Материально-тепловой баланс кислородно-конвертерной плавки

оборудована современной схемно-аппаратной частью, программным обеспечением и позволяет добиться существенного уменьшения (до 2 кг/т жидкой стали) количества выносимого шлака. На рис. 2.10 представлены некоторые технологические и металлургические результаты работы конвертера с использованием системы "VAI-CON".

 

 

Рис. 9.Схема пневматического устройства отсечки шлака

 

 

 

Рис. 10.Результаты использования стопора "VAI-CON"

 

 

Приводятся  следующие данные по снижению производственных затрат для конвертерного цеха, имеющего три 150-тонных конвертера : снижение расхода извести на 8,5 кг/т, алюминия - на 0,6 кг/т, огнеупоров -на 25 % или в денежном выражении экономия расходных материалов составляет 1,4 долл. США на тонну жидкой стали. В настоящее время на заводах мира находятся в эксплуатации 81 стопорная система для шлака, разработанные фирмой. В числе фирм, установивших стопорные системы для шлака "VAI" и "VAI-CON" за последние годы, можно отметить: "Granite", США; "Iscor", ЮАР; "Ilva", завод Таранто, Италия; "Fundia", Финляндия и др.

Несомненно, наиболее важной операцией является отсечка шлака в конце выпуска  металла из конвертера.

Системы для отсечки шлака, как было показано, можно разделить на три группы:

методы, предусматривающие  действия изнутри конвертера, например, система "dart", шары и элементы других форм;

• методы, предусматривающие действия вне конвертера, например, газодинамическая система, шиберные затворы и др.;
• методы, используемые в исключительных случаях, когда в ковше допускается очень незначительное количество шлака, например, при переделе жидкого металла с высоким содержанием фосфора. Это метод "остаточной стали" и перелив в другой ковш.

Характерные особенности средств отсечки  шлака первой группы:

• возможность влияния на интенсивность образования воронок на протяжении выпуска;
• зависимость их эффективности от состояния шлака (толщины слоя, вязкости, состава и т.п.);
• необходимость их точного расположения над выпускным отверстием, иначе они не работают. Более надежно это осуществляется специальным манипулятором;

необходимость плотного контакта между  закрывающим элементом и выпускным  отверстием. На это влияет состояние  горячей поверхности выпускного отверстия.

Характерные особенности средств отсечки  шлака второй группы:

• отсутствие влияния на формирование воронок;
• оперативное обнаружение шлака является обязательным для подачи сигнала действия средств остановки;
• состояние шлака не влияет на работу системы;
• устройства работают в относительно тяжелых условиях, и их ремонт бывает затруднительным.

Методы  третьей группы используются предметно  в необходимых случаях и связаны  со значительными затратами. В этом случае "остаточная сталь" означает, что операция выпуска прерывается  прежде, чем пойдет

большое количество шлака. При этом, как показывает практика, в конвертере может остаться 5-20 т стали.

Использование в конвертерных цехах других методов - скачивание шлака скребковой машиной, слив шлака в отдельную чашу из ковша - требует дополнительного времени и связано с потерей температуры.

При использовании  рассмотренных методов отсечки  шлака всегда следует выбирать оптимальное  решение между стремлением максимально  ограничить вынос шлака в ковш и минимизировать остатки металла  в конвертере. В проспектах компании "Мопосоп" приводятся расчеты, характеризующие остатки металла в конвертере в условиях, когда оператором производится "раннее" завершение выпуска, т.е., увидел шлак и подал команду на подъем конвертера. Если емкость конвертера 370 т и время выпуска 5 мин, то за 1 минуту выльется 74 т или 1,23 т/с. Когда конус расположен в выпускном отверстии, то струя металла из конвертера ограничивается до 13 %, т.е., скорость потока сокращается (13 % от 1,23 т/с) до 0,16 т/с. Переходная стадия от полного потока стали до начала полного выхода шлака может быть до 10 секунд. Поэтому возможная теоретическая потеря - до 1,6 т за выпуск или 0,43 % годного металла. По сравнению с положительными эффектами, достигаемыми при отсечке ишака на выпуске, такие потери можно считать допустимыми.

