Определение параметров конвертера емкостью 330 тонн графическим методом

Размещено на http://www.allbest.ru

Цель роботы: Определение параметров конвертера емкостью 330 тонн графическим методом.

Таблица 1 - Параметры конвертера

D_H = D_B + 2t_Ц + 2д_Ц

D_H = 6800 + (2 * 920) + (2 * 90) = 8820

Н_Н = Н_В + t_g + д_Ц

Н_Н = 9200 + 1040 + 90 = 10330

сталь конвертер кислородный

Вывод: В процессе выполнения практической работе были определенны параметры конвертера емкостью 330 тонн с помощью графического метода. Расчеты параметров занесены в таблицу.

Конвертерное производство

Получение стали в сталеплавильных агрегатах-конвертерах путём продувки жидкого чугуна воздухом или кислородом. Превращение чугуна в сталь происходит благодаря окислению кислородом содержащихся в чугуне примесей (кремния, марганца, углерода и др.) и последующему удалению их из расплава.

Кислородно-конвертерный процесс

В 1936 советский инженер Н. И. Мозговой впервые использовал для продувки чугуна в конвертере кислород, что коренным образом изменило технологию конвертерного производства. Металл, получаемый кислородно-конвертерным процессом, по качеству стал равноценным мартеновской стали, себестоимость стали снизилась на 20--25 %, производительность увеличилась на 25--30 %.

На сегодняшний день существует три основных режима работы конвертера: с полным дожиганием окиси углерода, с частичным и без дожигания СО.

Существует много разновидностей кислородно-конвертерного процесса, предназначенного для производства стали требуемого качества из чугунов различных составов: низко- и высокофосфористых, кремнистых и низкокремнистых, марганцовистых и высокомарганцовистых и т. п. Наибольшее распространение получил кислородно-конвертерный способ с верхней продувкой чугуна технически чистым кислородом (чистотой не менее 99,5 %, остальные 0,5 % -- азот, аргон, криптон).

Бессемеровский процесс

Устройство и работа бессемеровского конвертера

Первый массовый способ получения жидкой стали открыл английский изобретатель Генри Бессемер в 1856. Основной недостаток процесса -- невысокое качество металла за счёт неудалённых при продувке вредных примесей (фосфора и серы). Для выплавки бессемеровских чугунов нужны очень чистые по содержанию серы и фосфора железные руды, природные запасы которых ограничены.

Томасовский процесс

Англичанин Сидни Джилкрист Томас в 1878 вместо кислой динасовой футеровки бессемеровского конвертера применил основную футеровку, а для связывания фосфора предложил использовать известь. Томасовский процесс позволил перерабатывать высокофосфористые чугуны и получил распространение в странах, где железные руды большинства месторождений содержат много фосфора (Бельгия, Люксембург, др.). Однако и томасовская сталь была низкого качества. В 1864 французский металлург П. Мартен разработал процесс получения стали в мартеновской печи. В отличие от конвертерных способов получения стали, мартеновский процесс отличался малой требовательностью к химическому составу исходного материала, позволял переплавлять большое количество стального лома; качество мартеновской стали было выше конвертерной. Однако следует заметить, что время плавки в мартеновской печи гораздо больше, чем в конвертере. Вследствие этого мартеновский способ вытесняется окончательно конвертерным. Единственным достоинством стали выплавленной в мартеновской печи, по сравнению с конвертерной, остается её большой ассортимент, в то время как, для повышения количества марок стали конвертерной используют установку доводки стали. К середине XX века мартеновским способом изготовлялось около 80 % всей стали, производимой в мире.

Устройство конвертера

Бессемеровский и томасовский конвертеры представляют собой сосуд грушевидной формы, выполненный из стального листа с футеровкой изнутри. Футеровка бессемеровского конвертера кислая (динасовый кирпич),томасовского -основная (смолодоломит). Сверху в суживающейся части конвертера - горловине- имеется отверстие, служащее для заливки чугуна и выпуска стали. Дутье, подаваемое в воздушную коробку, поступает в полость конвертера через фурмы (сквозные отверстия), имеющиеся в футеровке днища. Дутьем служит воздух, подаваемый под давлением 0,30-0,35 МПа. Цилиндрическая часть конвертера охвачена опорным кольцом; к нему крепятся цапфы, на которых конвертер поворачивается вокруг горизонтальной оси. Стойкость днища бессемеровского конвертера составляет 15-25 плавок, после чего их заменяют. Стойкость остальной футеровки выше: у томасовского конвертера 250-400 плавок, у бессемеровского 1300-2000 плавок.

