close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

bd000102658

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Ш Е Л Я Г О В И Ч АНДРЕИ ВЛАДИМИРОВИЧ
Разработка режимов формирования металлозавалки в
кислородном конвертере с применением
композиционных материалов и исследование их
в л и я н и я на технологические показатели в ы п л а в к и
стали
Специальность 05.16.02.
«Металлургия черных, цветных и редких металлов»
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Москва-2005
Работа выполнена в
Федеральном государственном унитарном предприятии
"Центральный научно-исследовательский институт черной
металлургии им. И.П. Бардина"
Научный руководитель - доктор технических наук, профессор
Евгений Христофорович Шахпазов
Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор
Петр Иванович Югов
доктор технических наук, профессор
Виктор Яковлевич Дашевский
Ведущая организация - ОАО "Северсталь" (г Череповец)
Защита диссертации состоится "24"ноября 2005 г. в 15 часов на
заседании диссертационного совета Д217.035.02 в Федеральном
государственном унитарном предприятии "Центральный научноисследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина".
Адрес: 105005, Москва, 2-ая Бауманская ул., д.9/23.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотека Федерального
госудаственного унитарного предприятия "Центральный научноисследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина"
Автореферат разослан "df/" октября 2005 г.
Ученый секретарь
диссертационногосоветаД 217.035.02
/
кандидат технических наук
oif/ia/i/'J^
старший научный сотрудник
МХ^--€-<^^;7^
Х.П. Москвина
fim
О Б Щ А Я Х А Р А К Т Е Р И С Т И К А РАБОТЫ
Актуальность темы. Кислородно-конвертерный процесс является
основным сталеплавильным процессом в мировом производстве
качественных сталей. Однако в последние годы в связи с
профессирующим ростом дефицита и ухудшением качества стального
лома использование его как основного материала-охладителя
конвертерной ванны значительно затрудняет организацию их производства.
Применение негабаритного металлолома с низкими физическими
характеристиками и повышенным содержанием таких элементов как:
хром, никель, медь, сурьма, олово, мышьяк и др. закладывает при
формировании структуры металлозавалки и в готовый расплав
соответствующую "химическую информацию", что приводит к снижению
технико-экономических показателей конвертерного процесса.
Решение проблем повышения качества выплавляемой стали, в т.ч.
увеличение объема выпуска специальных марок - автолиста, канатной
стали, металлокорда и ряда других, а также повышение техникоэкономических показателей производства в современных условиях
возможно при совершенствовании традиционного состава и разработки
нового технологического режима формирования металлозавалки с
применением класса первородных шихтовых материалов.
В свою очередь это привело к необходимости создания новых
альтернативных материалов-охладителей на основе первородного сырья,
с высокими физическими характеристиками, к числу которых относится
композиционный материал Синтиком*.
Появление данного класса материалов, с новым комплексом
металлургических свойств, потребовало проведения исследований
процесса формирования металлозавалки в кислородном конвертере,
определения оптимального технологического режима загрузки
комплексной металлошихты и расположения композиционного материала
в ее слое. Известно, что именно качественные характеристики материаловохладителей, их физико-химические свойства, способ зафузки и характер
распределения в рабочем объеме сталеплавильного агрегата в значительной
степени предопределяют ход конвертерной плавки, ее техникоэкономические показатели, качество готового металла и степень
воздействия на экосистему.
Таким образом, настоящая работа посвящена актуальной научнотехнической проблеме - повышения качества и увеличения объемов
выплавляемой конвертерной стали.
Цель работы. Исследовать зависимость процесса шихтообразования
в рабочем объеме кислородного конвертера от состава металлошихты,
физических характеристик и последовательности зафузки материаловохладителей. Установить влияние физико-химических свойств
композиционного материала, режима формирования комплексной
металлозавалки на основные процессьщ_технико-экономические
показатели выплавки конвертерной CTanfJ ''ос. НАЦИО»1АЛ
1
вйБлиотем"'**/
■ Ё:т^гti
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие
задачи:
- построение и анализ физической модели процесса формирования
металлозавалки в кислородном конвертере по традиционной технологии;
- расчет нового оптимального состава металлошихты с использованием
композиционного материала Синтиком*;
- исследование режимов зафузки и формирования комплексной
металлозавалки с различными физическими характеристиками;
- исследование физико-химических процессов, протекающих в слитке
композиционного материала при его нафеве и плавлении;
- исследование механизма "зажигания" конвертерной плавки и
особенностей плавления металлошихты для разных режимов
шихтообразования;
- разработка методики предварительной оценки процесса
шихтообразования в рабочем объеме кислородного конвертера;
- разработка технологических решений для совершенствования
традиционной конвертерной технологии на основе комплексного анализа
результатов физического моделирования и исследований
металлургических свойств композиционного материала;
- проведение промышленной апробации и внедрение разработанных
технологических режимов формирования комплексной металлозавалки.
Научная новизна исследовательской работы, отражающая значимость
данной проблематики:
- впервые разработана физическая модель процесса формирования
металлозавалки в рабочем объеме кислородного конвертера по
традиционному технологическому режиму и режиму с применением
композиционного материала Синтиком*;
исследовано влияние качественного состава и способов зафузки
металлошихты на формирование структуры металлозавалки;
- впервые на основе моделирования установлена математическая
зависимость процесса шихтообразования от физических свойств твердого
материала-охладителя;
- исследованы особенности протекания окислительновосстановительных реакций при плавлении синтикома и установлено их
влияние на основные процессы и показатели конвертерной плавки;
- разработан алгоритм расчета параметров традиционного
технологического режима шихтообразования;
- установлена зависимость технико-экономических параметров
выплавки конвертерной стали от состава, качественных характеристик и
технологического режима формирования металлозавалки.
Практическая ценность. На основе результатов исследований
разработан, промышленно опробован и внедрен новый технологический
режим формирования комплексной металлозавалки с использованием
композиционного материала Синтиком* на металлургическом заводе "Хута
Катовице" (Польша), способствующий решению вопросов дефицита
качественной металлошихты, повышения технико-экономических
показателей производства, качества и объемов выплавки конвертерной
стали, в т.ч. категории ВОСВ. Экономическая эффективность его внедрения
составляет 4,82$/тонну стали.
Созданы методика и алгоритм расчета основных параметров процесса
шихтообразования, которые позволяют прогнозировать физическую
картину формирования металлозавалки в конвертере при разных
технологических и производственных условиях, контролировать начальное
положение кислородной фурмы относительно высшей точки твердой части
металлошихты с целью предотвращения ее конструктивных повреждений.
Разработаны технологические рекомендации для внедрения нового
режима формирования комплексной металлозавалки на большегрузных
кислородных конвертерах.
