книги из ГПНТБ / Роменец, В. А. Технико-экономический анализ кислородно-конвертерного производства

324

325

обычной работе, когда повышение стойкости футеровки при торкрети­ ровании составляет 200 плавок:

т0-30 /

ляется система работы с перекрытием циклов. Для этой системы в принятых условиях торкретирование оказы­ вается эффективным до значений стойкости футеровки, равных при обычной работе примерно 420 плавкам. В то же время при системах работы с заменой реторт и клас­ сической верхний предел значений стойкости, отвечаю­ щий эффективному применению торкретирования, нахо­ дится соответственно на уровне 270 и 200 плавок. Следу­ ет отметить, что стойкость футеровки 200 плавок при принятом уровне производственно-технических показате­ лей отвечает минимальной стойкости, при которой обе­ спечивается непрерывность работы двух из трех установ­ ленных конвертеров в цехе, работающем по классической системе. Торкретирование в таком цехе эффективно, если при достигнутом уровне производственно-технических показателей стойкость футеровки не обеспечивает не­ прерывность работы N—1 из N установленных конверте­ ров и имеют место простои из-за неподготовленности кон­ вертеров к плавке. Однако такая работа цеха не может быть признана целесообразной и не имеет места ни в оте­ чественной, ни в мировой практике кислородно-конвер1- терного производства. Поэтому правомерно заключить, что применение торкретирования в цехе, работающем по

327

классической системе, не является экономически оправ­ данным. Из приведенных на рис. 97 зависимостей видно, что при системах работы с заменой реторт и особенно с перекрытием циклов низкая стойкость футеровки в обыч­ ных условиях работы является предпосылкой к эффек­ тивному применению торкретирования. Таким образом, применение торкретирования может быть эффективным лишь в условиях, когда достигнутый уровень производ­ ственно-технических показателей при обычной работе без торкретирования недостаточно высок.

Приведенная выше оценка эффективности торкрети­ рования при различных системах работы кислородноконвертерных цехов определена без учета влияния цен­ ностного фактора 1 на величину приведенных затрат. Спе­ циальное изучение этого вопроса позволило установить характер влияния стойкости футеровки в обычных усло­ виях работы, масштабов применения торкретирования и стоимости огнеупоров рабочей футеровки на эффектив­ ность работы с применением торкретирования (рис. 100 и 101). Представленные на рис. 100 и 101 зависимости получены на основе производственно-технических пока­ зателей, отвечающих нормальным условиям работы аг­ регатов с учетом возникающих при торкретировании их изменений. При этом оценка всех видов материалов и энергии определена по действующим прейскурантным ценам. Полученные данные показывают, что чем дешевле огнеупоры при неизменной стоимости торкрет-материа­ лов, тем все менее оправданным (при прочих равных ус­ ловиях) становится торкретирование и при определен­ ном уровне цен на огнеупоры его применение становится экономически нецелесообразным.

Предельное значение стоимости огнеупоров, при кото­ ром торкретирование еще оказывается эффективным, нельзя определить однозначно, поскольку оно не явля­ ется независимой переменной и находится в сложной связи со всеми показателями, обусловливающими изме­ нение уровня приведенных затрат при торкретировании. Так, при прочих равных условиях, когда стойкость футе­ ровки при обычной работе без торкретирования состав­ ляет 200 плавок, торкретирование будет эффективным

1 Во всех расчетах цены на торкрет-материалы приняты на уров­ не действующих цен на смолодоломитовые изделия (62 руб.).

328

при ценах на огнеупоры, превышающих при классичес­ кой системе работы, работе с перекрытием циклов и с заменой реторт соответственно 62,00; 33,90 и 35,60 руб/т. С изменением стойкости футеровки в обычных условиях работы до 400 плавок цены на огнеупоры, отвечающие эффективному в принятых условиях применению торкре­ тирования, оказываются соответственно выше 200; 55 и 125 руб/т. Это свидетельствует о том, что при прочих равных условиях с увеличением стойкости при работе без торкретирования экономически оправдать последнее становится все более затруднительным.

В условиях ограниченности масштабов торкретирова­ ния, особенно если достигнутый уровень стойкости футе­ ровки в обычных условиях работы не превышает 300 плавок, стоимость торкретматериалов не является ре­

циклов

когда удельные расходы огнеупоров и торкретматери­ алов становятся соизмеримыми.

