Обработка металла

Внепечная обработка чугуна и стали

Раздел:  Строительство. Ремонт

Решение  вопроса   выбора  рациональной  технологии  обработки жидкого  чугуна   в   значительной  степени  зависит  от  технологии  дальнейшего   сталеплавильного  передела,   наличия   оборудования и возможностей для внепечной обработки стали. Характерным примером является опыт завода "Oxelosund" фирмы SSAB  (Швеция).  Завод имеет две  доменные  печи,  восемь  чугуновозных  ковшей   миксерного  типа   вместимостью  по  325 т. оборудованных   для   продувки   чугуна   порошками,   конвертер комбинированного   дутья   (LBE-процесс),   установки   для   вне-печной обработки стали (ASEA—SKF) и для вдувания порошков (TN).  В  чугуновозных  ковшах  миксерного  типа  производится продувка     чугуна     (газ-носитель-     азот)     смесью     СаС2 + СаСО3>  при этом  содержание  серы снижается  с  0,05—0,07  до 0,005-0,02 %.   При   продувке   такого   низкосернистого   чугуна в   обычном   конвертере   верхнего   дутья   содержание   серы   не только    не    уменьшалось,    но    часто    несколько    возрастало. После  переоборудования  конвертера  для     работы  с комбинированной продувкой появилась возможность проводить в  конвертере  в конце  плавки  операцию перемешивания  ванны при помощи нижнего дутья (так называемое послепродувочное перемешивание).   Все   это   способствовало   существенному   изменению   многих   параметров   технологии:  уменьшилось   содержание   кремния   в   чугуне   с   0,80   до   0,35 %   и   соответственно количество шлака  в  конвертере;  вдвое  снизились  потери  железа  со шлаком; уменьшился расход извести, повысился  срок службы футеровки и т.д. Перемешивание металла с высокоосновным и сравнительно маложелезистым шлаком в конвертере позволило приблизить  степень распределения  серы между  металлом и  шлаком  к  равновесному.  В  результате при использовании   чугуна,    содержащего   0,007—0,025 %   S,    содержание серы в конвертере  в конце послепродувочного перемешивания снизилось    до    0,0015 %.    Для   получения    в    обычной    стали 0,010-0,015 %  S  дальнейшей  обработки  стали  для  ее  десуль-фурации  не  требовалось. 

Таким  образом,  в  данном  случае  в результате организации внедоменной обработки чугуна и замены обычной продувки в конвертере комбинированной исклю

чена необходимость внепечной обработки стали. Не меньшее

влияние на технологию оказал ввод в эксплуатацию установ

ки ASEA-SKF и TN. На основе опыта, накопленного в процес

се эксплуатации этих установок, оказалось рациональным

разделение всех производимых на заводе марок сталей на

четыре группы в зависимости от содержания серы и выбора

технологии обработки для каждой группы. Для групп марок

сталей I, II, III, IV содержание серы в готовой стали

должно           быть     соответственно     0,015-0,030,     0,01-0,015,

< 0,007, < 0,004 % и минимальное количество водорода. Для группы I рекомендуется облегченная, для остальных — глубокая десульфурация жидкого чугуна. Десульфурация стали проводится в случае необходимости — для групп I, II; глубокая— для групп Ш, IV. Обработка синтетическим шлаком и вакуумирование проводится только для группы IV. Таким образом, оказалась рациональной оптимизация технологии десульфурации чугуна и стали в зависимости от требуемого содержания серы в стали, условий удаления серы в конвертере (или восстановления ее из шлака) и стоимости обработки.

Комплексное решение по организации внепечной обработки чугуна и стали принято на заводах "Thyssen Stahl AG" (ФРГ), где работают девять установок для десульфурации чугуна (вдуванием смеси СаС2 + Mg), девять конвертеров комбинированного дутья типа ТВМ, три установки циркуляционного вакуумирования, установки вакуум-кислородного рафинирования типа VOD и VODC, пять установок TN для десульфурации стали путем инжекции десульфураторов [32]. Особенностью является разработка двухступенчатой технологии десульфурации чугуна: 1)до «0,020% S в ковше миксерного типа; 2) до 0,001 -0,003 % S в заливочных ковшах (1.36).

В 1982 г. на заводе "Kimitsu Works, NSC" (Япония) Внедрена ORP-технология. Основной целью разработчиков гехнологии является снижение до минимума потерь железа и затрат энергии при максимальной производительности и максимальном использовании оборудования [33]. Обработка начинается проведением обескремнивания чугуна на желобе при выпуске чугуна из доменной печи введением порошка железной руды в струю чугуна из расчета 45 кг кислорода на 1 т. При этом содержание кремния снижается с 0,5 до 0,15 % при основности шлака 1,5—2,0. В результате обес-кремнивания облегчается проведение операции дефосфорации. Окисление фосфора производится в 290-т передвижном ковше миксерного типа вдуванием порошка (газ-носитель— азот). Продолжительность обработки — 45 мин, продувки — 25 мин. Порошкообразная смесь состоит из 55 % FeO (окалина), 35%СаО, 5% CaF2 и 5% СзС\2. Образующийся при обработке такой смесью высокоосновный шлак обеспечивает также десульфурацию чугуна. Содержание фосфора снижается с 0,12 до 0,015%, серы- с 0,025 до 0,005%. Расход порошка составляет 52 кг/т. Окисление углерода осуществляется в 300-т конвертере с верхним и нижним дутьем (LD—ОВ). При использовании 21кг флюса (40% СаО; 12% MgO; 39 % Fe2O3; 9 % МпО) на 1т стали содержание углерода снижается с 4,67 до 0,05 %. Сталь после выпуска продувают в ковше смесью извести и ферросплавов в струе аргона, а также, при необходимости, вакуумируют. Производимая сталь содержит гарантированно низкое содержание нежелательных примесей [22].

