61 Продувка стали инертным газом

К 2000 г. структура сталеплавильного производства Украины, а также его ресурсо- и энергоемкость значительно отличались от аналогичных показателей ведущих стран мира (таблица 1.1).

Из приведенных данных видно, что металлургия Украины отличалась очень высокой долей мартеновского производства и малой долей электростали, малой долей стали, разливаемой на МНЛЗ, и высокими расходами железорудной шихты, кокса и металлической шихты на производство 1 т проката.

К 2008 г. структура сталеплавильного производства Украины качественно не изменилась.

В 2006 г. было выплавлено 40,9 млн. т стали, в том числе: кислородно-конвертерная – 51,7%; электросталь – 3,7%; мартеновская – 44,6%.

В 2007 г. в кислородно-конвертерных цехах было выплавлено 51,4% общего количества стали, в электросталеплавильных – 3,8%, в мартеновских – 44,8%. Доля стали, разливаемой на МНЛЗ, составила 30 – 35%.

Программа развития горно-металлургического комплекса Украины до 2015 – 2020 г.г. предполагает выплавку в кислородно-конвертерных цехах 43 – 44 млн. т стали, в электросталеплавильных цехах (с учетом машиностроения) – 9 – 10 млн. т и в мартеновских цехах – 2,0 – 2,5 млн. т. Предполагается, что в 2015 – 2020 г.г. до 80% выплавленной стали будет разливаться на МНЛЗ.

Мнение большинства специалистов совпадает в том, что в обозримом будущем резкого роста объема выплавки стали не предполагается. Поэтому главное внимание будет уделяться разработке технологий и агрегатов, которые обеспечат значительное повышение качества стали, снижение энергоемкости металлургического производства и негативного воздействия его на окружающую среду.

Из приведенных выше данных видно, что в ближайшие годы на металлургических предприятиях Украины будет происходить ускоренный вывод из эксплуатации мартеновских цехов и замена мартеновской стали кислородно-конвертерной.

62Перемешивание металла в процессах внепечной обработки.

Перемешивание расплава в ковше является обязательной операцией внепечной обработки. Известно, что в сочетании с интенсивным перемешиванием скорость рафинирования металла различными технологическими средствами существенно возрастает, становится возможным реализация эффективного дугового нагрева и вакуумной обработки раскисленной стали. Более того, путем перемешивания достигают требуемые по условиям разливки степень однородности температуры и химического состава стали, которые в значительной мере определяют технико-экономические показатели процесса производства.

Принято считать, что для достижения максимальной равномерности химического состава целесообразнее использовать электромагнитное перемешивание, а для глубокого рафинирования (десульфурация и дегазация) – продувку аргоном.

Пузырьки газа, которые проходят при продувке весь металл по высоте, способствуют его рафинированию. Интенсивное перемешивание ускоряет доставку неметаллических включений к поверхности раздела металл – шлак и удаление их из стали, чему способствует флотация неметаллических включений пузырьками продуваемого газа. Так как парциальное давление, например, водорода в пузырьках инертного газа практически равно нулю, они по отношению к растворенному водороду являются «вакуумными» полостями и экстрагируют газ из металла.

Известно, что характер и интенсивность движения стали в ковше зависят от ряда параметров продувки, которые влияют на ее эффективность, в частности на степень гомогенизации металлической ванны [198]. На основании исследований поведения металла при продувке в различных агрегатах установлена зависимость времени, необходимого для достижения определенной степени гомогенизации, от параметров продувки, основным из которых является диссипация энергии. Так, величина диссипации энергии увеличивается, а время, необходимое для гомогенизации стали в ковше при заданной температуре, уменьшается с повышением скорости поступления газа в металл, а также с увеличением глубины барботажной зоны. С увеличением массы металла и диаметра ковша время гомогенизации увеличивается.

Современная техника пневматического перемешивания сравнительно проста и надежна в обслуживании и эксплуатации. Разработанные и широко применяемые технологические варианты обеспечивают необходимый уровень мощности перемешивания, что позволяет удалять неметаллические включения, а также интенсифицировать массообменные процессы между металлической и шлаковой фазами.

На практике для вдувания инертного газа в металл на этапе внепечной обработки применяют либо погружаемые в расплав фурмы, либо специальные огнеупорные блоки, устанавливаемые в днище ковша.

Применение погружаемой продувочной фурмы не требует изменения конструкции сталеразливочного ковша, устройство ввода надежно и просто в эксплуатации, что и предопределило применение способа как резервного для перемешивания стали на установке «ковш-печь». Большое количество установок «ковш-печь» оснащены дополнительной погружаемой фурмой, которая находится в поднятом положении и вводится в расплав только в случае нарушения газопроницаемости продувочных устройств в днище ковша. В большинстве случаев такой способ аварийного перемешивания позволяет восстановить работу донных продувочных устройств.

Основной тенденцией развития новых конструкций продувочных устройств является все более широкое применение специальных керамических пробок, устанавливаемых в днище ковша. Это стало возможным благодаря повышению их эксплуатационной стойкости и снижению удельных затрат. Применение донных продувочных блоков позволяет более точно регулировать расход вдуваемого газа при его стабильной подаче, а также обеспечить вдувание газа в нескольких точках. В целом, за исключением каких-то специальных случаев, следует отметить стремление технологов уменьшить интенсивность продувки металла в ковше при увеличении ее продолжительности в ходе цикла обработки.

В соответствии с основными технологическими задачами продувку стали инертным газом ведут на различных этапах пребывания стали в ковше с изменением интенсивности в широких пределах: от 3-6 до 35-50 м³/ч (от 50-100 до 600-800 л/мин), что предъявляет продувочному узлу требование универсальности. Характеристика газового потока из продувочного узла зависит от профиля и расположения газовых каналов.

Для разработки рациональных схем технологии перемешивания металла в ковше при вдувании инертного газа требуется изучение гидродинамики жидкой ванны и интенсивности перемешивания. Прямое определение рабочих параметров в промышленных условиях не представляется возможным, поэтому для этих целей широко используются методы физического и математического моделирования.

Физическое моделирование, как правило, применяют с целью визуальной оценки рационального расположения и количества продувочных устройств, а также характера гидродинамических процессов в системе, от которых в значительной мере зависит размер зоны контакта покровного шлака с футеровкой, а, следовательно, и скорости ее локального износа.

Альтернативным методом перемешивания металла в ковше является воздействие на расплав электромагнитного поля. Характерной особенностью этого метода перемешивания является то, что индуктор расположен с внешней поверхности ковша, и воздействие проникает от стены ковша внутрь жидкой ванны. При этом в оборудовании отсутствуют движущиеся части и элементы, непосредственно контактирующие с жидким металлом. Кроме того, при наложении электромагнитного поля на металл имеются весьма широкие возможности по регулированию мощности перемешивания, а также по реверсированию направления движения потоков.

Между тем, нельзя не отметить и достаточно очевидные недостатки электромагнитного перемешивания: ограничения в глубине проникновения поля в металл и необходимость наличия «немагнитных» вставок в стальных кожухах ковшей в зоне расположения индуктора. Достаточно очевидным также представляется и тот факт, что в случае повышения интенсивности перемешивания значительно возрастает скорость износа огнеупоров в зоне расположения индуктора.