На защиту выносятся следующие основные позиции научноисследовательской работы:
- методика и результаты исследований физической модели процесса
формирования металлозавалки в кислородном конвертере при
использовании шихтовых материалов традиционного состава и с
применением композиционного материала Синтиком®;
- новый усовершенствованный технологический режим формирования
металлозавалки на основе применения класса композиционных
материалов;
- результаты исследований влияния металлургических характеристик
синтикома и нового режима шихтообразования на процессы "зажигания"
конвертерной плавки, шлакообразования, кинетику окисления примесей
металлошихты и железа, его потери;
- алгоритм расчета параметров традиционного конвертерного режима
формирования металлошихты;
- результаты промышленных исследований влияния состава и
разработанного режима формирования металлозавалки на ход
конвертерного процесса, технологические показатели выплавки стали и
экономическую эффективность внедрения в производство;
- технологические рекомендации для выбора режима формирования
комплексной металлошихты.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований
докладывались на Восьмом международном конфессе сталеплавильщиков
(г Нижний Тагил, 2004 г); семинарах лаборатории физической химии
металлических расплавов ИМЕТ им. А.А. Байкова РАН; конференции
аспирантов и молодых специалистов ИМЕТ им. А.А. Байкова РАН (2004г.).
Доклад по результатам настоящей научно-исследовательской работы
удостоен диплома "Лучший доклад на восьмом международном конфессе
сталеплавильщиков" на секции конвертерное производство (г Нижний
Тагил, 2004 г).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 статьи и тезисы
3-х докладов.
Структура и объем работы. Диссертационная работа общим объемом
211 страниц, в том числе 31 рисунок и 34 таблицы. Включает в себя
введение, четыре главы, заключение, библиографический список из 69
наименований, 14 приложений объемом 27 страниц.
О С Н О В Н О Е С О Д Е Р Ж А Н И Е РАБОТЫ
Во введении содержатся предпосылки и обоснование актуальности
работы, сформулированы цели и задачи, приведены основные результаты,
определяющие ее научную новизну и практическую ценность.
Первая глава посвящена обзору литературных источников по теме
диссертации, в ней ставятся цели и задачи исследовательской работы,
определяются методы их решения.
Анализ современного состояния мировой и отечественной практики
конвертерного производства показывает, что кислородно-конвертерный
процесс сохранит свои позиции и в будущем. Основной тенденцией его
развития является увеличение объема выплавки высококачественных
конвертерных сталей ответственного назначения и особенно листового
сортамента, к которым предъявляются особо высокие требования по
чистоте выплавляемого металла. }!&сткие требования к технологическим
характеристикам готового металла ужесточают критерии подбора
шихтовых материалов и их предварительной подготовки.
Традиционно в конвертерном процессе в качестве основного
материала-охладителя используют стальной лом. Также применяют
твердый передельный чугун и дополнительные охлаждающие добавки железную руду, агломерат, металлизированные окатыши и др. Однако их
использование в качестве основного охладителя конвертерной ванны
вызывает ряд трудностей организационного и технологического хараюгера,
приводит к повышению себестоимости выплавляемой стали.
В то же время за последние 10 лет появились проблемы связанные со
стальным ломом, а именно стремительный рост дефицита и
профессирующее ухудшение его качественных характеристик.
Современная практика показывает, что лом, поставляемый на
металлургические предприятия, не соответствует предъявляемым к нему
требованиям по содержанию таких элементов как, Сг, Ni, Си, As, Sb, Sn,
а также физическим свойствам. Наблюдается резкое сокращение доли
оборотного лома, вследствие многократного переплава и новых методов
обработки металла, например, микролегирование, в нем повышается
содержание различных примесей. Их удаление при выплавке и дальнейшей
обработке чрезвычайно затруднено или практически невозможно.
Неудовлетворительные показатели по физическим свойствам связаны с
организацией сбора и качества подготовки металлолома в целом.
Особую роль физические характеристики стального лома ифают при
формировании металл озавалки в рабочем объеме конвертера. Сегодня в
реальных производственных условиях используется в основном
негабаритный металлолом с низкой насыпной плотностью 600-^900 кг/м\
Поэтому, не смотря на меньшую массовую долю лома в шихте (20^25%),
объем занимаемый им в конвертере существенно больше объема,
занимаемого жидким чугуном. При этом формируется неравномерная,
хаотичного структура из твердых материалов-охладителей. Нередко слой
лома над уровнем твердожидкои ванной вызывает конструктивные
повреждения кислородной фурмы вследствие ее удара о твердую шихту,
что снижает производительность сталеплавильного афегата.
В свою очередь все перечисленные выше факторы зачастую приводят
к технологической нестабильности конвертерного процесса: увеличению
массы шлака и значительным потерям железа с ним в виде оксидов и
корольков, активному процессу окисления железа из состава
металлошихты, как следствие, к его испарению из реакционной зоны и
угару, повышенному газо- и дымообразованию, выбросам и т.п.
Снижаются основные технико-экономические параметры плавки,
показатели по чистоте выплавляемого металла, повышается нафузка на
экосистему. Следовательно, ограничивается
производство
высококачественной стальной продукции, прежде всего таких видов, как
холоднокатаный низкоуглеродистый листовой прокат высоких категорий
вытяжки и качества поверхности, ряда других марок.
Таким образом, проблемы дефицита стального лома, повышения
качества и увеличения объемов выплавляемой конвертерной стали
являются актуальными.
В сложившихся условиях их решение возможно при
совершенствовании традиционного состава и технологического режима
формирования металлошихты - этапов, предопределяющих ход и
результаты конвертерного процесса, с использованием новых
альтернативных материалов-охладителей на основе первородного сырья
с высокими физическими характеристиками. К классу этих материалов
относится синтетический композиционный материал Синтиком*
Синтиком* (далее - синтиком, композиционный материал) - новая
разработка в области металлической шихты, выполненная инжиниринговой
фирмой ООО "НПМП Интермет-Сервис" совместно с ЦНИИЧермет им.
И.П. Бардина, ГТУ МИСиС, ИМЕТ им. А.А. Байкова РАН, при участии
ОАО "Северсталь", ОАО "Тулачермет", ОАО " Н Л М К " и др. Работа
удостоена премии Правительства РФ в области науки и техники, дважды
Дипломом с отличием и Золотыми медалями Всемирной выставки
изобретений "Эврика-Брюссель".
Синтиком является универсальным материалом, включающим в себя
первичные компоненты с известным составом, происхождением и
8
наследственностью, обладает всеми свойствами и преимуществами
первородной шихты. Характеризуется постоянством массы и
геометрических размеров, сложной индивидуальной двойственной
металлургической природой, а также возможностями воздействия на ход
окислительно-восстановительных процессов в сталеплавильных афегатах.
Является аналогом "чистого", габаритного, тяжеловесного лома.
Композиционный материал представляет собой слиток с
геометрической формой в виде усеченной пирамиды (см. рис 1). Он
изготовлен путем смешения жидкого доменного чугуна и минерального
наполнителя, в данном случае в виде железорудных окатышей. Существует
несколько марок данного материала, которые определяются долей
содержания в нем наполнителя - СК10, СК15, СК20, СК25, и зависит от
назначения и требований потребителя.
Желе|о\1^1сродис1ЯЯ
Maipiiitfl
Рис. 1. Внешний ВИД и разрез слитка Синтиком®
Призводство данного материала трепет минимальных дополнительных
капиталовложений и в кратчайшие сроки может быть организовано на
базе имеющихся в доменных цехах разливочных машин.
