Отчет по практике ОАО ММК

Стремление  дожечь оксид углерода в пределах рабочего пространства и получить дополнительное количество тепла, необходимое для использования большей чем 25 % доли скрапа в завалку, послужило толчком для создания конвертера с подачей кислорода под углом к поверхности металлической ванны со скоростью, не превышающей 200 – 250 м/с. Конвертер расположен наклонно, имеет развитую поверхность металлической ванны и во время плавки вращается вокруг своей оси, что улучшает перемешивание металла и позволяет полезно использовать тепло, аккумулированное кладкой. Все это позволило обеспечить дожигание СО в пределах рабочего пространства конвертера и поднять долю скрапа в завалку до ~45 %. Впервые такой конвертер был построен в 1956 г. в шведском городе Домнарвете по предложению известного металлурга профессора Каллинга и получил название конвертера Кал-До. Распространение этих конвертеров серьезно сдерживается сложностью их строительства и эксплуатации. Конвертер Кал-До требует строительства специального цеха, так как в существующих мартеновских цехах размещен быть не может. В силу этих причин в настоящее время они не находят широкого распространения.

В настоящее  время наметилось значительное расширение использования конвертеров с донным и с комбинированным (сверху и снизу) дутьем. Именно эти конвертеры во всем мире начинают теснить конвертеры с верхней продувкой. Например, в одной из наиболее развитых капиталистических стран – Японии в 1984 г. в эксплуатации находилось 84 кислородных конвертера в том числе 32 конвертера с верхней продувкой, 2 с донной продувкой и 48 конвертеров, на которых применялись различные варианты комбинированной продувки.

Первые конвертеры с донной продувкой за рубежом  были построены в 1966 – 1967 гг. Необходимость создания такого конвертера обусловлена, в основном, двумя причинами. Во-первых, необходимостью переработки чугунов с повышенным содержанием марганца, кремния и фосфора, поскольку передел такого чугуна в конвертерах с верхней продувкой сопровождается выбросами металла в ходе продувки и не обеспечивает должной стабильности химического состава готовой стали. Во-вторых, тем что конвертер с донной продувкой является наиболее приемлемой конструкцией, позволяющей осуществить реконструкцию существующих бессемеровских и томасовских цехов, и вписывается в здание существующих мартеновских цехов. Этому конвертеру свойственно наличие большого числа реакционных зон, интенсивное окисление углерода с первых минут плавки, низкое содержание оксидов железа в шлаке. В силу специфики работы сталеплавильной ванны при донной продувке в конвертерах подобного типа выход годного несколько выше, чем в других конвертерах, а запыленность отходящих газов ниже.

В конвертерах с донной продувкой, имеющих большое число фурм, все технологические процессы протекают интенсивнее, чем в конвертерах с верхней продувкой. Однако общая производительность конвертеров с донной продувкой не превышает значительно таковую для конвертеров с верхней продувкой по причине ограниченной стойкости днищ. Стремление повысить производительность агрегатов одновременно с необходимостью повысить однородность состава и температуры металла при возможности изготовления сталей широкого диапазона привело к использованию комбинированной продувки при относительно небольшом (по сравнению только с донной продувкой) количестве газов, вдуваемых через фурмы, установленные в днище конвертера. В последнее время появилось два основных варианта такого процесса, когда снизу подают кислород (10 – 12 % от общего расхода) или инертные газы (N₂ или Аr) с целью обеспечить интенсивное перемешивание ванны и ускорить процесс удаления примесей. При этом, как и при донной продувке, снизу вместе с газами может подаваться пылевидная известь. Важно отметить, что по такому важному показателю как возможный расход скрапа конвертеры с верхней, донной и комбинированной продувкой оказываются приблизительно на одном уровне, при несколько более высоком выходе годного при донной продувке.

В настоящее  время наиболее распространенными  в мире являются конвертеры с верхней продувкой кислородом как агрегаты весьма производительные и относительно простые в эксплуатации. Однако можно предположить, что дальнейшее развитие кислородно-конвертерного процесса будет связано с широким использованием комбинированной продувки. Повышение доли скрапа в завалке может быть достигнуто его более высокотемпературным подогревом, а в дальнейшем – его предварительным расплавлением. По-видимому, сложность конструкции и эксплуатации конвертеров Кал-До будет причиной их ограниченного использования, не выходящего за пределы их настоящего количества.

 

Конвертеры  с верхней продувкой

 

Устройство  кислородного конвертера и его размещение в цехе представлено на рис. 2 и 3. Средняя часть корпуса конвертера цилиндрической формы, стены ванны сферической формы, днище – плоское                        

Верхняя шлемная  часть конической формы. Кожух конвертера выполняют из стальных листов толщиной 30 – 90 мм. В конвертерах садкой до 150 т днище выполняют отъемным и крепят его к корпусу болтами, что облегчает ремонтные работы. При садке 250 – 350 т конвертер делают глуходонным, что вызвано необходимостью создания жесткой конструкции корпуса, гарантирующей от случаев прорыва жидкого металла.

