Работу конвертеров характеризуют годовой, а также часовой производительностью.
Годовую производительность в слитках (литых заготовках) можно определить по формуле:
где А - годовая производительность, т/год;
M - масса металлошихты, т;
t - длительность плавки, мин;
1440 - число минут в сутках;
п - число рабочих суток в году;
а - выход годных слитков (литых заготовок) из металлической шихты, %;
Иногда под M подразумевают массу жидкой стали; в этом случае а - выход годных слитков по отношению к массе жидкой стали.
При разливке в изложницы а равно 97,5 - 99,5%; при непрерывной разливке - около 95%. Производительность цеха зависит от производительности конвертера и числа одновременно работающих агрегатов N:
Обычно планируется, что один из трех конвертеров, установленных в цехе, находится в ремонте или горячем резерве. Резервный конвертер может включаться в работу, однако производительность цеха при этом возрастает непропорционально увеличению числа работающих конвертеров из-за организационных трудностей в снабжении чугуном, металлоломом, кислородом, сталеразливочными ковшами и т.п.
Длительность плавки складывается из длительности продувки, зависящей только от удельной интенсивности продувки, и из времени вспомогательных операций.
Работы последних лет показали возможность значительного повышения скорости подачи кислорода в конвертерную ванну. Если первые конвертерные цехи были рассчитаны на интенсивность продувки в пределах 2-3 м3/(тмин), то в настоящее время освоена продувка с интенсивностью 4-5 м3/(тмин) и более. На опытных промышленных плавках был успешно опробован ввод кислорода в количестве 10-15 м /(тмин).
Перевод конвертеров на интенсивную продувку несколько усложняет сталеплавильный процесс. Кроме организационно-технических мероприятий (повышение мощности кислородных установок, увеличение пропускной способности газового тракта), необходимо принимать меры к обеспечению раннего шлакообразования. В настоящее время есть возможность строить новые конвертерные цехи со значительно более высокими скоростями продувки и реконструировать существующие. 2
Позитивные результаты достигаются при улучшении организации вспомогательных операций. В частности, при хорошей подготовке лома можно производить его завалку одним - двумя совками, что сокращает длительность этой операции.
Большая экономия времени возможна при организации текущего контроля состава и температуры ванны. Только за счет исключения додувок можно сократить цикл плавки на 4-6 мин.
Число рабочих суток в году зависит от организации работ в конвертерном цехе. Простои конвертера определяются стойкостью футеровки и продолжительностью ремонтов и составляют 9-13% к календарному времени.
Организационные простои имеют место в основном из-за отсутствия чугуна, скрапа и т.п. Практика работы показывает, что их количество составляет 3-4%.
Технологические простои связаны главным образом с торкретированием и подваркой футеровки, раздувом шлака и ремонтом летки (около 5% календарного времени).
Технические простои вызываются необходимостью ремонта оборудования и составляют 1,4-3,0% в зависимости от емкости конвертера.
С учетом того, что один из трех или двух установленных в цехе конвертеров находится в ремонте или резерве, количество простоев не должно превышать в первом случае 33%, а во втором 50% календарного времени.
При отсутствии резервного конвертера число рабочих суток определяют с учетом того, что в зависимости от стойкости футеровки через определенное число плавок конвертер останавливают на ремонт. Продолжительность ремонтов - от 3 до 5 суток.
Выход годного. Факторы, влияющие на выход жидкой (годной) стали, были рассмотрены выше. В дополнение необходимо отметить, что выход годного в значительной мере зависит от метода разливки (сифоном, сверху или на MHЛЗ) и по опыту работы многих заводов составляет 86 - 91% от массы металлошихты.
Часовая производительность крупнотоннажных конвертеров (250-400 т) достигает 500-700 т/ч, что в несколько раз выше часовой производительности мартеновской или электродуговой печи. 2
Себестоимость стали определяется расходом и стоимостью металлической шихты (чугун, скрап, ферросплавы), дополнительных материалов (известь, доломит, плавиковый шпат и т.п.) и стоимостью передела, включающей расходы на огнеупоры, кислород, электроэнергию, сменное оборудование и т.д.
