книги из ГПНТБ / Роменец, В. А. Технико-экономический анализ кислородно-конвертерного производства
.pdfНа основании полученных зависимостей (18—23), от ражающих влияние емкости агрегатов на длительность отдельных периодов плавки, определен цикл ее в нор мальных условиях работы при переделе низкофосфори стых чугунов с использованием углеродистого лома в ка честве охладителя:
-.0,217 |
(24) |
т П л = 11.76G" |
фики передела (структура металлозавалки, состав ших товых материалов и т. д.) и увязке этих расчетов с тех нико-экономическими показателями процесса.
Анализ факторов, определяющих изменение выхода годного в кислородно-конвертерном производстве
Уровень экономических показателей, определяющих эффективность процесса, в значительной степени обус ловлен величиной выхода годного металла. Существует сложная зависимость величины выхода годного от техно логических и организационных факторов, а также от кон структивных особенностей технологического оборудо вания.
Различия в производственных условиях и степени со вершенства технологии в кислородно-конвертерных це хах приводят к значительным колебаниям выхода годно го [91]. Диапазон их составляет в среднем по капитали
стическим |
странам для цехов Л Д примерно 86—92% |
(табл. 17), а для отдельных цехов — еще больший. |
|
Т а б л и ц а |
17. Средние расходные коэффициенты металлошихты |
|
и выход годного в кислородно-конвертерных |
|
цехах ряда стран* (по данным 1970 г.) |
Страны
Чугун
S
о
=:
Ферросп:лавы
КК
-3
Железо руды |
И т о г е металло ты |
«
2 о Ч ло метал, валке, Доля в
а
я»4
о . г слитков, Выход
Япония . . . |
0,8784 |
0,2183 |
0,0030 |
0,0030 |
1,1027 |
19,8 |
90,7 |
ФРГ . . . . |
0,8868 |
0,2237 |
0,0044 |
0,0080 |
1,1229 |
19,9 |
89,1 |
Италия . . . |
0,8972 |
0,2072 |
0,0067 |
0,0070 |
1,1181 |
18,5 |
89,4 |
Люксембург |
0,8292 |
0,2811 |
0,0065 |
0,0020 |
1,1188 |
25,1 |
89,4 |
Австрия . . . |
0,9055 |
0,2112 |
0,0010 |
0,0030 |
1,1209 |
18,9 |
89,2' |
Нидерланды |
0,8644 |
0,2553 |
0,0044 |
0,0010 |
1,1251 |
22,7 |
88,9 |
США . . . . |
0,8328 |
0,3131 |
0,0060 |
0,0050 |
1,1569 |
27,1 |
86,4 |
* Коэффициенты определены пересчетом |
данных [91] о производстве |
кисло |
|||||
родно-конвертерной |
стали и потреблении при этом шихтовых материалов . |
|
|||||
96
Как видно из приведенных данных, выход годного в кислородно-конвертерном производстве США на 5,8% ниже, чем в Японии. Это является следствием целого ря да причин, к числу которых следует отнести прежде всего существующее различие в химическом составе передель ных чугунов по содержанию в них кремния.
Средний химический состав передельных чугунов! , применяемых в кислородно-конвертерном производстве США и Японии, характеризуется следующими данны ми, %:
|
С |
S i |
Mn |
Р |
S |
США |
4,10 |
1,15 |
0,78 |
0,11 |
0,035 |
Япония |
4,40 |
0,62 |
0,78 |
0,19 |
0,035 |
Более высокое содержание кремния в передельных чу- |
|||||
гунах в США |
обусловливает |
повышенный |
химический |
||
угар компонентов чугуна и потери металла с корольками в шлаке. Дело в том, что необходимость поддержания основности шлака на уровне, обеспечивающем получение требуемых качественных характеристик металла, приво дит к повышению расхода извести и плавней. Для США характерным является расход извести на 1 г слитков, равный 70 кг, что приблизительно на 40% больше, чем в Японии [92]. Повышенный расход извести связан с увеличением количества формирующегося шлака, что да же при неизменных его окисленное™ и вязкости приво дит к росту потерь железа с окислами и корольками в шлаке.
