КОНВЕРТЕРНОЕ ПРОИЗВОДСТВО НОВОЛИПЕЦКОГО МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО КОМБИНАТА

Конвертерное производство HJIMK включает два кислородноконвертерных цеха с тремя 160т и двумя 300т конвертерами годовым объемом производства 9 млн.т. Цехи специализированы на производстве стали, потребляемой в основном автомобилестроительной, электротехнической и нефтегазодобывающей отраслями промышленности.

Проведен большой объем работ по техническому перевооружению конвертерных цехов, совершенствованию существующих технологических процессов и созданию новых технологий.

Впервые в мировой практике осуществлена разливка всей выплавляемой стали непрерывным способом по новой технологии методом плавка на плавку без промежуточной подготовки МНЛЗ [1].

Одновременно проведены работы по реконструкции газоотводящего тракта конвертеров с переводом его на работу с частичным дожиганием отходящих газов и увеличением интенсивности продувки металла кислородом с 220240 до 450—500 м3/мин, замене импортных 110т конвертеров на отечественные 160т, внедрению более производительной пятисопловой фурмы. Решались вопросы по увеличению производительности схрапного пролета.

Дальнейшая модернизация МНЛЗ сделала возможным производить замену отдельно кристаллизатора, нулевой и восьмироликовой секций и обеспечила более точную настройку технологической оси. Усовершенствование системы вторичного охлаждения слитка с применением быстрорегулируемой ширины орошения и "мягким" режимом подачи воды повысило качество поверхности слитка.

Разработана и внедрена технология изготовления монолитной футеровки машиной "Ор битаТ" (рис. 1), разливки стали из ковша через шиберный затвор факельного торкретирования футеровки конвертеров.

Создание, развитие и совершенствование технологий внепечной обработки металла на комбинате следует признать наиболее существенным достижением металлургии за последнее десятилетие [2].

Проведено переоборудование установок продувки стали аргоном в установки доводки металла УДМ с оснащением оборудованием, выполняющим целый ряд технологических задач среди которых: снижение содержания вредных примесей, модифицирование и перевод включений в наиболее благоприятную форму, регулирование химического состава и температуры металла, легирование с получением металла с определенным составом и свойствами.

Дальнейшая работа была направлена на создание новых средств внепечной обработки. Построено специализированное отделение, включающее две шлакоплавильные печи синтетических шлаков, циркуляционный вакууматор и агрегат комплексной обработки стали (АКОС). Смонтировано оборудование вакуумной обработки струи металла на двух МНЛЗ.

Теоретическая часть разработки сводилась к созданию моделей и получению основных термодинамических и кинетических оценок глубокого рафинирования металла в применении к кислородным конвертерам различных конструкций, в том числе с комбинированной продувкой.

Следуя концепции оптимального рафинирования металла признано целесообразным при производстве чистой стали обрабатывать жидкий металл на всех стадиях ее получения. Для условий HJIMK рационально получать низкокремнистый чугун в доменной печи, а затем его десульфурировать.

Восстановление кремния в доменной печи возможно из кремнезема и его соединений, шихтовых материалов, монооксида, жидкого шлака. Мнение по преимущественному развитию этих реакций неоднозначно.

Из приведенного выражения следует, что в зоне высоких температур реакция существенно сдвинута вправо. Следовательно, получение низкокремнистого хорошо прогретого чугуна с низким содержанием серы возможно при формировании в печи узкого горизонта плавления с высокой теплоемкостью шлакообразующих, что обеспечивается режимами загрузки шихты оптимизированного состава, температурой горения, близкой к теоретической, и регулированием нагрева чугуна, четкой организацией выпуска продуктов плавки.

График выпуска чугуна на печах различной вместимости иллюстрируют следующие данные:

Практические результаты подтверждают получение низкокремнистого высоконагретого чугуна (не ниже 1450 °С) с содержанием серы ^ 0,020 % [3].

При переходе на выплавку низкокремнистого чугуна следует скорректировать состав шихты на заданный состав шлака и баланс по фосфору из расчета получения содержания фосфора в чугуне ^0,06%; осуществить ступенчатое (через 6—8 ч) увеличение рудной нагрузки от исходного периода (1,5 % на каждые 0,1% снижения содержания кремния в чугуне); повысить по сравнению с исходным периодом потребление природного газа (на 3— 4тыс.м3/ч) с целью снижения прихода кокса в печь; за время перехода (1—1,5 сут.) обеспечить основные технологические параметры выплавки низкокремнистого чугуна для получения ровного и устойчивого хода печи и чугуна заданного состава и температуры.

Рафинирование металла в конвертере для большинства сталей, выплавляемых в конвертерных цехах ставит первостепенную задачу глубокого обезуглероживания без переокисле ния шлака и металла. Эффект достигается снижением парциальных давлений оксида и диоксида углерода в отходящих газах за счет продувки металла в конвертерах нейтральным газом.