Производство синтикома и его использование как основного
материала-охладителя конвертерной ванны способствует решению
проблемы обеспечения сталеплавильного производства металлошихтой
для выплавки высококачественных сталей специального массового
назначения. Однако полностью исключать стальной лом из состава шихты
не целесообразно, т.к. необходимо перерабатывать отходы собственного
металлургического производства и других отраслей промышленности.
Особенности технологического процесса формирования
металлозавалки в рабочем объеме конвертера не рассматривались очень
давно, что связано, прежде всего, с отсутствием до 90-х годов 20 века
дефицита стального лома любого типа. К тому же за историю
существования конвертерной технологии проведено офомное количество
научных исследований и накоплен "богатый" практический опыт, что в
комплексе позволяет достаточно полно прогнозировать процессы,
происходящие вданном сталеплавильном афегате, вт.ч. и традиционный
процесс шихтообразования.
В настоящее время отсуствие необходимого количества лома и
появление композиционного материала с принципиально новым
комплексом металлургических свойств создало основания для проведения
исследований процесса формирования комплексной металлозавалки.
Известно, что состав шихты, физико-химические свойства материаловохладителей, их способ загрузки и формирование структуры
металлозавалки в значительной степени предопределяют механизм
"зажигания" плавки, ход сталеплавильного процесса, особенности
дутьевого режима, шлакообразование, баланс железа и его потери,
процессы газо-, пылеобразования и воздействие на экосистему, а также
качество выплавляемой стали.
Кислородный конвертер представляет собой "закрытый"
сталеплавильный афегат, который не позволяет визуально исследовать
процессы, происходящие в его рабочем объеме. Поэтому для решения
поставленных задач была разработана методика проведения исследований
на базе теории физического моделирования. Она позволила создать и
исследовать модели процессов зафузки и шихтообразования в рабочем
пространстве афегата. На их основе, с учетом результатов исследований
металлургических свойств синтикома, изучить особенности протекания
основных конвертерных процессов в зависимости от состава и режима
шихтообразования. Найти решение проблем современной конвертерной
технологии без сушественного изменения традиционных технологических
этапов подготовки и ведения плавки.
Вторая глава посвящена разработке методики, теории планирования
эксперимента, организации проведения лабораторных и опытнопромышленных исследований.
Лабораторные исследования проводились на основе теории
моделирования, для чего была разработана физическая модель изучаемого
процесса с сохранением его физической природы и геометрического
подобия. С целью оптимизации исследований, были составлены
сопряженные материально-тепловые балансы, которые позволили
определить марку композиционного материала и процентный состав
комплексной металлозавалки для реальной действующей конвертерной
технологии с сохранением базового технологического режима ведения
плавки. В соответствии с этим были разработаны способы
шихтообразования с использованием синтикома в составе традиционной
метаялошихты при различных способах его зафузки.
Для разработки оптимального режима формирования комплексной
металлозавалки были проведены лабораторные исследования по изучению
особенностей протекания окислительно-восстановительных реакций в
слитке синтикома при его нафеве и плавлении, их влияния на основные
процессы конвертерной плавки.
Разработка схемы и организация проведения опытно-промышленных
плавок базировалась на результатах лабораторных исследований и
предварительных рекомендациях сделанных на их основе. Промышленная
апробация новых технологических режимов формирования
металлозавалки осуществлялась в условиях конвертерного цеха
10
металлургического завода "Хута Катовице" (Польша) на 360000 кг
кислородном конвертере с верхней подачей дутья.
Третья глава посвящена физическому моделированию процесса
формирования металлозавалки, статистической обработке ее
результатов, исследованию окислительно-восстановительных реакций,
протекающих в слитке синтикома и влиянию нового режима
шихтообразования на основные конвертерные процессы, разработке
рекомендаций для проведения опытно-промышленных плавок.
Для исследований процесса формирования металлозавалки в
рабочем пространстве кислородного конвертера было проведено
физическое моделирование данного процесса для трех вариантов
шихтообразования, где в качестве твердой составляющей
металлошихты использовали:
1. традиционный режим: 100% стальной лом; 2. опытный режим:
замена 50% стального лома насинтиком (загрузка композиционного
материала на днище конвертера под слой лома); 3. опытный режим:
замена 50% стального лома на синтиком (загрузка композиционного
материала на слой металлолома).
Традиционный состав шихты на заводе "Хута-Катовице": 280000
кг (77,78%) - жидкого чугуна; 80000 кг (22,22%) - стального лома.
Опытный вариант шихтообразования выбран согласно расчетам
сопряженных материально-тепловых балансов процесса выплавки
стали в кислородном конвертере, которые показали возможность
использования до 50% синтикома марки СК15 в составе твердой
металлозавалки взамен стального лома в пропорции 1:1 без изменения
базового режима ведения плавки. Приведенная марка синтикома
является аналогом стального лома по охлаждающей способности.
В ходе моделирования варьировали насыпными плотностями лома,
характерными для существующих производственных условиях
(600-^1800 кг/м'). Насыпная плотность композиционного материала
СК15 ~2700 кг/м'. В качестве замены реальных шихтовых материалов,
а именно жидкого чугуна, стального лома и синтикома, использовали
соответственно воду с добавкой NaCl, пластилин с добавками
наполнителя для уменьшения его плотности и парафин.
Для проведения исследований была построена физическая модель
360000 кг кислородного конвертера, объем которой меньше реального
в 64000 раз с сохранением основных геометрических размеров и
представляет собой прозрачный сосуд.
В качестве примера на рис. 2, 4, 6 представлены компьютерные
модели технологических режимов шихтообразования, при которых
насыпной вес стального лома составлял ~1000 кг/м' (приведенная
насыпная плотность является среднестатистической).
На основе результатов физического моделирования и их
статистической обработки получены регрессионные уравнения и
построены графики (см.рис.3,5,7), описывающие зависимость
изменения уровня твердожидкои ванны и высоты слоя стального лома
от его физических характеристик (т.к. именно он является основным
объектом исследования).
Моделирование традиционного режима шихтообразования (см.рис.2)
показало, что физические свойства материала-охладителя определяют
формирование структуры металлошихты в рабочем объеме
сталеплавильного агрегата.
Bbicoia слон
лома h = 2.44 м
Высога с^юм
Уровень
лом'л h = 2,5 м
IBCpjO'/KIMKOH В Я Н Н Ы
h = 1,38 м
Рис. 2. Формирование металлозавалки по традиционной технологии
А- стальной лом; Б - стальной лом, жидкий чугун
' шпп
2,80 1
2,44
1 5.
2,16
1,72
1,59
1,38
ВОМ
• 1№4
^с
- -' " ~ -- -i- -
*
1
1 ШМЯ
eU4
1
4eJ
-
UIHO
ОЛЗ»
t«
1
1
—7
*Ф
■ 02Й
—
0.0
'
)
К
К
шм»
«-^
IJO
1
13Я l-M. И4
1
)
1
J^ J
--
J . __L _ i . „ 1
1Ь2 В7в ITU \U
t
r
J.
L
i.
i
X. j . _ 1
194 2 » IID I I I 2Z6 2J4 242 2M) I4t
■
I
I
I
>
a
J4—
MoieiMia»
2b« 274
•
■- p e e 11.118»
900 1000 1100 1200 1Я00 1400 1500 1600 J^700 1800
насыпная плотность лоиа, ^
высота слоя лома • данные фнз.моделирования, м.
