Разработка технологии выплавки и внепечной обработки стали в современном конвертерном цехе. Методические указания к курсовому проектированию по дисцип

расход алюминия и соотношение О2/Аr, управлять процессами окисления углерода, кремния, марганца, хрома.

Такая технология позволяет получить сталь, содержащую не более (%):

[S]=0,002; [Р]=0,015; [О]=0,002; [Н]=0,00015.

Рис. 5. Усовершенствование процесса циркуляционного вакуумирования:

а – подача кислорода; б – подача флюсов; в – создание зоны интенсивного барботажа подачей в металл кислорода и аргона

Практика показала также, что введение углеродсодержащих добавок

(например, электродного боя) в камеры порционного или циркуляционного вакууматоров позволяет, зная массу вводимого углерода, получать нужное содержание углерода в готовой стали. В результате создаются возможности перенести полностью в ковш такие операции, как раскисление, легирование и коррекцию по углероду. Выше были отмечены особые трудности при

11

необходимости получения очень низких содержаний углерода. Использование способа, показанного на рис. 5, в, облегчает и эту задачу.

Остановимся более подробно на двух агрегатах, используемых на ОАО

«НЛМК» для внепечной обработки стали: циркуляционный вакууматор и агрегат печь-ковш.

2.Функции и назначение агрегата печь-ковш

Внастоящее время агрегаты комплексной внепечной обработки типа

«печь-ковш», получают все большее распространение в металлургической практике. Они включают в себя проведение комплекса операций подогрева металла, продувки стали, ее рафинирования, доводки по химическому составу,

выдержки по времени в соответствии с режимом разливки на машине непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).

В современной металлургии «печь-ковш» – это агрегат, наиболее рационально обеспечивающий возможность гибкого управления процессом формирования физико-химического состояния расплава для достижения поставленной цели – получение высококачественной стали с заданным химическим составом и свойствами [5-7].

Сталеразливочный ковш, основная функция которого традиционно заключалась в передаче жидкого металла от плавильного агрегата к разливке,

превратился в составную и неотъемлемую часть конструкции установок внепечной (ковшевой) обработки (доводки) стали, где и происходят технологические операции раскисления, легирования, десульфурации,

гомогенизации, вакуумирования и прочие процессы.

Возможность осуществления глубокого рафинирования не менее актуальна и для производителей стали массового сортамента. Это связано,

прежде всего, с необходимостью обеспечения высокого уровня технологических свойств расплава, позволяющих проводить разливку на современных МНЛЗ.

Более того, в условиях непрерывной разливки техника и технология внепечной

12

обработки стали формируют технико-экономические показатели сталеплавильного модуля, так как они во всем диапазоне выпускаемой металлопродукции позволяют синхронизировать работу основных агрегатов.

При этом современный подход к производству стали на этапе «жидкий продукт – непрерывнолитая заготовка» обуславливает следующие основные моменты:

достижение стабильного качества жидкой стали, уровень которого определяется как технологическими, так и потребительскими свойствами металлопродукции;

обеспечение технологичности работы МНЛЗ, включая скорость разливки, серийность, а также качество поверхности и внутренней структуры непрерывнолитого слитка;

согласование технологических операций на всех стадиях производства от выплавки до разливки и оптимизация технологии дальнейшей термомеханической обработки заготовки для получения заданных свойств изделий при минимальных материальных, энергетических и временных затратах для технологической цепочки в целом.

Общепризнанным путем реализации указанного подхода является обработка расплава в сталеразливочном ковше с применением мощного высокотемпературного источника локального нагрева, который обеспечивает непрерывную компенсацию тепловых потерь. С учетом сказанного в современном металлургическом производстве все большее применение находят агрегаты «печь-ковш».

АПК позволяет осуществлять следующие технологические операции:

снижать содержание серы в стали до необходимого уровня;

производить сталь с содержанием легирующих элементов в заданных узких пределах;

обрабатывать сталь активными элементами (кальций, титан, бор и др.) с

максимальным и стабильным усвоением;

усреднять металл в ковше по температуре и химическому составу;

13

изменять за счет микролегирования морфологию и количество неметаллических включений;

осуществлять отдачу металла на непрерывную разливку строго в необходимое время при серийной разливке стали и в заданном интервале температур;

исключать брак металла по химическому составу в случае выпуска стали с превышением химического состава по вредным примесям за счет разбавления чистым металлом другой плавки;

исключать потери металла при аварийной остановке МНЛЗ путем его подогрева до пуска МНЛЗ в работу.