Анализ  технической литературы показывает, что на многих заводах, использующих в конвертерном производстве различные  способы отсечки шлака, в большинстве  случаев остатки стали в конвертере колеблются в пределах 0,5-2,0 т, а толщина  слоя шлака в сталеразливочном ковше - 30-70 мм. При этом толщина слоя шлака в ковшах без использования средств для отсечки шлака для различных условий может достигать 170-200 мм.

Обычно  в кислородно-конвертерном цехе часть  плавок после выпуска может направляться на разливку безковшевой обработки, а другая, как правило, большая часть, подвергается обработке для внепечного рафинирования.

В первом случае контроль за выносом шлака - очень динамичный процесс, поскольку во время выпуска добавляется большинство легирующих и раскисляющих элементов. В зависимости от степени отсечки шлака изменяется усвоение вводимых элементов и переход вредных примесей из шлака в сталь. В этот период добавляются материалы для нейтрализации действия шлака, десульфурации и др.

В случае последующей ковшевой обработки  количество высоко-окисленного шлака  в ковше, с учетом добавок материалов для снижения окисленности шлака и металла, оказывает существенное влияние на процесс формирования высокоосновного шлака на ковше-печи для успешного рафинирования, модифицирования стали и в целом на затраты при внепечной обработке.

 

 

 

 

 

Сталеразливочный  ковш

 

По достижении химического  состава и температуры до необходимых  значений сталь выпускают в ковш. Ковш, в который выпускают металл из сталеплавильного агрегата (мартеновская печь, конвертер) после окончания  плавки, служит для разливки стали  в изложницы или на участках непрерывной  разливки, а в последние годы зачастую и для проводимой перед разливкой  внепечной обработки жидкого  металла.

 Рис. 11. Общий вид двухстопорного сталеразливочного ковша.

 

 

На рис. 11 показан сталеразливочный ковш, оборудованный двумя сторонами 4 (двустопорный ковш); часто применяют также одностопорные ковши. Ковш представляет собой выполненный из стальных листов футерованный сосуд, имеющий форму усеченного конуса, расширяющегося кверху. Кожух ковша изготавливают сварным из стальных листов толщиной до 30 мм. К кожуху крепят две цапфы 1, для чего служит привариваемый к кожухуснаружи цапфовый пояс из двух кольцевых ребер 5 и двух групп поперечных и продольных ребер жесткости 2.

За цапфы ковш захватывают  крюками мостового крана, который  транспортирует ковш и удерживает его  над изложницами или промежуточным  ковшом во время разливки.

Вместимость ковшей по массе  жидкой стали изменяется в пределах от 5 до 480 т. При выпуске металла  в сталеразливочные ковши предусматривают  наличие над металлов некоторого количества шлака, предохраняющего металл от дальнейшего быстрого охлаждения. Лишнее количество шлака вытекает через носок 3. Основные параметры некоторых ковшей приведены в табл.1. Отношение диаметра кожуха к высоте находится в пределах 0.75- 0.90; конусность стен составляет 3-3.5%.

 

 

Размеры сталеразливочных ковшей.

Табл.1.

Параметр	Значение параметра для  разной емкости ковша,т
	10	50	90	160	220	350	430	480
Высота, м	1.83	2.8	3.4	4.0	4.9	5.3	5.5	5.8
Верхний диаметр, м	1.65	2.6	3.2	3.7	4.0	4.8	5.2	5.4
Масса порожнего ковша	5.5	23	30	43	48	86	110	136

 

Сбоку на кожухе крепят стопорный механизм, предназначенный для открывания и закрывания отверстия разливочного стакана, установленного в данной части ковш. При использовании вместо стопора шиберного затвора его крепят на днище ковша. Там же может быть смонтировано устройство  для продувки стали в ковше аргоном.

