Отчет по практике на ОАО «Нижнетагильский металлургический комбинат»

  Восстановление железа  и др. элементов. В доменной  печи Cu, As, Р, подобно Fe, восстанавливаясь, почти полностью переходят в  чугун. Полностью восстанавливается  и Zn, который затем возгоняется,  переходит в газы и отлагается  в порах кладки, вызывая её разрушение. Те элементы, которые образуют более прочные соединения с кислородом, чем Fe, восстанавливаются частично или совсем не восстанавливаются: V восстанавливается на 75—90%, Mn на 40—75%, Si и Ti в небольших количествах, Al, Mg и Ca не восстанавливаются.

Восстановление поступающих в доменную печь окислов Fe2O3 и Fe3O4 происходит путём последовательного отщепления кислорода по реакциям:

  3Fe2O3 + CO (H2) = 2Fe3O4 + CO2 (H2O),

  Fe3O4 + CO (H2) = 3FeO + CO2 (H2O).

  Закись железа FeO восстанавливается до Fe газами (косвенное восстановление) и углеродом (прямое восстановление).

  FeO + CO (H2) = Fe + CO2 (H2O),

  FeO + C = Fe + CO.

  Высшие окислы  марганца MnO2, Mn2O3 и Mn3O4 восстанавливаются  газами с выделением тепла.  В дальнейшем MnO восстанавливается до Mn только углеродом с затратой тепла примерно в 2 раза большей, чем при восстановлении Fe. Si также восстанавливается только С при высоких температурах по эндотермической реакции:

  SiO2 + 2C + Fe = FeSi + 2CO.

  Степень восстановления Si и Mn зависит в основном от расхода кокса; на каждый процент повышения содержания Si в чугуне расход кокса увеличивается на 5—7%, что увеличивает количество горячих газов в печи, вызывая перегрев шахты. Обогащение дутья кислородом, обеспечивая высокий нагрев горна, уменьшает количество образующихся газов, а следовательно, и температуру в шахте печи.

  Сера в доменном  процессе. S вносится в доменную  печь в основном коксом и  переходит в газы в виде  паров (SO2, H2S и др.), но большая  часть остаётся в шихте (в  виде FeS и CaS); при этом FeS растворяется в чугуне.

На ОАО «НТМК» разработана  и внедрена (не имеющая аналогов) технологическая схема первой стадии передела ванадиевого чугуна дуплекс-процессом. Способ десульфурации в заливочных ковшах полупродукта методом коинжекции мелкодисперсной флюидизированной извести и гранулированного магния в соотношении 4:1 (рис. 4). Проектная производительность установки 1,5 млн. т/год. Количество плавок содержанием серы до 0,005-59%, а с содержанием серы 0,005 и более - 41%.

Технологическая схема десульфурации

 

         Рис. 4

На НТМК разработана  и внедрена технология использования стального конвертерного шлака, с целью утилизации железа, свободного оксида кальция, оксида магния и оксида марганца без ухудшения технико-экономических показателей работы доменных печей и увеличением содержания ванадия в чугуне.

Применение неформованных  огнеупоров. На литейных дворах доменных печей комбината впервые в России внедрен комплекс мероприятий по использованию вместо пекосодержащих экологически вредных материалов менее опасных и более стойких неформованных огнеупоров.

Футеровка главных желобов  на всех доменных печах выполнена  совместно с ОАО "Динур" разработанными наливными бетонами.

Использование наливных футеровок для главных  желобов позволило уменьшить: количество ремонтов желобов; расход огнеупорных масс; удельные затраты по огнеупорным материалам на тонну чугуна.

4. КОНВЕРТОРНЫЙ ЦЕХ

 

Конвертерный цех состоит из трех основных участков – выплавления, обработки и разливки стали, и  шести вспомогательных цехов. До реконструкции цех выплавлял 3.5 млн. т. стали, а после реконструкции 4.2 млн. т. Были заменены три конвертера, и это позволило закрыть мартеновское производство стали, более экологически вредное, чем конвертер.

Качество тагильского проката закладывается на стадии выплавки стали.

Сталь на комбинате выплавляется в основном конвертерным способом.

Технология конвертерного передела ванадиевого чугуна дуплекс –  процессом без использования  лома позволяет получать особо чистую сталь, а также товарный ванадиевый шлак для производства феррованадия.

Комплекс конвертерного цеха составляют четыре конвертера ёмкостью по 160 тонн, две установки печь – ковш, RH – вакууматор, три машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).

На МНЛЗ производят:

- круглую заготовку диаметром 430 мм. для производства колёс и бандажей;

- прямоугольную заготовку для  изготовления рельсов и сортового  проката;

- слябы для получения листа;

- фасонную заготовку для прокатки  двутавров больших размеров.