Наряду с этим определенное влияние на выход годно го оказывает и характерный для этих стран темп произ водства. Для агрегатов одной емкости продолжитель ность цикла плавки в среднем по США выше, чем по Японии, где к тому же марочный сортамент конвертер ных сталей, если судить по спецификациям [93—96], бо лее трудоемкий. Например, в Японии средний цикл плав ки (от выпуска до выпуска) в 150—180-г конвертерах составляет около 40 мин, достигая минимума 35 мин в цехе со 160-г конвертерами на заводе Тиба, фирмы Ka wasaki Steel Corp. В то же время в США для агрегатов аналогичной емкости средняя продолжительность плавки
1 Средневзвешенные значения, полученные на основании литера турных данных о составе чугунов и годовой производительности кис лородно-конвертерных цехов металлургических фирм США и Японии.
7—231 |
97 |
(от выпуска до выпуска) оказывается равной приблизи тельно 47 мин, т. е. на 15% выше. Подобное соотношение циклов плавки наблюдается во всем диапазоне сущест вующих в США и Японии емкостей агрегатов.
Темпом производства в определенной степени обус ловлены более значительные тепловые потери в конвер терах США, которые на 2,5—7,0% выше, чем в конверте рах Японии. В расходной части теплового баланса они достигают 12% и более [84]. Для компенсации указан ных потерь тепла необходимо либо повышать долю чугу
на в шихте, либо при той же структуре |
металлошихты |
обеспечить больший приход тепла от |
экзотермических |
реакций окисления железа, что в том и другом случаях связано с увеличением угара шихты, а следовательно, снижением выхода годного.
Кроме того, для кислородно-конвертерного производ ства США характерен превышающий оптимальный уро вень расход охладителей. Переработка определенного количества лома в шихте происходит за счет тепла реак ций окисления железа, в результате чего снижается вы ход годного. Так, в приходной части тепловых балансов кислородно-конвертерных плавок в США приход тепла за счет экзотермических реакций окисления железа до стигает 8,5% и более, что почти в два раза выше, чем в кислородно-конвертерном производстве Японии. Это ус тановлено на основании изучения структуры тепловых балансов и расхода охладителей применительно к кон кретным условиям большинства кислородно-конвертер ных цехов США и Японии К Указанная особенность тех нологии, характерная для кислородно-конвертерного производства не только США, но и некоторых других стран, является результатом действия в условиях капи талистической экономики конъюнктурного фактора. Про исходящее конъюнктурное снижение цен на лом в опре деленных условиях создает такую экономию на заданном в издержках производства, которая перекрывает допол нительные затраты на увеличение доли лома в конвер
терной шихте сверх оптимальной |
по тепловому балансу |
ее величины. |
|
1 Исследованы по опубликованным |
данным показатели работы |
16 цехов США с объемом производства, составляющим 78,5% об щей выплавки кислородно-конвертерной стали в стране, и 12 цехов Японии с объемом производства 68,8%.
98
Немаловажное значение имеют и конструктивные осо бенности оборудования систем отвода конвертерных га зов. Нашедшая широкое распространение в Японии^система отвода конвертерных газов без дожигания обеспе чивает увеличение выхода годного на 1,5—2,5% за счет
сокращения механических потерь металла с |
выбросами |
и выносом ввиду малого зазора между срезом |
горловины |
реторты и кольцевой заслонкой [97—100]. |
|
Указанные выше факторы, естественно, не исчерпыва ют всех причин относительно низкого выхода годного в
кислородно-конвертерном |
производстве |
США. Этому, |
||
в |
частности, |
способствует |
периодическое применение |
|
в |
некоторых |
цехах кислородно-топливных |
горелок и кар |
|
бидов кальция и кремния для увеличения доли лома в шихте.
В отечественных кислородно-конвертерных цехах вы ход годного при разливке стали в изложницы колеблется от 87,6 до 90,4% (табл. 18). Как показал анализ состоя ния производства в рассматриваемых цехах, достигнутый уровень выхода годного, как правило, не отвечает мак симально возможным его значениям в существующих условиях из-за имеющихся недостатков в работе цехов. К числу таких недостатков следует в первую очередь от нести непостоянство состава передельных чугунов, в ко торых отклонения концентраций элементов от минималь
ного значения составляют по углероду 5—37%, кремнию |
|
19—200%, марганцу 14—157% и сере 28—180%. |
Наи |
меньшим постоянством состава характеризуются |
чугуны |
в цехах 3 я И. Наиболее постоянный химический |
состав |
имеет чугун в цехе Е. При отсутствии должных |
средств |
автоматического контроля и управления процессом непо стоянство состава чугунов приводит к необходимости проведения после окончания продувки корректировки со става и температуры металла большинства плавок Кроме того, на выход годного заметное влияние оказы вают качество извести, чистота кислорода, темп выпуска плавок и др. Устранение отмеченных недостатков будет
1 По данным за 1970 г., в цехе И корректировка состава и тем пературы металла проводилась на 80% плавок при суммарной про должительности корректирующих додувок в зависимости от их коли чества на плавку от 1 до 20 мин (в среднем 6,5 мин). За тот же период в цехе Ж потери времени на корректировку плавок составили 1,15% фактического времени работы конвертеров.
7* |
9 |
9 |
Т а б л и ц а |
18. Расходные коэффициенты |
металлошихты |
и выход |
годного |
в кислородно-конвертерных |
||||||||
|
|
|
цехах при выплавке кипящей стали*' |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ц е х и |
|
|
|
|
|
|
|
Статьи |
|
А |
|
Б2 |
в |
* 1 |
Е |
Ж |
3 |
и |
|
|
|
|
|
|
||||||||
Металлозавалка, т/т: |
|
1,0767 |
1,0540 |
0,8877 |
|
|
0,8546 |
|
0,8814 |
|
|||
чугун*2 |
|
|
0,8850 |
0,8647 |
0,9225 |
0,8771 |
|||||||
лом |
|
|
|
0,0261 |
0,0310 |
0,2255 |
0,2100 |
0,2854 |
0,2684 |
0,2160 |
0,2409 |
0,2572 |
|
Ферросплавы: |
|
0,0050 |
0,0040 |
0,0037 |
|
|
0,0056 |
0,0050 |
|
|
|||
ферромарганец |
|
0,0030 |
0,0028 |
0,0028 |
0,0060 |
||||||||
ферросилиций |
|
0,0001 |
|
0,0002 |
0,0010 |
|
|
|
|
0,0003 |
|||
алюминий |
|
0,0020 |
0,0002 |
0,0002 |
0,0001 |
0,0003 |
0,0005 |
0,0005 |
0,0009 |
||||
Железо |
из руды |
|
0,0067 |
0,0150 |
0,0001 |
0,0020 |
0,0027 |
0,0034 |
0,0036 |
0,0039 |
0,0004 |
||
|
|
|
|
|
1,1146 |
1,1060 |
1,1174 |
1,1012 |
1,1557 |
1,1323 |
1,1476 |
1,1295 |
1,1419 |
Отходы |
и брак, т/т: |
|
|
|
0,0086 |
0,0100 |
0,0270 |
0,0270 |
0,0156 |
0,0239 |
0,0116 |
||
литники |
|
|
0,0100 |
0,0060 |
|||||||||
|
|
|
0,0010 |
|
|
0,0138 |
0,0032 |
|
|||||
скрап |
|
|
0,0012 |
0,0030 |
0,0031 |
0,0040 |
0,0056 |
0,0017 |
0,0105 |
0,0033 |
0,0080 |
||
|
|
|
|
|
0,0005 |
|
0,0002 |
|
|
|
0,0003 |
|
|
|
|
|
|
|
0,0067 |
0,0090 |
0,0068 |
0,0060 |
0,0081 |
0,0060 |
0,0116 |
0,0155 |
0,0100 |
|
|
|
|
|
0,0962 |
0,0950 |
0,0987 |
0,0802 |
0,1150 |
0,0976 |
0,0958 |
0,0836 |
0,1123 |
|
|
|
|
|
0,1146 |
0,1060 |
0,1174 |
0,1012 |
0,1557 |
0,1323 |
0,1476 |
0,1295 |
0,1419 |
Выход |
жидкой стали, % • • |
• |
91,4 |
91,4 |
91,2 |
92,7 |
90,1 |
91,4 |
91,7 |
92,6 |
90,2 |
||
Выход |
годного, % |
|
89,7 |
90,4 |
89,5 |
90,8 |
86,5 |
88,3 |
87,1 |
88,5 |
87,6 |
||
*' |
Д а н н ы е |
отчетных калькуляций |
за 1970 г. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
*2 |
По ц е х а м Е, Ж и И с учетом |
чушкового чугуна. |
|
|
|
|
|
|
|
||||
*3 По цеху Д обрезь непрерывного |
слитка. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
*' П о цеху |
Д — включая угар |
на |
У Н Р С , составляющий |
0,0103 т/т. |
|
|
|
|
|
||||
способствовать дальнейшему повышению эффективности конвертерного производства.
Отчетные показатели выхода годного (табл. 18) из-за недостатков в учете поступления жидкого чугуна, орга низации взвешивания лома, оприходования отходов про изводства и по другим причинам не отражают фактиче ское значение расхода шихтовых материалов и выхода годного. Количество жидкого чугуна, поступающего из доменного цеха в миксерное отделение, на всех отечест венных заводах устанавливают по разности между мас сой ковша с чугуном, фиксируемой в доменном цехе, и массой ковша после слива чугуна в миксер. При этом взвешивание чугуновозных ковшей производится нерегу лярно. Например, в цехах Б2 и В масса ковшей прини мается по предыдущему взвешиванию. В результате оприходованная миксерным отделением масса чугуна не соответствует действительной из-за неучета потерь чугу на с настылями и скрапом в ковшах.
Кроме того, на заводах неточно организован учет ко личества доменного шлака, поступающего с чугуном в миксерное отделение конвертерного цеха: Его определя ют путем постоянной скидки на массу поступающего из доменного цеха чугуна, которая, как правило, ниже фак тического поступления доменного шлака. Так, по данным за 1969 г. [78], эта скидка составила на заводах от 0,18 до 0,68%, в то время как по отвесным миксерных отде лений количество шлака, например, в цехах Б и Б2 и В оказалось равным 1,0—1,2%. В результате вместо чугуна конвертерными цехами оприходовано значительное ко личество доменного шлака.
Производимое во всех конвертерных цехах взвешива ние чугуна перед заливкой в конвертер и тарирование заливочных ковшей не. обеспечивают точного учета рас хода чугуна, поскольку его определяют не по показаниям весов миксера, а по отвесным доменного цеха, за выче том потерь чугуна в миксере. Тем самым завышаются показатели расхода чугуна в кислородно-конвертерных цехах.
В большинстве цехов (за исключением Д и Е) тари рование вагонов МПС после разгрузки лома не произво дится. Масса поступающего в вагонах мусора учитывает ся визуально при их приемке на завод. Взвешивание поступающего из копрового цеха лома производится в кон-
101
вертерных цехах нерегулярно. Также нерегулярно взве шиваются и тарируются платформы с оборотным ломом
(за исключением цехов В и 3). |
В результате |
отраженный |
в калькуляциях себестоимости |
конвертерной |
стали рас |
ход лома является неточным.
В ряде цехов (Б2, В и 3) точность в определении рас хода металлошихты и выхода годного нарушается из-за учета сдачи слитков в прокатные цехи по теоретической массе, при этом контрольные взвешивания плавок произ водятся нерегулярно. Так, в 1969 г. контрольные взвеши
вания производились в цехах Б2 |
и 3 соответственно пять |
и один раз, в то время как Инструкцией по планирова |
|
нию, учету и калькулированию |
себестоимости продукции |
на предприятиях черной металлургии они предусматри ваются не реже одного раза в месяц.
Наряду с нерегулярным взвешиванием отходов про изводства при сдаче их копровым цехам совершенно не отражаются в отчетных данных конвертерных цехов или отражаются лишь частично извлекаемые в отвалах и в шлаковых дворах отходы металла, а также его потери с мусором. При этом создается положение, исключающее возможность определения истинной величины отходов, а следовательно, и выхода жидкой стали. Как правило, в кислородно-конвертерных цехах при калькулировании себестоимости продукции эти потери относят на статью «Угар», искажая тем самым его фактическую величину.
