- замедление коррозионного износа футеровки конвертеров обусловлено приближением активности MgO шлака к активности MgO футеровки, а отсутствие износа футеровки может быть достигнуто при условии насыщения основного шлака магнезией, повышение вязкости шлака и образовании защитного шлакового гарнисажа;
- существенных результатов по повышению стойкости футеровки можно добиться лишь при пересыщении шлака MgO в конце продувки (до 8-12%). Такие шлаки, как правило содержат большое количество дисперсной твердой фазы, придающей шлаку способность образовывать гарнисажное покрытие;
- на ход шлакообразования и показатели стойкости футеровки конвертеров значительное влияние оказывают физико-химические свойства магнезиальных флюсов. Предпочтительно использование мелокусковых мягкообоженных и ожелезненных магнезиальных шлакообразующих материалов (доломита и доломитизированной извести).
Наиболее быстрое насыщение шлака оксидом магния в определенные периоды продувки конвертерной ванны обеспечивается в случае вдувания через верхнюю фурму в кислородных струях порошкообразного мягкообоженного доломита или каустического магнезита (полуобожженного магнезита), благодаря чему износ футеровки снижается настолько, что отпадает необходимость в торкретировании.
В качестве корректирующих в ходе продувки состав шлака добавок, обычно используют кусковые мягкооббоженные доломит и доломитизированную известь в количестве 15-30 кг/т стали при расходе обычной извести 30-50 кг/т.
В последнее время на металлургических предприятиях России в качестве дополнительных магнезиальных шлакообразующих материалов применяют:
- ожелезненнуюдоломитизированную известь (72,0 - 83,6% СаО; 3,0 - 3,8 SiO2; 8,9 - 11,8% MgO; 2,7 - 2,9% Al2O3);
- ожелезненный доломит (59,5 - 59,9% СаО; 4,1 - 3,8% SiO2; 31,2 - 31,8% MgO; 3,4 - 3,9% Fe2O3);
- ожелезненный известково-магнезиальный флюс ИМФ (49,0 - 51,0% СаО; 1,5 - 4,0 SiO2; 31,0 - 34,0% MgO; 1,0 - 1,5% Al2O3);
- самораспадающиеся магнезиальные гранулы СМГ различного состава (70-85% MgCO3и Mg(OH)2, до 10% С, до 11% Fe2O3). 4
По мнению авторов данных работ использование этих новых магнезиальных флюсов взамен традиционных мякгообожженных доломита и доломитизированной извести способствует ускоренному формированию шлака, обогащенного оксидом магния в пределах 8-14%. При этом обеспечивается требуемая жидкоподвижность шлака для эффективного нанесения шлакового гарнисажа на футеровку конвертера и нормального хода продувки.
Такая операция обеспечивает формирование шлаковых брызг с необходимыми физико-химическими свойствами непосредственно в зонах воздействия нейтральных либо слабоокислительный газовых струй на первичный шлаковый расплав с направленным движением частиц шлака совместно с огнеупорным порошком и намораживанием гарнисажа на стены конвертера. При этом возможно формирование шлакового гарнисажа с более высоким содержанием дисперсной MgO, чем при существующих технологиях, при значительно меньшем расходе дорогостоящих магнезиальных шлакообразующих материалов.
1 - конвертер; 2 - газопорошковая фурма; 3 - оборудование для вертикального торкретирования; 4 - шлак; 5 - огнеупорная составляющая шлакового гарнисажа
Рисунок 4. Принципиальная схема процесса нанесения шлакового гарнисажа газопорошковыми струями
Выполненный анализ показывает, поскольку технология нанесения шлакового гарнисажа (рисунок 4) представляет собой компромиссный вариант сохранения жидкого шлака в конвертере с образованием высокостойкогогарнисажа на поверхности футеровки при затвердевании шлака, то важным моментом процесса раздувки жидкоподвижного шлака является охлаждение его брызг ниже точки плавления непосредственно при соприкосновении с футеровкой с одновременным приобретением необходимых огнеупорных свойств гарнисажа. 4
5.3 Снижение окисленности шлака
С 1991 по 1994 гг. доля сортамента выплавке стали, отрицательно влияющего на стойкость футеровки, возросла с 22,1 до 45,5%. Доля динамной стали в этот период снизилась с 2,9 до 1,8%, доля стали 22ГЮ - с 6,1 до 1,4%, а доля сталей типа 08Ю (08 пс) возросла с 13,1 до 42,3%. В связи с увеличением доли этих сталей в отдельные периоды стойкость футеровки снижалась до 560-700 плавок.
