Основные направления развития конвертерного производства Череповецкого металлургического комбината

Размещено на http://www.allbest.ru/

Основные направления развития конвертерного производства Череповецкого металлургического комбината

Лукьянов А.В., Протасов А.В.,

Сивак Б.А., Щеголев А.П.

Современное производство стали в конвертерах с применением кислорода представляет собой высокоэффективную систему технологий, которая не только обеспечивает выплавку стали с высокой производительностью плавильного агрегата, но и позволяет оптимизировать работу всей технологической цепочки от производства чугуна до разливки стали и получения заготовки включительно.

ВНИИМЕТМАшем разработаны технические и проектно-конструкторские решения по основному оборудованию конвертерных производств для большинства ведущих металлургических комбинатов России. Конвертерное производство Череповецкого металлургического комбината ПАО «Северсталь» практически в полной мере отвечает требованиям современного конвертерного цеха, но в то же время имеет существенный потенциал для повышения эффективности и снижения производственных издержек.

В настоящей статье представлены результаты анализа, проведённого ВНИИМЕТМАШемс участием ЦНИИчермет по разработке и реализации конкретных мероприятий, направленных на снижение себестоимости продукции и производственных издержек, увеличения выхода годного и ресурса основного оборудования по всей технологической цепочке конвертерного производства. Основным критерием для обоснования и разработки технических решений является обеспечение максимальной производительности оборудования при оптимальных технологических параметрах и минимальных производственных затратах. При этом должно обеспечиваться максимальное использование потенциальных возможностей уже имеющегося оборудования с учётом его модернизации и оптимизации работы в комплексе со строительством явно необходимых новых объектов(рис.1). Технические решения по каждому производственному участку принимались на основании выявления и последующего анализа состояния узких мест, препятствующих повышению эффективности производства. металлургический конвертер производство сталь

Рис. 1 Технологическая схема конвертерного цеха ЧерМК с реконструируемыми и новыми объектами

Основным принципом разработок, объединённых в единую концепцию повышения эффективности производства, является достижение требуемой оптимальной производительности (пропускной способности) на каждом технологическом участке, начиная с загрузки конвертеров чугуном и ломом и заканчивая отгрузкой слябов потребителю.

Основными причинами, препятствующими повышению эффективности конвертерного производства являются неудовлетворительная логистика подачи чугуна и лома, отсутствие 100% десульфурации чугуна, снижение производительности агрегатов при использовании ковшового вакууматора, ограниченная производительность существующего агрегата ковш - печь, недостаточная скорость разливки на МНЛЗ, повышенное выделение окалины при непрерывной разливке. Кроме того, избыточное потребление извести в конвертерных плавках приводит к увеличению количества шлака, что в свою очередь приводит к перегрузке участка шлакопереработки. Возможна перегрузка склада слябов, что при отсутствии прямого горячего посада слябов в нагревательные печи стана 2000 может ограничивать возможность отгрузки готовой продукции.

На основании оценки технической эффективности разработаны решения по оснащению цеха дополнительным оборудованием, его размещению, модернизации действующего оборудования, усовершенствованию логистики загрузки основного оборудования, повышению качества продукции, снижению эксплуатационных затрат.

Необходимость строительства дополнительного отделения перелива чугуна с установкой десульфурации основана на экономической целесообразности вынесения процессов десульфурации из сталеплавильных агрегатов и внедрение внепечной десульфурации чугуна и стали.

Установлено [1,2], что исключение требований по содержанию серы из доменного и конвертерного процесса обеспечивает:

- снижение расхода кокса и повышение производительности доменной печи на 1% приповышении содержания серы в чугуне на каждые 0,01%;

- снижение основности доменного шлака с 1,05-1,1 до 0,85-0,95 при соответствующем увеличении содержания железа в агломерате на 0,7-1% позволяет снизить расход кокса на 0,7-1% и повысить производительность доменной печи на 1-1,5%;

- расширение гаммы коксующихся углей за счёт применения более дешёвых сернистых углей, что позволит снизить стоимость кокса и чугуна;

- снижение требований по повышенной основности агломерата увеличивает его прочность и снижает содержание в нём мелочи (фракция <5 мм), а снижение количества мелочи на 1% обеспечивает дополнительно снижение расхода кокса на 0,5-0,7 % и повышает производительность доменной печи на 1-2%;

- снижение расхода извести в конвертерной плавке на 20-30 кг/тонну стали;

- уменьшение количества конвертерного шлака на 25-30%;

- снижение содержания железа в отработанном конвертерном шлаке и повышение выхода годного на 0,8-1%.