Изучение влияния торкретирования на изменение уровня экономических показателей процесса позволяет установить, что предпосылками к эффективному его применению являются прежде всего низкая стойкость футеровки в обычных условиях работы агрегатов и вы­ сокая стоимость огнеупоров. Но даже в указанных усло­ виях торкретирование может быть эффективным лишь при определенном характере разгара футеровки, кото­ рым определяются степень использования огнеупоров рабочей футеровки и масштабы торкретирования. Как показывают расчеты, работа на полностью торкрети­ рованной футеровке не может быть экономически оправ­ данной. С одной стороны, это объясняется тем, что сто­ имость торкрет-материалов обычно выше стоимости ог­

при работе без торкретирования. Повышенный износ тор­ крет-футеровки объясняется недостаточно высокой ее плотностью [198], что является следствием неблагопри­ ятных условий торкретирования в конвертере, футеров­ ка которого из-за свободного доступа атмосферного воздуха сравнительно быстро охлаждается. Кроме того, этому способствует и отсутствие в торкрет-материалах углеродапредотвращающего проникновение металла и шлака в футеровку, ограничивая тем самым область возможных термохимических реакций лишь поверхност­ ным ее слоем. В целом использование в зонах повышен­ ного износа кладки большей толщины или огнеупоров лучшего качества для обеспечения максимально возмож­ ной равностойкости футеровки и сокращение в результа­ те этого масштабов торкретирования с экономической точки зрения представляется более целесообразным.

1 В настоящее время проводятся опыты по применению углеродсодержащих торкрет-материалов.

330

Несмотря на, казалось бы, не столь обнадеживающие результаты, которые следует ожидать от применения тор­ кретирования в отечественных условиях, этому способу повышения стойкости футеровки уделяется за рубежом (особенно в США) большое внимание. В отечественных условиях при полной загрузке сталеплавильных мощно­ стей применение торкретирования неизбежно приведет к снижению годового объема производства и увеличению всех условно постоянных затрат на передел. В то же время в США хронический недогруз сталеплавильных мощностей позволяет избежать этого путем уплотнения графика работы агрегатов. Доля заработной платы в из­ держках производства в США достигает примерно 30— 40%, составляя в среднем по 10 металлургическим ком­ паниям, объединяющим 17 кислородно-конвертерных цехов с производственной мощностью 38 млн. т стали в год, величину порядка 37,7% [200, 201]. В отечествен­ ных цехах доля заработной платы в себестоимости не превышает 3,5—5,0%. Отсюда и экономия на заработной плате в результате сокращения при торкретировании численности персонала, занятого на выполнении текущих ремонтов футеровки конвертеров, оказывается в услови­ ях США более высокой. В отечественных же условиях эта экономия, как показывают расчеты, будет перекры­ ваться увеличением расходов на заработную плату при снижении годовой производительности цехов. В США металлургические фирмы, как правило, получают огне­ упоры от других фирм по высоким монопольным ценам. Поэтому снижение при торкретировании удельного рас­ хода огнеупоров ставит металлургические фирмы в мень­ шую зависимость от фирм, поставляющих огнеупоры, что

использования резервных мощностей отсутствуют [197, 199]. Так, снижение годового объема производства кисло­ родно-конвертерных цехов явилось основным мотивом отказа фирмы Richard Thomos and Baldwins от примене­ ния торкретирования на заводах Ebbw Vale и Spenser.

В то же время многие фирмы довольно широко применя­ ют торкретирование, считая этот метод экономически це­ лесообразным.

Поскольку изменение приведенных затрат при тор­ кретировании обусловлено влиянием большого числа факторов, то однозначное (в любых производственных ситуациях) определение границ эффективного его при­ менения практически исключено. Однако в конкретных производственных условиях решение этого вопроса не вызывает особых затруднений, поскольку в данном слу­ чае количество переменных параметров, величиной кото­ рых определяется изменение уровня приведенных затрат, сводится к минимуму. Это позволяет представить изме­ нение приведенных затрат при торкретировании в виде функции небольшого числа переменных, которую можно решить графическим методом (по номограммам).

Сравнительный анализ технико-экономических показателей выплавки стали в кислородных конвертерах и других сталеплавильных агрегатах

В последнее время в отечественной практике и за рубежом боль­ шое внимание уделяется исследованиям выплавки легированных сталей в кислородных конвертерах [151, 202—204]. Некоторые ме­ таллургические компании за рубежом в целях повышения своей кон­ курентоспособности и удовлетворения рыночного спроса вынуждены выплавлять сталь «мартеновского» и «электропечного» легированного сортамента в кислородных конвертерах.

Плановое ведение хозяйства в СССР создает условия, в которых вопрос о производстве легированной стали в кислородных конверте­ рах следует решать с учетом сравнительного анализа эффективности выплавки ее в различных сталеплавильных агрегатах.