Конвертерное производство в Украине и в мире

Совершенствование технологии конвертерного процесса является наиболее актуальной задачей современной чёрной металлургии. В силу того, что 70% стали в мире производится данным способом, существует острая потребность оптимизации затрат для него. Для отечественных предприятий это особенно важно, потому как они находятся на стадии реформирования и реорганизации своих технологий.

Вопросу совершенствования конвертерного процесса уделяется огромное внимание и в странах СНГ, и в Европе, и в Японии, и в США, что лишний раз доказывает важность поднимаемого вопроса. Решением данной проблемы занимались и занимаются следующие учёные: Протопопов Е.В., Меджибожский М.Я., Харлашин П.С.,Соколов В.В.,Комшуков В.П., Айзатулов Р.С. , а так же многие зарубежные учёные.

В настоящее время в Украине шесть конвертерных цехов (металлургические комбинаты "Арселор Миттал Кривой Рог", "Азовсталь", им. Ильича и Днепровский, а также Днепропетровский и Енакиевский металлургические заводы), имеющих в своем составе 16 кислородных конвертеров и один конвертер для газокислородного рафинирования (завод "Днепроспецсталь"). Примечательно то, что в большинстве из них разливка стали осуществляется на МНЛЗ (исключение - "Арселор Миттал Кривой Рог" и Днепропетровский металлургический завод).

В настоящее время в мире эксплуатируется около 280 кислородно-конвертерных цехов, имеющих в своем составе до 700 конвертеров, производящих 65,5% от суммарного мирового объема металла (811 млн. т в 2006 году). При этом, только 18 цехов в мире имеют в своем составе сверхкрупные конвертеры емкостью 290-300 т и более. Четыре из них находятся в России (Череповецкий, Магнитогорский, Новолипецкий и Западносибирский меткомбинаты), четыре - в Японии (JFE Steel, заводы Mizushima и Keihin; Nippon Steel, заводы Yawata и Kimitsu), два - в Германии (TKS ThyssenKrupp Stahl и Arcelor Mittal, завод Stahlwerke Bremen), по одному - в Украине("Азовсталь"), США (Weirton Steel), Южной Корее (Posco), Польше (Arcelor Mittal, завод Huta Katowice), Великобритании (Corus/Tata Steel, завод Scunthorpe), Франции (Arcelor, Fos sur Mer), Индии (компания SAIL, завод Bokaro) и Нидерландах (Corus/Tata Steel, завод Hoogovens IjmuidenBV). При этом, как показывает практика, конвертерный цех в составе трех 400 тонных конвертеров может обеспечить годовой объем производства на уровне 10 млн.т.

В числе основных производителей стали в кислородных конвертерах следует назвать КНР, Японию, США, Россию, Южную Корею, Бразилию, Украину, Индию и пр. Обращает на себя внимание тот факт, что 5 ведущих производителей "конвертерщиков" обеспечивают две трети, а 10 ведущих производителей - четыре пятых ее мирового производства. При этом, в 2006 году КНР произвела 45% всей конвертерной стали в мире. Это свидетельствует о том, что для конвертерного способа производства характерна высокая концентрация в небольшом количестве промышленно развитых стран. Причем, доля полученной по такой технологии стали в общем объеме производства в этих странах колеблется весьма существенно: от 43,1% (США) и 56,4% (Украина) до 87% (КНР) и 74% (Япония).

Между тем, наблюдаемый в последнее десятилетие рост объемов производства конвертерной стали в мире достигнут, главным образом, за счет КНР, в меньшей степени - России, Украины, Японии и Индии. В то же время, годовые объемы ее производства снизились в США (более чем на 10 млн. т) и странах ЕС 15 (на 5,5 млн. т). Исходя из того факта, что Япония, Россия и Украина известны как ведущие экспортеры металлопродукции на мировом рынке, ситуация на котором весьма сложная, можно предположить, что серьезного прироста объемов такой продукции в США и Европе не будет. Возможно, что в РФ и Украине определенный приток конвертерной стали реален в случае реструктуризации цехов с мартеновскими печами.

Так, в последние два года наиболее значимым инновационным проектом в Украине является реконструкция сталеплавильного производства Алчевского меткомбината. При этом соответствующей программой предполагалось строительство нового кислородно-конвертерного цеха с массой плавки 300 т (генподрядчик - Siemens VAI). Длительность плавки от выпуска до выпуска - 40 минут. Среднесуточная производительность (с учетом общего количества плавок в год и полного рабочего времени): один конвертер (первая очередь) - 29 плавок; два конвертера (полное развитие) - два конвертера (полное развитие) - 58 плавок. Максимально возможная годовая проектная производительность конвертерного цеха составляет 5,5 млн. т. Кроме того, в состав конвертерного цеха входят двухпозиционный агрегат печь-ковш, вакууматор камерного типа и две двухручьевые слябовые МНЛЗ номинальной мощностью 2,5 млн. т в год каждая, запущенные в 2005 и 2006 годах соответственно. В проекте конвертерного цеха предусмотрен участок десульфурации чугуна. Следовательно, основной прогресс в кислородно-конвертерном процессе будет достигаться в части его технологического совершенствования и автоматизации, которые будут обеспечивать дополнительный энерго- и ресурсосберегающий эффект, большую экологическую безопасность при повышении удельной производительности, а также обеспечивать оптимальные экономические показатели.