Данная работа проведена с целью снижения окисленности шлака для увлечения стойкости футеровки до уровня не менее 800 плавок и уменьшения отрицательного воздействия шлака на усвоение ферросплавов и качество стали.
Содержание углерода перед выпуском сталей 3 сп группы не должна превышать 0,03 - 0,04%, что обуславливает высокое содержание в шлаке FeOобщ.
Уменьшать окисленность шлаков начального периода продувки при переделе низкомарганцовистого чугуна (0,15 - 0,2%) нецелесообразно, так как ухудшаются условия шлакообразования, удлиняется период наводки шлака, заметалливается фурма. Поэтому с целью ускорения растворения извести положения фурмы в начале продувки поддерживается на относительно высоком уровне и ступенчато снижается с 5,0 до 2,5 м к 6, - ой минуте продувки. Шлаки середины продувки наименее агрессивны по отношению футеровки и уменьшать их окисленность в условиях передела низкомарганцовистого чугуна нецелесообразно.3
Наиболее разрушающее воздействие на футеровку конвертера оказывают конечные шлаки при выплавке стали с весьма низким содержанием углерода (динамные, 08Ю, 08 пс, SAE1006, St14 и др.).
С целью снижения окисленности конечных конвертерных шлаков и их загущения разработана и опробована усовершенствованная технологическая схема присадки извести в конвертер. Общий расход извести увеличивается на 10-15% (2-3 т). Основная масса извести (75 -80% от общего расхода на плавку) присаживается на лом (под лом) и с 3 по 6 минуту продувки примерно в равном соотношении. Оставшаяся часть извести (20-25% от общего расхода) присаживается на завершающей стадии продувки порциями не более 2 т после израсходования от 80 до 90% требующегося на продувку кислорода. По разработанной схеме проведена выплавка серии опытных и сравнительных плавок.
Присаженная в конвертер известь продолжает растворяться во время повалки, ожидания химического анализа и во время выпуска плавки, что подтверждается визуально по его жидкоподвижности. Для количественной оценки этих изменений были отобраны пробы шлака после окончания выпуска плавки. 3
В период между отборами проб шлака происходит насыщения шлака CaO и MgO, снижение SiO2 за счет разбавления шлака и увеличения FeOобщ. Увеличение окисленности шлака происходит, по-видимому, за счет неоднородности его по высоте конвертерной ванны. Объемы шлака, прилегающие к границе раздела металл-шлак должны быть более окислены. На опытных плавках это увеличение значительно меньше, чем на сравнительных - 0,22% против 1,11% т.е. на 0,89%.
Увеличение CaO и снижение окисленности шлака на опытных плавках способствует меньшему разрушению футеровки конвертера. Увеличение MgO на опытных плавках составило 0,14%, на сравнительных - 0,32%. С учетом изменения состава шлака и продолжительности его нахождения в конвертере между отборами проб шлака разрушающее воздействие шлака в этот период было на опытных плавках меньшена
Таким образом, в конвертерном производстве АО «Северсталь» разработана и опробована технологическая схема присадки извести при выплавке низкоуглеродистой стали, обеспечивающая меньшее разрушение футеровки конвертера. 3
5.4 Машина замера параметров плавки (МЗПП)
В настоящее время машина замера параметров плавки (МЗПП) или измерительная фурма является составной частью современных кислородно-конвертерных цехов. Использование МЗПП обеспечивает контроль за достижением заданного содержания углерода и температуры металла перед выпуском из конвертера без повалок.
Ограничением в увеличении производства стали металлургическими комбинатами полного цикла является производительность конвертерного цеха. В среднем требуется от 8 до 10 мин от момента окончания продувки кислородом до выпуска плавки, за которые производится повалка конвертера, измерение температуры расплава, отбор пробы и ожидание результата анализа. При додувках плавки это время значительно увеличивается. Одной из самых эффективных возможностей повышения производительности конвертера является внедрение технологии прямого выпуска плавки (без повалки для измерения температуры и отбора пробы). Такая технология уже используется на многих зарубежных сталеплавильных заводах.