Кирпич при футеровке  ковша укладывают не меньше чем в  два ряда, чтобы в случае прорыва  металла через швы внутреннего  ряда предохранить кожух ковша от прожигания.

В последнее время стенки ковша делают набивными из увлажненной  массы на основе полужирного песка  со связкой  ортофосфорной кислотой.

Применяют также монолитную наливную футеровку стенок ковша  из самотвердеющей массы на основе молотого кварцита.

На дно ковша устанавливает  гнездовой кирпич, в который перед  приемом каждой плавки вставляют  разливочный стакан. Разливочные  стаканы делают из шамотного кирпича, магнецита, шамотно-графитированной массы и из шамота с магнецитовойвтулкой. Большее распространение получил магнецировый стакан.

После установки стакана  ковш сушат и прогревают газом до 700-800 ^оС. В высушенный ковш устанавливают стопор- стальной стержень диаметром около 50 мм с надетыми на него шамотными катушками. На нижнем конце стержня крепится пробка, изготовленная из шамота. После наборки стопор сушат в специальных печах или сушильных камерах при температуре около 200^о С в течении 20-24 часа.

Правильно подготовленные и  установленные стопор и разливочный  стакан позволяют получить хорошо центрированную и ровную струю и качественный снимок. В противном случае возможно не только снижение качества слитка, но также и аварии при разливке: приваривание и отрыв пробки, переедание стопора и т.д.

Из практики производства слитков известно, что качество слитка или заготовки влияет правильная подготовка ковша и состава для  разливки стали, служба стопорного механизма, четкость работы персонала обслуживающего выпуск металла, и поддержание достаточной чистоты и порядка в разливочном пролете.

Для выпуска металла из печи до завалки шихты обслуживающий  персонал тщательно подготавливают сталевыпускное отверстие, а в случае конвертерной плавки сливной носок  сталеразливочного ковша. Подлежит подготовке желоба для стока жидкого  металла. Его делают под некоторым  углом, обеспечивающего полный выпуск жидкой стали.

Желоб футеруют шамотным кирпичом (в случае мартеновской печи)  на специальном растворе. Тщательно  очищают сливной носок (в случае конвертерной плавки) от металлических шлаковых настылей. Встречаются раздвоенные жалоба при выпуске металла из мартеновской печи.

По окончании процесса плавки под желоб устанавливают сталеразливочные ковши. Затем приступают к операции открывания сталевыпускного отверстия специальным механизмом или прожигают отверстие кислородом. Металл стекает в ковш.

При выпуске жидкого металла  из конвертера, последний медленно наклоняют в сторону сталевыпускного  отверстия и сливают сталь  в ковш. Выпущенную сталь выдерживают в ковше некоторое время, что позволяет всплыванию неметаллических включении.

В сталеразливочный ковш не сливается весь шлак, для чего в  начальный период конвертер наклоняют  несколько быстрее, т.е. до начала слива  стали, а затем продолжают операцию слива в установленном режиме. По окончании слива стали оставшийся шлак в конвертере сливается в  шлаковню. Затем процесс подготовки повторяется.

 

 

 

 

 

 

 

Выводы.

 

1. Температура выпускаемой стали должна быть на 100-150 ^оС выше температуры плавления.
2. Сталеразливочные ковши должны быть очищены от мусора и др. материалов.
3. Сталеразливочные ковши должны своевременно проходить ремонтные процедуры.
4. Все операции выпуска должны способствовать получению чистого и качественного металла.
5. Не допускать попадания всей массы шлака в сталь.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

 

1. В.И. Явойский, «Металлургия стали», издательство Металлургия, 1973г.
2. В.И. Явойский и др. «Металлургия стали», издательство Металлургия, 1983г.
3. А.К.Торговец и др. «Конструкции агрегатов и оборудование непрерывной разливки стали», Гылым, Алматы-2002г.