Обработка металла

Внепечная обработка чугуна и стали

Раздел:  Строительство. Ремонт

В тех случаях, когда по условиям производства (например, цех старой постройки с отсутствием свободных площадей) нет возможности разместить оборудование для расплавления синтетического шлака, используют метод обработки металла на выпуске твердыми синтетическими шлаками. Обычно в состав таких смесей вводят СаО и CaF2. Расход таких смесей колеблется от 3 до 10 кг/т (иногда и более). И в этом случае наилучшие результаты по десульфурации и получению стали с минимальным содержанием неметаллических включений получают при одновременном воздействии на металл с десульфурирующей синтетической смеси и раскислителей. Чаще других используют три технологических приема:

1.         Подача  на   струю  металла  порошка,   состоящего   из  из--

вести, плавикового шпата и алюминия.

2.         Присадка   десульфурирующей   смеси,   состоящей   из   из

вести   и   плавикового   плата,   на   дно   ковша  перед   выпуском

металла; при этом одновременно на дно ковша присаживается

все    требуемое    для   раскисления   количество    ферросилиция.

Температура   металла   при  использовании   для   десульфурации

синтетических   смесей   в   твердом   виде   должна   быть   выше

обычной   на   10-15 °С.   В   некоторых   случаях   для   облегчения

условий быстрого образования активного шлака ковш    вовре

мя  покачивают  или  перемещают  вперед  и  назад.   Обработка

таким   методом   стали   с   повышенным содержанием   углерода

позволяет снизить  содержание  серы (по  сравнению с  послед

ней  пробой  из  конвертера)  почти  вдвое;   при  обработке  ме

нее    углеродистого    металла    (ванна    более    раскислена)   сте

пень десульфурации уменьшается.

3.         Подача   порошкообразной    смеси    извести,    плавикового

шпата и кальцинированной соды при помощи бункера-дозатора

на   поверхность   струи   металла,   стекающего   по   выпускном)

желобу в  ковш. При падении струи и ударе ее о дно ковш

или об уже накопившийся в нем слой жидкого металла про*'

ходит перемешивание обех фаз и быстрая десульфурация ме

талла. Расход смеси составляет 1,2-1,6 %.

В СССР в последние годы проведен ряд исследован!* имеющих целью определить рациональные и экономичен „боснованные пути использования твердых шлакообразующих смесей (ТШС)\

С целью выбора более эффективных схем внепечного рафинирования ЦНИИЧМ совместно с металлургическим комбинатом "Азовсталь" выполнен технико-экономический анализ затрат ца производство трубных сталей при частичной или полной замене синтетического шлака ТШС, которая содержала известь и плавиковый шпат фракции 50—20 мкм в соотношении 4:1. Технологическую присадку этой смеси осуществляли с использованием средств механизированной подачи в стале-разливочный ковш в начале выпуска плавки из конвертера непосредственно на струю сливаемого металла. Удельный расход ТШС составлял 5-6 кг/т стали в случае частичной замены синтетического шлака. При полной замене синтетического шлака ТШС удельный расход увеличивался до 12—14 кг/т стали. Анализу подвергали технико-экономические показатели трех вариантов внепечного рафинирования трубных сталей группы ГФБ (09Г2ФБ, 10Г2ФБУ, 10Г2ФБ). В первом варианте (табл. 4.1) десульфурация металла проводилась известково-глиноземистым шлаком в 350-т сталераз-ливочном ковше с кислой набивной или шамотной кирпичной футеровкой. Во втором варианте ее осуществляли в 350-т сталеразливочном ковше с кислой набивкой или шамотной кирпичной футеровкой с уменьшенным (на 15-20%) удельным расходом известково-глиноземистого шлака и добавками ТШС.