Рисунок 5. Машина замера параметров плавки (МЗПП) без повалки
Внедрение технологии выплавки стали в ККЦ №2 с использованием МЗПП позволяет обеспечить требуемые температуру и химический состав стали, значительно уменьшить количество додувок плавок, сократить цикл плавки.
Передвижной тип МЗПП (рисунок 5) позволяет перемещать измерительную фурму в безопасную зону для замены измерительного блока, полностью отказаться от проведения повалки и выполнять измерения параметров плавки с помощью МЗПП по ходу и после окончания продувки ванны.
Надежность полученных с помощью измерительной фурмы результатов в значительной мере определяется возможностями зондов, с помощью которых производится это измерение.
МЗПП передвижного типа дает возможность избежать повреждений от пламени при заливке чугуна в конвертер за счет своего перемещения и позволяет производить смену зонда на рабочей отметке +11,5 м, избегая в данном случае необходимости иметь специальную рабочую единицу на площадке + 31 м для работы по смене зондов и текущему обслуживанию измерительной фурмы.
Возможности МЗПП дополняются уникальными возможностями зондов БС-2000-2ТПО (рисунок 6). Использование этого зонда позволяет существенно сократить количество додувок плавки, непроизводительные простои конвертера и уменьшить количество промежуточныхповалок конвертера для измерения температуры и отбора пробы.
Рисунок 6. Сменные зонды
Зонды БС-2000-2ТПО предназначены для двукратного контроля температуры без смены зонда, однократного контроля окисленности и отбора пробы жидкого металла, состоят из двух головок термопреобразователя и пробницы, которые находятся в гильзе из картона и защищены металлическими колпачками со стороны погружения в расплав. При использовании зонд погружается в расплав дважды - первый раз производится предварительное измерение температуры расплава в ходе плавки без отключения продувки, после первого замера первая головка отгорает и открывает доступ к второй головке, при втором погружении сменного блока в расплав происходит замер температуры, окисленности и отбор пробы металла перед выдачей плавки.
Первый замер позволяет корректировать продолжительность и интенсивность кислородного дутья, что обеспечивает высокую вероятность получения заданной температуры металла без дополнительныхдодувок плавки. Второй замер (для измерения температуры и окисленности, а так-же отбора пробы) после окончания продувки позволяет рассчитывать содержание углерода в стали и количество раскислителя для предварительного раскисления металла во время его выпуска.
Основные составляющие системы МЗПП:
? Механизм перемещения измерительной фурмы.
? Измерительная фурма.
? Расходуемый зонд БС-2000-2ТПО.
? Вторичный прибор.
? Программируемый логический контроллер.
Графическая станция визуализации контроля измерения химического состава стали на рисунке 7.
Контролируемые параметры плавки:
1) температура металла;
2) окисленность металла;
3) температура шлака;
4) высота слоя шлака;
5) уровень металла;
6) содержание углерода в расплаве.
Параметры позволяют осуществлять:
? Контроль износа донной части футеровки конвертера.
? Определение рабочей высоты кислородной фурмы.
? Своевременная оценка содержания фосфора (методология ММК).
? Оптимизация расхода ферросплавов (уменьшение загрязнения металла неметаллическими включениями).
Рисунок 7. Графическая станция визуализации контроля измерения химического состава стали
Рисунок 8. Графическое отображение замера зондом БС-2000-2ТПО
Сопоставлением графиков изменения температуры, окисленности и высоты положения измерительной фурмы (рисунок 8), помимо измеренных параметров металла, определяются температура и окисленность шлака, высота слоя шлака в конвертере.
Преимущества использования МЗПП:
1. Контроль параметров плавки без повалки конвертера
2. Снижение времени плавки минимум на 3 минуты, до двух дополнительных плавок в сутки одним конвертером
3. Увеличение стойкости футеровки конвертера (ММК - стойкость конвертера 6 тыс. плавок).
6. Производительность конвертера
Эффективность работы сталеплавильного агрегата оценивается прежде всего его производительностью и себестоимостью выплавляемой стали.
Широкое развитие кислородно-конвертерного процесса обусловлено в первую очередь его высокой производительностью
Производительность конвертера определяется его номинальной вместимостью, связанной с массой загружаемой на плавку металлошихты через коэффициент, называемый выходом жидкой стали, а также продолжительностью цикла плавки, простоями и выходом годных слитков или литых заготовок, зависящем от потерь металла при разливке.