальной вместимостью, связанной с массой загружаемой на плавку металлошихты через коэффициент, называемый выходом жидкой стали, а также продолжительностью цикла плавки, простоями и выходом годных слитков или литых заготовок, зависящем от потерь металла при разливке.

Работу конвертеров характеризуют годовой, а также часовой производительностью.

Годовую производительность в слитках (литых заготовках) можно определить по формуле:

где А - годовая производительность, т/год;

M - масса металлошихты, т;

t - длительность плавки, мин;

1440 - число минут в сутках;

п - число рабочих суток в году;

а - выход годных слитков (литых заготовок) из металлической шихты, %;

Иногда под M подразумевают массу жидкой стали; в этом случае а - выход годных слитков по отношению к массе жидкой стали.

При разливке в изложницы а равно 97,5 - 99,5%; при непрерывной разливке - около 95%. Производительность цеха зависит от производительности конвертера и числа одновременно работающих агрегатов N:

Обычно планируется, что один из трех конвертеров, установленных в цехе, находится в ремонте или горячем резерве. Резервный конвертер может включаться в работу, однако производительность цеха при этом возрастает непропорционально увеличению числа работающих конвертеров из-за организационных трудностей в снабжении чугуном, металлоломом, кислородом, сталеразливочными ковшами и т.п.

Длительность плавки складывается из длительности продувки, зависящей только от удельной интенсивности продувки, и из времени вспомогательных операций.

Работы последних лет показали возможность значительного повышения скорости подачи кислорода в конвертерную ванну. Если первые конвертерные цехи были рассчитаны на интенсивность продувки в пределах 2-3 м³/(тмин), то в настоящее время освоена продувка с интенсивностью 4-5 м³/(тмин) и более. На опытных промышленных плавках был успешно опробован ввод кислорода в количестве 10-15 м /(тмин).

Перевод конвертеров на интенсивную продувку несколько усложняет сталеплавильный процесс. Кроме организационно-технических мероприятий (повышение мощности кислородных установок, увеличение пропускной способности газового тракта), необходимо принимать меры к обеспечению раннего шлакообразования. В настоящее время есть возможность строить новые конвертерные цехи со значительно более высокими скоростями продувки и реконструировать существующие. 2

Позитивные результаты достигаются при улучшении организации вспомогательных операций. В частности, при хорошей подготовке лома можно производить его завалку одним - двумя совками, что сокращает длительность этой операции.

Большая экономия времени возможна при организации текущего контроля состава и температуры ванны. Только за счет исключения додувок можно сократить цикл плавки на 4-6 мин.

Число рабочих суток в году зависит от организации работ в конвертерном цехе. Простои конвертера определяются стойкостью футеровки и продолжительностью ремонтов и составляют 9-13% к календарному времени.

Организационные простои имеют место в основном из-за отсутствия чугуна, скрапа и т.п. Практика работы показывает, что их количество составляет 3-4%.

Технологические простои связаны главным образом с торкретированием и подваркой футеровки, раздувом шлака и ремонтом летки (около 5% календарного времени).

Технические простои вызываются необходимостью ремонта оборудования и составляют 1,4-3,0% в зависимости от емкости конвертера.

С учетом того, что один из трех или двух установленных в цехе конвертеров находится в ремонте или резерве, количество простоев не должно превышать в первом случае 33%, а во втором 50% календарного времени.

При отсутствии резервного конвертера число рабочих суток определяют с учетом того, что в зависимости от стойкости футеровки через определенное число плавок конвертер останавливают на ремонт. Продолжительность ремонтов - от 3 до 5 суток.

Выход годного. Факторы, влияющие на выход жидкой (годной) стали, были рассмотрены выше. В дополнение необходимо отметить, что выход годного в значительной мере зависит от метода разливки (сифоном, сверху или на MHЛЗ) и по опыту работы многих заводов составляет 86 - 91% от массы металлошихты.

Часовая производительность крупнотоннажных конвертеров (250-400 т) достигает 500-700 т/ч, что в несколько раз выше часовой производительности мартеновской или электродуговой печи. 2

Себестоимость стали определяется расходом и стоимостью металлической шихты (чугун, скрап, ферросплавы), дополнительных материалов (известь, доломит, плавиковый шпат и т.п.) и стоимостью передела, включающей расходы на огнеупоры, кислород, электроэнергию, сменное оборудование и т.д.