^
высота уровня жидкого ч у г } н а - данные фнэ.моделирования, м.
Н1МСНРНИС уровня жидкого чу!-} на - расчетные ж а ч с и и н . м
изменение в ы с о т ы слоя лома - расчетные ш я ч е н н я , м.
полнноиннальный (высота слоя лома - данные фн1. моделирован и я , м)
П0ЛНН0МИНЯЛЫ1ЫЙ (высота уровня жидкого ' п г у н а - данные фи>.моделнроваиня, м)
Рис. 3, Зависимости изменения высот шихтовых материалов от
насыпной плотности стального лома по традиционной технологии
12
Уравнения,
описывающие
изменения
высоты
уровня
железоуглеродистого расплава и высоты слоя лома по традиционной
технологии:
\„
= (»,023«53-0,036«74V
л:1ч\г\ня
-U,03639«\H
юма
-(M«ISISS\„
IOMUI
+0,010818Хр +
юма
юм!
+ 0,007184\?, -0,Ш12711\;,
41
'и
•г
V = 0,070043+ 0,0S00.<i6\„ +0.071821 Х
-0,010945 \ „ -0,008S52\„
(I)
где - ^н^ I - высота слоя лома после заливки жидкого чугуна, м;
^"жч-г... - высота уровня жидкого чугуна с учетом погруженного
охладителя, м: ^г - плотность лома, кг/м'; ''н - высота слоя лома
до заливки жидкого чугуна, м.
Как показывает фафик, представленный на рис. 3, при использовании
стального лома с физическими свойствами характерными для
существующих производственных условий, т.е. с насыпной плотностью
в интервале 600-^1000 кг/м', формируется высокая, неравномерная и
хаотичная структура твердой металлозавалки, в т.ч. над уровнем ванны.
Ее высота составляет до 40ч-45% от суммарной высоты твердой
металлошихты. Использование стального лома с плотностью близкой к
1600 кг/м' и выше обеспечивает формирование более равномерной и
прогнозируемой структуры металлозавалки.
Высота слоя
сиитикома
h = 0,48 м
Высота стоя
синшкома и лома
h = 1,72 м
Высота слоя
охлади Iелей
h ^ 1,68 м
Уровень
гвердожи.ткой ванны
h = 1,48 м
Sir^V'i'-fc^!'''!^
Рис. 4. Формирование металлозавалки по опытной технологии
А-синтиком; Б-синтиком, лом; В-синтиком, лом, жидкий чугун;
Г-синтиком, жидкий чугун (вид сверху)
13
При замене части металлолома на синтиком с зафузкой слитков на
днище конвертера структура
металлозавалки определяется
физическими свойствами комплексной металлошихты (см. рис. 4).
Данный технологический режим, при использовании металлолома с
аналогичными физическими характеристиками, способствует снижению
ее суммарной высоты. При этом слитки синтикома на днище конвертера
формируют плотный, равномерный, не проницаемый для лома слой.
Однако над уровнем твердожидкой ванны также формируется хаотичная
структура твердой комплексной металлошихты, состоящая
преимущественно из лома и частично слитков синтикома (см. рис. 5).
t
2,30
2.04
1,<|8
1,511
1,40
Г,.12
1,26
IIUU Л . Ц
njux 1 —
OJOM .
-
"^
*?-
-^ i
-_. -
ii
'
Hi
Ч
a
>>
•л»,
*^
0,48
0,0
,
'
,wt I.» " x I » 134 141 Г Ч I M l U IT4 m
,
7011
,
800
19в I W I M 114 111 I M I M ЛЛ ; Ч
^
,
,
,
,
,
,
,
900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600
KI
насыпная нлогносгь .'юма,
j
~' В ы С О и С.10Я л о м я - Д Я Н И Ы е фн> М0 11!.1ИрОВЯНИЯ, Ч .
ми4Г.1ьная
1>ея1ьмая
М
о В ы с о т ! >ровня жя1каго чугуна • аанныс фн1.мплгл кровли на, н.
" ^ К HtMtutuHe уровня жндко! о чугуна - расчетные (нячення, ч
- 4 к Итмгнгнне в ы ( 0 т ы слоя лома- расчетные значения, м
И1«снениеаысигм C I O H C H H I H K O M I .
Плишноинняльный (ВЫС01Я С10Я лома • данные фн1 моделнровяння. м)
Полиноминальный (высотя уровня ж и а к о ю чугуна - лянныс фн1.молслнровання. м)
Рис.5. Зависимости изменения высот шихтовых материалов от
насыпной плотности лома по опытной технологии
(синтиком на днище конвертера)
Уравнения, описывающие
изменения
высоты
уровня
железоуглеродистого расплава и высоты слоя лома по опытной технологии
с загрузкой синтикома на днище конвертера:
\^^
= 0,065895 - 0,068099 \ „
ж.'ч* I ^ на
+ 0,056742 \р - 0,002422 \ „ - 0,020705 \^, .w«il 1
tot п
ючк
-0,0Г4536\р + 0,000253 х „
НПШ
WMil
>„ = 0,031151+0,016089х,| -0,027438\|,+0.011461 \^„ +0.005905\',
юма I
(2)
В зависимости от насыпной плотности лома и структуры слоя твердой
металлошихты с днища конвертера сквозь пустоты в ее объеме всплывают
слитки синтикома, ввиду различия истинных плотностей материалов
14
(железоуглеродистого расплава и композиционного материала). Это
вызывает колебание уровня твердожидкой ванны. С увеличением плотности
стального лома более 1150 кг/м' суммарная высота металлозавалки
снижается.
Режим с загрузкой синтикома на слой лома обеспечивает
формирование более компактной структуры комплексной металлозавалки
при его меньших насыпных плотностях, по сравнению с традиционным.
Он способствует максимальному погружению кусков лома в объем
железоуглеродистого расплава за счет эффекта их "подпрессовки" в
процессе загрузки композиционного материала, с последующим
формированием равномерного, плотного "защитного" слоя из слитков
синтикома (см. рис. 6).
Bbicuia с.юя
.юча h=l,24 м
Высо I а слоя
лома II синтикома
h = l,28M
Высота слоя
ох.1ади1елей
И = 1,7м
D
Уровень
I всрдожидкой
ванны h == 1,62 м
р
Рис. 6. Формирование металлозавалки по опытной технологии
А-стальной лом; Б-лом, синтиком; В-лом, синтиком, жидкий
чугун; Г- лом, синтиком, жидкий чугун (вид сверху)
Представленный на рис. 7 график показывает, что при насыпной
плотности лома до 880 кг/м' над уровнем ванны формируется слой
комплексной металлошихты, который преимущественно состоит из
слитков синтикома. С увеличением насыпной плотности лом полностью
погружается в железоуглеродистый расплав, синтиком равномерно
распределяется на поверхности твердожидкой ванны.
Данный режим шихтообразования по результатам моделирования
является оптимальным не только с позиций рационального использования
рабочего объема сталеплавильного агрегата и возможности переработки
традиционного металлического лома, но и создания новых условий для
протекания основных процессов конвертерной плавки, прежде всего
процесса ее "зажигания".
