Расчет шихты основной мартеновской плавки скрап-рудного процесса с применением технического кислорода для продувки ванны. Методические указания для са

2107

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра металлургии

Расчет шихты основной мартеновской плавки скрап-рудного процесса с применением технического кислорода для продувки ванны

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ для самостоятельной работы студентов по дисциплине

«Теория и технология производства стали»

А.Н. РОГОТОВСКИЙ А.А. ШИПЕЛЬНИКОВ Т.В. КРАВЧЕНКО

Липецк

Липецкий государственный технический университет

2013

УДК 669.183 (07)

Р 598

Рецензент - канд. техн. наук, доцент И.Г. Бянкин

Роготовский, А.Н.

Р 598 Расчет шихты основной мартеновской плавки скрап-рудного процесса с применением технического кислорода для продувки ванны [Текст]:

методические указания для самостоятельной работы студентов по дисциплине

«Теория и технология производства стали» / А.Н. Роготовский,

А.А. Шипельников, Т.В. Кравченко. – Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2013. – 41 с.

Рассмотрена методика расчета шихты и общего количества шихтовых материалов на мартеновскую плавку для скрап-рудного процесса при подаче кислорода в ванну. Главное внимание при расчете шихты уделено выявлению характерных изменений содержания сопутствующих элементов по ходу плавки.

Предназначены для студентов 4 курса металлургического института специальности 150101.65 «Металлургия чёрных металлов», направления

150400 «Металлургия», изучающих дисциплину «Теория и технология производства стали».

Табл. 20. Ил. 2. Библиогр.: 8 назв.

© ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный технический университет», 2013

2

3

1. Цель работы и исходные данные для расчета

Цель работы – расчет шихты и общего количества материалов на плавку скрап-рудно-кислородного мартеновского процесса, выявление характерных изменений содержания сопутствующих элементов по ходу плавки.

При расчете шихты необходимо:

-распределить плавку на периоды:

І– от начала завалки до полного расплавления шихты;

ІІ – от расплавления до раскисления;

-определить расход окислителей (железной руды, агломерата,

технического кислорода и пр.), известняка или извести в различные периоды плавки;

- установить последовательность расчета:

определить средний химический состав шихты; количество и состав металла и шлака для конца каждого периода; угар примесей в каждом периоде и необходимый расход кислорода на их окисление с учетом окислительной способности атмосферы рабочего пространства печи; расход твердых и газообразных окислителей; состав и количество шлака в разные периоды плавки; расход известняка и извести.

Исходными данными для расчета являются:

-садка печи, т;

-расход жидкого чугуна и металлического лома на плавку, %;

-состав чугуна, %;

-выплавляемая марка стали;

-интенсивность продувки ванны техническим кислородом.

Втабл. 18-20 представлены варианты заданий для самостоятельного расчета данного задания студентами.

4

2. Краткие сведения о скрап-рудном и скрап-кислородном процессах

Применение кислорода для интенсивной продувки мартеновской ванны позволило исключить твердые окислители из шихты или ограничиться их малым расходом. Этот метод в последствии получил название скрап-

кислородный процесс.

Скрап-рудный и тем более скрап-кислородный процессы проводят на жидком чугуне при расходе его 50% и более, поэтому эти разновидности мартеновского процесса используют на металлургических предприятиях,

имеющих собственные доменные печи.

При переделе шихт с высоким расходом жидкого чугуна используется процесс, занимающий промежуточное положение между скрап-рудным и скрап-кислородным, недостаток кислорода частично компенсируется кислородом твердых окислителей, даваемых в завалку, и частично кислородом дутья. Этот вариант может быть отнесен или к скрап-рудному, или к скрап-

кислородному процессам в зависимости от того, какой источник дополнительного кислорода является главным. Если газообразный кислород,

вдуваемый в ванну, служит дополнительным источником, а главным источником является руда (твердый окислитель), то процесс можно назвать скрап-рудным, а наоборот – скрап-кислородным.

2.1. Скрап-кислородный процесс

Скрап-кислородный процесс является самым высокопроизводительным и экономически выгодным вариантом мартеновской плавки при высоком содержании чугуна в шихте:

-во-первых, вдувание газообразного кислорода в ванну позволяет повысить в несколько раз скорость окислительного рафинирования металла;

-во-вторых, замена кислорода твердых окислителей, на разложение которых тратится большое количество тепла, газообразным кислородом

5

улучшает тепловой баланс плавки и приводит к сокращению расхода топлива.