Определяющей статьей в себестоимости стали является стоимость металлической шихты, которую можно существенно уменьшить, снизив потери металла при продувке и разливке. Существенное снижение расходов по переделу можно достигнуть при сокращении длительности плавки, повышении стойкости футеровки и увеличении масштабов производства. При переработке передельного чугуна достигнуты следующие технико-экономические показатели: расход лома - 20-30% от массы металлошихты, извести - 50-65 кг/т стали, технического кислорода - 50-57 м³/т стали. Удельный выход шлака связан с расходом извести и его окисленностью. Он составляет 120-140 и 160-200 кг/т стали соответственно при обычном и фосфористом переделе. Расход плавикового шпата колеблется от 2 до 10 кг/т стали, возрастая с увеличением доли ответственных и углеродистых марок стали. 2

Удельный расход огнеупоров колеблется от 1,5 до 5 кг/т стали, причем наименьшее значение относится к случаям, когда используются варианты торкретирования футеровки и раздува шлака. Этот показатель в 3-4 раза меньше, чем в мартеновском процессе.

Производительность труда в конвертерном цехе на одного трудящегося составляет 4500-5000 т/год и более, что на 30 - 50% выше, чем в мартеновском.

Вместе с тем в кислородно-конвертерном производстве имеется ряд нерешенных проблем:

1. Повышенный расход металлошихты (1120-1135 кг/т при 1080-1100 кг/т в мартеновских печах), что объясняется более высоким расходом чугуна, значительными потерями металла в виде угара и выбросов.

2. Высокий расход чугуна и небольшое количество перерабатываемого лома.

3. He всегда достаточно успешное шлакообразование и в отдельных случаях неполное растворение извести в шлаке.

В то же время эти особенности скорее являются резервами процесса, чем его недостатками. Об этом свидетельствует постоянный рост единичной мощности конвертеров, повышение стойкости футеровки, возрастание интенсивности продувки, увеличение выхода годного и повышение качества металла. В ходе совершенствования процесса возникают новые модификации и технологии, имеющие более высокие технико-экономические показатели. К ним относятся различные способы передела фосфористых, природно-легированных чугунов, использование вариантов донной и комбинированной продувки кислородом.

7. Сталеплавильное производство: резервы, развитие и повышение эффективности

1. Применение альтернативных видов металлошихты для сырьевой диверсификации плавки. На протяжении последних лет отмечается снижение качества металлолома: уменьшается доля качественного лома, увеличивается содержание цветных металлов и неметаллических материалов. При этом требования к металлопродукции, и, соответственно, выплавляемому металлу непрерывно возрастают. Такая тенденция является общемировой и сохранится и в ближайшем будущем. В РФ такими материалами на текущий момент времени являются: синтиком (брикетированные оксиды железа с восстановителем) и т.н. чугунные «наггетсы», производимые по технологиям Itmk3 (отечественный аналог - технология MTRCI).

2. Комплексная переработка жидких сталеплавильных шлаков с возвратом металлической составляющей и получением товарной продукции. Сталеплавильные шлаки на отечественных металлургических комбинатах проходят переработку при помощи дробильно-размольных комплексов, куда попадают после длительного периода «вылеживания» в отвалах. Время цикла - ориентировочно год. Из шлаков производятся различные строительные материалы - дорожный щебень, блоки и пр. Процесс энергетически затрачен и экологически не безопасен. Вместе с тем, имеется возможность перерабатывать сталеплавильные шлаки в товарную продукцию одностадийным процессом еще в жидком состоянии. При этом процесс может быть реализован в две стадии: 1) жидкофазное извлечение железа, в т.ч. восстановлением из оксидов, 2) переработка жидкого шлака в щебень с извлечением железа и CaO-содержащего продукта для возврата в производство.

3. Применение интеллектуальных систем управления технологическими процессами. Современные средства автоматизированного управления позволяют собирать, обрабатывать и хранить колоссальное количество данных о протекающих технологических процессах. Однако, как правило, даже лучшие иностранные системы работают в режиме т.н. допускового контроля. Это позволяет установить причины возникновения того или иного дефекта постфактум, но не позволяет предсказать его появления и принять соответствующие меры для предотвращения развития, хотя, казалось бы, объем сведений для проведения необходимых корректировок on-line имеется. К настоящему времени разработаны и опробованы алгоритмы в технологической цепочке «сталеплавильный агрегат-МНЛЗ», которые позволяют прогнозировать качество непрерывнолитой заготовки с вероятностью 97% и в идеале получать бездефектную заготовку. Нужно отметить, что в качестве исполнительного звена интеллектуальной системы может применяться универсальный промышленный робот, что позволит не только значительно улучшить условия труда на разливочной площадке, но и практически исключить влияние человеческого фактора.

4. Применение альтернативных способов физического воздействия для повышения качества непрерывнолитой заготовки. В настоящее время для улучшения качества непрерывнолитой заготовки широко применяются системы электромагнитного перемешивания (сортовые заготовки, блюмы) и системы динамического мягкого обжатия (слябы). Но в отдельных случаях и они не всегда помогают достичь необходимых результатов и отличаются высокой энергоемкостью (ЭМП) и повышенной сложностью (мягкое обжатие), что ограничивает их применение на действующих МНЛЗ. Вместе с тем имеются альтернативные способы физического воздействия на структуру и поверхность непрерывного слитка, которые могут применяться как вместо традиционных систем, так и вместе с ними. Такими способами являются ввод расходуемых макрохолодильников с наложением вибраций и подвод ультразвуковых колебаний к стенкам кристаллизатора.