Рассмотрим основные направления развития конвертерного процесса, обеспечивающие повышение качества металла.

К примеру, оперативный контроль по ходу кислородно-конвертерной плавки представляется весьма важным элементом, обеспечивающим контроль химического состава металла и его температуры, а также веса плавки, металлолома, железной руды (или окалины), обожженной извести и доломита. Такая стратегия, в конечном счете, минимизирует количество додувок и добавок охладителя. Используемые системы автоматического контроля и управления процессом конвертерной плавки базируются либо на статистических, либо на динамических моделях. В первом случае применяются компьютерные аналоги с накопленным в данных производственных условиях статистическим материалом. Однако такие модели требуют достаточно точной информации о химическом составе, весе и температуре заливаемого металла и заваливаемого скрапа, а также о химическом составе и размерах кусков извести, доломита и прочих флюсов. На практике это не всегда возможно обеспечить, так что точность таких моделей, как правило, не удовлетворяет производственников. Поэтому прямым развитием процесса моделирования стало введение в них вспомогательных параметров, контролируемых по ходу плавки. Например, для корректировки статистической модели может быть использована информация о химическом составе отходящих газов либо температура металла и активность кислорода, определяемая по ходу плавки. На нескольких заводах в Северной Америке, например, для оценки уровня содержания углерода в низкоуглеродистых сталях применяются световые сенсоры. Эта система определяет интенсивность свечения в горловине конвертера в период продувки. Безусловно, динамические модели автоматического контроля более эффективны, поэтому следует ожидать их дальнейшего усовершенствования, особенно в части создания новых приемов измерения (контроля) используемых в модели корректирующих параметров.

На практике различают следующие схемы комбинированной продувки с вдуванием:

- кислорода сверху и инертного (Ar) или нейтрального (N2) газа через пористые элементы, установленные в днище;

- кислорода сверху и смеси "кислород - природный газ" через донные фурмы;

- кислорода сверху и инертного (Ar) или нейтрального (N2) газа через неохлаждаемые фурмы, установленные в днище.

Выбор вариантов комбинированного процесса зависит от многих факторов и определяется, прежде всего, сортаментом выплавляемой стали, наличием достаточного количества чугуна и требованиями экономического и конъюнктурного характера. Так, например, весомо влияют на долю жидкого чугуна и лома в шихте соотношение цен на эти материалы и, в конечном счете, экономика процесса.

Вместе с тем, наибольшее распространение в мире получила комбинированная продувка кислородом сверху и нейтральным газом снизу . По такой технологии в мире работает около 80% от общего числа конвертеров. Через донные фурмы могут вдуваться не только аргон или азот, но и CO2 с интенсивностью до 0,1 куб. м(т) в минуту и даже СО. Все шире в мировой практике применяют вдувание снизу нейтрального газа после завершения кислородной продувки сверху. В целом же комбинированная продувка обеспечивает: снижение окисленности конечного шлака на 10-20% и повышение выхода годного на 0,2-0,3%; высокую гомогенизацию металла в конвертере по составу и температуре; повышение точности попадания в анализ на выпуске (сокращается средняя продолжительность продувки на 0,5-1,5 мин.); уменьшение содержания углерода в конце продувки; сокращение расхода раскислителей и пр.

Если говорить об операции скачивания шлака, то здесь одной из важних технологических операций, обеспечивающих повышение качества производимой металлопродукции, является обнаружение и отсечка шлака в ходе технологического перелива металла из конвертера в ковш. По оценкам разных исследователей количество попадающего в ковш шлака во время выпуска стали из конвертера распределяется следующим образом: 15-20% - в начале выпуска, 65-70% - в конце, 15-20% - во время возврата конвертера в рабочее положение. При сливе металла из конвертера в ковш оператор наблюдает за вытекающей струей металла и по изменению ее цвета, а также по характерному шумовому эффекту, создаваемому падающей струей, судит о проникновении в нее шлака и поворачивает конвертер в исходное - вертикальное - положение при обнаружении признаков устойчивого появления шлака в струе. Вместе с тем, результат в таком случае сильно зависит от квалификации оператора. Зачастую условия процесса (состав шлака и пр.) не позволяют точно идентифицировать момент проникновения шлака даже опытному оператору.