Корпус конвертера крепят к специальному опорному кольцу, к которому приваривают цапфы. Одна из цапф через зубчатую муфту соединена с механизмом поворота. В конвертерах большой вместимости (>250 т) обе цапфы являются приводными. Конвертер цапфами опирается на подшипники, установленные на станинах. Механизм поворота позволяет вращать конвертер вокруг горизонтальной оси.

 

Корпус и  днище конвертера футеруют огнеупорным  кирпичом. Футеровку цилиндрической части конвертера выполняют из трех слоев: внутреннего (рабочего) толщиной 600 – 800 мм, промежуточного толщиной 50 – 150 мм и наружного (арматурного) толщиной 115 – 350 мм. На рис. 4 показана футеровка 100-т конвертера с отъемным днищем. Рабочий слой выкладывают смоломагнезито-доломитовым, арматурный, примыкающий к кожуху, – хромомагнезитовым кирпичом. Промежуточный слой заполняют смолодоломитовой или смоломагнезитовой набивкой. Рабочий слой днища выкладывают смолодоломитовым, наружный – хромомагнезитовым кирпичом общей толщиной 800 – 900 мм.

Подача кислорода в  ванну конвертера для продувки металла осуществляется через специальную фурму, вводимую в горловину конвертера.

 

Основные  размеры конвертеров

Садка конвертера, т           50  100  200

Полная высота, м              7,9  8,7  9,7

Диаметр кожуха, м               5,2  5,7  8,3

Диаметр горловины, м       1,6  1,7  2,6

Размеры ванны, м:

диаметр                3,6  4,0  6,5

глубина        1,1 – 1,2     1,5 – 1,6    1,6 – 1,8

Удельный объем, м³/т              1,0  0,8  0,72

 

Первой операцией конвертерного  процесса является загрузка скрапа. Конвертер наклоняют на некоторый угол от вертикальной оси и специальным коробом-совком вместимостью 8 – 10 м³ через горловину загружают в конвертер скрап. Обычно загружают 20 – 25 % скрапа на плавку. Если скрап не подогревают в конвертере, то затем сразу же заливают жидкий чугун. После этого конвертер устанавливают в вертикальное положение, через горловину в конвертер вводят кислородную фурму.

Для наводки шлака в  конвертер по специальному желобу вводят шлакообразующие материалы: известь в количестве 5 – 7 % и в небольшом количестве железную руду и плавиковый шпат.

После окисления примесей чугуна и нагрева металла до заданных величин продувку прекращают, фурму из конвертера удаляют и сливают металл и шлак в ковши. Легирующие добавки и раскислители вводят в ковш.

Продолжительность плавки в хорошо работающих конвертерах почти не зависит от их вместимости и составляет ~45 мин, продолжительность продувки 15 – 25 мин. Каждый конвертер в месяц дает 800 – 1000 плавок. Стойкость конвертера 600 – 800 плавок. Расход огнеупоров 3 – 3,5 кг/т стали. Выход жидкой стали 89 – 91 %. Количество шлака 10 – 12 %. Расход кислорода 50 – 55 м³/т. Продолжительность продувки ванны кислородом, которая определяет производительность конвертера, зависит от удельного расхода кислорода (рис. 5). Чрезмерное увеличение удельного расхода кислорода нецелесообразно, так как при этом увеличивается разбрызгивание и ускоряется износ футеровки конвертеров. Практически интенсивность продувки составляет 3,5 – 4 м³ О₂/мин на 1 т стали. Длина водоохлаждаемой фурмы для подачи кислорода 13 – 18 м. Обычно в фурме 4 или 6 сопел с диаметром 30 – 55 мм и углом наклона к вертикали 8 – 12°. Слишком низкое расположение фурмы приводит к ее быстрому износу, поэтому фурму обычно располагают на расстоянии 1 – 2 м от уровня спокойной ванны, обеспечивая на выходе из сопла значение числа Маха около 2. В месте соприкосновения струи кислорода с жидкой ванной благодаря высокой температуре образуются пары металлического железа и оксидов, которые выносятся из ванны конвертерными газами в виде бурого дыма, т. е. происходит интенсивное пылеобразование. Основной составляющей пыли являются оксиды железа (>65 %). Размеры частичек пыли очень малы: около 95 % пыли имеют размер частичек не более 5 мкм, в том числе свыше 70 % – не более 1 мкм. Количество пыли, уносимое из конвертера газами, доходит до 90 г/м³. Общие потери железа с отходящими газами составляют 1,0 – 1,5 % .

Движение  металла в конвертере является весьма сложным; помимо кислородной струи, на жидкую ванну воздействуют пузыри оксида углерода. Процесс перемешивания усложняется еще и тем, что шлак проталкивается струей газа в толщу металла и перемешивается с ним. Движение ванны и вспучивание ее выделяющимся оксидом углерода приводят значительную часть жидкого расплава в состояние эмульсии, в которой капли металла и шлака тесно перемешаны друг с другом. В результате этого создается большая поверхность соприкосновения металла со шлаком, что обеспечивает высокие скорости окисления углерода. При окислении углерода на 1 м³ поданного в ванну кислорода выделяется 2 м³ СО.

