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

(см. табл. 87 и 91). Поэтому при определении в дальнейшем эф­ фективной технологии производства нержавеющей стали отпадает необходимость оперировать данными о себестоимости и капиталоем­ кости полупродукта, получаемого в доменных печах.

При выплавке хромоникелевого полупродукта в электропечах со­ храняются те же принципы подбора шихтовых материалов, что и при выплавке нержавеющей стали по обычной технологии. Определяющим при этом является содержание фосфора в шихте. Как уже отмеча­ лось, отходы нержавеющих сталей при многократном их использова­ нии постепенно насыщаются фосфором, содержание которого может превысить допустимые пределы. Чтобы избежать этого, необходимо вводить в состав металлозавалки определенное количество низкофос­ фористых материалов. Возможна компоновка шихты как на основе

При выплавке хромоникелевого полупродукта в электропечи не­ обходимо использовать отходы и лом I класса. Несколько ограни­ ченны возможности использования стружки, расход которой не пре­ вышает 10% на тонну полупродукта. Ограничения при использова­ нии стружки связаны в первую очередь со стремлением уменьшить вероятность окисления шихты за счет вносимого стружкой масла. Без активного восстановителя, каким является кокс в шахтных печах, окисленность стружки в условиях электроплавки является в большей мере ограничивающим фактором.

По сравнению с доменными печами и вагранками горячего дутья электропечь позволяет получать полупродукт с более высокой тем­ пературой и поэтому концентрации в нем углерода и кремния могут быть ниже при сохранении возможности достижения высокой степе­ ни извлечения хрома на следующем этапе передела в кислородных конвертерах. Опыт производства полупродукта в электропечах пока­ зал, что его температура на выпуске должна быть не ниже 1560° С

374

[218], а концентрации углерода и кремния на уровне 1,0%. По ва­ рианту передела, при котором шихта на 100% представлена легиро­ ванными отходами, для получения в полупродукте 1 % углерода тре­ буется применение науглероживателей в виде электродного боя или коксика.

При производстве легированного полупродукта в электропечах возможно регулирование температуры расплава, однако варьирова­ ние составом шихты более ограниченно, так как без восстановитель­ ного реагента (кокс) использование хромовой руды также ограни­ ченно.

Для оценки эффективности выплавки хромоникелевого полупро­ дукта в электропечах рассмотрено много возможных вариантов ком­ поновки шихты на свежей завалке и с использованием легированных отходов. В табл. 92 приведен расчет себестоимости полупродукта для трех наиболее характерных вариантов компоновки шихты. Себе­ стоимость для сопоставимости рассчитана в средних по отрасли це­

балансовая стоимость цеха завода Ж, имеющего в своем составе шесть печей емкостью 100 т.

Результаты расчета экономических показателей при производ­ стве легированного полупродукта в электропечах представлены в табл. 93. Причины, обусловливающие изменение приведенных затрат,

трансформатора, которая не является оптимальной [226]. Однако проведенные расчеты показали, что и при оптимальной мощности трансформатора имеющаяся при этом экономия затрат в размере 5,60 руо/т не оказывает влияние на окончательные выводы об эф­ фективности выплавки хромоникелевого полупродукта в различных агрегатах.

376

В табл. 94 приведен расчет заводской капиталоемкости произ­ водства хромоникелевого полупродукта в различных агрегатах при оптимальном составе шихты. В масштабе металлургического завода производство хромоникелевого полупродукта в вагранках горячего дутья характеризуется минимальным уровнем себестоимости, но мак­

соответственно на 25 и 31%. Основной причиной этого является пре­ обладание в шихте вагранок горячего дутья легированных отходов, на образование и подготовку которых требуются значительные ка­ питаловложения. Учет этих капитальных затрат в заводской капита­ лоемкости полупродукта необходим, поскольку в затратах на задан­ ное легированные отходы как отходы собственного производства оце­ нены по себестоимости. В отечественных условиях, когда финанси­ рование осуществляется из одного источника — государственного бюджета, сопоставление заводских удельных капитальных затрат не имеет смысла. В данном случае возможна лишь оценка переделов но удельным капиталовложениям в народнохозяйственном масштабе. Однако при этом производство хромоникелевого полупродукта в ваг­ ранках горячего дутья оказывается наименее капиталоемким1 .