Правда, при вдувании кислорода в ванну обычно наблюдается некоторое снижение стойкости печи (увеличение расходов на огнеупоры и ремонтные работы) и неизбежно уменьшение выхода годной стали (ввиду почти полного исключения из шихты твердых окислителей). Однако эти потери значительно меньше того выигрыша, который достигается при сокращении продолжительности плавки (повышения производительности печи) и снижении расхода топлива.

Кроме того, при скрап-кислородном процессе гораздо проще управление реакцией окисления углерода, в частности, легче достижение заданного содержания углерода в металле по расплавлении. Это объясняется тем, что расход вдуваемого в ванну кислорода, определяющий остаточное содержание углерода в металле, можно легко изменить (увеличить или уменьшить) по ходу процесса, например, взяв пробу металла и определив в нем содержание углерода до расплавления ванны. Такая корректировка невозможна при скрап-

рудном процессе, так как все расчетное количество твердого окислителя присаживается в ванну в начале процесса — в период завалки сыпучих. Иначе говоря, при скрап-кислородном процессе можно избежать получения чрезмерно высокого или чрезмерно низкого содержания углерода в металле по расплавлении, если даже была допущена ошибка в определении расхода вдуваемого в ванну кислорода или имело место серьезное непредвиденное отклонение от нормального режима ведения плавки. При скрап-рудном процессе такой возможности нет.

Таким образом, скрап-кислородный процесс является не только самым высокопроизводительным и экономически выгодным способом мартеновского передела шихт с высоким содержанием чугуна, но и наиболее легко управляемым процессом.

6

2.2. Периоды плавки скрап-рудным процессом

Заправка печи производится после каждой плавки для восстановления изношенных участков наварки подины, передней и з адней стенок рабочего пространства, откосов ванны. По технологии отдельные стадии заправки проводят в разные моменты.

Примерный расход заправочных материалов: магнезитового порошка 10-12, обожженного доломита 10-30 кг/т стали; общий расход материалов на заправку крупной печи достигает 15-20 т.

Наклонную заднюю стенку печи выше уровня шлака заправляют за

1-1,5 ч до выпуска, когда высокая температура огнеупоров обеспечивает хорошую привариваемость к ним заправочного доломита. Переднюю стенку и столбики между завалочными окнами заправляют доломитом и специальной массой в период плавления твердой шихты или в период доводки. Сталевыпускное отверстие заделывают после завалки первого слоя руды, во время ее прогрева.

Начало заправки подины совпадает с выпуском стали. В это время магнезитовым порошком заправляют обнажающиеся участки откосов ванны. По окончании выпуска на 1-2 мин прекращают подачу топлива для осмотра состояния подины. Затем при необходимости сжатым воздухом выдувают остатки металла в шлаке, задержавшиеся в углублениях подины, после чего эти углубления выравнивают смесью магнезитового порошка со шлаком. Если не отмечено зарастания подины, производится общее обновление рабочего слоя. В мартеновских цехах простои печей на заправке составляют обычно 10-15 мин.

Завалка шихты. Шихта подается к печам рельсовыми тележками;

стальной лом размещается в литых коробах-мульдах, объем которых колеблется в пределах 1,5-2,2 м3 в зависимости от садки печи, размеров рабочих окон и мощности завалочных машин. Длительность завалки в печь одной мульды составляет 40-50 с, поэтому продолжительность

7

завалки твердой шихты определяется в основном числом загру женных мульд и зависит от насыпной массы материалов. Для уменьшения длины составов и числа мульд, находящихся в обороте, сыпучие материалы, как правило, доставляют к печам в бункерах. Завалка сыпучих ве дется одной мульдой, наполняемой из бункера.

Рациональный порядок завалки шихты основан на следующих трех принципах: обеспечении максимального усвоения шихтой тепл а факела,

сохранении высокой стойкости наварки подины и обеспечении быстрого шлакообразования. При организации завалки надо иметь в виду, что теплопроводность сыпучих материалов примерно на порядок ниже теплопроводности стального лома. Потому при завалке шихты сыпучие всегда загружают нижние слои, а на них загружают высокотеплопроводный лом.

