3. Действующая технология передела низкокремнистых ванадиевых чугунов на евраз нтмк

Ванадиевый чугун среднего химического состава поступает в миксерное отделение в чугуновозных ковшах, химический состав чугуна приведен в таблице 3.1.

Таблица 3.1- химический состав чугуна

Массовая доля, %
C	Si	Mn	P	S	V	Ti
4,3-5,0	0,03-0,15	0,24-0,44	0,038-0,068	0,016-0,052	0,42-0,55	0,04-0,23

Ковш с помощью мостового крана поднимают с тележки и сливают чугун в один из трех миксеров для усреднения химического состава и температуры чугуна.

Вместе с тем миксеры в определенном отношении играют роль химических реакторов, где происходит некоторое доконвертерное рафинирование ванадиевого чугуна от части титана, марганца и кремния. При переливах ванадиевого чугуна его поверхностные слои окисляются кислородом воздуха с образованием железистых оксидных пленок и выделением характерного бурого дыма. Железистые пленки затягиваются конвективными токами в глубинные слои чугуна, эмульгируются и частично окисляют растворенные в чугуне титан, ванадий, марганец и кремний. Капельки шлака всплывают, концентрируются и сливаются в конце подъема с основной массой шлака. В результате количество шлака в ковше (и затем в миксере) заметно увеличивается, а химический состав миксерного шлака существенно изменяется по отношению к исходному доменному шлаку, попавшему в ковш с чугуном.

В связи с неполным отделением доменного шлака от ванадиевого чугуна, миксерный шлак обычно содержит значительное количество оксидов кальция – до 15 – 20 % СаО. С целью обеспечения минимального содержания оксида кальция в товарном ванадиевом шлаке (направляемом, в основном, на химическую переработку до пентаоксида ванадия), миксерный шлак по мере накопления, скачивают из миксера в шлаковую чашу и направляют обратно в доменный цех.

На рисунке 3.1 показан разрез кислородно-конвертерного цеха.

1 – заливочный ковш; 2 – заливочный мостовой кран; 3 – конвертер; 4 – главный пульт управления конвертером; 5 – кислородная фурма; 6 – мостовой кран; 7 – проем в рабочей площадке для подъема ковша с полупродуктом.

Рис.3.1 - Разрез кислородно-конвертерного цеха

Из миксера ванадиевый чугун с минимальным количеством шлака сливают в заливочный ковш, перевозят его на рабочую площадку конвертерного отделения цеха и с помощью мостового крана заливают чугун в конвертер, работающий на производство полупродукта. Затем по тракту сыпучих в конвертер присаживают окислительноохладительные материалы (ООМ) – прокатную окалину, окатыши в количестве 60 – 80 кг/т чугуна в зависимости от содержания в нем кремния. Опускают водоохлаждаемую фурму и начинают продувку чугуна техническим кислородом. Интенсивность продувки составляет 450-500 м³/мин.

Для ускорения процессов формирования высокореакционного первичного железистого шлака первый период плавки обычно ведут при повышенном уровне сопла фурмы над зеркалом металла – около 2,0 м. Затем опускают фурму до уровня примерно 1,0 м, что усиливает процессы перемешивания шлако-металлической эмульсии в конвертерной ванне и обеспечивает высокую степень окисления ванадия. Конкретные технологические режимы плавок зависят от химического состава чугуна, исходной температуры чугуна и условий производства и определяются действующими технологическими инструкциями.

В процессе кислородной продувки окисляются Si, Ti, Mn, V и часть углерода.

Кроме кислорода дутья активное участие в окислении углерода и шлакообразующих примесей ванадиевого чугуна принимают оксиды железа (FeO, Fe₂O₃) прокатной окалины, присадки которой позволяют одновременно регулировать температурный режим деванадации металла и окисленность конечного шлака.

В результате окислительной обработки чугуна в конвертерной ванне формируется малоизвестковый (меньше 3 % СаО) шлаковый расплав, в котором практически может быть переведено до 92-98 % от общего количества ванадия, содержащегося в исходном ванадиевом чугуне.

Одновременно с окислением компонентов чугуна температура металла в конвертерной ванне возрастает от 1230-1320 до 1350-1380˚С.

После снижения концентрации углерода до 2,8-3,5 % С и ванадия менее 0,04-0,06 % V поднимают фурму и отключают кислородное дутье. Конвертер наклоняют и через футерованную летку сливают углеродистый металлический полупродукт в чугуновозный ковш. Средний химический состав полупродукта приведен в таблице № 3.2.

Таблица № 3.2.- средний химический состав полупродукта

Массовая доля, %
C	Si	Mn	P	S	V	Ti
3,190	0,004	0,045	0,053	0,030	0,062	0,000

Концентрация фосфора и серы в металле за период деванадации практически не изменяется.

После выпуска полупродукта ванадиевый шлак оставляют в конвертере на следующую плавку цикла (2-3 плавки) после чего кантуют через горловину конвертера в шлаковую чашу. Средний химический состав ванадиевого шлака по аттестационным пробам приведен в таблице № 3.3.