Наряду с ORP-технологией компанией "Nippon Steel Corp." (NSC) широко используется технология, названная SMP (Slag Minimising Process). SMP-процесс используют в основном для получения стали промышленного производства с минимальными затратами на рафинирование путем стабилизации содержания кремния в чугуне на низком уровне (0,2—0,25 %).   При   этом   увеличивается   выход   годного,   снижается расход флюсов в конвертерном цехе (1.37),

увеличивается стойкость футеровки, производительность и

т.д. Окисление кремния производится в передвижном миксере

путем верхней подачи окалины (28 кг/т) в струе газа.

Полученный шлак удаляется отсосом при помощи вакуумной

системы (VSC). К началу 1985 г. практически на всех заво

дах компании использовался тот или иной, метод внепечной

обработки [34): 1) Muroran-SMP, ORP; 2)Kimitsu-ORP;

3) N^goya-ORP;         4)Sakai-SMP; 5) Hurohata-SMP;

6) Jawata-SMP, ORP; 7) Oita-ORP.

На 1.38 показаны возможные варианты SMP-процесса. Во всех случаях особое внимание уделяется обескремни-ванию чугуна (1.39). Интенсивное обескремнивание, проводимое на качающемся желобе доменной печи (порошками оксидов железа), обеспечивает на следующей стадии эффективную дефосфорацию под высокоосновным шлаком (вдуванием смеси 55-58% FeO; 33-36% СаО; 7-10% CaF2; до 2% СаС1г) и десульфурацию (1.40). Разработчики назвали WOT процесс "новым" сталеплавильным процессом [35].

На 1.41 показана схема производства на заводе "Kakogawa" той же компании [36]: в миксерном ковше окалиной удаляют кремний, затем скачивают шлак и в конвертере аналогичной продувкой (так же, как и на заводе "Kobe") Удаляют фосфор, а серу — вдуванием карбида кальция СаС2 с последующим обезуглероживанием в другом конвертере с комбинированной продувкой.

В   1985   г.   на   заводе   "Mizushima   Works"   (Япония)   пущен комплекс   (  1.42)   по   внепечной   обработке   чугуна  (более ЮОтыст   чугуна   в   месяц).   Комплекс   состоит   [37]   из   оборудования  для  десиликонизации  чугуна  на  желобе   доменной печи №4 и для десиликонизации, дефосфорации и лесульфу-Рации чугуна в передвижном миксере. Для десиликонизации в Иксерном  ковше  используется  смесь  агломерационной  пыли 5 ™°)   и   извести   (25 %);    для   дефосфорации   смесь   состоит из 54 % агломерационной пыли, 38 % извести, 4 % CaF2 и 4% NajCOj. Для инжекции служат четыре пневмонагнетателя с роторным питателем. Максимальная скорость инжекции 500 кг/мин. Система оборудования включает установку для грануляции шлака производительностью 24 т/ч. Чугун после обработки в передвижном миксере содержит * 0,03 % Si, 0,01-0,03% Р, 0,003-0,02% S.

Практически все варианты технологических комплексов получения чистых по фосфору чугунов включают операции одно- или (чаще) двукратного скачивания шлака. Это позволяет гарантированно получать в готовой стали * 0,0015 % Р (при использовании для десульфурации силикокальция) и s 0,0010 % Р (без силикокальция). Комплексы включают также оборудование для извлечения соды из отработанного шлака как с целью экономии, так и для исключения опасности загрязнения среды вредными выделениями.

Технология получения, а затем эффективного использования обескремненного чугуна получила название малошлаковой или бесшлаковой технологии (процесса). Бесшлаковый процесс имеет ряд преимуществ: экономия флюсов, уменьшение потерь железа в шлаке и соответствующее увеличение выхода стали, экономия ферросплавов и пр. Имеются сообщения о рентабельности использования в таком процессе марганцевой руды (в конвертере). При малом расходе флюсов "выход" по марЛнцу возрастает примерно вдвое [38].

Использование обескремненного чугуна имеет существенный недостаток: несмотря на некоторое повышение температуры чугуна в процессе обескремнивания и уменьшение потерь тепла на нагрев шлака, избыток тепла, используемый для переработки в конвертере лома, уменьшается. Вместе с тем, если имеются Другие потребители лома (электропечи, Мартеновские печи), ситуация рассматривается в комплексе. При этом следует учитывать возможность получать в конвер-!epHbix цехах сталь, чистую не только от серы и фосфора, но и от примесей цветных металлов. На заводах Японии затраты на производство стали при переходе на бесшлаковый процесс снижаются примерно на 28 % [38].