На практике для фиксирования шлака в струе вытекающего металла наиболее широко применяется электромагнитный метод, имеющий высокую точность и быстродействие измерений при их независимости от акустических и визуальных помех и т.п. Вместе с тем, этот метод не лишен определенных недостатков, заключающихся, прежде всего, в сравнительно низкой чувствительности индуктора, что предполагает отдачу контрольного сигнала на ранней стадии появления шлака и дополнительные потери металла при сливе. При использовании автоматических систем раннего обнаружения шлака при сливе металла из конвертера отсечка может происходить простым поворотом конвертера в исходное положение или с помощью специальных устройств - "заглушек". Примером такого устройства может служить "газодинамическая" система отсечки шлака. При обнаружении шлака в струе металла в выпускное отверстие снизу под большим давлением подается газ, очищающий выпускной канал и размазывающий шлак по внутренней поверхности отверстия конвертера. Недостатком системы является уязвимость сопла, через которое подается газ. Оно забивается шлаком и подлежит частой очистке. Другой пример устройства для отсечки шлака - система типа "шиберный затвор", которая перекрывает сливное отверстие конвертера в соответствии с командой оператора. В целом она представляется достаточно громоздкой и дорого стоящей, а ее успешное применение во многом определяется условиями работы шибера. Следует иметь в виду, что для большинства работающих конвертеров расстояние между выходным торцом летки и зеркалом металла в ковше достаточно небольшое (менее 1 м). Соответственно на шиберный механизм действует мощный тепловой поток, что может привести к преждевременному разрушению механизма. Кроме того, использование такой системы требует наличия шиберных плит специального формата, что существенно ограничивает круг производителей этих изделий.

Альтернативой для автоматических методов определения проникновения шлака в струю металла, предполагающих соответствующее оборудование для прекращения процесса истечения, стали так называемые "пассивные" методы отсечки шлака. Их действие основано на определенных физических эффектах в критических условиях: система керамического стопора ("тампона") для отсечки первичного шлака, который устанавливается в сливном отверстии, и система типа "поплавок" (шар или конус) для отсечки шлака в конце слива металла. Для отсечки шлака, попадающего в ковш вместе с последними порциями металла, наиболее целесообразно использовать систему заглушки поплавкового типа, устанавливаемой в зоне слива металла. Следует иметь в виду, что слив металла из конвертера сопровождается образованием в жидкой ванне воронки, которая, вращаясь, затягивает в струю вытекающей стали шлак. Наиболее эффективной системой отсечки представляется поплавковая система типа "конус". При этом, для отсечки шлака используется керамический поплавок, снабженный цилиндрической направляющей, которая при его установке в конвертер проникает в сливное отверстие, предотвращая тем самым возможность смещения поплавка относительно отверстия при сливе металла, как это может происходить при использовании поплавка в виде шара. Максимальная эффективность по степени отсечки шлака достигается за счет выбора рациональной плотности керамического материала, что обеспечивает расположение конуса на границе "шлак-металл". Варьирование геометрических размеров конуса позволяет учесть вязкость и толщину слоя шлака, а также внутренний диаметр отверстия. По данным компании Corus, на металлургическом заводе B.S. Scunthorpe (Великобритания) система отсечки типа "конус" в 1999-2000 годах успешно выполнила свои функции в 99,4% случаев (всего около 15 тыс. плавок). При этом, в ковш попадало не более 300-500 кг шлака. Экономический эффект от использования такой системы отсечки шлака составил $1,0-1,4 на т стали, в том числе от уменьшения угара алюминия и ферросплавов соответственно $0,12 и 0,14 на т, а от снижения удельного расхода огнеупоров $0,16 на т.

Как видно из вышеизложенного материала, у предприятий отечественной металлургии сохраняется огромный потенциал развития. При концентрации внимания научных кадров на проблемах чёрной металлургии Украины, в частности на организации оперативного контроля по ходу плавки, на организации рационального дутьевого режима процесса и на своевременной отсечке конвертерного шлака, можно будет значительно улучшить показатели эффективности конвертерного процесса в целом, что обязательно скажется на себестоимости выплавляемой продукции в сторону её снижения.

Перечень ссылок

1. Бойченко Б.М. Конвертерное производство стали / Б.М. Бойченко, В.Б. Охотский, П.С. Харлашин. - Днепропетровск: РИА «Дніпро-ВАЛ»

2. Учебное пособие для студентов специальности 6.090401 «Металлургия черных металлов» М.Ф. Колесник, доктор технических наук, профессор

Размещено на Allbest.ru