Производство стали с заданными узкими пределами по химическому составу в плавильном агрегате практически невозможно из-за нестабильности усвоения ферросплавов и множества изменяющихся неконтролируемых факторов. Производство таких сталей на АПК является обычной практикой.

По ходу процесса агрегат «печь-ковш» имеет технологические и экономические преимущества по сравнению с другими способами – обработкой стали шлаками на выпуске (жидкие, ТШС, самоплавкие), на установках комплексной доводки и др.

Присадка активных металлов в ковш на выпуске отличается нестабильным и очень низким их усвоением, что затрудняет управление морфологией неметаллических включений. На УПК эти операции отработаны и экономически целесообразны.

При серийной разливке стали на МНЛЗ синхронизация между выпуском из плавильного агрегата и подачей ковшей с металлом на разливку является сложной организационной задачей и позволяет отливать только короткие серии.

При наличии одного плавильного агрегата такая синхронизация невозможна.

АПК позволяет подавать металл на МНЛЗ строго по времени и с необходимой температурой.

14

Таким образом, исключая дегазацию металла, агрегат «печь-ковш» является наиболее универсальным агрегатом, позволяющим решать все задачи получения качественной стали.

3. Современные способы вакуумирования

Современные способы вакуумной обработки представлены в табл. 1, в

которой показаны как их преимущества, так и учтены некоторые недостатки.

Таблица 1

Классификация способов вакуумной обработки

15

Более высокая скорость дегазации расплава при циркуляционном вакуумировании (RH) обусловлена большей поверхностью контакта металла с разреженной фазой, где наблюдается фонтанирование металла в виде капель в разреженное пространство вакуум-камеры, чем при ковшевом вакуумировании,

вследствие всплывания в металле большого количества пузырей СО и инертного газа (аргона).

Конечное содержание водорода в стали при вакуумировании на установках

RH и VD может быть сравнимым, но обеспечивается при более длительной выдержке в вакууме и без наличия печного шлака в ковше в случае обработки на установке VD [8].

Наименьшее содержание углерода в готовом металле при циркуляционном вакуумировании составляло 0,003%, в металле, обработанном порционным способом, оно значительно выше и составляет 0,008%.

Из-за малой массы порции металла приходится увеличивать число циклов периода вакуумного обезуглероживания, вследствие этого увеличивается длительность вакуумной обработки, что отрицательно сказывается на стойкости огнеупорной кладки сменных днищ вакуум-камеры [9].

ВНИИметмашем совместно с НИИВАКУУММАШ (г. Казань), ПО

«Азовмаш» (г. Мариуполь), ЦНИИЧМ и другими организациями разработан вариант конструкции вакууматора, позволяющий впервые в мировой практике осуществлять на одном агрегате как порционное, так и циркуляционное вакуумирование. Вакууматор предназначен для обработки раскисленной стали для удаления водорода и неметаллических включений, а также нераскисленной и полураскисленной стали для глубокой и особо сложной вытяжки (автолист,

жесть и др.).

На НТМК в 1996 г. введена в эксплуатацию двухпозиционная вакуумная установка типа RН. Проект и оборудование вакууматора поставлены фирмой

VAI (Австрия). Особенностями установки являются неподвижная вакуум-камера и нижний гидравлический подъем ковша со сталью в положение вакуумирования

(под патрубки). Переход с одной рабочей позиции (камеры) на другую занимает

16

6 ч, производительность вакууматора 700 тыс. т стали в год. В состав оборудования вакууматора входят три водокольцевых насоса и пароэжекторные насосы мощностью 400 кг/ч сухого воздуха при расходе пара до 10 т/ч, системы легирования стали и измерения температуры. Остаточное давление, достигаемое

ввакуум-камере в течение 5 мин, составляет не более 100 Па. Скорость циркуляции стали ~ 80 т/мин. Содержание водорода для флокеночувствительных сталей обеспечивается не выше 1,5 ррm (<0,00015%). Стойкость огнеупорной футеровки патрубков > 100 плавок.