Благодаря производству грубного металла в конвертерном Цехе с использованием ТШС и ковшей с футеровкой из основного огнеупорного материала нижний предел по содержанию серы в гоювой стали дополнительно уменьшился до 0,004 %, повысилась усвояемость алюминия, марганца и кремния, в жидкой стали в процессе корректировки ее химического сос-'ава, а стойкость футеровки ковшей увеличилась более чем Е 2,8 раза. Наряду с указанными преимуществами необходимо обратить внимание на уровень изменения тепловых потерь и способы их компенсации.^

Уменьшение количества синтетического шпака на плавку и 'обавка в ковш ТШС (второй вариант) увеличивают потери 1епла на нагрев и расплавление ТШС. Отмечено также сниже-11116 температуры металла в ковше с 10 (в первом и втором) *)5°С (в третьем варианте).

В условиях кислородно-конвертерного цеха комбината повышенные потери тепла компенсируются путем подогрева огнеупорной футеровки сталеразливочного ковша до 800 °с. Для этого стенды в ковшовом пролете были оборудованы высокотемпературными горелками, а сталеразливочные ковши снабжены специальными крышками для утепления. Использование указанных мероприятий снижает до минимума потери тепла по третьему варианту и повышает эффективность внепеч-ного рафинирования стали.

В мартеновском цехе МК "Азовсталь" усовершенствовали технологию производства рельсовой стали путем обработки ее в ковше шлаком ЭШП с добавкой доломитизированной извести при одновременной продувке металла аргоном . Такая внепечная обработка позволила снизить среднее содержание серы с 0,036 до 0,026 %, стабилизировать температуру металла, повысить чистоту металла по неметаллическим включениям и увеличить выход рельсов I сорта.

На РусМЗ проведены плавки трубной стали с десульфура-цией металла в сталеразливочном ковше на выпуске смесью извести и отходов производства вторичного алюминия, содержащих 65-70 %.А12О3; 2-4% SiO2; 2,8-3,2% СаО. Смеси в ковш подавали одновременно с раскислителями при заполнении его металлом на 1/8 высоты в течение 2—3 мин. Применение твердой шлакообразующей смеси значительно увеличивает степень десульфурации металла; при этом снижается угар кремния и марганца в ковше соответственно на 9,9 и 4,7%, расход алюминия в слитках уменьшается на 250 г/1-Новая технология позволила увеличить выход труб первой сорта

В СССР над проблемой разработки эффективной технологи» обработки стали ТШС длительное время работает инстШг ДонНИИЧМ.   Разрабатывая   технологию   применения   условий мартеновского цеха металлургического комбината им. Дзержинского установили, что условия десульфурации изменяются в зависимости от продолжительности (интенсивности) выпуска плавки. Для улучшения условий шлакообразования и физико-химических свойств рафинировочного шлака в состав обычной смеси (60-65 % извести и 35—40 % плавикового шпата) ввели отсевы алюминиевой стружки (отвальный продукт), содержащей 15-20% А12О3; 0,5-2,0% СаО; '; 10—12 % SiO2; Добавка 10 % отсевов алюминиевой стружки ! способствует снижению вязкости шлака в интервале 1550—1600 °С на 25 % (абс), а также плавкости смеси на 60 °С, что свидетельствует об улучшении тепловых условий формирования шлака.

Провели оценку продолжительности прогрева кусочков смеси до температуры металла с учетом плавления легкоплавких (Составляющих. Расчеты показали, что при гидродинамических условиях наполнения ковша до 1/3 его высоты период полного прогрева тугоплавких кусочков смеси размером до 20 мм не превышет 50 с, что составляет не более 5-10 % общей продолжительности выпуска металла из 240-т мартеновской печи. В связи с высокими значениями коэффициентов турбулентного массообмена в этот период наполнения ковша существует возможность получения жидкой шлаковой фазы при наличии тугоплавких кусочков извести размером до 20 мм.