Таблица № 3.3.- средний химический состав ванадиевого шлака

V2O5	MnO	CaO	P	SiO2	MgO	TiO2	Cr2O3	Металло-включения
24,16	13,20	1,59	0,019	12,32	1,7	8,64	4,03	14,68

Фактически, в связи с колебаниями химического состава доменного и миксерного ванадиевого чугуна, концентрация отдельных компонентов в ванадиевых шлаках текущего производства может несколько отличаться от приведенных выше средних значений.

Далее ковш с углеродистым полупродуктом перевозят на установку десульфурации или обратно в заливочный пролет цеха.

Установка предназначена для десульфурации жидкого полупродукта с температурой 1350–1400 ˚С путём дозированного вдувания реагентов-десульфураторов в металл. Реагентами-десульфураторами являются порошкообразная известь фракцией не более 0,1мм (94-95% CaO,) и магний фракцией не более 0,8мм (99% Mg). Фактические удельные расходы реагентов составляют 2,6 кг/т – CaO, 0,5 кг/т – Mg. Обработка металла-полупродукта производится в заливочных ковшах методом погружения в металл фурмы для вдувания. При данном способе десульфураторы транспортные газы (азот или аргон) подаются через фурму в чугун-полупродукт.

После окончания обработки металла на установке десульфурации производится скачивание шлака, чтобы избежать перехода серы из шлака в металл при дальнейшем переделе на сталь. Температура полупродукта составляет 1300-1400 ^оС.

Далее металл полупродукт, с помощью мостового крана поднимают через специальный проем на рабочую площадку конвертерного отделения и заливают полупродукт во второй конвертер для получения стали. Затем возвращают конвертер в вертикальное положение, опускают фурму, включают кислородное дутье и перерабатывают углеродистый полупродукт до стали с добавлением извести и других необходимых шлакообразующих материалов – для достижения в металле низкого содержания вредных примесей: фосфора и серы. Интенсивность продувки составляет около 450 м³/мин

Использование стального лома при отработанном на НТМК в течение многих лет и ставшем сейчас классическим конвертерном дуплекс-процессе сдерживается невысоким тепловым эквивалентом ванадиевого чугуна и особенно углеродистого полупродукта по отношению к обычному передельному чугуну. За счет присадок прокатной окалины, как наиболее эффективного окислителя-охладителя, температуру полупродукта поддерживают на минимально допустимом уровне (1350-1380˚С), резко ограничивая этим самым возможности использования стального лома на второй стадии дуплекс-процесса. Поэтому средний расход лома по конвертерному цеху при классическом процессе, как правило, не превышает 10-12 кг/т жидкой стали.

После окончания плавки металл сливают в сталеразливочный ковш, где осуществляют раскисление и легирование стали.

После слива из конвертера ковш с жидкой сталью транспортируется к установкам «печь-ковш». Установки внепечной обработки находятся между конвертерным цехом и МНЛЗ.

Назначение установки печь-ковш:

- обеспечение заданной температуры, необходимой для выполнения требований процесса непрерывной разливки;

-получение заданного химического состава по марке стали путём корректирующих добавок различных легирующих материалов;

-гомогенизация плавки по температуре и химсоставу за счёт продувки инертными газами (аргон, азот);

-раскисление посредством присадки раскислителей;

-увеличение степени чистоты стали по неметаллическим включениям (для качественных марок стали);

-буферная функция между плавильным агрегатом и МНЛЗ (увеличение числа безостановочно отливаемых плавок);

-сокращение времени плавления и потребления энергии плавильным агрегатом;

-десульфурация стали (для этого необходимо глубокое раскисление металла и шлака, высокая основность и жидкоподвижность шлака);

-предотвращение интенсивного восстановления фосфора (т.к. фосфор удаляется из стали при значительной окисленности металла и шлака, высокой основности и жидкоподвижности шлака, низкой температуре).

Всё это увеличивает гибкость и производительность сталеплавильного цеха.

Такие операции как отбор проб, измерение температуры и окисленности, ввод проволоки, присадка шлакообразующих и легирующих материалов выполняются в процессе обработки металла. Основная часть легирующих материалов отдаётся в ковш при сливе из конвертера.

После доводки металла по химическому составу и температуре ковш транспортируется на вакууматор RH.

Циркуляционный вакууматор (RH) служит для окончательной обработки жидкого металла под вакуумом при остаточном давлении менее 3 м.бар. При вакуумировании на циркуляционном вакууматоре из стали удаляется кислород, водород и часть азота.

Длительность вакуумирования зависит от требуемого уровня дегазации, обычно составляет 12-17 мин. Общая длительность обработки на обеих установках RH в среднем составляет 30-40 минут.

Вакуумной обработке подвергается около 50 % всего металла, выплавляемого в конвертерном цехе.

В настоящее время всю сталь разливают на машинах непрерывного литья заготовок в заготовки заданного сортамента.

Для классического кислородно-конвертерного дуплекс-процесса характерен достаточно высокий выход углеродистого полупродукта (94-97%) и годной стали (87-92%).

Товарный ванадиевый шлак, направляемый на получение технического пентаоксида ванадия, и на прямое легирование стали, должен соответствовать требованиям технических условий.