По данным результатов промышленного применения такой технологии, эффективность её в общезаводском масштабе приводит к снижению себестоимости стали на 5 - 7 USD на одну тонну.

Дополнительно повысить эффективность работы участка загрузки конвертеров можно за счёт организации двухуровневой подачи лома, что позволит сократить время на завалку лома на 15-20%, обеспечить возможность использования двухсовковой завалки и снизить затраты на подготовку лома на 5%.

Как показывает опыт эксплуатации конвертеров, с целью повышения эффективности работы участка выплавки целесообразно проведение реконструкции с увеличением диаметра корпуса конвертера (табл. 1), что возможно реализовать с минимальными затратами при плановой замене. Внедрение данного мероприятия позволит снизить количество промежуточных скачиваний шлака, сократить продолжительность конвертерной плавки, снизить износ огнеупоров, уменьшить потери металла во время кислородной продувки за счёт снижения окисленности металла перед выпуском и снижения количества выбросов, снизить расход извести за счёт увеличения площади контакта шлак-металл.

Таблица 1

Техническая эффективность замены корпусов конвертеров с увеличением диаметра(за 100% взяты показатели до реконструкции)

Серьёзной проблемой, в первую очередь с точки зрения экологической безопасности, является утилизация конвертерного шлака. Существующая на ЧерМК технология переработки жидкого конвертерного шлака, основанная на сливе жидкого шлака на шлаковое поле с последующим охлаждением, термодроблением и последующей разработкой шлакового массива экскаваторами, является устаревшей, низко производительной и достаточно затратной.

Переработка сталеплавильных шлаков в жидком состоянии непосредственно у конвертеров, кроме существенного сокращения энергозатрат, даст возможность сократить затраты на переработку, получить готовый товарный продукт в виде шлакового щебня в количестве до 170 тыс. тонн и увеличить выход возвратного металла до 28 тыс. тонн на 1 млн. тонн произведённой стали, полностью исключить слив шлака на шлаковые поля, разработку твёрдого шлака экскаваторами и его дробление в цехе шлакопереработки, сократить производственные площади, существенно улучшить санитарно-гигиеническую и экологическую обстановку в районе конвертерного цеха и условия труда.

Для получения высококачественной конечной продукциився произведённая в конвертере сталь должна проходить последующую обработку в ковше на участке внепечной обработки стали (УВОС). В состав основного оборудования участка входят одна установка печь - ковш (УПК), установка вакуумирования стали (УВС) типа VD-OВ и три установки доводки металла (УДМ). Технические характеристики УВС и УПК позволяют обработать на них в сумме не более 7 млн. тонн стали в год. Остальной металл должен проходить обработку на УДМ, которые имеют существенно меньшие технологические возможности.

Таким образом, для снижения производственных издержек при необходимости обработки 100% полученной в конвертерах стали на УПК и УВС с целью получения требуемого качества металла, мощностей этого оборудования оказывается явно недостаточно.

Ввод второй УПК позволит увеличить выход годного металла на 0,5% за счёт исключения дополнительного перегрева металла, снизить время продувки и расход кислорода в конвертерной плавке на 2-3 %, исключить возврат захоложенных плавок в конвертер. Разделение транспортного потока на две части с одинаковой пропускной способностью позволит устранить взаимные помехи при передаче сталеразливочных ковшей и существенно улучшит логистику всего цеха.

Вакуумная обработка стали осуществляется на УВС, представляющей собой двухпозиционный ковшовый вакууматор, имеющий две стационарные вакуумные камеры с двумя крышками, каждая из которых перемещается отдельной самоходной транспортной тележкой. Проектная мощность УВС составляет около 2 млн. тонн стали в год. Используемая технология ковшового вакуумирования имеет существенный недостаток - необходимость увеличения высоты свободного борта сталеразливочного ковша, что позволяет обрабатывать плавки на10 - 15 % меньшей массы, чем вмещает стандартный ковш (375 тонн). Для вакуумной обработки приходится выпускать конвертерные плавки массой не более 330-340 тонн, что приводит к снижению производительности конвертеров, увеличению себестоимости и создаёт проблемы с серийностью разливки уменьшенной плавки на МНЛЗ.