15
1,81
I 1,62
0
0^1
u\f!
о
<
■
'
iP
H""
IP
t*
^
Л-
ga
1
'^'^a^
H-"
-
~- 1
"^^
1
иД)16.
0-
iy
A. f^
с
(1^12
0,0
0
' м«1с.1ы|ая
100 \m 116 124 Ml l « l 148 136 I M 172 ISO I M 196 204 212 220 22» 2}6 244 292
f
700
4
-
(
+
900
t
t
i
t
i
f
-
реа1ьния
1000 I I HO 1200 1300 1400 1500 1600
Kl
насыпная плотность лома, ^
Высота с.юя лома - данные физ.моле.1нрования, м.
м
Высота уровня жнлкого чугуна - данные фи1.иодслирования. м.
Ишенение уровня жидкого чугуна - данные физ.мо,1елнронання, ч .
Изменение в ы с о т ы слоя лома - расчетные значения, м.
Полн|1оинналы1ый (высота слоя лома - данные фнз.моделирования, м)
Иолнноиннальный (высота уровня жнлкого 'lyryna • данные физ.молелнрования, м)
Q
.
ф
800
Рис. 7. Зависимости изменения высот шихтовых материалов от
насыпной плотности лома по опытной технологии
(синтиком на слой металлолома)
Уравнения,
описывающие
изменения
высоты
уровня
железоуглеродистого расплава и высоты слоя лома по опытной технологии
с зафузкой синтикома на слой стального лома:
^11
=0,49507 +0,025626 \р
ж^l^(*нв
+ 0 , « 2 « % 6 \ | , - 0,(Н)2533 х,, - 0,003309 х^
ю«1Я
юча1
.ю^м
ID
-0,010801 Хц - 0,00145 \ | ,
юмя!
^
=0,036618 + 0,0081564
ЮМ*
(3)
нпм
+0.021071 X
^ WMA
+0,001242 х '
юча!
-0,005964х'
" 1о«а
"
Согласно проведенным исследованиям, при традиционном режиме
формирования металлозавалки "зажигание" конвертерной плавки
осуществляется в локальных зонах на поверхности лома. Однако ввиду
их хаотичного расположения в объеме твердой металлошихты начало
конвертерного процесса зачастую характеризуется нерациональным
расходом кислорода дутья и увеличением времени "зажигания" плавки.
Процесс плавления в локальных зонах начинается преимущественно за
счет химического тепла окисления железа. Об этом свидетельствует
активное выделение бурого дыма, состоящего до 90% из оксидов железа
Выделяющаяся в результате протекания экзотермических реакций тепловая
энергия передается материалу и постепенно расплавляет его (см. рис. 8).
В зоне взаимодействия струй кислорода и лома температура пленки
расплавившегося металла весьма высока и достигает температуры кипения
железа, составляющей -2730 °С, при этом значения мгновенных
16
температур "пузырьков" в активном слое металла достигают 4150 °С.
Постепенно эта зона плавления перемещается вниз до самых низких слоев
шихты, расположенных на границе с твердожидкой ванной. Отсутствие
раннего процесса шлакообразования и концентрация зон плавления на
поверхностных слоях лома приводит к их перефеву, интенсификации
процессов окисления железа, его испарению и угару с потоками не
усвоившегося кислорода и отходящих газов. В свою очередь это снижает
выход жидкой стали.
Зона Ог ре^р Пары
/J железа
^
[C)+{02l=2{CO}
А
и dp экзотермические
peoKuuu
2[Fel +{02)=2(FeO)
4(РеО)+{02}=2(Ре20з)
Б
Рис. 8. Процесс взаимодействия кислорода дутья с металлошихтой
в момент "зажигания" конвертерной плавки по традиционной
технологии
А- подача кислорода дутья; Б - механизм взаимодействия струй
кислорода с ломом
При работе на комплексной металлозавалке с зафузкой синтикома на
слой лома "старт" плавки осуществляется в более раннем температурной
режиме, прежде всего, за счет того, что основа композиционного
материала имеет более низкую температуру плавления по сравнению со
стальным ломом. Слитки синтикома с локальными зонами на их
поверхности достаточно равномерно распределяются на поверхности
твердожидкой ванны, увеличивая полезную площадь их взаимодействия
со струями кислорода и повышая степень их усвоения (см. рис. 9).
(СО,
Ре^ОзАЗона Ог-Ре^Оз Псюы
^^^^f!^;^aiiL
жиакий рпгплпй
локпльныр тлоВ.
зоны
синпшком^
лаа
[С1*{02)»2{СО)
^'''^l ♦(02}=2(FeO)
'
■«
/ / ^^,,—'
реакции
(FeOWCO)=[FeK{CO,)
(Ре20зи*1С1с«=2(РеО).{СО}
(FeOt,^AcljFel*(CO)
А
Б
Рис. 9. Процесс взаимодействия кислорода дутья с комплексной
металлошихтой в момент "зажигания" конвертерной плавки
А - подача кислорода дутья; Б - механизм взаимодействия
струй кислорода с комплексной металлошихтой
Синтиком* относится к классу материалов для сталеплавильного
производства с принципиально новым комплексом металлургических
17
свойств, изучение которых позволило установить их влияние на основные
процессы конвертерной плавки.
Исследования основных физико-химических процессов, протекающих
при нафеве и плавлении слитка композиционного материала, а именно
особенностей кинетики обезуглероживания его основы и восстановления
оксидов железа наполнителя, проводились в лабораторных условиях в
печи Таммана в защитной среде аргона по результатам анализов проб
газа и металла. На основе этого были получены зависимости скорости
окисления углерода и степени восстановления оксидов железа в слитке
во временном интервале от температуры (см. рис. 10).
0.3
0.2S
L
\V'
^ \ \ ^ лХ \
\
Ж
/
и o,is
-rf3
1100
^
t^
\-^
»«<
1200
"•■'■
^:
^
>>1
1300
""i-rV 5
ч\;<
УЧ
v^
NN^
1)1
^>>^^
UOfl rSOO Г600 г, Ч
- п 1явле1111е ч>гу||я (тверяофа пюе
-•- d|C |/dt - скорость обе1уг.1ерож11ваиня, % / M H I I ;
,.р
окисление |Si| н (Vlnj чупкиа);
- |СМ11еря1лрммй инюрва.! процессов окис юння П - п |ав.1снис чмуня (окисление
углерода и восстаиов.1емий оксикш желем
|Si| и IMn) жилкою чугуна):
(S01J-I620"1 );
[
}- н.|ав.1ениеока1ын|ей.жи|К11Й ч\|уи
□
<>т 1000
0.;
\./
\1
80П
^
□
Рис. 10. Физико-химические процессы, протекающие при нафеве и
плавлении слитка синтикома
Как показывает график, процесс окисления углерода в
композиционном материале начинается при достижение
термодинамической системой температуры 700-т-800°С, протекает с
высокими скоростями за счет использования собственного
конденсированного кислорода, т.е. из состава оксидов железа
наполнителя. При этом максимальные скорости окисления углерода
достигают значений 0,26 и 0,17%/мин в интервале температур 1200-7-1600°С,
что соответствует скорости обезуглероживания в ванне кислородного
конвертера (0,2-ь0,6% в зависимости от интенсивности дутья).