Оценка по приведенным затратам эффективности получения хро­ моникелевого полупродукта в различных агрегатах (см. табл. 94) указывает на нецелесообразность применения электропечей. Это обус­ ловлено как повышающимися требованиями к качеству шихтовых материалов, так и ограниченными возможностями их использования.

Наиболее перспективным представляется вариант получения по­ лупродукта в вагранках горячего дутья с использованием 100% ле­ гированного лома и отходов. Получаемая при этом экономия на се­ бестоимости полупродукта не перекрывается увеличением на 21—23%

в металлургических вагранках горячего дутья оказываются минималь­ ными (на 5,7—15,1% ниже по сравнению с получением полупродукта в доменных и электросталеплавильных печах) и поэтому приняты за основу при сравнительном анализе эффективности производства не­ ржавеющих сталей дуплекс-процессами с применением кислородных конвертеров.

Сравнительная экономическая эффективность технологических схем производства нержавеющей стали

сприменением кислородных конвертеров

Вмировой практике кислородного конвертирования нашли при­ менение три имеющие принципиальные различия технологические схе­

мы передела жидкого хромоникелевого полупродукта в сталь.

1 Народнохозяйственная капиталоемкость производства хромони­ келевого полупродукта в вагранках горячего дутья, дуговых электри­ ческих и доменных печах составляет соответственно 1886, 1949 и 2124 руб/т.

378

Одна из них [217, 219] предусматривает продувку расплава технически чистым кислородом до требуемых содержаний углерода в го­ товой стали с последующим восстановлением в реакционном ковше с помощью кремнийсодержащих материалов окислившегося и пере­ шедшего в шлак хрома.

При производстве стали Х18Н10 из полупродукта, содержащего 17% хрома, возникает необходимость в повышении концентраций

ным применение для указанных целей углеродистого феррохрома или хромовой руды, присадки которых производятся перед или в начале продувки ванны кислородом. В результате устраняется необходи­ мость в использовании перед выпуском плавки дорогостоящего ра­ финированного феррохрома.

В случае использования полупродукта из электропечей с относи­ тельно низким содержанием углерода ( ~ 1 %) возникает необходи­ мость в повышении содержания кремния в шихте до 2,5—3,0% за счет присадок ферросилиция. Кроме того, необходимо повышение температуры полупродукта до ~ 1560° С и даже более против 1500° С при использовании высокоуглеродистого полупродукта. Применение

в данном случае лишь за счет присадок углеродистого феррохрома. Все это, естественно, приводит к увеличению затрат относительно их уровня при применении высокоуглеродистого полупродукта. Поэтому ниже рассматриваются лишь технологические особенности выплавки нержавеющей стали в конвертерах при применении высокоуглероди­ стого полупродукта.

Перед началом продувки в конвертер присаживают известь. Пос­ ле окисления кремния, когда скорость обезуглероживания достигает максимальных значений, в конвертер загружают порциями с интерва­ лами примерно в 5 мин хромовую руду с добавками извести. До­ бавки извести должны обеспечивать достижение основности конеч­ ного шлака не ниже 5. Температура конечного шлака должна на­ ходиться на уровне ~ 1800° С.