Предлагается провести реконструкцию УВС с переводом агрегата на технологию вакуумной обработки полных плавок (рис.2). Успешное опытно-промышленное опробование новой технологии осуществлено в период 2004-2005г.г. на действующей установке вакуумирования в конвертерном цехе ЧерМК[3] при обработке плавок массой до 375 тонн.

Рис. 2. Модернизированная часть установки ковшового вакуумирования стали конвертерного цеха ЧерМК (ковш ёмкостью 375 т)

Новая технология вакуумной обработки полных плавок стали [4]гарантированно обеспечит увеличение производительности вакууматоране менее, чем на 10% при том же количестве обрабатываемых ковшей, снижение времени вакуумной обработки на 10-15%, снижение себестоимости вакуумной обработки на 8-10%[5]. За счёт увеличения времени разливки полной вакуумированной плавки существенно улучшается серийность работы МНЛЗ.

Реконструкция существующей установки вакуумирования даcт возможность увеличить объём производства высококачественной стали не менее, чем на 200 тыс. тонн в год при том же количестве обработанных плавок и позволит иметь в конвертерном цехе единую стандартную плавку, пригодную для обработки на всех имеющихся агрегатах при обеспечении необходимой серийности разливки на МНЛЗ. В случае необходимости, при условии снабжения УВС требуемым количеством ковшей, модернизированная установка в состоянии обеспечить годовое производство вакуумированной стали до3 млн. тонн.

Одним из эффективных мероприятий, повышающих качество поверхности непрерывно-литых заготовок является совершенствование систем вторичного охлаждения МНЛЗ, направленное на создание более равномерного распределения понижения температуры поверхности слитка. Получение этого эффекта при минимальных затратах возможно при использовании в охлаждающей воде поверхностно-активных веществ, что кроме улучшения качества слябов позволит также повыситьстойкость оборудования МНЛЗ до 20%, снизить потери металла на окалинообразование до 120 тыс. тонн в год, снизить нагрев охлаждающей воды до 10⁰С и, тем самым, исключить необходимость сооружения дополнительной градирни.

Организация прямого посада слябов с температурой 700 - 800 ⁰С в нагревательные печи стана 2000 ЛПЦ-2 позволит значительно экономить расход природного газа, повысить эксплуатационные свойства подаваемого в прокат металла, снизить производственные издержки конвертерного и листопрокатного цехов, исключить необходимость увеличения складских площадей и обеспечить работу стана 2000 на любых трёх существующих печах без снижения его производительности.

Для организации горячего посада в полном объёме наиболее эффективно строительство новой транспортной системы для передачи горячих слябов с использованием самоходных железнодорожных тележек вместо сплошного рольганга (рис.3). Этот вариант новой транспортной системы является наиболее предпочтительным и наименее затратным в основном за счёт существенно меньшей металлоёмкости дополнительного оборудования и времени транспортировки.

Рис. 3 Кольцевая транспортировка слябов с использованием самоходных железнодорожных тележек

Следует отметить, что каждое из вышеприведённых в статье мероприятий позволяет повысить эффективность производства, но максимального результата при оптимальных затратах можно достичь при комплексной реализации. В этом случае по предварительной оценке срок окупаемости затрат не превысит 1,5-2 лет.

Список литературы

1. Югов П., Шевцов А., Щелканогов А., Ромберг А., Янг Д. Технологический комплекс агло-доменно-конвертерного производства с внедоменнойдесульфурацией чугуна // Труды 5-го международного симпозиума по десульфурации жидкого чугуна и стали. (ФРГ, Пидин/БадРейхенхал, 15-17 октября 1998г.). - БадРейхенхал, 1998. С. 1-5.

2. Дюдкин Д.А., Кисиленко В.В. Производство стали Том 2. Внепечная обработка жидкого чугуна. Теплотехник, 2008. С. 241-251.

3.Лукьянов А. В., Щеголев А. П., Сорокин А. М. и др. Усовершенствованный процесс ковшового вакуумирования стали // Сталь. 2008. № 9. С.15-19.

4. Лукьянов А.В., Протасов А. В., СивакБ. А., Щеголев Н.А. Перспективы промышленного применения оборудования и технологии ковшового вакуумного рафинирования увеличенной производительности // Черные металлы. 2011. №2.С.14-19.

5. Щеголев Н. А., Лукьянов А. В. Экономические аспекты вакуумной обработки стали по технологи VDF/VODF // Металлург. 2009. №7. С. 44-46.

Размещено на Allbest.ru