Выбор оптимальных значений гидродинамических параметров- расхода металла в струе при его сливе в ковш и режима присадки смеси в рафинируемый расплав проводили по Результатам промышленных экспериментов и теоретических Расчетов. Момент ввода смеси в ковш был определен однозначно, так как из-за необходимости проведения в ковше окончательного раскисления стали подача смеси может быть начата спустя 2-2,5 мин после начала выпуска. Скорость подачи смеси на струю металла была задана из расчета обеспечения равномерного прогрева кусочков смеси до тем-"ературы расплава за период времени, ограниченный напол-Иением ковша от 1/4 до 1/3 его высоты. Результаты тепло-Вь1х расчетов показали, что этого времени достаточно для одного прогрева кусочков смеси размером до 20 мм.

В результате обработки массива плавок, на которых  смесь присаживали рассредоточенно на cipyio металла по разработанному режиму, определили оптимальный рас. ход металла в струе, при котором достигаются наиболее высокие значения степени десульфурации стали в 240-т ковше (4.2).

Другим вариантом обработки металла в ковше шлаковыми смесями является технология использования экзотермических самоплавких шлакообразующих смесей (СШС), которые содер. жат шлакообразующие (известь, А12О3, плавиковый шпат), окислитель (натриевую селитру) и "топливо" (алюминиевый порошок). Работы, выполняемые в ДонНИИЧМ, показали, что во время горения и плавления экзотермической смеси ковш необходимо накрывать зонтом с отводом дыма, улавливания пыли и ядовитых оксидов азота [3]. В настоящее время металлургический комбинат им. Ильича (МКИ) и ДонНИИЧМ разработали и внедрили в опытно-промышленном режиме технологию рафинирования конвертерной стали 09Г2С жидкими синге-тическими шлаками, получаемыми из СШС. Установка для получения шлака малогабаритна и занимает небольшую площадь в разливочном пролете, а газоочистка вынесена на территорию цеха.

Производство экзотермической СШС организовано в специализированном отделении, характеризуется высокой степенью механизации. Условия работы соответствуют требованиям техники безопасности. При изготовлении смеси используют отходы производства (отсевы алюминиевой стружки, некондиционную известь).  Для транспортировки исходных материалов и готовой смеси служит автотранспорт со специализированными саморазгружающимися контейнерами. Предусмотрена также возможность получения рафинировочного шлака непосредственно в сталеразливочном ковше, что значительно экономичнее.

В обычных условиях в производимой на МКИ стали 09Г2С содержится в среднем 0,027 % S. После обработки СШС содержание серы в готовой стали составляет 0,023% при расходе СШС 18;4кг/1 стали и 0,013% при расходе СШС 32,5 кг/т стали .

Обработка металла в ковше (ТШС) имеет два основных недостатка: малая (по современным требованиям к качеству металла) степень десульфурации и нестабильность получаемых при обработке результатов (в случае, если используют только один этот метод). Значительным достоинством метода является его простота и доступность, а также возможность эффективно использовать отходы различных производств. Так, институтом УНИИМ совместно с КМК разработана и внедрена технология обработки рельсовой мартеновской стали ТШС, состоящей из извести и отходов производства алюминия, содержащих до 70 % глинозема и некоторое количество плавней (К2О + Na2O) [4]. После сушки и просеивания (ячейки 50x50 мм) ТШС загружают в контейнеры и присаживают в ковш сразу после введения раскислителей. В результате в ковше формируется достаточно подвижный шлак, обладающий высокой десульфурирующей способностью и адгезионной способностью по отношению к включениям. В результате среднее содержание серы в готовом металле снизилось с 0,026 до 0,021 %, увеличился выход 25-м рельсов 1-го сор-та, уменьшился перевод рельсов во II сорт по неметалличе-ским включениям и т.д.

По мере развития таких способов внепечной обработки сили, как нагрев металла в процессе его внепечной обработки на установке ковш- печь при одновременной продувке "Чертными газами ситуация изменяется. Метод расплавления в отдельном агрегате синтетического шлака для последующе-0 слива этого шлака в сталеразливочный ковш постепенно Ступает   место   методу  наведения   шлака   требуемого   состава в агрегате внепечной обработки при одновременном перемешивании и металла и шлака (инертными газами, в вакуумной камере, электромагнитным и др.), при этих условиях метод использования ТШС получает самое широкое развитие [5].