Уравнение, связывающее скорость окисления углерода с составом
отходящих газов, выглядит следующим образом:
d[C]/dt = 0,48184х ({СО}+{СО^})/(\00-{СО}-{СО^})
(4)
Степень восстановления оксидов железа, входящих в состав
наполнителя композиционного материала, определяется по изменению
содержания кислорода согласно формуле:
18
^ ' l <нс\)" ^^2 (кон)
^^е=—о;;-—
2 (ио)
(5)
где О^ - исходное содержание кислорода в оксидах железа, кг;
^2(кон)~ конечное содержание кислорода в оксидах железа, кг
Одновременно раннее окисление углерода и других примесей
железоуглеродистой основы интенсифицируют процессы восстановления
оксидов железа наполнителя синтикома. При этом общая степень его
восстановления достигает ~90%. Железо, полученное в результате этих
реакций, дает дополнительное увеличение выхода жидкой стали.
Таким образом, на основе проведенных исследований установлено,
что процесс плавления синтикома сопровождается активным окислением
примесей чугуна и, прежде всего углерода, процентное содержание
которого в десятки раз превышает его содержание в ломе. Раннее и
непрерывное образование монооксида углерода снижает окислительную
способность атмосферы агрегата, восстановление оксидов железа и
окисление других активных примесей обеспечивают ранний процесс
формирования активного шлака. Следовательно, высокие скорости
окисления углерода композиционного материала позволяют заменять им
стальной лом, при этом общее время продувки будет соответствовать
традиционному конвертерному режиму.
Процесс восстановления оксидов железа наполнителя синтикома
является эндотермическим и в результате его протекания происходит
охлаждение реакционной зоны и снижение ее температуры (см. рис. 9).
Плавящаяся на поверхности синтикома пленка жидкого чугуна и оксидов
железа непрерывно перемешивается пузырьками монооксида углерода,
образующегося по реакции (Ре20з)+[С] и (FeO)+[C]. Интенсивность
перемешивания понижает температуру в зоне взаимодействия струй
кислорода и синтикома, ускоряет перенос тепла внутрь слитка. Это
способствует его расплавлению и снижению температуры в зонах
плавления. Таким образом, учитывая меньшую общую поверхность слитка
синтикома и температуру его плавления, более интенсивный отвод тепла
и меньшее окислительное воздействие атмосферы агрегата, это
способствует снижению степени окисления железа металлошихты, его
угара и испарения. Активное протекание окислительно-восстановительных
реакций в слитке синтикома дает дополнительный прирост первородного
железа. Как результат повышение выхода стали.
Таким образом, разработанная методика и результаты проведенных
исследований позволили найти технологическое решение для оптимизации
современного кислородно-конвертерного процесса. Оно заключается в
разработке нового режима шихтообразования на основе использования
класса альтернативных материалов-охладителей - композиционного
материала Синтиком*. Его металлургические свойства в комплексе с
оптимальным режимом зафузки и расположения в слое комбинированной
19
металлозавалки обеспечивают, прежде всего, изначально низкое
процентное содержание в металошихте примесей Сг, Ni, Си и др. Создают
наиболее благоприятные физико-химические условия для зарождения и
протекания процессов "зажигания" конвертерной плавки и
шлакообразования, окисления примесей и железа металлошихты.
Разработанная технология позволяет повысить технико-экономические
показатели конвертерного процесса, прежде всего выход жидкой стали и
качество выплавляемого металла, а также более рационально использовать
железосодержащее сырье практически без предварительной подготовки
с максимальной степенью эффективности.
На основе физического моделирования разработан алгоритм расчета
основных параметров процесса формирования металлозавалки для
технологии, где в качестве материала-охладителя используется 100%
стальной лом или другой материал, в т.ч. синтиком. Расчет позволяет
прогнозировать физическую картину шихтообразования в рабочем объеме
сталеплавильного агрегата для разных технологических и
производственных условий конвертерного цеха.
Четвертая глава диссертационной работы содержит описание
основных этапов опытно-промышленных исследований, их технический
анализ и статистическую обработку.
Для подтверждения результатов и рекомендаций, сделанных в ходе
физического моделирования, проведены опытно-промышленные
исследования режимов формирования металлозавалки по традиционной
технологии и технологии с использованием композиционного материала.
Партия синтикома массой 1050000 кг была поставлена с ОАО Липецкий
металлургический завод "Свободный Сокол". В качестве наполнителя
основы использовались железорудные окатыши производства
Лебединского ГОКа. Химический состав и основные характеристики
композиционного материала приведены в табл. 1 и 2.
Таблица 1
Химический состав синтиком марки СК15, % масс.
1еО
•■*2"3
heобщ
SiO,
(аО
С
Si
VIП
0,2-0,4 Г 0,9-16,1 88,1-91,6 0,6-1,4 0,1-0,4 3,6-4,0 0,3-1,1
Прочие
0,03-0,06 0,01-0,04 0,1-0,3
Таблица 2
Основные характеристики композиционного материала Синтиком®
Марки
( К 15
Содержание к'омпометов, %
Ч)1ЛН
85±2,5
■ нерлыс
OKiic.iHie.iH
15±2^
n.ioiiiocib,
К|/К)6.М
57(НК59(К1
Иисыпная
плотность,
кг/куб. м
гиттт
1
КГ
1
8-10 1
в ходе промышленных исследований отработаны три режима
формирования металлозавалки: с загрузкой синтикома на днище
конвертера, в середину между слоями лома - нижним и верхним, сверху
- на слой лома. Замена лома синтикомом велась поэтапно, начиная с
5000 кг, с постепенным увеличением его доли на 5000-ь10000 кг на плавку.
20
Обработка результатов массивов традиционных и опытно-промышленных
плавок представлена в табл. 3.
Таблица 3
Основные параметры конвертерной плавки
Наименование
пока1атс1я
Масса жидкого чугуна
( у м ч а р н ы й расход .iioivia
Масса сингнкома
Ед.
Опытные
измереиеия
плавки
( одержание С u r i a . i H
('о|ср-/Канне Р в с а а . ш
( О/И-ржанне S н cia.iH
(КсО)
и с и о в н о с т ь т.пака
Выхо'1 ciajiH
Л
Входные параметры
кг
278040
280140
-2100
К|
52390
77430
-25040
кг
25000
Выходные 11араме1ры
i одсржанис M i l в c i a . m
1радниионные
плавки
%
%
%
%
%
ел.
%
-
0,04-0.05
0,04-0.05
0.06-0.07
0,(16-0,11
ШК1^т2
0,009-0,018
+2.5000
_
„
:
-
0,014-0,026
0.015-0.026
22,12
3,37
21,74
+038
90,57
89,46
+ 1,11
4J6
—
-0,9
По данным технологического отдела конвертерного цеха завода "Хута
Катовице" при работе по традиционной технологии, на имеющемся
металлоломе, выход стали в среднем составляет 89,46%. На опытнопромышленных плавках данный параметр равен 90,57%. При этом
необходимо отметить, что изначально содержание железа в шихте по
опытной технологии было меньше в среднем на 3760 кг (-0,5% от массы
металлозавалки).