Скорость шлакообразования, количество и химичес кий состав первичных шлаков зависят от порядка завалки сыпучих. Для ускорения процессов формирования шлака чередуют слой руды (Р) и известняка (И).

Наиболее распространена схема завалки: Р-И-Р-И-Р, верхний слой при этом составляет руда (15-20% от ее общей массы). При такой схеме завалки получаются жидкоподвижные железистые первичные шлаки с невысокой основностью (0,6-0,9).

При содержании чугуна в шихте 65-70% расход сыпучих составляет 18-

20% от массы металлической завалки, слой этих материалов на подине печи достигает 700-800 мм. Общая продолжительность завалки сыпучих на крупных мартеновских печах составляет обычно 4560 мин.

Завалка стального лома. В цехах, работающих с высоким содержанием жидкого чугуна и, следовательно, с небольшим количеством лома, скорость его завалки стремятся увеличить до пределов, определяемых средствами доставки к печи и мощностью завалочных машин. Обычно эта скорость составляет 4-5

т/мин. Высокая теплопроводность металлолома обеспечивает его прогрев при любой возможной скорости ввода в мартеновскую печь.

8

Завалку начинают с легковесного и кончают тяжеловесным стальным ломом. Лом стремятся равномерно распределять по ванне печи и заваливают сразу не более трех-четырех мульд в каждое окно. Во время завали лома обычно используют кислород как интенсификатор горения топлива, это дает возможность повысить максимальную тепловую мощность печи. К возможным способам увеличения скорости завалки стального лома относятся: повышение объема мульд до максимально возможного, определяемого габаритами рабочих окон и мощностью завалочных машин; увеличение насыпной массы стального лома путем плотной укладки его в мульды, пакетирования легковеса и брикетирования стружки; сокращение числа составов с мульдами (стремление подавать лом к печи одним составом).

Прогрев стального лома. Периодом прогрева считают время от завалки последней мульды лома до начала заливки чугуна. К этому моменту средняя температура заваленного в печь лома должна быть в пределах 1300-1400°С.

При более низкой температуре возможно «закозление» сливаемого чугуна в нижних слоях металлолома. Вместе с тем очень высокий нагрев лома вызывает его оплавление. Плавящийся металл стекает вниз и сваривает лом в конгломераты - «козлы». Ухудшение контакта такого лома с жидким чугуном увеличивает длительность периода плавления. Кроме того, заливка чугуна на перегретую твердую завалку вызывает бурные окислительные реакции.

Втермически мощных печах, особенно работающих с подачей кислорода

вфакел, необходимая продолжительность прогрева резко снижается, чугун может быть залит в печь вскоре по окончании завалки лома.

Момент окончания прогрева определяют по внешнему виду лома в печи. Чугун нужно заливать в печь сразу же после начала оседания лома и оплавления его поверхностей. Если по каким-либо причинам заливать чугун в этот момент нельзя, следует резко сократить подачу топлива, не допуская перегрева лома выше оптимальной температуры.

Как видно из диаграмм рис. 1, полученных на основе большого числа промышленных плавок, существует довольно четкая связь между

9

продолжительностью всей плавки и длительностью различных периодов.

Так, при подаче кислорода только в факел (кривые 1) оптимальная суммарная длительность завалки и прогрева лома составляет ~3 ч. При меньшей их величине продолжительность плавки возрастает в результате удлинения периода плавления.

Рис. 1. Влияние суммарной продолжительности завалки и прогрева лома на длительность периода плавления τпл и всей плавки Στ:

1 - 600-т печь, подача кислорода только в факел (2500 м3/ч); 2 - 250-т печь,

подача кислорода в факел (2300 м3/ч) и для продувки ванны (3000 м3/ч) в

периоды плавления и доводки

При использовании кислорода еще и для продувки ванны (кривые

2 ) длительность плавления практически не зависит от τзав+ τпр, а общая длительность плавки сокращается пропорционально этому фактору.

Таким образом, суммарная длительность периодов завалки и прогрева лома на мартеновских печах должна быть как можно более короткой.

Заливка чугуна. Жидкий чугун подается в печной пролет из миксерного отделения в ковшах емкостью 80-125 т по специальным путям

10