5. Разработка основных решений по технологии непрерывного литья слябов толщиной 250-450 мм на криволинейной МНЛЗ. Для реализации газотранспортных проектов, освоение арктического шельфа, строительство судов ледового класса требуются толстые листы и плиты, которые должны обладать определенным комплексом физико-механических и эксплуатационных свойств. Эти свойства могут быть обеспечены при использовании непрерывнолитых заготовок (слябов) достаточной толщины, которая позволит достичь кратности деформации на уровне не менее 8…10. Для указанной металлопродукции толщина заготовки в этом случае должна лежать в пределах 350…450 мм. Такие заготовки в РФ не производятся (355 мм максимум, НЛМК) и поставляются по импорту, либо могут быть произведены путем ковки из отливок по довольно затратной технологии (выход годного ~50%). Для снижения зависимости от зарубежных поставок необходима комплексная работа с привлечением ОАО «Уралмашзавод» для разработки основных решений по технологии и оборудованию отечественной МНЛЗ, которая по решению акционеров рассматривается к реализации на базе «Тулачермет-Сталь» в рамках строительства второй очереди сталеплавильного комплекса.

6. Разработка литейно-прокатных комплексов на основе двухвалковой литейной машины для производства листовой продукции общего. На рынке металлопродукции имеется спрос на горячекатаную листовую продукцию с различными покрытиями (цинковыми, полимерными) строительного назначения. Как правило, не имея собственных средств для реализации крупного инвестиционного проекта, заказчики ставят в приоритет небольшую величину капитальных затрат, что приводит к целесообразности применение технологии получения листа на двухвалковых литейных машинах (по типу Castrip). Покупка оборудования у Nucore зачастую также не по карману отечественным предпринимателям, а уровень собственных разработок, которые вел ВНИИметмаш совместно с ЦНИИчермет в 80-х годах, не позволяет сделать качественное коммерческое предложение. Требуется значительный объём НИОКР, которые, к сожалению, желающие получить данную технологию, финансировать не хотят.

7. Применение полунепрерывной разливки для производства крупных слитков для производства поковок. Полунепрерывное литье может применяться в производстве особо крупных слитков для производства поковок взамен литья в изложницы. Это существенно повысит выход годного до 80…90% и снизит себестоимость изделий.

Список использованной литературы

1. Теоретические основы сталеплавильных процессов. Учебное пособие для вузов/ Р.С. Айзатулов и др.-М.:МИСИС, 2002.-320 с.

2. Кудрин В.А. Теория и технология производства стали: Учебник для вузов / В.А. Кудрин - М.:Мир, 2003. - 528 с.

3. Урюпин Г.П. Совершенствование технологии выплавки низкоуглеродистой стали в 350-т конвертерах./ Г.П. Урюпин, С.Д. Зинченко, В.Д. Кулешов, Л.Н. Канаплин, А.Б. Лятин // Труды третьего конгресса сталеплавильщиков. - 1996. - С. 76 - 80.

4. Нугуманов Р.Ф. Новые направления в техгнологии нанесения шлакового гарнисажа на футеровку кислородных конвертеров. /Р.Ф. Нугуманов, Г.Р. Галиуллин, Е.В. Протопопов, А.Г. Чернятевич, В.В. Соколов, А.В. Амелин. // Труды девятого конгресса сталеплавильщиков. - 2007. - С. 118-123.

5. Косырев К.Л. Черная металлургия России на современном этапе/ /Л.К. Косырев // Труды XIII конгресса сталеплавильщиков. - 2014. - С. 14-18.

6. Григорьев В.П. Конструкции и проектирование агрегатов сталеплавильного производства/ В.П. Григорьев [и др.] / М.: Изд-во МИСИС, 1995.-562 с.

7. Чернятевич А.Г Определение размеров кислородного конвертера: Методическое указание / Сост.: А.Г. Чернятевич, Г.И. Веревкин: СМИ. - Новокузнецк, 1984.-13 с.

8. Герасименко И.П Проектирование кислородной фурмы для кислородно-конвертерного процесса: Методические указания / Сост.: И.П. Герасименко: СМИ. - Новокузнецк, 1983.-24 с.

9. Теоретические основы кислородно - конвертерного производства стали [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.findpatent.ru/patent/230/2308695.html. -16.03.2018

10. Черная металлургия. Нынешнее состояние, проблемы и перспективы развития металлургии [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://emchezgia.ru/proektirovanie/38_konverternye_tsehi.php. - 16.03.2018.

Размещено на Allbest.ru