Увеличение выхода жидкой стали подтвердило результаты
исследований физико-химических процессов, проходяших в синтикоме
при его нафеве и плавлении, а именно полное и высокоинтенсивное
протекание реакций окисления примесей матрицы и восстановления
оксидов железа наполнителя результатом которых является прирост
чистого первородного железа. Изменение выхода жидкой стали от расхода
композиционного материала представлено на рис. 11 .А.
Обработка результатов массива опытных плавок указывает на
увеличение выхода жидкой стали, что напрямую связано со снижением
доли стального лома в составе металлошихты. С увеличением процентного
содержания синтикома в составе металлозавалки до оптимального (до
~45-г50% от массы твердой шихты) обеспечивается сокращение
суммарных потерь железа за счет снижения массы окислившегося железа
металлошихты и параллельного активного протекания процессов
восстановления оксидов железа наполнителя синтикома.
Среднестатистические значения массивов плавок по содержанию
закиси железа в шлаке показали их идентичность. На традиционных
плавках количество FeO в шлаке составило 21,74%, на опытнопромышленных - 22,12% (средний расход синтикома по массиву
составлял 25000 кг на плавку или -31%).
21
Изменение содержания закиси железа от массового расхода синтикома
на плавку представлено на рис. П.Б. Как показывает график, при
оптимальном режиме шихтообразования содержание закиси железа в
шлаке снижается до 18%. Это также объясняется выводом из состава
металлошихты большей части легковесного легкоокисляемого стального
лома и снижением активности процессов окисления железа.
94
3
2 92
я
S
3 г;
я 91
/
/
н
;^ 89.86 89.99
"^ 89..
S 1
2 89
W
=* 88
87
26 ^
^
ь4_^
»Щ'Л
1
92,.19
24,75
2S
24
1,05
»(),.Ч8
>? 2 J
*~
^
ST 2^
^^
5000 |«К1П ISIHIO 2SflWI 3,Sfl0fl 40000 4.ЧИЮ
' ^ 2(1,83
- 2 21
-
~'2U
/
19
У
М а с с » с и т и к о м а в ме1аллоши\1е, К1
1
т
'"
17 !i«00
''■'"
gi^ ,
2IUJ
иш]
.l&ijl»!??
^
10000 15000 2500П 35000 400(Ю 4.5000
Мясе» ситикома в Meia.i.ioiuiiMe, K I
А
Б
Рис. 11. Изменение выхода стали (А) и содержания закиси железа
в шлаке (Б) в зависимости от расхода синтикома на плавку
Однако в реальных производственных условиях содержание закиси
железа в шлаке зависит не только от расхода синтикома на плавку, но и
от физических характеристик металлома и расхода кислорода. Абсолютное
содержание (FeO) зависит от массы шлака, которая изменяется в пределах
от 6 до 10% от массы металлозавалки, а также от технических условий
ведения конвертерной плавки.
Наряду с этим на промышленных плавках произошло некоторое
снижение основности шлака в среднем с 4,36 до 3,37. Это объясняется
сокращением расхода извести с 10700 кг до 9800 кг на плавку и более
высоким содержанием кремния в композиционном материале по
сравнению с ломом. Однако снижение основности шлака не повлияло на
степень дефосфорации расплава. Содержание фосфора и серы на опытных
плавках идентично их содержанию на традиционных плавках. Фосфор на
уровне - 0,013%, сера - 0,019% (см. табл. 3).
Средний расход кислорода при замене части стального лома
синтикомом составлял 17116 м' на плавку. Данный показатель является
общим и включает в себя не только расход кислорода на продувку плавок,
но и количество кислорода затраченное на их додувки.
Усредненный расход кислорода по всему массиву опытных плавок и
содержанию кислорода в металле на уровне 808 ррт являются
приемлемыми величинами для конвертеров номинальной садкой
350000-^370000 кг, в частности для технологии завода "Хута Катовице".
Сопоставление среднестатистических данных массива по содержанию
углерода в расплаве по окончании продувки для плавок с использованием
22
в шихте синтикома и без него указывает на идентичность данных
параметров (см. табл. 3), не смотря на повышенное содержание углерода
в шихте по опытной технологии. Это подтверждает результаты
исследований кинетики обезуглероживания слитка синтикома, а именно
раннее и полное протекание данного процесса с высокими скоростями.
Средняя температура стали на плавках с заменой части стального лома
синтикомом идентична традиционной технологии и составила 1655°С, что
является технологически приемлемым с позиций ее разливки на УНРС.
Содержание Сг, Ni, Си в расплаве в пределах, представленных в табл.4
позволяет получать стали категории ВОСВ.
Таблица 4
Химический состав металла по содержанию примесей
Содержание элементов, %
Сг
Ni
Си
0,005-^0,014
0,016-г0,043
0,001+0,007
Для подтверждения результатов физического моделирования при
выходе на заданный режим шихтообразования (45-^50% синтикома от
массы твердой металлошихты) были опробованы различные варианты
загрузки материалов-охладителей и проведен их анализ с целью
определения оптимального способа формирования комплексной
металлозавалки.Основные показатели конвертерной плавки в зависимости
от способа зафузки синтикома приведены в табл.5 и рис.12 А,Б.
Таблица 5
Химический состав металла по окончании продувки в зависимости
от способа загрузки синтикома
Способ эагру1ки
Под слой лома
Между слоями лома
Ия слой лома
С
0,05
0,04
0,04
ж^
■ ■
Химический состав, %
Мп
Р
0,07
0,022
0,07
0,016
0,06
0,012
20,15
W,32
92,89
-п
М—
91,22
llo;i
1Исж>1у
На
11
11
с.юи 1омя г ю я м н .юмя с ю н .юма
А
S
0,026
0,017
0,013
им
iy5
lS,f.
^^
\1ежл>
слои лома
о о м м н лома
слои лома
Рис. 12. Изменение выхода стали (А) и содержания закиси железа в
шлаке (Б) в зависимости от режима зафузки синтикома
23
На основе проведенного комплексного исследования оптимальным
вариантом шихтообразования, при котором по совокупности основных
показателей конвертерной плавки обеспечивается, прежде всего,
увеличение выхода стали, повышение дефосфорирующей способности
шлака и требуемая его окисленность - является зафузка композиционного
материала Синтиком® на слой стального лома.
По результатам промышленных исследований выполнен сравнительный
анализ баланса железа для традиционного режима шихтообразования и
режима с использованием композиционного материала (в среднем по
массиву опытно-промышленных плавок). С учетом поставленных перед
исследованием задач также проведен анализ баланса железа для
технологии с заменой 50% металлолома на синтиком с его загрузкой на
слой лома. Основные технологические параметры баланса железа
представлены в табл. 6.