Кроме того, |
снижение выхода годного в отечествен |
|||
ных кислородно-конвертерных цехах с разливкой |
стали |
|||
в изложницы (исключая цех £j) обусловливается |
боль |
|||
шими потерями |
металла |
при разливке и с браком, |
кото |
|
рые при производстве |
углеродистой кипящей стали со |
|||
ставили в 1970 г. от 18,5 до 52 кг/т (табл. |
18). От 30 до |
|||
78% указанных |
суммарных потерь металла |
относятся на |
||
недоливы. Особенно велики потери металла в виде недо ливов в цехах Е и 3. Значительное снижение выхода год ного в цехах Ж, 3 я И связано с высокими потерями с браком, составляющими 10—15,5 против 2,0—6,8 кг/т в остальных цехах.
Следовательно, в отечественных кислородно-конвер терных цехах имеются значительные резервы увеличения выхода годного. Максимальный эффект в этом возможен при устранении наряду с организационными технологи ческих недостатков, касающихся обеспечения постоянст-
102
ва состава и повышения качества шихтовых материалов. При этом вопрос об оптимальном составе чугуна для кис лородно-конвертерного производства приобретает перво степенное значение.
Ниже рассматриваются парные зависимости выхода
жидкой стали от определяющих его |
величину факторов |
в наиболее характерных условиях |
работы каждого из |
рассматриваемых цехов. Зависимости были установлены на основе корреляционного анализа в условиях строгого постоянства всех прочих переменных параметров, связан ных с выходом годного. Этим и объясняется относитель но небольшая совокупность точек на графиках, хотя мас сив исходной информации составлял около 7500 плавок.
Зависимость выхода жидкой стали от содержания кремния в чугуне (рис. 28) носит явно выраженный экс тремальный характер, причем максимум выхода жидкой стали для различных цехов соответствует примерно одно му и тому же содержанию кремния в чугуне независимо от содержания в нем марганца, интенсивности продувки, структуры металлозавалки, качества шихтовых материа лов и т. д. Последними определяется лишь характер вза имного расположения кривых, т. е. абсолютная величина выхода жидкой стали для одного и того же содержания кремния в чугуне.
Увеличение выхода жидкой стали по мере роста кон центрации кремния в чугуне примерно до 0,8% связано с технологическими особенностями процесса. При низких
концентрациях кремния процесс растворения извести за тягивается, в результате чего удлиняется бесшлаковый период. При этом получают развитие в начале продувки процессы интенсивного образования окислов железа, ко торые частично ассимилируются формирующимся шла ком, а частично выносятся в систему газового тракта вос ходящими потоками газов.
По той же причине, особенно при низких концентра циях марганца в шихте, на ранней стадии продувки в ло кальных объемах относительно холодной ванны созда
ются |
благоприятные |
условия (высокие |
концентрации |
С |
и Ог) |
для протекания |
процессов обезуглероживания, |
что |
|
в отсутствие достаточного количества |
жидкоподвижного |
|||
гомогенного шлака приводит к различным по силе вы бросам металла и снижению выхода годного. Это наблю дается даже при относительно высоких концентрациях кремния и марганца в шихте. Так, в цехе Д при попытке значительно повысить основность шлака (сверх 4) путем присадок извести при неизменных параметрах продувки наблюдались сильные выбросы металла. Отмечено, что спокойный (без выбросов) ход процесса наблюдается в условиях, когда образуется равномерно распределенный по объему ванны металло-шлаковый расплав; последнее возможно только при участии в процессе достаточного количества гомогенного шлака.
По мере увеличения концентрации кремния улучша ются условия шлакообразования и снижается интенсив ность процессов окисления железа и выбросов на ранней стадии продувки. Однако при этом прямо противополож но действует другой фактор — увеличение угара компо нентов чугуна, хотя доля его в шихте с ростом концент рации кремния снижается. В результате повышение вы хода годного происходит до тех пор, пока сокращение по терь железа со шлаком и пылью в начальный период продувки не будет перекрываться их увеличением за счет угара компонентов металлошихты. При концентрациях кремния в чугуне сверх 0,9% угар компонентов металло шихты становится доминирующим фактором, которым в основном и обусловлено дальнейшее снижение выхода годного.
Специальное изучение вопроса о переделе чугунов с различным содержанием в них кремния1 позволило опре-
1 См. стр. 117.
104