Технико-экономические показатели, определяющие эффективность производства той или иной марки стали, зависят прежде всего от технологии ее выплавки. Основными технологическими моментами выплавки легированной стали в кислородном конвертере являются процесс легирования стали и компенсация дополнительных потребно­ стей в тепле. Они могут быть осуществлены тремя методами. Первый

332

Второй метод — введение в ковш легирующих элементов в виде

в стали 1,6% Мп и 0,9% Сг).

Третий метод заключается в создании необходимых тепловых ус­ ловий для легирования стали непосредственно в конвертере. Источ­ ником тепла является экзотермическая реакция окисления кремния или сжигание топлива в конвертере.

Последний метод заслуживает особого внимания, так как он не требует больших дополнительных капитальных и эксплуатационных затрат [151, 202—204], позволяет выплавлять стали любого сорта­ мента. Кроме того, этот метод устраняет проблему получения метал­ ла однородного состава, которая возникает при легировании экзо­ термическими смесями и брикетами в ковше.

Прежде чем приступить к анализу производственно-технических и экономических показателей кислородно-конвертерного процесса с легированием непосредственно в конвертере, следует вкратце оста­ новиться на технологических особенностях такой выплавки. При про­ изводстве сталей с легированием в конвертере возникает проблема удаления из металла серы и фосфора. Дефосфорация успешно про­ водится в первый период продувки при наличии жидкоподвижного железистого шлака (20—35% Fe0 6in) довольно высокой основности (около 3,5) и благоприятных температурных условий (температура металла перед скачиванием шлака при содержании 2—3% С 1400— 1450° С). Быстрому протеканию диффузионного процесса дефосфорации в этот период в значительной мере способствует перемешивание металла и шлака. Результатом действия этих факторов является довольно низкое содержание фосфора в металле после первого пе­ риода продувки (0,04% и меньше при среднем начальном содержа­ нии 0,16%)- В первый период продувки происходит и десульфурация металла, но значительно слабее, чем дефосфорация [204]. Необходи­ мым условием успешного протекания реакций рафинирования в этот период является по возможности более быстрое формирование шла­ ка. Это частично достигается использованием около 30% высокоос­ новного конечного шлака предыдущей плавки. Кроме того, введение окалины в начале продувки, помимо поддержания повышенной окис­ ленное™ шлака, способствует ускорению его формирования. Даль­ нейший ход плавки определяется требованиями к качеству металла по содержанию в нем фосфора и серы. При выплавке низколегиро­ ванных марок стали продувку прекращают при достижении задан­ ного содержания углерода, вводят легирующие элементы вместе с кремнийсодержащими ферросплавами, проводят короткую додувку, затем повалку, взятие проб и выпуск плавки. Додувку проводят для обеспечения протекания реакции прямого окисления кремния из фер­

шее повышение температуры ванны. Последнее обстоятельство вместе

333

со шлакообразующими и 75%-ным ферросилицием, после чего начи­ нается «легирующая» додувка кислородом. Количество 75%-ного ферросилиция определяется видом и количеством легирующих эле­ ментов. Основность шлака в период «легирующей» додувки поддер­ живается на уровне 3,5—4,5, что обеспечивается присадкой вместе с кремнийсодержащими ферросплавами извести и плавикового шпа­ та. При этом химическое воздействие шлака на футеровку конвер­ тера уменьшается, а количество шлака увеличивается незначительно и не вызывает затруднений при выплавке средне- и низколегирован­ ной стали. Потери железа в виде FeO и F e 2 0 3 с конечным шлаком незначительны (3—4% Fe0 6in). «Легирующая» додувка не вызывает значительного изменения химического состава металла; она способ­ ствует увеличению коэффициента извлечения марганца и некоторой рефосфорации.

зрения продолжительности плавки. За 2—3 мин легирующей про­ дувки можно ввести около 5—7% легирующих элементов [204], ко­ торые полностью расплавляются и равномерно распределяются в объ­ еме металла. При этом усваивается 95% хрома, почти 100% молиб­

Снижение производительности конвертера при выплавке леги­ рованных сталей происходит в основном из-за необходимости дву­

регатов установлены при выплавке сталей СтЗкп, 40Х, ЗОХНЗА и 1Х18Н9Т, типичных для углеродистых, низколегированных, среднелегированных и высоколегированных групп марок стали. Сталь первых трех марок выплавляется главным образом в мартеновских печах,

марок; 220-г мартеновские печи, работающие скрап-рудиым процес­ сом, — для стали 40Х; 150-г мартеновские печи, работающие скрап-

334