Таблица 6
Технологические параметры баланса железа
Технологические
iiapaMcipbi
ишереним
Масса жидкого 4)i>iia
Масса CTa.ibiiuio.iOMa
Vlacca сиигнкома
Жслето п шнхгс
Масса шлака
lloiepii '/KC'icia
Выход жидкий ciajiH
■
1
1
Т/%
17%
17%
1
i'-ii
Опытная
levHuioiHu
(пи массив})
1рали1|ионная
ICXHUIOIIIH
280140
77-132
278040
52390
25Ш10
' 340871J/95,3
' 24448,5/6,8
232084/6,8
318130
337107,9/94,8
Опытам
1ехно.101ня
(СИН1ИК0М на
слой .шма)
2780000
40000
4ШН)0
338569,9/94.6
23844Л / 6.7
24108,2/6,7
16049,8/ 4,8
13436.8 / 3,9
321460
32.5.540
Графически баланс железа для традиционной конвертерной технологии
и опытно-промышленных плавок в условиях завода "Хута-Катовице"
представлен на рис.14.
■рйлнииоипая
■ схншим ин
^,2
■
желею в С1али
Опытная тсчпатогия
(по MflCfHRV)
жс.1С10всас1авс пыли
95J
0||ьт1яя lexiiojioiiiH
(синтиком ия cJH>ri ломя)
96i
\,oj:^WFZ
1.0
0.9/\ 1.0
желсю в пиле коро.тькпв
П технолошчсскис потерн
Рис. 14. Баланс железа
Как показывают диафаммы, приведенные на рис. 14, основным
преимуществом технологии с применением композиционного материала
является сокрашение суммарных потерь железа на -2,0% и, прежде всего
снижение потерь железа с пылью. При этом новый режим
2А
шихтообразования способствует снижению потерь на 2,9% по сравнению
с традиционной технологией. Это указывает на то, что использование
композиционного материала взамен части лома создает наиболее
оптимальные физико-химические условия для протекания основных
конвертерных процессов и позволяет повысить показатели плавки.
Другие статьи потерь железа определяются технологическими
режимами ведения конвертерной плавки и производственными
возможностями цеха. При выполнении данного анализа они приняты
постоянными величинами.
Таким образом, по результатам опытно-промышленных исследований
на заводе "Хута Катовице" (Польша) внедрен технологический режим
формирования комплексной металлозавалки с использованием
композиционного материала Синтиком® в составе твердой части
металлошихты.
При объеме производства 5 млн. тонн стали в год использование
синтикома с расходом - 3 1 % от массы твердой металлошихты взамен
стального лома в весовом соотношении 1:1 позволит получать
дополнительно 55500 тонн стали за указанный период, при этом прибыль
составит 3,95 доллара/тонну стали. Годовая прибыль -19,76 млн. долларов
США.
Технологический режим с загрузкой синтикома на слой металлолома
с его расходом 50% от массы твердой металлошихты позволит
дополнительно получать 79500 тонн стали в год. Прибыль составит 4,82
долларов/тонну стали, годовая - 24,41 млн. долларов США.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
1. Впервые разработана физическая модель процесса формирования
металлозавалки в кислородном конвертере при использовании
металлошихты традиционного состава и с применением композиционного
материала Синтиком®.
2. Моделирование различных технологических
режимов
шихтообразования показало, что основными параметрами,
определяющими структуру металлозавалки, являются состав, физикохимические свойства и способ зафузки шихтовых материалов.
3. По результатам моделирования получены математические зависимости,
описывающие влияние физических свойств материалов-охладителей на
формирование металлозавалки.
4. Установлено, что технологический режим с заменой 50% стального
лома на синтиком с его зафузкой на слой металлолома обеспечивает
равномерную, компактную и прогнозируемую укладку металлошихты.
5. Доказано, что тех нологические свойства синтикома при разработанном
режиме шихтообразования создают оптимальные термодинамические
условия для "зажигания" конвертерной плавки, обеспечивают
25
интенсификацию процессов плавления и шлакообразования, уменьшение
испарения и угара железа, увеличение выхода годного металла при
меньшем содержании железа в металлошихте по сравнению с
традиционной технологией.
6. Разработан алгоритм расчета основных параметров процесса
шихтообразования для разных технологических и производственных
условий.
7. Доказано, что режим формирования комплексной металлозавалки с
зафузкой композиционного материала на слой металлолома способствует
увеличению выхода стали, обеспечивает требуемое содержание Сг, Ni,
Си, Р и S, снижение нафузки на экосистему, позволяет увеличить объем
производства и расширить сортамент высококачественных сталей с жестко
регламентированным химическим составом.
8. Установлено, что синтиком марки СК15 является высокотехнологичным
материалом, позволяет заменять стальной лом в весовом соотношении
1:1 с сохранением дутьевого режима конвертерной плавки. Его
использование решает проблему обеспечения сталеплавильного
производства металлошихтой требуемого качества.
9. Разработаны технологические рекомендации по выбору режима
формирования металлозавалки с использованием синтикома.
10. Экономическая эффективность при использовании режима
формирования комплексной металлозавалки с загрузкой
композиционного материала Синтиком® на слой стального лома составляет
4,82 доллара/тонну стали.
Основное содержание диссертации изложено
в следующих публикациях:
1. Дорофеев Г.А., Руднев С В . , Шахпазов Е.Х., Кашин В.И., Шелягович
А.В. Моделирование процесса формирования твердой металлозавалки в
кислородных конвертерах при использовании различных комбинаций
шихтовых материалов //Труды восьмого международного конгресса
сталеплавильшиков. Секция конвертерного производства стали. - Н.
Тагил, 18-22 октября 2004г - С. 116-119
2. Дорофеев Г.А., Руднев С В . , Павлов В.В., Кашин В.И., Шелягович
А.В. Закономерности окисления примесей при нафеве и плавлении
композиционных материалов типа Синтиком* //Труды восьмого
международного конфесса сталеплавильщиков. - Н. Тагил, 18-22 октября
2004г. - С. 576-578.
3. Дорофеев Г.А., Гребенников B.C., Шелягович А.В., Ларин А.В.
Получение комплексных синтетических материалов для сталеплавильного
производства с использованием разливочной машины чугуна //Труды
26
восьмого международного конгресса сталеплавильщиков. - Н. Тагил,
18-22 октября 2004г. - С. 610-611.
4. Шахпазов Е.Х., Дорофеев Г.А., Шелягович А.В., Руднев С В .
Влияние композиционных материалов класса Синтиком на потери железа
при выплавке конвертерной стали // Металлург. - 2005. - № 7. - С.34-35.
5. Шахпазов Е.Х., Дорофеев Г Л . , Шелягович А.В., Руднев С В .
Влияние композиционных материалов класса Синтиком на основные
технологические показатели выплавки стали в большегрузных
кислородных конвертерах // Металл, оборудование, инструмент. - 2005. май-август. - С.26-29.
6. Шахпазов Е.Х., Шелягович А.В., Дорофеев Г.А. Влияние состава и
качественных характеристик металлошихты на технологические
показатели выплавки конвертерной стали // Металлург- 2005. - №9. С. 47-48.
27
Подписано в печать 18.10.05. Формат60х84 1/16
Бумага офсетная. Усл.печ.л. 1,0
Тираж 100 экз. Заказ Xs 159
Отпечатано в ООП УИТ ОАО "Тулачермет"
IKZOSH
РНБ Русский фонд
2006-4
22863
^
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
1 253 Кб
Теги
bd000102658
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа