Опрацювання та впровадження комплексної ресурсозберігаючої технології виробництва трубних сталей підвищеної якості

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПРИАЗОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 669.1.001.57.621.1.:533.(043.3)

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття вченого ступені

кандидата технічних наук

ОПРАЦЮВАННЯ ТА ВПРОВАДЖЕННЯ КОМПЛЕКСНОЇ РЕСУРСОЗБЕРІГАЮЧОЇ ТЕХНОЛОГІЇ ВИРОБНИЦТВА ТРУБНИХ СТАЛЕЙ ПІДВИЩЕНОЇ ЯКОСТІ

Спеціальність 05.16.02 - Металургія чорних металів

ЛАРІОНОВ ОЛЕКСАНДР ОЛЕКСІЙОВИЧ

Маріуполь - 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на ВАТ "Маріупольський металургійний комбінат ім. Ілліча", м. Маріуполь.

Науковий керівник:

Капустін Є.О., доктор технічних наук, професор, Приазовський державний технічний університет (м. Маріуполь), професор кафедри теплофізики та теплоенергетики металургійного виробництва.

Офіційні опоненти:

Скребцов О.М., доктор технічних наук, професор, Приазовський державний технічний університет (м. Маріуполь), професор кафедри ливарного виробництва;

Мельник С.Г., канд. техн. наук, ВАТ МК "Азовсталь" (м. Маріуполь), заст. начальника ЦЛМК.

Провідна установа:

Донецький державний науково-дослідний інститут чорної металургії, комітет промислової політики України, м. Донецьк.

Захист відбудеться "2" липня 2001 р. о 11-00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 12.052.01 при Приазовському державному технічному університеті: 87500, м. Маріуполь, Донецької обл., вул. Університетська, 7.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Приазовського державного технічного університету: 87500, м. Маріуполь, вул. Апатова, 115.

Автореферат розісланий "31" травня 2001 г.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, доктор технічних наук, професор В.О. Маслов.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Проблема підвищення якості сталей, що витоплюються, є однією з най актуальніших для металургійних комбінатів України.

Актуальність роботи. Підвищення якості сталі з використанням енерго- та ресурсозберігаючих технологій - найважливіша проблема сучасної металургії. Необхідною умовою науково-технічного прогресу та росту ефективності киснево-конвертерного виробництва є широке впровадження новітніх сталеплавильних технологій. У дисертаційній роботі розглядається одна з найбільш актуальних задач - розробка ресурсозберігаючої технології виробництва штрипсів, розширення сортаменту та підвищення якості холодостійкої сталі. Задача вирішується комплексно на усіх етапах виробництва трубних сталей, включаючи виплавку та позапічну обробку в умовах діючого цеху. Розроблені та впроваджені технології глибинної десульфурації шлакоутворюючими сумішами, модифікування сталі порошкоподібними сумішами сілікокальцію, а також усереднення хімскладу і температури металу інертним газом, коректування вмісту легуючих елементів, інжектування різноманітних порошкоподібних матеріалів та ін.

Вдосконалення технології виробництва штрипсу для труб великого діаметру дуже важливе для металургійних комбінатів, які вступають до ринкової економіки, здобувають певне визнання на внутрішньому та зовнішньому ринках

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Питання, що розглядаються у дисертації, відповідають проведеним на МК ім. Ілліча науково-дослідницьким роботам № 156/351-08-95 "Опрацювання й впровадження енергозберігаючих технологій виробництва безупинно-литих слябів за рахунок зниження температури металу на випуску з конвертера, економії чавуну й розкислювачів", № 94/04/22-239 "Опрацювання комплексної технології позапічної обробки, в тому числі мікролегуванні й доводка сталі на конвертерного цеху МК ім. Ілліча", а також Програмі перспективного розвитку підприємств металургійного комплексу Донецької обл. до 2001 р. й Національній програмі розвитку гірничо-металургійного комплексу України, 1999 р.

Мета й завдання дослідження. Метою цієї роботи є аналітичне й експериментальне обґрунтування, промислова перевірка й широке впровадження новітніх сталеплавильних технологій, що забезпечують глибоку десульфурацію й поширення сортаменту сталей,

що витоплюються, високоякісних трубних марок, виключення високозатратних й енергоємних операцій. У завдання досліджень входило моделювання взаємопов'язаних процесів допалення конвертерного газу, температурного стану футеровки та її знос в умовах істотно знакозмінних теплових навантажень, опрацювання засобів поліпшення теплового балансу конвертерної плавки, відпрацювання комплексної технології рафінування й модифікації сталі у ковші, що забезпечують високий рівень механічних властивостей штріпсової сталі, опрацювання енергозберігаючих технологій хімічного підігріву сталі для виправлення холодних плавок.

Об'єкт дослідження - енерго- й ресурсозберігаюча технологія виробництва сталей трубного сортаменту, що включає тепломасообмінні процеси в 160 т конвертері й стальковші киснево-конвертерного цеху Мк ім. Ілліча.

Предмет дослідження - температурні поля в футеровці конвертера з урахуванням циклічності плавки, концентрації газів в струменях при впровадженні їх в дуже розігрітий реагуючий простір, склади шлакоутворюючих й теплоізолюючих сумішей, їх вплив на ефективність вилучення сірки й на витрати чавуну, склад наповнювачів алюмокальцієвого дроту, його вплив на міру засвоєння Са й Al, нагрів металу при хімічному підігріві, імпульс й потужність одно- й двофазних струменів, витікаючих в розплав при інжекційній продувці.

Основні засоби дослідження - в роботі використано математичне моделювання, напівпромислові й промислові іспити на діючому конвертері, установці Кдс-2п-3с. Для визначення складу металу використовували сучасні засоби хімічного аналізу, для автоматичного заміру параметрів розплаву - прилади фірми Electro-nіte Celox. Оцінка забрудненості металу неметалевими вкрапленнями вироблялася на нетравлених шліфах від проб металу, відібраного з ковшу із використанням стандартних методик. Приладами системи Multі-lab Celox контролювали вміст алюмінію. Розрахунки по математичним моделям виконувалися на Поем за спеціально розробленими програмами. Результати розрахунків зіставлялися з експериментальними даними, одержаними під час промислових досліджень.

Наукова новизна одержаних результатів. Розроблена математична модель теплового стану футеровки кисневого конвертера з урахуванням виробітку, ошлакування, зміни теплофізичних властивостей вогнетривів в залежності від температури. Результати чисельного моделювання дозволили одержати динамічну картину розподілу температури, а також визначити акумуляцію теплоти кладкою в період розігріву, продувки й в міжплавочний період, в тому числі при "замиканні" горловини під час тривалого простою.

Розроблені нові засоби управління струменями, витікаючими з одного й того ж сопла, але що мають різноманітне функціональне призначення, що забезпечують часткове допалення СО в порожнині конвертера з метою поліпшення теплового балансу та зменшення напруги в топці котла-утилізатора. технологія метал футеровка конвертер

Удосконалена технологія десульфурації сталі в ковші за рахунок використання самоплавких шлакових сумішей, до складу яких входять недефіцитні матеріали.

Удосконалена технологія мікролегування сталі порошковим дротом з високоактивними елементами за рахунок оптимізації співвідношення між алюмінієм й кальцієм. Розроблені напівемпіричні засоби, що дозволять на якісно новому рівні описати дисперсні струмені при розгоні порошкоподібних матеріалів у ковшових фурмах заглибленого дуття з урахуванням теплопідводу та зміни пилового завантаження у широкому діапазоні.

Уточнені елементи технології хімічного підігріву сталі за рахунок теплоти алюмо- й силікотермічних реакцій, що дозволило знизити температуру металу на випуску з конвертера й одержати економію чавуну, феросплавів ті розкислювачів.

Практичне значення одержаних результатів:

- впроваджено комплекс заходів, що включає зональну кладку вогнетривкими матеріалами з понад високою теплопровідністю й температуропровідністю, але з підвищеною шлакостійкістю, зносостійкістю, вогнетривкістю, що дозволило збільшити тривкість футеровки майже вдвічі (тільки в 2000 р. з ~ 700 до ~ 900 плавок), причому рекордна кількість плавок складає 1600 (березень 2001 р.);

- впроваджено фурми з соплами, забезпечуючими регулювання зворотного акустичного зв'язку, що створює умови для допалення СО в порожнині конвертера й зниження витрат чавуну;

- широке впровадження нових твердих екзотермічних шлакоутворюючих сумішей (Тешс), що дозволяють в ~ 1,7 рази знизити вміст сірки в готовій сталі в порівнянні з Тшс та зменшити витрати чавуну, а також алюмінію;

- впроваджена технологія модифікування сталі алюмокальцієвим дротом, мікролегованими високоактивними елементами, причому показано, що найліпше засвоєння Al та Са в готовому металі досягається при їх співвідношенні 60:40;

- впроваджена технологія хімпідігріву, що дозволило знизити повернення плавок з МБлз на верхову розливку з 2,1 до 0,04 %, скоротити кількість неповно розлитих плавок з 3,2 до 1,34 %, знизити втрати металу при зливах з 4,8 до 2,8 кг/сл., скоротити технологічні простої та збільшити у два рази серійність плавок на МБлз.

За роботу "Опрацювання теоретичних основ й широкомасштабне впровадження засобів підвищення властивостей конструкційних сталей мікролегованими порошковими дротами з високоактивними елементами" присуджена Держпремія України за 1999 р. (авт. Бойко В.С., Ларіонов О.О., Сахно В.О., Бать Ю.І., Дюдкін Д. О.), диплом № 4712.

Особистий вклад здобувача. Адаптація математичної моделі розігріву та динамічної зміни теплового стану футеровки й корпусу під час плавки та міжплавочних простоїв; зональна кладка футеровки конвертера вогнетривами з понад високою теплопровідністю, температуропровідністю, але й з більшою зносостійкістю, вогнетривкістю й шлакотривкістю, обґрунтований склад екзотермічних сумішей для одержання низькосірчастих сталей; рекомендації з оптимальної глибини занурювання дроту залежно від складу наповнювача оболонки; експериментальне відпрацювання складу екзотермічної шлакової суміші, що включає алюмінієву стружку, офлюсований залізорудний агломерат, вапно та плавковий шпат. Опрацювання конструкції фурм для глибинного дуття, що дозволяє збільшити потужність й імпульс струменів, підвищити стійкість фурми для заглибленої продувки.

Апробація результатів дисертації. Результати дисертаційної роботи доповідалися й обговорювалися на: ІX Міжнародній науково-технічній конференції, м.. Дніпропетровськ, 1998 р.; V Конгресі сталеплавильників, м. Москва, 1999 р; Vі Міжнародній науково-технічній конференції "Тепло- та масообмінні процеси в металургійних системах", м. Маріуполь, 2000 р.; Vі Конгресі сталеплавильників, м. Череповець, 2000 р.; науково-технічній конференції "Виробництво сталі в ХХІ віці, прогноз, процеси, технологія, екологія" Київ - Дніпродзержинськ, 2000 р. та ін.

Публікації. Результати досліджень, наведених в дисертації, опубліковані в 15 статтях за темою дисертації, в т.ч. в 6 винаходах СРСР та патентах України.

Структура роботи. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, висновків, переліку використаних джерел із 100 найменувань, 4 додатків й містить 178 сторінок тексту, в тому числі 27 малюнків й 22 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

Розділ 1. Огляд технологій й устаткування для їх реалізації при виробництві якісних сталей з використанням систем ківшевого рафінування. На шляху технічного переоснащення металургійних підприємств більшості країн світу головна проблема - не збільшення виробництва металу, а підвищення його якості. В металургійному комплексі України при виробництві якісних сталей одним з головних наукових напрямків є ресурсо- та енергозбереження, вдосконалення існуючих та опрацювання нових процесів одержання й обробки металів. Аналіз опублікованих робіт показав, що дослідники не знайшли оптимального рішення взаємопов'язаних проблем підвищення стійкості футеровки, часткового допалення СО в порожнині конвертера й теплового розвантаження котла-утилізатора - одного з найбільш ненадійних елементів у схемі виробництва сталі з допаленням СО.

Завдання полягає в тому, щоб пов'язати в єдиний комплекс можливості підвищення якості сталей відповідального призначення з ресурсозберігаючою технологією витоплення й позапічної обробки.

У Розділ 2. Удосконалення устаткування й технології витоплення високоякісних сталей розглянута методика розрахунку температурного поля футеровки в період розігріву й холонення конвертера з урахуванням реально існуючих періодів плавки. На основі вивчення температурного поля футеровки в умовах різкого змінення теплового навантаження, надалі вирішувалися питання зміни її конструкції та опрацьовувалися засоби підвищення стійкості футеровки.

Для складання дискретного аналогу рівняння теплопровідності, футеровку розбивали на N шарів. При цьому товщину шару обирали з урахуванням властивостей матеріалу футеровки. Відлік шарів починали від внутрішньої поверхні футеровки конвертера радіусом R1. За таких умов з рівняння теплового балансу для і-го елементарного шару знаходили температуру tі+1, j проміжного шару.

. (1)

Через те, що футеровка конвертера складається із різноманітних матеріалів (смоломагнезіт, хромітопериклаз, периклазохроміт та ін.), то рівняння теплового балансу складали для усіх елементарних шарів та доповнювали їх рівняннями, що описують умови на границі двох різноманітних матеріалів. Тоді температура приграничного шару представляється як:

.

Модель дозволяє розраховувати температуру в будь якій точці футеровки та в будь який момент часу протягом усієї кампанії по футеровці з урахуванням зміни теплофізичних властивостей матеріалу (l, с, r) залежно від температури, зміну температури корпусу, а також визначати теплоту, що акумулюється кладкою, величину теплових втрат від корпусу й через горловину з розміщеною на ній кришкою й без неї при різноманітному виробітку футеровки. Використовуючи наведену вище математичну модель, були виконані розрахунки із урахуванням реально існуючої циклограми конвертерної плавки.

На рис. 1 представлена зміна температури в різноманітних шарах футеровки з урахуванням циклічності плавки (завалка брухту - 5 хв., заливка чавуну - 3 хв., продувка киснем - 22 хв., злив сталі -7 хв., злив шлаку - 3 хв., огляд та ремонт футеровки - 30 хв., усього - 70 хв.).

Плавки без зносу футеровки (dф = 0 мм) та без простоїв. Як видно з рис. 1 а максимальна температура футеровки tф досягається на 22 хв. кожної з 4 розглянутих плавок, а в шарі товщиною 10 мм ще підтримується значний перепад температур (~ 400 С). Проте на відстані 60 мм від зовнішнього шару в смоломагнезитовій футеровці навіть в період продувки різкої зміни температури не відбувається. Характерно, що, наприклад, на 396-400 плавках (рис. 1,б) загальна закономірність зміни температури в більш розігрітій (на ~50 С) футеровці зберігається.

Плавки із простоями (140 хв.). У період простою напрям теплового струменя змінюється - більш глибокі шари прогрівають як внутрішні так зовнішні шари футеровки. Зовнішні шари (dф = 0) за 140 хв. простою охолоджуються до 1050 С, а за 22 хв. продувки приріст температури складає ~ 600 С. За час змушеного простою, теплота, що акумулюється кладкою циліндричної частини футеровки, знижується з 249 до 241 Гдж.

При коефіцієнті тепловіддачі до a = 20 Вт/м²К загальна втрата теплоти в навколишнє середовище циліндричною частиною й горловиною досягає ~ 5 Мвт, але встановлення кришки на горловині конвертера призводить до зниження цієї втрати на 0, 8 Мвт.

Аналіз теплового стану футеровки з урахуванням циклічності послужили основою для опрацювання й впровадження рекомендацій по радикальному підвищенню стійкості футеровки. До них відноситься комплекс заходів таких як наведення магнезіальних шлаків, нанесення на футеровку оборонного шлакового гарнісажу, зональна кладка (в районі цапф) шлако- й зносостійкими вогнетривами, зниження термічних напружень в шарі, оберненому у порожнину конвертера й зменшення сколів за рахунок скорочування теплових втрат при простоях (наприклад, установою кришки, що замикає горловину), поліпшення водно-хімічного режиму котла, що знижує попадання води на футеровку та ін. Рекомендації дозволили збільшити стійкість футеровки в середньому з 600 до 900 плавок (на ~ 50 %). Витрати вогнетривів знизилися на 0, 8 кг/т сталі.

позитивні результати по підвищенню стійкості футеровки конвертера дозволили вирішити завдання збільшення степені регенерації хімічної теплоти СО за рахунок часткового його допалення в конвертері. Для цієї цілі розроблені нові конструкції кисневих фурм багатоцільового призначення. Виготовлена й випробувана дослідно-промислова партія фурм (10 шт.) з центральним та периферійним соплом, обладнаним турбулентним й гвинтовим завихрювачем. Промислові випробування підтвердили високу ефективність обґрунтованих засобів й пристроїв для продувки розплаву в конвертері. Фурми з так званими "пелюстковими" соплами дозволили знизити витрати чавуну на ~5 кг/т.

РОЗДІЛ 3. Десульфурація сталі в ковші екзотермічними шлакоутворюючими сумішами. Вибір складу самоплавкої суміші проводився із урахуванням підтримки заданої у вузьких межах швидкості горіння суміші wr з урахуванням залежності, кг/с: wr = 11,23 {Al}см - 0,4wS - 4,67, де {Al}см - частка алюмінію в суміші, wS - зменшення легких компонентів у вапні (втрати при пропіканні).

Аналіз проведених досліджень показав, що зі збільшенням витрат суміші від 18 до 32 кг/т сталі степінь десульфурації зростає приблизно на 10 %. Різке зниження десульфурації відбувається при витраті суміші менш 15 кг/т сталі. Внаслідок обробки сумішами кількість сульфідних вкраплень у сталі 09г2с зменшилася в 2,7 рази, дисперсність сульфідів й оксидів підвищилась відповідно на 30 й 60 %. Сталь 09г2с після обробки сумішшю задовольняє вимогам, що пред'являються до металопродукції, призначеної для роботи в умовах крайньої Півночі.

Дуже ефективними виявилися тверді шлакові суміші, при такому співвідношенні компонентів, мас. %: відсів алюмінієвої стружки 15-25; вапно 45-60; плавиковий шпат 1-5; залізорудний офлюсований агломерат 25-35. Лабораторні експерименти показали, що швидкість формування шлаку при введенні розробленого складу в тигель, що знаходиться в ізотермічній області печі Таммана й підігрітого до 1500ос, вдвічі вище складу, що раніше використовувався (в середньому дорівнювала 1,50 г/с. це забезпечує формування на більш ранній стадії рідкого вапняно-глиноземистого шлаку, який довше бере участь у процесі рафінування. Температура його плавлення майже 1335 С (на 60-70 С нижче, ніж у застосовуваних раніше), а в'язкість 0,10-0,14 Па.с (на 10-15 % нижче, ніж у застосовуваних раніше).

При використанні розробленої суміші питома кількість сульфідних вкраплень знизилася з 84 до 66 шт./м2, вихід придатного збільшився з 89 до 97 %. За рахунок підвищення ударної в'язкості при температурах мінус 40 й 60 С на 9 й 5 Дж/см² відповідно вихід придатного збільшився на 8 %.

Лабораторні й промислові експерименти показали, що найбільш ефективною є тверда екзотермічна шлакова суміш (Тешс), розроблена для одержання низькосірчастих марок сталей. Здійснювали приготування суміші з масовою часткою, %: відсіви алюмінієвої стружки - 20, відсів офлюсованого залізорудного агломерату - 30, вапно - 48, плавиковий шпат - 2. Встановлено, що при загальній тривалості випуску від 3 до 10 хв. впровадження 1,7 т суміші, що здійснювалося протягом 0,5-1,5 хв. через 3-30 с після початку випуску, падіння температури від випуску до розливки залишилось на тому ж рівні й склало 62-65оС. При цьому витрата чавуну залишилася на попередньому рівні й перегрівати метал в конвертері не вимагалося. Степінь десульфурації на рівні 60-75 % спостерігалася на плавках з масовою часткою алюмінію в готовій сталі понад 0,020 %.

Впровадження в киснево-конвертерному цеху МК ім. Ілліча технології виробництва литих слябів й штрипсів із застосуванням Тешс дозволило зменшити витрати рідкого чавуну на ~ 12 кг/т сталі та на таку ж кількість збільшити частку брухту, зменшити витрати алюмінію на ~ 0,1 кг/т сталі. Температуру випуску сталі знизили до 1640-1660 С проти 1660-1680 С при обробці Тшс. Експериментальні показники підтверджують, що вміст сірки в готовій сталі ~ 1,7 рази нижче при використанні Тешс у порівнянні з Тшс.

Розроблені склад й технологія застосування сумішей для теплоізоляції дзеркала металу в ковші порошкоподібними та гранульованими сумішами. Її впровадження дозволило знизити температуру металу на випуск на 15-25 С.

РОЗДІЛ 4. Удосконалення технології комплексної обробки сталі в 160 т ковша. У конвертерному цеху МК ім. Ілліча введений в промислову експлуатацію багатофункціональний агрегат доводки Кдс-2п-3с, який дозволяє проводити комплексну обробку сталі, що включає в тому числі коректування змісту Al й Сa шляхом введення до ковша за допомогою трайб-апаратів Al-катанки й дроту з наповнювачами Sі-ca та Al-ca. З метою зниження витрат кальційвміщуючих матеріалів та підвищення степені засвоєння кальцію, дослідили заміну Sіca порошкового дроту на дріт з наповненням гранульованими алюмінієм та кальцієм. Було проведено 66 дослідно-промислових плавок з позапічною обробкою сталі порошковим дротом, з них 24 - при витопленні трубних марок сталей, а інші - марки сталі Ен 36, А 36, St 52-3. Слід відзначити, що на дослідних плавках температура в ковші при введенні алюмокальцієвого дроту складала 1580-1610 С. Різниця в 30-40 С істотно впливає на поводження дроту в розплаві. Так, при температурі 1610-1620 С час розплавлення стальної оболонки (d = 0,4 мм) в рідкій сталі складає 2,2-2,8 с, а при температурі 1570-1580 С - 3,0-3,5 с. Дуже важливим представляється правильний вибір співвідношення в дроті між Аl й Са, що дозволило би найбільш ефективно проводити операції мікролегування та модифікування. Загальне наповнення дроту було 122 г/м, в тому числі алюмінію - 73 г/м та кальцію - 49 г/м. Встановлено, що оптимальним є співвідношення Аl/са, рівне 60:40. це технологічне рішення захищено патентом України.

Залежно від температури розплаву швидкість введення алюмокальцієвого дроту до ковша з рідким металом складала 3,0-4,0 м/с. Технологічні показники проведених дослідно-промислових плавок сталі 13Г1Су та ЕН 36 наведені в табл. 1

Для порівняння взяті плавки тих самих марок сталі, що проведені в один період з дослідними й оброблені Sіса дротом Ск 30. Як видно з табл. 1, залишковий вміст Са в готовій сталі 13Г1су на плавках з Аlса дротом (Пп) склав 0,0044 %, на плавках з Sіса Пп - 0,0040 %, витрати дроту на обробку склав 1,07 й 2,62 кг/т відповідно, витрати кальція - 0,16 та 0,40 кг/т. При цьому засвоєння кальцію (проба на МБлз) при обробці Аlса дротом склало 29 % проти 11 % при обробці Sіса дротом, тобто засвоєння кальція на плавках сталі 13г1су з Аlса дротом в 2,6 рази вище, ніж на плавках з Sіса дротом при менших в 2,5 рази витратах кальція на обробку. Відзначимо, що засвоєння кальція через 3-5 мін після введення Аlcа дроту (проба на Кдс) на трубних марках сталі склало 46,4 %. Засвоєння Са з Аlса Пп на сталі марки ЕН 36 трошки нижче, ніж на трубних марках (21,0 %, проба на МБлз).

З підвищенням масової частки сірки значення ударної в'язкості декілька знижуються як на зразках з гострим, так на зразках з круглим надрізом. При цьому на кожні 0,001 % підвищення масової частки сірки на зразках з гострим надрізом спостерігається зниження ударної в'язкості на 13-20 %, а на зразках із круглим надрізом - на 5-15 %.

Технологія позапічної обробки сталі порошковим дротом з наповненням гранульованими алюмінієм та кальцієм в співвідношенні 60:40 запроваджена в ККЦ ВАТ "МК ім. Ілліча". При обробці трубних марок сталі алюмокальцієвим дротом середнє засвоєння кальцію в готовому металі склало ~ 29 %. У безперервнолитих слябах, оброблених Аlса дротом, відсутні ликваційні смужки і осьові тріщини. Технологія дозволяє отримати стабільні результати по вмісту Са в сталі не нижче 0,001 %.

РОЗДІЛ 5. Аналітичне та експериментальне дослідження фурми для заглибленої продувки інертними газами й порошками, а також підігріву розплаву в ковші. В Ккц ВАТ "МК ім. Ілліча" освоєна технологія інжекційної доводки сталі шляхом вдування таких сумішей:

- плавлене вапно та плавиковий шпат (Ірс-1) з гранулометричним складом 98,2 % < 0,088 мм;

- спеціально підготовлена рафінувальна суміш системи Cao-Al2o3 - CaF2-N2O-K2O з низьким вмістом Feo (Ірс-2) та гранулометричним складом: 0,63 мм - 0,4 %; 0,1 мм - 12,9 %; < 0,1 мм - 86,6 %.

На етапі розробки технології інжекційного вдування порошку був проведений аналіз можливих режимів продувки в широкому діапазоні зміни витрат порошку, газу-носія та їх відповідності геометричним характеристикам фурми. Мета розрахунку - по заданим витратам газу V1 й порошку m2, а також розмірам фурми розрахувати газодинамічні параметри втікаючого до розплаву на глибині h газопорошкового струменя з урахуванням теплопідводу, тертя й істотного протитиску.

Аналітичні дослідження, проведені для режиму течії дисперсної суміші в новій фурмі, коли захисний вогнетривкий блок не зношений та температура стінки на виході з фурми tw" 27 C. По другому варіанту - вогнетривкий блок вироблений (dф = 0,1 мм) й не захищає трубу стінки (рис. 2 та 3).

Встановлено, що необґрунтоване збільшення D1, наприклад, з 10 до 20 мм викликає необхідність дроселювання струму дорогого аргону з 0,97 до 0,317 Мпа при m = 0 та з 0,97 до 0,336 Мпа при m = 20 кг., що призводить до збільшення дисипативних втрат.

Рис. 2. Вплив діаметру фурми D1 й зміни теплопідводу на початковий тиск рн, й коефіцієнт втрати повного тиску sк при різноманітному пиловому навантаженні m

Рис. 3. Залежність імпульсу Іu12, потужності N12 газопорошкового струменя, втікаючого до розплаву, а також втрати тиску перед фурмою Dрн від діаметру D1 при різноманітному пиловому навантаженні m та зміні теплопідводу, без теплопідводу (tw = 25оc); з теплопідводом (twк = 560-300 C). Вихідні параметри до рис. 2 та 3: якщо m = 20 кг/кг, то m2 = 35,68 кг/хв.

Правильний вибір D1 істотно впливає на імпульс Іu12 та потужність N12 газопорошкового струменя, розраховані за параметрами вихідного перетину фурми. з рис. 3 видно, що за рахунок зменшення діаметру D1 за всіх інших рівних умов потужність втікаючого до розплаву струменя збільшується з 0,06 кВт (при D1 = 20 мм) до 1,15 кВт (при D1 = 10 мм), тобто в ~ 20 разів, а втрата тиску Dрн при дроселюванні зменшується майже на 0,6 Мпа.

Інжекційна доводка з використанням сумішей типу Ірс-2 показала, що дослідні плавки (всього 6 шт. з 19) з високою ступеня десульфурації (47,9 % відн.) характеризуються великим питомими витратами рафінувальної суміші (3,38 кг/т або 473, 3 кг/ковш) при низькому чаді алюмінію (на 0, 002 % абс. або 5,5 % відн.). Плавки ж (5 шт. з 19) з низькою ступеня десульфурації (13,0 % відн.) відрізняються більш низькими питомими витратами суміші: (2,11 кг/т або 296 кг/ковш) при чималому чаді алюмінію (на 0,007 % абс. або 16,5 % відн.).

Технологія глибокого знесірчення шляхом інжектування порошків в розплав забезпечує степінь десульфурації в середньому до 40 %. Для зниження відсортування слябів по хімічному складу проведено широкомасштабне промислове опробування та впроваджена технологія хімічного підігріву сталі у ковші кремнієм та селективне коректування (вбік зниження) вмісту в сталі Al, Sі, Мп й С.

По усередненим даним, питомі витрати кремнію та кисню на підігрів складають 0,045 кг/(т С) й 0,058 мн³/(т С). При використанні для хімпідігріву алюмінію, питомі витрати алюмінію й кисню складають 0,0386 кг/(т С) та 0,0380 мн³/(т С).

ВИСНОВКИ

1. На підставі комплексного дослідження газодинамічних та тепломасообмінних процесів в порожнині конвертера, процесів позапічної обробки сталі в ковші, відпрацьована й впроваджена ресурсозберігаюча технологія виробництва якісної сталі марок 09г2фб, 09г2бт, 10г2фбу та інших (майже 40 марок сталі).

2. Розроблена математична модель теплового стану футеровки кисневого конвертера. Показано, що ошлакування футеровки забезпечує зниження температури корпусу на ~ 50 С, установка кришки в горловині 160 т конвертера в період тривалого простою призводить до збільшення температури поверхні футеровки на ~ 150 С й зниженню втрат циліндричною частиною й через горловину на 0,8 Мвт, тобто на 16 %. Використання результатів чисельних досліджень по розрахунку розігріву футеровки 160 т конвертера та її нагрів в міжплавочний період дозволило розробити комплекс заходів, таких як раціональний підбір вогнетривких матеріалів та їх розміщення, впровадження зональної кладки, пневматичне ошлакування, зниження втрат теплоти та ін., що за останні 3 роки привело до підвищення стійкості футеровки майже в 1,5 рази, з ~ 600 до ~ 900 плавок за кампанію.

3. Випробувані промислові зразки, розроблені рекомендації по впровадженню наконечників фурм багатоцільового призначення, що забезпечують витікання з одного й того ж сопла принципово різноманітних кисневих струменів, що використовувалися для зневуглецювання домішок та для допалення СО в порожнині конвертера. впроваджені фурми з соплами, що забезпечують використання зворотного акустичного зв'язку витікаючих струменів.

4. Опрацювання й впровадження твердих екзотермічних шлакоутворюючих сумішей дозволило зменшити витрати рідкого чавуну на ~ 12 кг/т, знизити витрати Al на 0,1 кг/т, зменшити температуру сталі на випуску на ~ 20 С.

5. Розроблені нові склади та технологія утеплення сталерозливних ковшів порошкоподібним та гранульованими теплоізолюючими сумішами, що дозволило знизити температуру металу на випуску на ~ 20 С й сприяло впровадженню енерго- й ресурсозберігаючого виробництва безупинно литих слябів в киснево-конвертерному цеху ВАТ МК ім. Ілліча.

6. Розроблена й запатентована технологія позапічної обробки сталі порошковим дротом з наповненням гранульованим алюмінієм й кальцієм у співвідношенні 60:40 % мас. Показано, що степінь використання Аlса дроту дозволяє збільшити степінь засвоєння Са в готовому металі до 29 % (в 2,6 рази вище, ніж на порівняльних плавках), знизити витрати дроту на обробку в 2,5 рази, покращити якісні показники макроструктури слябів.

7. Для виробництва трубної сталі відпрацьована технологія рафінування розплаву вдуванням через погружну фурму плавленої дрібнодисперсної суміші CaO-Al2O3-CaF2-N2O-K2O із стабільною ступеня десульфурації, що складає майже 30 %.

8. Виконаний аналіз газодинамічних та технологічних аспектів вдування десульфуруючого порошку в розплаву за допомогою заглибленої фурми і розроблені режими найбільш вигідного пневматичного переміщення металу витікаючим дисперсним струменем. За рахунок зменшення діаметра фурми потужність втікаючого до розплаву струменю збільшується з 0,06 кВт (при D1 = 20 мм) до 1,15 кВт (при D1 = 10 мм), тобто в ~ 20 раз, а втрата тиску Dрн при дроселюванні зменшується майже на 0,6 Мпа.

9. Відпрацьований в умовах конвертерного цеху засіб хімічного підігріву сталі в ковші домішок алюмінію та продувкою киснем чистотою не менш 98,8 % забезпечує необхідне підвищення температури металу. Розроблена технологія підігріву металу в ковші не змінює хімічного складу сталі. Для зниження відсортування слябів по хімічному складу проведено широкомасштабне промислове опробування й впроваджена технологія хімічного підігріву сталі в ковші кремнієм та селективне коректування (вбік зниження) вмісту в сталі Al, Sі, Мп та С.

10. Результати дисертаційної роботи впроваджені в киснево-конвертерному цеху МК ім. Ілліча. Фактичний (частковий) економічний ефект складає 196 тис. грн./р.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Внепечная обработка жидкой стали порошковой алюмокальциевой проволокой./ В.П. Онищук, В.В. Кисиленко, Д.А. Дюдкин, В.Е. Пильгук, Д.А. Сочнев, А.А. Ларионов, Э.Н. Шебаниц, Б.В. Небога //Металл и литьё Украины.- 2000.- № 1-2.- С. 20-23.

2. Ларионов А.А., Куземко Р.Д. аналитические и экспериментальные исследования вдувания порошкообразных смесей в 160 т ковш //Вестник Приазов. Гос. техн. ун-та: Сб. науч. тр.- Мариуполь, 2000.- Вып.10.- С. 33-39.

3. Совершенствование технологии утепления металла в сталеразливочном ковше. /Э.Н. Шебаниц, А.А. Ларионов, А.В. Побегайло, Б.В. Небога, С.А. Овсянников, Н.Ф. Анищенко. //Металл и литьё Украины.- 1999.- № 1-2.- С. 9-11.

4. Внепечная обработка стали в конвертерном цехе комбината. /Э.Н. Шебаниц, А.А. Ларионов, А.В. Побегайло, Б.В. Небога, С.А. Овсянников, В.М. Самохвалов //Металл и литьё Украины.- 1997.- № 2-4.- С. 21-23.

5. Эффективность теплоизоляции поверхности металла в сталеразливочном ковше. /Ю.В. Климов, А.А. Ларионов, А.В. Побегайло, Б.В. Небога, Н.Ф. Анищенко, А.П. Богун //Металл и литьё Украины.- 1997.- № 2-4.- С. 13-14.

6. Использование ставролитового концентрата для разжижения конвертерного шлака /И.К. Попандопуло, А.А. Ларионов, В.В. Фитерер, Смукович В.С., Большаков В.А., Побегайло А.В. //Металлургическая и горнорудная пром. - 1998. - № 6. - С. 23-24.

7. Усовершенствование технологии внепечной обработки стали для газопроводных труб /Э.Н. Шебаниц, А.А. Ларионов, А.В. Побегайло, Б.В. Небога, С.А. Овсянников //Сталь.- 1998.- № 2.- С. 17-18.

8. Разработка и освоение технологии химического подогрева стали в условиях конвертерного цеха комбината /Куклев В.Г., Шебаниц Э.Н., Ларионов А.А. и др. //Труды ІX Международной научно-технической конференции, Днепропетровск. - 1998. - С. 80.

9. Производство низкосернистой стали в условиях конвертерного цеха /Э.Н. Шебаниц, А.А. Ларионов, А.В. Побегайло, Б.В. Небога, С.А. Овсянников, Я.Т. Кубрак, С.А. Лавринишин, В.М. Самохвалов //Труды V конгресса сталеплавильщиков, - М. - ОАО Черметинформация.-1999-С. 76-77.

10. Пат. UA 33662.а Україна, МПК 6С 21С 7/06. Спосіб позапічної обробки рідкої сталі /В.С. Бойко, О.О. Ларіонов, Э.М. Шебаніц, Д.О. Дюдкін, Ю.І. Бать, В.В. Кисіленко, В.П. Оніщук, Б.В. Небога, А.В. Побегайло (Україна).- № 99031595; Заявл. 23.03.99; Опубл. 29.03.00 р., Бюл.№ 1. - с. 28.

11. Пат. UA 33807.а Україна, МПК 6С 21С 7/06. Спосіб виробництва сталі /О.О. Ларіонов, І.К. Попандопуло, Д.О. Дюдкін, Ю.И. Бать, В.В. Кисіленко, В.П.Оніщук, Б.В.Небога, А.В.Побегайло (Україна).- № 99041919; Заявл. 06.04.99 Опубл. 15.01.01 р., Бюл. № 2.- с. 14.

12. Способ получения жидкого рафинировочного шлака и шлакометаллической лигатуры А.с. 1627568 СССР, МКи 5 С 21 С 5/54 / А.Е. Сочнев, В.А. Курганов, Л.И. Крупман, Ю.Г. Ярославцев, Э.М. Горбаковский, Е.А. Царицын, Г.З. Гизатулин, А.А. Ларионов, Ю.М. Таксин, В.И. Андреев (СССР).- № 4602186/02; Заявл. 05.11.88; Опубл.15.02.91, Бюл. № 6. - 8 с.

13. Способ формирования сверхзвуковой газовой струи и устройство для его осуществления А.С. 1508401 СССР, МКИ /С. В. Лепорский, Г.З. Гизатулин, А.А. Ларионов А.В. Рябухин, О.Э. Шлик, Е.Л. Оксаниченко, С.М. Кленин (СССР). - не публикуется.

14. Устройство определения момента прекращения продувки кислородного конвертера А.С. 1765186 МКИ С 21 С 5/30 /В.С. Богушевский, И.Л. Лигоцкий, Н.А. Сорокин, Н.С. Церковницкий, А.А. Ларионов, Ю.С. Каменев, Г.А. Кац (СССР). - № 4917798/02; Заявлено 07.03.91; Опубл.30.09.92, Бюл. № 36. - 94 с.

15. Шлакообразующая смесь А.С. 1696110 СССР, МКИ В 22 D 11/00. С 21 С 5/54 /Г.З. Гизатулин, А.И. Корниенко, А.В. Маринин, Э.Н. Шебаниц, А.А. Ларионов, В.С. Ворошилин, В.В. Акулов, А.В. Побегайло, М.М. Кулагин (СССР).- № 4665546/02; Заявлено 06.02.89; Опубл. 07.12.91, Бюл. № 45.- 43 с.

АНОТАЦІЇ

Ларіонов О.О. "Опрацювання та впровадження комплексної ресурсозберігаючої технології виробництва трубних сталей підвищеної якості". Рукопис на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук з спеціальності 05.16.02 - "Металургія чорних металів". Приазовський державний технічний університет, м. Маріуполь, 2001.

Розроблена та реалізована чисельним засобом математична модель теплового стану футеровки кисневого конвертера з урахуванням циклічності, виробітку, ошлакування, зміни теплофізичних властивостей вогнетривів в залежності від температури. Одержана динамічна картина розподілу температури, акумуляцію теплоти кладкою в період розігріву, продувки та в міжплавильний період, в тому числі при "замиканні" горловини під час тривалого простою. Розрахунки підтверджені експериментально. Розроблені й впроваджені нові тверді екзотермичні шлакові суміші (Тешс), що дозволяють при їх використанні в ~ 1,7 рази знизити вміст сірки в готовій сталі в порівнянні з Тшс та зменшити витрати чавуну, а також алюмінію. Впроваджені технології модифікування сталі алюмокальцієвим дротом, причому показано, що найліпше засвоєння Al та Са в готовому металі досягається при їх співвідношенні 60:40. Впроваджена технологія хімпідігріву, що дозволило скоротити кількість неповно розлитих плавок з 3,2 до 1,34 %, знизити втрати металу при зливах з 4,8 до 2,8 кг/сл., скоротити технологічні простої та збільшити в два рази серійність плавок на МБлз.

Внаслідок комплексу заходів розроблена та впроваджена високоефективна ресурсозберігаюча технологія, що включає глибоку десульфурацію новими шлакоутворюючими сумішами, модифікування сталі розробленими порошкоподібними сумішами, усереднення хімсклад й температури металу продувкою інертним газом, коректування вмісту легуючих елементів, інжектування різноманітних порошкоподібних матеріалів дозволяє одержувати метал з надто низьким змістом вуглецю й сірки, а також здійснювати підігрів металу за рахунок алюмотермічних та сіликотермічних реакцій.

Ключові слова: шлакоутворюючі суміші, десульфурація, холодостійкі сталі, алюмокальцієвий дріт, неметалічні вкраплення, мікролегування, високоактивні елементи.

Ларионов А.А. "Разработка и внедрение комплексной ресурсосберегающей технологии производства трубных сталей повышенного качества". Рукопись на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.16.02 "Металлургия чёрных металлов". Приазовский государственный технический университет, г. Мариуполь, 2001.

Диссертация посвящена разработке и внедрению комплексной ресурсосберегающей технологии производства трубных сталей повышенного качества. Целью работы является аналитическое и экспериментальное обоснование, промышленная проверка и широкое внедрение новейших сталеплавильных технологий, обеспечивающих глубокую десульфурацию и расширение сортамента выплавляемых высококачественных сталей трубных марок, исключение высокозатратных и энергоёмких операций. Объектом исследования является энерго- и ресурсосберегающая технология производства сталей трубного сортамента, включающая тепло- массообменные процессы в 160 т конвертере и стальковше кислородно-конвертерного цеха МК им. Ильича. Предмет исследования - температурные поля в футеровке конвертера с учётом цикличности плавки, концентрации газов в струях при внедрении их в сильно разогретое реагирующее пространство, составы шлакообразующих и теплоизолирующих смесей, их влияние на эффективность удаления серы и на расход чугуна, состав наполнителей алюмокальциевой проволоки, его влияние на степень усвоения Са и Al, нагрев металла при химическом подогреве, импульс и мощность одно- и двухфазных струй, истекающих в расплав при инжекционной продувке.

Разработана и реализована численным методом математическая модель теплового состояния футеровки кислородного конвертера с учетом цикличности, выработки, ошлаковки, изменения теплофизических свойств огнеупоров в зависимости от температуры. Результаты моделирования позволили получить динамическую картину распределения температуры, а также определить аккумуляцию теплоты кладкой в период разогрева, продувки и в межплавочный период, в том числе при "запирании" горловины во время длительного простоя. Расчёты подтверждены экспериментально.

Разработаны и внедрены новые твердые экзотермические шлакообразующие смеси (ТЭШС), которые позволяют при их использовании в ~ 1,7 раза снизить содержание серы в готовой стали в сравнении с ТШС и уменьшить расход чугуна, а также алюминия.

Внедрены технологии модифицирования стали алюмокальциевой проволокой, микролегированием высокоактивными элементами, причём показано, что наилучшее усвоение Al и Са в готовом металле достигается при их соотношении 60:40.

Внедрена технология химподогрева, что позволило снизить возврат плавок с МНЛЗ на верховую разливку с 2,1 до 0,04 %, сократить количество неполно разлитых плавок с 3,2 до 1,34 %, снизить потери металла при сливах с 4,8 до 2,8 кг/сл., сократить технологические простои и увеличить в два раза серийность плавок на МНЛЗ.

В результате комплекса мероприятий разработана и внедрена высокоэффективная ресурсосберегающая технология, которая включает глубокую десульфурацию новыми шлакообразующими смесями, ммодифицирование стали разработанными порошкообразными смесями, усреднение химсостава и температуры металла продувкой инертным газом, корректирование содержания легирующих элементов, инжектирования различных порошкообразных материалов, что позволяет получать металл с весьма низким содержанием углерода и серы, а также осуществлять подогрев металла, используя теплоту экзотермических (алюмотермических и силикотермических) реакций.

Ключевые слова: шлакообразующие смеси, десульфурация, хладостойкие стали, алюмокальциевая проволока, неметаллические включения, микролегирование, высокоактивные элементы.

LARIONOV А.А. "Development and introduction the resource-saving technology of production pipe-plate steels of high quality". - Manuscript.

The thesis for the scientific degree of Candidate of Science (Eng.) on specialty 05.16.02 "Ferrous metallurgy". Priazovscy state technical University, Mariupol, 2001.

Designed and realized by numeric method the mathematical model of heat state the oxygen converter lining with due regard for cycles, working, slagging, temperature dependence of refractory heat-physical properties. Dynamic picture of temperature distribution, heat accumulation by lining at a heat period, during blowing and between heats were received, including under "locking" the throat during long idle time. Calculations are confirmed by experiments. Designed and introduced new exothermic slag mixtures, which allow under their use reduce sculpture content in ready steel in ~ 1,7 times in comparison with ordinary solid slag-forming mixtures and reduce consumption of cast iron, as well as aluminum. Technology of steel modification by cored-wire filled with aluminum and calcium was introduced. It is shown, that the best assimilation of Al and Ca in ready metal is reached under their relation 60:40. Technology of chemical heating is introduced, that has allowed to shorten an amount of incomplete pour heats from 3,2 to 1,34 %, reduce the losses of metal at discharges, shorten technological idle time and enlarge into two times serialness of continuously cast heats. As the result of complex measures, high-effective resource-saving technology was developed and introduced. It includes deep desulphurization by new slag-forming mixtures, modification of steel by developed powdery mixtures, homogenization of chemical composition and temperature of metal by inert gas blowing, correcting a contents of alloying elements, injection of different powdery materials. All that allows to get metal with low contents of carbon and sulphureted, and as well to realize heating of metal at the expense of alumino-thermic and silicon-thermic reactions.

Key words: slag-forming mixtures, desulphurization, cold-resistant steels, aluminum-calcium cored-wire, nonmetallic inclusions, microalloying, high-active elements.

Комп'ютерний набір друк виконані в поліграфічному центрі Приазовського державного технічного університету, 87500, м. Маріуполь, вул. Університетська, 7.

Формат 29,7ґ421/4. Друк на різографі. Тираж 100 Зак. №.

Размещено на Allbest.ru

...