Кислородно-конвертерный цех НТМК введен в эксплуатацию в июле 1963 г. для переработки ванадийсодержащих чугунов, выплавляемых из титаномагнетитовых руд Качканарского месторождения. Это был первый в стране цех с большегрузными конвертерами емкостью 100 т,  построенный по типовому проекту Гипромеза. В связи с тем, что строительство Качканарского горнообогатительного комбината к этому времени не было закончено и ванадиевый чугун не выплавлялся,  освоение конвертерного цеха было начато на передельном чугуне. В период освоения цех работал с неполной загрузкой из-за отсутствия в необходимом количестве передельного чугуна.

На первых же плавках  коллектив цеха столкнулся с  целым  рядом трудностей, которые были связаны  с одной стороны с конструктивными  недоработками отдельных узлов, агрегатов, а с другой - недостаточными знаниями технологии, отсутствием опыта работы. Так, выявилась неудовлетворительная стойкость кислородных и водяных резиновых шлангов на кислородной фурме. Резиновые шланги были заменены специальными с наружной стальной оплеткой, а водяной шланг покрыли дополнительной асбестовой защитой.

В первый период часто  прогорали трубы котла-утилизатора. Для исключения прогаров была изменена схема пароводяной циркуляции. После  ревизии котла, промывки труб, усовершенствования конструкции шламоотделителя, расточки дроссельных шайб экранных труб аварии на котле прекратились.

Для уменьшения зазора между  горловиной конвертера и камином  в проекте была предусмотрена  установка двух поворотных водоохлаждаемых  полузаслонок, которые при работе конвертера закрываются, сокращая площадь  зазора. Однако выполненные в соответствии с проектом полузаслонки оказались неработоспособными. Были изготовлены новые, неохлаждаемые, облегченные полузаслонки, увеличена масса контргрузов; открывание полузаслонок стало возможным как при наклонном, так и вертикальном положениях конвертера.

Большие неприятности доставляли выбросы шлака, порой вместе с  металлом, в процессе продувки. Уборка шлака занимала порой больше времени, чем сама плавка. Кроме того, выбросы  приводили к образованию настылей в вертикальной части котла-утилизатора (камина), которые довольно часто выводили его из строя.

Для устранения выбросов были опробованы различные варианты конструкции  фурмы и головок. Только применение трехсошювой головки вместо односопловой позволило практически полностью  прекратить выбросы. Конструкция головки была разработана коллективом специалистов комбината и нашла широкое применение во всех вновь вводимых в действие кислородно-конвертерных цехах СССР.

Для создания безопасных условий труда, связанных с выбросами и возможным падением настылей, образовавшихся в вертикальной части котла-утилизатора, под конвертером были установлены поворачиваемые отражательные щиты, по которым падающие настыли попадали в установленный под ними думпкар.

В ходе работы была выявлена также  низкая пропускная способность газоотводящего тракта и недостаточная степень очистки дыма в газоочистке от пыли (95%). Газоотводящий тракт рассчитан, исходя из средней скорости окисления углерода при продувке 0,17%/мин и образования 19200 м³/т конвертерных газов. В действительности в течение проектного времени продувки (24 мин) скорости достигают 0,35%/мин и газов образуется около 40 тыс. м³/т. Невозможность отвода такого количества газов не позволила получить запроектированную продолжительность продувки, так как интенсивность подачи кислорода были вынуждены ограничить до 150-170 м³/мин. Продолжительность плавки составляла 35 мин.

С учетом опыта эксплуатации котла-утилизатора комбинатом совместно  с исследовательскими организациями  были внесены предложения по коренной реконструкции газоотводящего тракта кислородных конвертеров. При проектировании новых цехов газоотводящий тракт  должен рассчитываться исходя не из средней, а из максимально возможной интенсивности газовыделения при продувке. Конструкция камина, особенно его нижней части, должна иметь гладкую поверхность для уменьшения настылеобразования,  облегчения очистки и должна быть съемной для ускорения ремонтов.

При работе на передельном  чугуне (в условиях его дефицита) и отсутствии парка изложниц в цехе выплавляли только кипящие и полуспокойные стали. Составы со слитками передавались для стрипперования в мартеновский цех № 1, а оттуда на нагревательные колодцы обжимного цеха № 1. Масса слитка составляла 7,0-7,4 т. В 1964. г. одна из печей доменного цеха № I была переведена на выплавку ванадийсодержащего чугуна и в конвертерном цехе начался период освоения технологии его передела. Задача состояла в переводе ванадия из чугуна в шлак в виде W₂O₅  и    обеспечении концентрации ее не менее 14%. Для получения такого содержания   V₂O₅   массовая доля кремния в чугуне не должна превышать 0,40%.