Несмотря  на то, что часть кислорода расходуется  на окисление железа и СО, общее количество газов и горловине может достигать 5 – 7 м³/мин на 1 т садки. Это означает, что для 200-т конвертера расход газа в горловине достигает 60000 м³/ч. Дожигания СО над ванной, практически, не происходит и газ, отходящий из конвертера, состоит из 90 % СО и 10 % СО₂, а его температура в среднем составляет 1700 °С. Запыленность отходящих газов очень велика, поэтому газ необходимо очищать. Применяемые установки мокрой очистки и электрофильтры требуют предварительного охлаждения газа (соответственно до ~400 и ~250 °С). Размеры установок для дожигания, охлаждения и очистки конвертерных газов во много раз превышают размеры самих конвертеров. Чаще всего на заводах газ (СО) дожигают в камине при подаче холодного воздуха, засасываемого через зазор между горловиной и камином или подаваемого принудительно. Стенки камина представляют собой поверхности котла утилизатора или водяные холодильники. Газ дополнительно охлаждают впрыскиванием воды, а затем очищают.

Проанализируем  укрупненный (приблизительный) тепловой баланс кислородного конвертера без дожигания СО и с дожиганием СО.

Приходная часть  теплового баланса конвертера включает в себя две приблизительно одинаковые статьи: тепло, вносимое жидким чугуном, и тепло экзотермических реакций. Расходная часть теплового баланса состоит из четырех основных статей, %:

 

Тепло жидкой стали       60

Тепло шлаков        10

Тепло уходящих продуктов реакций окисления                  9 – 10

Потери          5

Итого  85

Вот этот избыток  тепла (15 %) необходимо израсходовать, иначе в конвертере разовьется чрезмерная температура. Именно этот избыток тепла и позволяет использовать в конвертере 20 – 25 % холодного стального скрапа.

При дожигании СО в СО₂ (конвертер Кал-До) приходная часть теплового баланса конвертера (%) выглядит иначе, а именно:

 

Тепло, вносимое жидким чугуном     36

Тепло экзотермических реакций     34

Тепло от дожигания СО в СО₂     30

Иначе будет выглядеть  и расходная часть баланса,  %:

Тепло жидкой стали       40

Тепло шлаков        10

Тепло   уходящих   продуктов   реакций   окисления

(включая СО2)         15 

Итого  65

Таким образом, дожигание СО в СО₂ создает в системе избыток тепла, равный приблизительно 35 % прихода тепла, что позволяет в этих конвертерах (Кал-До) удельный расход скрапа довести до 40 – 45 % . Очевидно, что как в том, так и в другом случае подогрев скрапа позволяет увеличить его удельный расход. Естественно, что при определении теплового к. п. д. конвертера тепло, пошедшее на нагрев и расплавление скрапа, должно суммироваться с теплом, которое уносится той частью жидкой стали, которая получена за счет чугуна.

В целом следует отметить, что степень использования тепла в кислородном конвертере гораздо выше, чем в сталеплавильных агрегатах подового типа. К. п. д. (тепловой) конвертера составляет ~70 %, в то время как для хорошо работающих мартеновских печей он не более 30 %, что является большим преимуществом конвертерного процесса перед мартеновским. Кроме того, газы отходящие из конвертера, имеют теплоту сгорания 10 – 11,5 МДж/м³ и используются при дожигании в котлах-утилизаторах, или как топливо при отводе газов из конвертера без дожигания.

 

Мартеновские  печи

 

Производство  стали в мартеновских печах ОАО  ММК производилось в трех мартеновских цехах.

Сначала был  пущен в эксплуатацию мартеновский цех № 2 – 1933 – 1936 гг. Он имел 13 печей вместимостью 150-200 т. с увеличением садки до 400 т. каждая. Годовая мощность составляла 4 млн. тонн литой заготовки.

Затем пущен  мартеновский цех № 3 – 1939 – 1956 гг. Он имел 12 печей вместимостью 400 тонн каждая. Годовая мощность также составляла 4 млн. тонн литой заготовки.

И в 1954 – 1964 гг. был запущен последний мартеновский цех № 1. Он был оснащен 10 печами, среди которых 3 печи по 300тонн, 4 печи по 600 тонн и 3 печи по 900 тонн.

Мартеновский  цех был реконструирован из-за роста стоимости чугуна и его  дефицит. Мартеновские печи были демонтированы, и вместо них появились электросталеплавильные печи.

Этапы реконструкции:

• разливка в изложницы была заменена на разливку в МНЛЗ. Имеется 2 МНЛЗ – сортовая и радиальная. Мощность 2 млн. тонн. Имеется печь – ковш и агрегат доводки стали.
• ввод 1 электродуговой печи вместимостью 180 тонн. Мощность 2 млн. тонн.
• установка второй печи, строительство новой установки печь – ковш, установки усреднительной продувки металла. строительство 3 МНЛЗ для получения слябовой заготовки мощностью 2 млн. тонн.