В начальный период продувки при высоких концентрациях угле­ рода в расплаве окисления хрома не происходит. При снижении концентрации углерода до долей процента начинается интенсивное окисление хрома, так как при высоких концентрациях его активность без достаточного количества углерода возрастает. Однако этот про­ цесс сдерживается повышением температуры расплава и высоким содержанием в нем никеля. Влияние этих факторов на поведение хро­

хрома возрастает на 1,5—4,0%. В соответствии с расчетами сниже­ ние в результате этого приведенных затрат составляет на 1 т хро­ моникелевого полупродукта около 9 руб. Последнее, однако, не ока­ зывает влияния на окончательные выводы о сравнительной эконо­ мической эффективности производства хромоникелевого полупро­ дукта в различных аргегатах.

379

(51)

где [Cr]%, [С]%

и [Ni] % — соответственно концентрации хрома, углерода

иникеля в металле;

Т— температура металла, °К.

Всоответствии с уравнением (51) для достижения концентраций углерода и хрома в стали по окончании продувки соответственно

0,10 и —18% ее температура должна быть не ниже 1740° С.

При достижении заданной концентрации углерода в металле продувку ванны кислородом прекращают и шлак переливают из кон­ вертера в реакционный ковш, высота которого более чем вдвое пре­ вышает его диаметр. С целью раскисления на струю шлака при его выпуске в реакционный ковш непрерывно подается порошкообраз­ ная смесь ферросиликохрома и ферросилиция. При этом кремнийсодержащие материалы хорошо перемешиваются со шлаком, что обес­ печивает быстрое восстановление железа и хрома. При обратном переливе шлака и обогащенного кремнием восстановленного металла в конвертер происходит дальнейшее восстановление железа и хрома из шлака. В результате потери хрома со шлаками, идущими в отвал, не превышают 5% [217].

В период, когда шлак выдерживается в реакционном ковше и зеркало металла в конвертере открыто, замеряют температуру метал­ ла и корректируют ее в случае превышения посредством присадок отходов нержавеющих сталей определенного химического состава. После перелива содержимого реакционного ковша в конвертер плав­ ку выдерживают в нем в течение 2 мин, а затем выпускают в ковш. При выпуске на струю металла дают ферромарганец.

Другая технологическая схема отличается заливкой полупродук­ та в конвертер на конечный шлак предыдущей плавки. Продувка осуществляется технически чистым кислородом до содержаний угле­ рода, при которых в условиях получаемой температуры ванны не происходит интенсивного окисления хрома. Дальнейшее обезуглеро­ живание осуществляется в вакуум-камере. Применение шлака пре­ дыдущей плавки для последующей обусловлено стремлением к сни­ жению потерь хрома при относительно высоких его концентрациях

вконечном шлаке.

Втечение первых 10 мин продувка проводится без присадок шлакообразующих. При этом происходит восстановление хрома из шлака за счет углерода и кремния в металле. После десятиминутной продувки шлак скачивают (при этом потери хрома за рассматрива­ емый период составляют 10—13%) и присаживают необходимое ко­ личество высокоуглеродистого феррохрома, а также извести из рас-

счета получения основности конечного шлака не ниже 2,5. Как и в предыдущей технологической схеме, имеется возможность ис­ пользования вместо дорогого феррохрома хромовой руды.

Продувку ведут не до конечных концентраций углерода в гото­ вом металле, требующих для сохранения хрома высокой температуры расплава, а до концентраций углерода 0,15—0,25%, когда темпера­ тура ванны 1700° С оказывается вполне приемлемой. Температурные условия и сокращение продолжительности цикла плавки способству­ ют повышению стойкости футеровки и производительности конвер­ теров.

380

По окончании Продувки металл выпускают (без шлака) в проме­ жуточный ковш, отбирают пробы, замеряют температуру и опреде­ ляют условия последующего вакуумного обезуглероживания. Про­

шлака кремнийсодержащими материалами не производится во избе­ жание насыщения металла кремнием, которое нежелательно при ва­ куумном обезуглероживании.