Равновесное содержание кислорода в металле после продувки определяется по уравнению [4]:

Из данных рис. 2 видно, что после окончания продувки кислородом при малых концентрациях углерода содержание кислорода в металле практически не зависит от его концентрации (определяется активностью железа в шлаке) и после перемешивания ванны аргоном стремится к равновесным с углеродом значениям, соответствующим + /> =

На основании этого были разработаны конструкция донных фурм, их расположение, режимы подачи кислорода сверху и аргона на донное перемешивание, обеспечивающие после прекращения верхней продувки при содержании углерода в металле ~ 0,03 % достигать его понижение донным перемешиванием до 0,013—0,020% со снижением окисленности металла. Послепродувочная обработка способствует и дегазации металла.

Проведенный теоретический анализ позволяет получить уравнение, описывающее удаление в первую очередь водорода и азота из полупродукта.

При температуре окружающей среды 25 °С и относительной влажности 80 % в условиях равновесия в металле дополнительно может растворяться 0,0003% Hj или З,5см3/100г.

Для предотвращения наводороживания технологический процесс производства чистых сталей предусматривает защиту струи металла при выпуске из конвертера и разливке металла.

При разработке технологии, обеспечивающей получение низкого содержания азота в стали оценивались источники и доля поступления азота от каждого из них. При средней температуре подфурменной зоны 2200 °С и содержании в ней азота на уровне 0,2%, максимальная растворимость азота составляет 0,00215 %, а в конце продувки, когда количество выделяющихся газов мало, струя эжек тирует атмосферный воздух, вводя азот в ванну конвертера. В этих условиях растворимость азота, при средней температуре ванны 1600 °С и р =0,78 от атмосферы воздуха, N2

будет на порядок выше, чем от дутья, и составляет 0,0353 %. Поэтому наряду с использованием кислорода высокой чистоты, необходимо в конце продувки снижать интенсивность дутья, т.е. снижать эжекцию воздуха в металле.

Снижению содержания азота в ванне конвертера способствует продувка ванны аргоном. В случае подачи аргона на донную продувку в течение Bceil плавки концентрация азота в металле в среднем . составляет 0,0021 %. Для снижения насыщения металла азотом используются рациональные схемы раскисления и легирования металла и применяются эффективные меры защиты металла на всех технологических переделах — от выпуска плавки (присадка газифицирующих материалов) до разливки металла (защита струи инертным газом, вакуумирование струи).

На этом этапе производства большую роль в переделе следует уделять продувке металла в ковше аргоном. Проведенными исследованиями определено время, необходимое для усреднения химического состава металла при продувке через погружную фурму в зависимости от интенсивности. Для стали 08Ю при расходе аргона 1м3/мин за 470 с достигается выравнивание химического состава 330т плавки.

Одной из задач внепечной обработки металла является его десульфурация. Наряду с совершенствованием десульфурации синтетическим шлаком, для динамной стали в среднем обеспечивающем степень десульфурации 73 %, разработана и внедрена десульфурация твердыми шлакообразующими смесями на основе СаО—CaF2—А12ОЗ—CaSi, которая дает покровный шлак в ковше при продувке аргоном на У ДМ или на АКОСе по составу, близкому к синтетическому. *Она обеспечивает степень десульфурации той же динамной стали в среднем равную 62% [5].

Для I лубокой десульфурации проводится продувка металла порошком силикокальция, повышающая десульфурацию до 15%.

Как уже отмечалось, для обеспечения низкого содержания фосфора в стали необходимо ограничивать его содержания в исходных материалах доменной плавки (<0,06%), поддерживать основность доменных и конвертерных шлаков на уровне 1,3 и 3,5 соответственно и дополнительно принимать меры к недопущению оефосфорации на дальнейших переделах. И одна из этих мер — наводка высокоосновного покровного шлака в сталеразливочном ковше при выпуске плавки, а в отдельных случаях — повышение основности конвертерных шлаков за счет присадки в конвертер известиперемешивания ванны донной продувкой.

На НЛМК освоено производство основных периклазоизвестковых огнеупоров для сталеразливочных ковшей. Как показывают результаты, при отсечке конвертерного шлака, ре фосфорация металла на всем переделе от операции обработки аргоном до окончания разливки металла практически отсутствует.

Важным звеном в производстве чистых сталей, является внепечная обработка металла на установках циркуляционного вакуумирования (RH), поточного вакуумирования [6] и в АКОС.

В зависимости от поставленной цели на этих агрегатах решаются вопросы получения ульхранизкого содержания углерода в стали, предельно низких содержаний серы, кислорода, азота, а также модифицирования ее.

Такие стали обладают высоким уровнем механических свойств. Сталь 08ГСЮТ с содержанием 0,015 %S и 0,04% С при напряжении 375—400Н/мм2 выдерживает 10б—107 циклов на усталость (рис. 3). Изотропная электротехническая сталь группы легирования IV имеет удельные магнитные потери Pi^/so= = 2,92—2,99 Вт/кг, магнитную индукцию 1*2500 1,56—1,58 Тл.

Для трубных марок стали уменьшение содержания серы с 0,006 до 0,001% при содержании фосфора в интервале 0,010—0,035 % приводит к возрастанию ударной вязкости (рис. 4), а совместное понижение серы и фосфора усиливает эффект повышения ударной вязкости.

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 2, Москва 1994