Определяющей статьей в себестоимости стали является стоимость металлической шихты, которую можно существенно уменьшить, снизив потери металла при продувке и разливке. Существенное снижение расходов по переделу можно достигнуть при сокращении длительности плавки, повышении стойкости футеровки и увеличении масштабов производства. При переработке передельного чугуна достигнуты следующие технико-экономические показатели: расход лома - 20-30% от массы металлошихты, извести - 50-65 кг/т стали, технического кислорода - 50-57 м3/т стали. Удельный выход шлака связан с расходом извести и его окисленностью. Он составляет 120-140 и 160-200 кг/т стали соответственно при обычном и фосфористом переделе. Расход плавикового шпата колеблется от 2 до 10 кг/т стали, возрастая с увеличением доли ответственных и углеродистых марок стали. 2
Удельный расход огнеупоров колеблется от 1,5 до 5 кг/т стали, причем наименьшее значение относится к случаям, когда используются варианты торкретирования футеровки и раздува шлака. Этот показатель в 3-4 раза меньше, чем в мартеновском процессе.
Производительность труда в конвертерном цехе на одного трудящегося составляет 4500-5000 т/год и более, что на 30 - 50% выше, чем в мартеновском.
Вместе с тем в кислородно-конвертерном производстве имеется ряд нерешенных проблем:
1. Повышенный расход металлошихты (1120-1135 кг/т при 1080-1100 кг/т в мартеновских печах), что объясняется более высоким расходом чугуна, значительными потерями металла в виде угара и выбросов.
2. Высокий расход чугуна и небольшое количество перерабатываемого лома.
3. He всегда достаточно успешное шлакообразование и в отдельных случаях неполное растворение извести в шлаке.
В то же время эти особенности скорее являются резервами процесса, чем его недостатками. Об этом свидетельствует постоянный рост единичной мощности конвертеров, повышение стойкости футеровки, возрастание интенсивности продувки, увеличение выхода годного и повышение качества металла. В ходе совершенствования процесса возникают новые модификации и технологии, имеющие более высокие технико-экономические показатели. К ним относятся различные способы передела фосфористых, природно-легированных чугунов, использование вариантов донной и комбинированной продувки кислородом.
7. Сталеплавильное производство: резервы, развитие и повышение эффективности
1. Применение альтернативных видов металлошихты для сырьевой диверсификации плавки. На протяжении последних лет отмечается снижение качества металлолома: уменьшается доля качественного лома, увеличивается содержание цветных металлов и неметаллических материалов. При этом требования к металлопродукции, и, соответственно, выплавляемому металлу непрерывно возрастают. Такая тенденция является общемировой и сохранится и в ближайшем будущем. В РФ такими материалами на текущий момент времени являются: синтиком (брикетированные оксиды железа с восстановителем) и т.н. чугунные «наггетсы», производимые по технологиям Itmk3 (отечественный аналог - технология MTRCI).
2. Комплексная переработка жидких сталеплавильных шлаков с возвратом металлической составляющей и получением товарной продукции. Сталеплавильные шлаки на отечественных металлургических комбинатах проходят переработку при помощи дробильно-размольных комплексов, куда попадают после длительного периода «вылеживания» в отвалах. Время цикла - ориентировочно год. Из шлаков производятся различные строительные материалы - дорожный щебень, блоки и пр. Процесс энергетически затрачен и экологически не безопасен. Вместе с тем, имеется возможность перерабатывать сталеплавильные шлаки в товарную продукцию одностадийным процессом еще в жидком состоянии. При этом процесс может быть реализован в две стадии: 1) жидкофазное извлечение железа, в т.ч. восстановлением из оксидов, 2) переработка жидкого шлака в щебень с извлечением железа и CaO-содержащего продукта для возврата в производство.
3. Применение интеллектуальных систем управления технологическими процессами. Современные средства автоматизированного управления позволяют собирать, обрабатывать и хранить колоссальное количество данных о протекающих технологических процессах. Однако, как правило, даже лучшие иностранные системы работают в режиме т.н. допускового контроля. Это позволяет установить причины возникновения того или иного дефекта постфактум, но не позволяет предсказать его появления и принять соответствующие меры для предотвращения развития, хотя, казалось бы, объем сведений для проведения необходимых корректировок on-line имеется. К настоящему времени разработаны и опробованы алгоритмы в технологической цепочке «сталеплавильный агрегат-МНЛЗ», которые позволяют прогнозировать качество непрерывнолитой заготовки с вероятностью 97% и в идеале получать бездефектную заготовку. Нужно отметить, что в качестве исполнительного звена интеллектуальной системы может применяться универсальный промышленный робот, что позволит не только значительно улучшить условия труда на разливочной площадке, но и практически исключить влияние человеческого фактора.