Остаточное давление при ковшовом вакуумировании регулирует­ ся в соответствии с заданными конечными концентрациями углерода

[215]. Для получения металла с более низкими концентрациями углерода возникает необходимость в продувке металла аргоном с присадками хромовой руды при вакуумировании. Потери темпера­

и температуру металла добавками ферросплавов и отходов нержаве­ ющей стали. При температуре металла, примерно на 40° С превыша' ющей температуру разливки, его переливают из промежуточного ков­ ша в разливочный.

Третья технологическая схема [218] предусматривает продувку расплава в конвертере смесью технически чистого кислорода с арго­ ном. Аргон снижает парциальное давление образующейся окиси угле­ рода и способствует быстрому ее удалению из системы, обеспечивая глубокое обезуглероживание без существенного окисления хрома. Ко­ нечная температура расплава, обеспечивающая необходимое содержа­ ние в нем хрома при заданной концентрации углерода, примерно на 100° С ниже, чем при продувке ванны только технически чистым кислородом. Применение аргона особенно целесообразно при необ­ ходимости достижения низких концентраций углерода в стали.

Продувка при рафинировании жидкого полупродукта проводится в три этапа.

На первом этапе после заливки в конвертер полупродукта и за­ валки извести продувку ведут, как обычно, кислородом. Примерно через 5 мин после начала продувки с интервалами в 3—5 мин приса­ живают хромовую руду с известью с целью восполнения в расплаве содержания хрома до его концентраций в готовой стали. По достиже­ нии в расплаве 1% углерода, когда практически весь кремний окис­ лится и перейдет в шлак, продувку технически чистым кислородом прекращают.

На втором этапе продувку ведут кислородно-аргонной смесью в соотношении 2:1. По мере снижения концентрации углерода в рас­ плаве это соотношение синхронно меняют в сторону увеличения доли аргонной составляющей в газовой смеси.

На третьем этапе, когда содержание углерода приближается к конечному, соотношение между кислородом и аргоном в газовой смеси меняют на обратное, а именно 1:2. По достижении заданного содержания углерода в металле продувку прекращают.

В конце каждого периода продувки осуществляют замеры тем­ пературы, контроль за содержанием углерода и хрома, а также присадки извести и кремнийсодержащих материалов для раскисле-

381

присадку ферромарганца, а также ферросилиция для раскисления

металле возможно лишь за счет высокоуглеродистого феррохрома. Опубликованные данные о технологических особенностях произ­

водства нержавеющих сталей в конвертерах с применением реак-

382

ционных ковшей, вакуумирования и аргоно-кислородной продувки, а также опыт эксплуатации кислородных конвертеров в отечествен­ ной и зарубежной практике позволили обоснованно подойти к опре­ делению технико-экономических показателей в сопоставимых усло­ виях работы и выбору наиболее эффективной в отечественных усло­ виях технологической схемы производства нержавеющей стали при переделе в кислородных конвертерах хромоникелевого полупродукта.

Анализ организационной структуры рассматриваемых техноло­ гических схем показал, что наиболее высокопроизводительной пред­ ставляется технология выплавки стали с применением вакуумирова­ ния. В этом случае в отличие от остальных имеет место организация технологического процесса с перекрытием циклов, когда производи­ тельность определяется не продолжительностью цикла, а продолжи­ тельностью такта — в данном случае временем занятости сталепла­ вильного агрегата, которое соизмеримо с продолжительностью ковшо­ вого вакуумирования (1 ч) и несколько ее перекрывает (табл. 95). Цикл же процесса производства нержавеющей стали с применением ковшового вакуумирования по сравнению с двумя другими техноло­ гическими схемами наиболее продолжительный и составляет около 130—140 мин. Однако в силу указанных выше обстоятельств часовая

Продолжительность цикла плавки в конвертерах (табл. 95) уста­ новлена по фактическим данным о времени выполнения отдельных операций с учетом в каждом конкретном случае технологических особенностей передела. Полученные при этом результаты приводят­ ся ниже. Для варианта технологии с раскислением шлака в реакци­ онном ковше цикл плавки включает в себя следующие периоды, мин:

383