Всвязи с ростом заказов на качественный металл и прокат из флокеночувствительных сталей была запланирована установка второго циркуляционного двухкамерного вакууматора производительностью 1,5 млн. т стали

вгод. Новый вакууматор по проекту и с поставкой оборудования немецкой фирмой

«SMS Mevас» введен в эксплуатацию в начале 2007 г. Вакууматор имеет две камеры в рабочей позиции с одной вакуумной системой и длительностью переключения с одной камеры на другую в течение 3 мин.

Подъем и опускание камер в рабочее положение выполняются с помощью противовеса – «коромысла» с гидроприводом, размещенного вне зоны, путем перемещения сталевоза с ковшом. На этом вакууматоре предусмотрены: дегазация;

естественное обезуглероживание до 0,01% С; форсированное обезуглероживание

(<0,01% С); раскисление, модифицирование, продувка аргоном; корректировка химического состава стали и температуры.

Двухпозиционная RН-установка состоит из двух стендов, подключенных к одному вакуумному насосу и общей системе подачи легирующих. На каждом стенде стоят многофункциональные фурмы комбинированного кислородного дутья фирмы Тесhnometal (Т-СОВ) для принудительного обезуглероживания и химического нагрева металла, подогрева футеровки вакуум-камеры, а также для удаления гарнисажа после вакуумирования.

Период обработки в первой вакуум-камере начинается с установки сталевозного ковша на стенд. После взятия проб труба погружается в стальную ванну, а во второй вакуум-камере уже завершается процесс дегазации. Затем насос

17

немедленно переключается на первую камеру для откачки воздуха,

обезуглероживания и дегазации.

Рис. 6. Схематическое изображение двухпозиционной RН-установки

На втором стенде ковш опускается и переводится в положение для транспортировки; одновременно осуществляется техническое облуживание погружной трубы, которое продолжается до поступления следующего ковша на доводку. Это время также может быть использовано для удаления гарнисажа из вакуум-камеры или для поддержания температуры до следующей плавки. После завершения вакуумного обезуглероживания и дегазации на первом стенде вакуумный насос снова переключается на второй, а первая установка готова принять следующую плавку (рис. 6).

18

4. Цели и задачи курсовой работы

Курсовая работа преследует следующие цели:

ознакомление с методами совершенствования технологических и теплотехнических процессов производства стали высокого качества;

расширение и закрепление теоретических и практических знаний;

развитие у студентов навыков применения полученных знаний в решении конкретных инженерных задач;

развитие у студентов критического отношения к принятию технических решений и их обоснованию;

приобретение опыта использования технической литературы;

приобретение навыков правильного оформления технической документации.

В процессе выполнения работы студент должен научиться выбирать из известных ему конструктивных и технологических решений наилучшее.

Необходимо выполнить курсовую работу на высоком техническом уровне,

используя новейшие достижения отечественной и зарубежной науки и техники,

опыт передовых предприятий, сведения из технической литературы,

справочников и учебников.

4.1. Порядок выполнения работы

Каждому студенту выдается индивидуальное задание. В задании указываются тема работы, основное содержание и сроки выполнения. После получения задания студент начинает сбор материала путем просмотра монографий, сборников научных трудов, технических книг, учебников.

После тщательного анализа подобранного материала делается аналитический обзор. При использовании фактических данных делается обязательная ссылка на источник информации.

19

На основании анализа литературных данных разрабатывается технология выплавки заданной марки стали с использованием обобщенных данных в виде таблиц, графиков, схем. В заключительной части курсовой работы даются основные выводы и рекомендации (составляется технологическая карта на производство стали), выполнение которых обеспечивает получение лучших качественных показателей разработанного технологического процесса.

4.2. Данные для расчета

Данные для расчета являются общими для всех вариантов:

1.Температура жидкого чугуна – 1350°С.

2.Химический состав привозного лома, %:

3.Выход жидкого металла – 92% от массы завалки.

4.Миксерный шлак в конвертере – 0,5% от массы чугуна.

5.Загрязнения, вносимые с ломом, – 1,0% от массы лома.

6.Содержание кислорода в дутье – 99,5%.

7.Доля углерода, окисляющегося до СО2 – 0,15%.

8.Усвоение кислорода дутья – 98%.

9.Состав шлака: FeO – 12%; Fe2O3 – 6%.

10.Интенсивность продувки аргоном в ковше – 0,004 м3/(т ∙ мин).

11.Удельный расход аргона на внепечную обработку – 0,05 м3/т.

12.Интенсивность продувки кислородом в конвертере – 4 м3/(т ∙ мин).

20