4. Применение альтернативных способов физического воздействия для повышения качества непрерывнолитой заготовки. В настоящее время для улучшения качества непрерывнолитой заготовки широко применяются системы электромагнитного перемешивания (сортовые заготовки, блюмы) и системы динамического мягкого обжатия (слябы). Но в отдельных случаях и они не всегда помогают достичь необходимых результатов и отличаются высокой энергоемкостью (ЭМП) и повышенной сложностью (мягкое обжатие), что ограничивает их применение на действующих МНЛЗ. Вместе с тем имеются альтернативные способы физического воздействия на структуру и поверхность непрерывного слитка, которые могут применяться как вместо традиционных систем, так и вместе с ними. Такими способами являются ввод расходуемых макрохолодильников с наложением вибраций и подвод ультразвуковых колебаний к стенкам кристаллизатора.
5. Разработка основных решений по технологии непрерывного литья слябов толщиной 250-450 мм на криволинейной МНЛЗ. Для реализации газотранспортных проектов, освоение арктического шельфа, строительство судов ледового класса требуются толстые листы и плиты, которые должны обладать определенным комплексом физико-механических и эксплуатационных свойств. Эти свойства могут быть обеспечены при использовании непрерывнолитых заготовок (слябов) достаточной толщины, которая позволит достичь кратности деформации на уровне не менее 8…10. Для указанной металлопродукции толщина заготовки в этом случае должна лежать в пределах 350…450 мм. Такие заготовки в РФ не производятся (355 мм максимум, НЛМК) и поставляются по импорту, либо могут быть произведены путем ковки из отливок по довольно затратной технологии (выход годного ~50%). Для снижения зависимости от зарубежных поставок необходима комплексная работа с привлечением ОАО «Уралмашзавод» для разработки основных решений по технологии и оборудованию отечественной МНЛЗ, которая по решению акционеров рассматривается к реализации на базе «Тулачермет-Сталь» в рамках строительства второй очереди сталеплавильного комплекса.
6. Разработка литейно-прокатных комплексов на основе двухвалковой литейной машины для производства листовой продукции общего. На рынке металлопродукции имеется спрос на горячекатаную листовую продукцию с различными покрытиями (цинковыми, полимерными) строительного назначения. Как правило, не имея собственных средств для реализации крупного инвестиционного проекта, заказчики ставят в приоритет небольшую величину капитальных затрат, что приводит к целесообразности применение технологии получения листа на двухвалковых литейных машинах (по типу Castrip). Покупка оборудования у Nucore зачастую также не по карману отечественным предпринимателям, а уровень собственных разработок, которые вел ВНИИметмаш совместно с ЦНИИчермет в 80-х годах, не позволяет сделать качественное коммерческое предложение. Требуется значительный объём НИОКР, которые, к сожалению, желающие получить данную технологию, финансировать не хотят.
7. Применение полунепрерывной разливки для производства крупных слитков для производства поковок. Полунепрерывное литье может применяться в производстве особо крупных слитков для производства поковок взамен литья в изложницы. Это существенно повысит выход годного до 80…90% и снизит себестоимость изделий.
Список использованной литературы
1. Теоретические основы сталеплавильных процессов. Учебное пособие для вузов/ Р.С. Айзатулов и др.-М.:МИСИС, 2002.-320 с.
2. Кудрин В.А. Теория и технология производства стали: Учебник для вузов / В.А. Кудрин - М.:Мир, 2003. - 528 с.
3. Урюпин Г.П. Совершенствование технологии выплавки низкоуглеродистой стали в 350-т конвертерах./ Г.П. Урюпин, С.Д. Зинченко, В.Д. Кулешов, Л.Н. Канаплин, А.Б. Лятин // Труды третьего конгресса сталеплавильщиков. - 1996. - С. 76 - 80.
4. Нугуманов Р.Ф. Новые направления в техгнологии нанесения шлакового гарнисажа на футеровку кислородных конвертеров. /Р.Ф. Нугуманов, Г.Р. Галиуллин, Е.В. Протопопов, А.Г. Чернятевич, В.В. Соколов, А.В. Амелин. // Труды девятого конгресса сталеплавильщиков. - 2007. - С. 118-123.
5. Косырев К.Л. Черная металлургия России на современном этапе/ /Л.К. Косырев // Труды XIII конгресса сталеплавильщиков. - 2014. - С. 14-18.
6. Григорьев В.П. Конструкции и проектирование агрегатов сталеплавильного производства/ В.П. Григорьев [и др.] / М.: Изд-во МИСИС, 1995.-562 с.
7. Чернятевич А.Г Определение размеров кислородного конвертера: Методическое указание / Сост.: А.Г. Чернятевич, Г.И. Веревкин: СМИ. - Новокузнецк, 1984.-13 с.
8. Герасименко И.П Проектирование кислородной фурмы для кислородно-конвертерного процесса: Методические указания / Сост.: И.П. Герасименко: СМИ. - Новокузнецк, 1983.-24 с.