Для процесса деванадации  чугуна необходимо, чтобы температура  ванны при продувке  находилась в пределах 1370-1420°С. Для этого предусмотрено введение в зону реакции охлаждающей воды, окалины или агломерата и твердого чугуна. В ноябре 1963 г. была проведена первая опытная продувка ванадиевого чугуна, выплавленного из качканарского агломерата по технологии, разработанной УралНИИЧМ. При проведении промышленных плавок с переходом на передел ванадиевого чугуна выявились существенные недостатки предложенной технологии: сильный вынос металла и шлака при продувке и заметалливание фурм и котла-утилизатора.

Исследованиями установлено, что вынос определяется, главным образом, количеством отходящих из конвертера при продувке газов, которые при охлаждении ванны водой состоят в основном из водорода и оксида углерода. Увеличение количества газов за счет разложения воды приводит соответственно к росту скорости их истечения из конвертера и усилению выноса капель металла и шлака. В процессе дальнейших исследований удалось полностью отказаться от использования воды и принять в качестве основного охладителя окалину прокатных цехов. Применение окалины привело к улучшению процесса шлакообразования в начале продувки и значительному облегчению условий работы котла-утилизатора.

Таким образом,  переработка  ванадиевых чугунов в конвертерном цехе происходит в две стадии: на первой - получение ванадиевого товарного шлака (деванадация) и металла-полупродукта,на второй - получение стали из полупродукта – углеродистый металл - полупродукт практически не содержит марганца и кремния, содержание углерода находится в пределах 3,0-3,5%. Длительное время углеродистый полупродукт в жидком состоянии частично передавался в мартеновский цех № 1, где использовался для замены передельного чугуна.

В 1968 г. с вводом в эксплуатацию конвертера № 3, отделения подготовки составов, стрипперного отделения и склада слитков практически весь полупродукт перерабатывался на сталь в конвертерном цехе. Мощность цеха по выплавке стали составила 1050 тыс·т/год. С 1972 г. началось освоение технологии разливки стали в изложницы с теплоизоляционными плитами сначала слитков массой 8 т, а с вводом в эксплуатацию блюминга 1500 - слитков массой до 18,7 т. В качестве теплоизоляционных плит использовали плиты на основе кварцевого песка, огнеупорной глины, целлюлозы и сульфитно-спиртовой барды производства Первоуральского динасового завода и Боровичского комбината огнеупоров.

Исследованиями качества металла, отлитого с применением  теплоизоляционных вкладышей, установлено следующее:

- продолжительность нагрева слитков спокойной стали в нагревательных колодцах увеличивается на 30-60 мин за счет потерь тепла после стрипперования;

- расход топлива при нагреве увеличивается на 10-15%;

- получена экономия металла в прокате 16-29 кг/т в зависимости от профиля;

- при разливке наблюдались случаи всплытия плит из-за недостаточно надежного их крепления;

- расход изложниц снизился с 24 до 17,5 кг/т.

Выявлено также, что  в процессе разливки часть вкладышей  разрушается и всплывает, наблюдается  прометалливание и снижение их физических свойств. Все это приводило к  разбросам уровня протяженности усадочных дефектов головной части слитка.

Для устранения указанных  недостатков были опробованы вместо песчаных тепловкладыши из высокоглиноземистой  ваты производства Первоуральского  динасового завода. Эти вкладыши обладают более высокими теплоизолирующими свойствами (коэффициент теплопроводности равен 0,25 ккал/(м.ч.град) при 800°с) и более легкие по массе (объемная масса 0,35 г/см³).

Объем металла, разливаемого в уширенные книзу изложницы  с использованием тепловкладышей, в 1988 г. в кислородно-конвертерном цехе составил: с использованием песчаных плит 1150 тыс.т, высокоглиноземистых плит - 338 тыс.т. Расширение объема применения высокоглиноземистых вкладышей сдерживается их дефицитом.

С целью увеличения производительности конвертерного цеха и ликвидации диспропорции между сталеплавильными и прокатными производствами в 1978 г. была проведена коренная реконструкция цеха - все конвертеры были заменены новыми емкостью 160 т, реконструирован тракту подачи сыпучих материалов, усилены металлоконструкции цеха, заменены котлы-утилизаторы. Проектная мощность цеха по выплавке стали была доведена до 2100 тыс.т. Одновременно велось строительство комплекса конвертера № 4. Последний был пущен в эксплуатацию в декабре 1979 г., проектная мощность цеха была доведена до 3000 тыс.т/год стали. При этом были построены второй пролет отделения подготовки составов, миксерное отделение с миксером емкостью 1300 т, здание для сменного оборудования, новый административно-бытовой корпус, удлинено здание главного корпуса. Осуществлен первый этап строительства комплекса шлакоразделки.

В 1978 г. была освоена и  внедрена технология разливки стали  через шиберные затворы. Конструкция  затвора аналогична конструкции, используемой в мартеновских цехах. Технология позволила  стабилизировать процесс разливки: в 4 раза сократить подтеки металла, снизить аварийные разливки. В 1976 г. в конвертерном цехе была пущена в эксплуатацию установка монолитной футеровки ковшей.