4.9 Показатели и перспективы мартеновского производства стали

Плавка стали в мартеновских печах отличается от обычной конвертерной необходимостью подвода тепла извне и более высо­ким расходом лома в шихту, что обуславливает меньшую общую энергоемкость. Для оценки ресурсоемкости мартеновского процесса рассмотрим материальный и тепловой балансы скрап-рудного и скрап-процесса при выплавке углероди­стой стали.

Материальный баланс мартеновского процесса отличается от конвертерного не только меньшим расходом чугуна, но и металлошихтыв целом. Например, мартеновский скрап-процесс может быть нормально проведен при расходе чугуна 300 кг/т, тогда как для обычной конвертерной плавки требуется не менее 800 кг/т. Общий расход металлошихты в мартеновском процессе обычно 1125-1135 кг/т стали, тогда как в конвертерном процессе на 10-15 кг/т боль­ше.

Тепловой баланс. В мартеновском процессе его составление имеет важное значение прежде всего для определения недостатка тепла на процесс и необходимого расхода топлива. Удельный дефицит тепла в мартеновских процессах может изменяться в очень широких пределах: 600-1500 МДж/т. Обычно ко­эффициент использования топлива (к.и.т.) составляет 22-27%, по­этому расход условного топлива колеблется в пределах 80-140 кг/т для скрап-рудного и 160-220 кг/т для скрап-процесса. Минимальный расход топлива наблюдается при высоком расходе жидкого чугуна и продувке ванны кислородом (кислородный мартеновский процесс), максимальныйпри самом низком расходе твердого чу­гуна в скрап-процессе. Однако общая энергоемкость скрап-процесса с учетом прошлых затрат значительно меньше, чем скрап-рудного.

Удельный расход топлива в мартеновском процессе, кроме расхода чугуна и его физического состояния, зависит от вместимо­сти печи и продолжительности плавки. Чем больше вместимость печи, тем меньше удельный расход топлива. При прочих равных условиях, чем меньше продолжительность плавки, тем меньше расход топлива.

Мартеновский процесс сыграл огромную роль в производстве стали в XIX-XX веках. Однако в современных условиях у него можно отметить ряд недостатков. Во-первых, низкая производительность, во-вторых, большие трудности в синхронизации плавки стали в мартеновской печи и разливки стали на МНЛЗ, в-третьих, большой расход огнеупорных материалов и доля ручного труда при ремонтах печей, в-четвертых, более тяжелые условия труда.

По этим причинам мартеновский процесс неуклонно вытесняют кислородно-конвертерный и электросталеплавильный. В значитель­ных объемах мартеновское производство сохранилось лишь в Китае, России и Украине, что объясняется недостатком финансовых средств при модернизации сталеплавильного производства.

4.10 Сущность работы двухванных сталеплавильных агрегатов

Практика интенсивной продувки мартеновской ванны кислородом показала, что не достигается теоретически ожидаемое улучшение теплового баланса и уменьшение расхода топлива. Основная причи­на этого несоответствия заключается в неудовлетворительном исполь­зовании тепла реакции окисления СО, выделяющегося из ванны. При нормальном ходе обычного мартеновского процесса СО полностью окисляется до СО₂ над ванной, тепло этой реакции используется для нагрева ванны, причем лучше, чем тепло топлива. При интенсивной продувке мартеновской ванны кислородом выделяется такое боль­шое количество СО, которое полностью окислить до СО₂ в рабочем пространстве не удается, и использование тепла этой реакции для нагрева ванны снижается, ухудшая тепловой баланс плавки.

Отрицательным последствием неполного окисления СО до СО₂ в рабочем пространстве также является неизбежный перегрев нижнего строения печи, в первую очередь насадок регенераторов, и быстрый выход их из строя.

Вследствие указанных недостатков мартеновской печи необходи­мо было создать новый сталеплавильный агрегат, в котором процесс можно было проводить с более интенсивной продувкой, чем в мар­теновских печах, максимально используя при этом тепло дожигания СО до СО₂. По своим габаритам агрегат должен быть таким, чтобы его можно было поставить вместо мартеновских печей. Этим требо­ваниям соответствует двухванная печь (см. рисунок 10). Рабочее пространство имеет две ванны, каждая из которых снабжена тремя фурмами для подачи кислорода и шестью газо-кислородными горелками, расположенными в своде и предназначенными для ото­пления печи.

1 - кислородные фурмы, 2 - сводовые газо-кислородные горелки

Рисунок 10 – Схема устройства рабочего пространства двухванной печи

В каждой ванне плавка ведется со смещением примерно на половину продолжительности, т. е. конец плавки в одной ванне соответствует середине плавки в другой. В первой ванне, в кото­рой процесс закончен, осуществляются выпуск плавки, заправка ванны, завалка твердых шихтовых материалов и их прогрев глав­ным образом теплом реакции окисления выделяющегося из второй ванны СО до СО₂ и частично теплом топлива, подаваемого через сводовые горелки. В это время во второй ванне производится продувка металла кислородом. Образующийся при этом СО час­тично окисляется до СО₂ над второй ванной, но главным образом при переходе в первую ванну. Использование тепла этой реакции оказывается эффективным, так как, во-первых, происходит полное окисление СО до СО₂, во-вторых, тепло воспринимают холодные твердые материалы.

Благодаря этому, хотя процесс в двухванных печах имеет во много раз большую продолжительность (3—4 ч), чем в кис­лородных конвертерах (15- 20 мин), в двухванных печах возможна переработка большего количества лома, чем в конвертерах. Так, плавку в двухванных печах можно вести с использованием до 35% лома, расходуя при этом топлива всего 10-15 кг/т, причем в основном на поддержание печи в рабочем состоянии во время ее заправки.

Изменение направления движения газов (перекидка) произво­дится один раз в середине плавки. Газы уходят из печи со стороны ванны, где идет первая половина плавки, которую часто называют холодным периодом.

Основной особенностью работы двухванной печи является высокоэффективное использование тепла окисления до СО₂ оксида углерода СО, выделяющегося при интен­сивной продувке металла кислородом.

Внешне двухванная печь мало отличается от мартеновс­кой. Первая половина плавки (заправка печи, завалка и прогрев шихты, заливка чугуна) проводится, как в мартеновском процессе, но только за более короткое время. В течение первой половины плавки происходит интен­сивный нагрев твердой шихты теплом, подводимым извне: теплом окисления СО до СО₂, образующегося в соседней ванне, и теплом топлива, т. е. ванна в течение первой половины плавки отапливается, что и дает основание агрегат называть печью, а не конвертером.

Вторая половина плавки — окислительное рафинирование, проводится, как в кислородном конвертере, но с меньшей интенсивностью продувки. Удельная интенсивность про­дувки в двухванных печах обычно составляет 0,4-0,6 м³/(т-мин) или 25-35 м³/(тч). Она в первую очередь ограничивается пропускной способностью дымового тракта печи, а также продолжительностью первой половины плавки (синхронность работы двух ванн). При увеличении пропускной способности дымового тракта и сокращении продолжительности первых опера­ций (заправки и завалки) возможно повышение интенсивности продувки до >1 м³/(т-мин).