ПРОИЗВОДСТВО КАЧЕСТВЕННОЙ СТАЛИ в ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОМ ЭЛЕКТРОСТАЛЕПЛАВИЛЬНОМ ЦЕХЕ

Описание сталеплавильного цеха

Заводы Bous Rohrenwerke (Tube Mills — трубопрокатный), входящие в состав фирмы "Mannesmann Rohrenwerke", были основаны в 1886 г.

Продукция этих заводов — бесшовные трубы диаметром от 159 до 406 мм и толщиной стенок от 6 до 199 мм, прокатываемые на пили- гримовых станах.

Сталеплавильный цех был построен в 1961г. Ежегодно он производит более 260000 т круглых и многоугольных слитков диаметром от 330 до 1390 мм и весом от 0,5 до 26 т.

70-т печь с диаметром кожуха 5180 мм и диаметром распада электродов 1220 мм оборудована следующими устройствами: трансформатором 45MB*А; водоохлаждением стен и свода; сливным желобом; донным перемешиванием; газокислородной горелкой; фурмой для вдувания углерода; кислородной фурмой; алюминиевыми электрододержателями; охлаждением электродов разбрызгиванием; охлаждением отходящего газа разбрызгиванием; оградой печи; вычислительной машиной для управления производственным процессом; загрузочным бункером для сплавов.

Производимые качественные стали имеют более 800 сортов: сталь, раскисленная алюминием; сталь от низко- до высокоуглеродистой; сталь, легированная марганцем, хромом и молибденом; обессеренная, вакуумированная и сталь, обработанная кальцием в ковше.

Разливку всех сталей производят сифонным способом в несколько изложниц на одном поддоне.

Увеличение производительности, оптимизация стадий производственного процесса

Данный раздел содержит описание модерни-зации оборудования, проведенной за период с 1981 по 1993 гг. в целях увеличения производительности печи и расширения диапазона производимых качественных сталей.

Этапы модернизации

1. В конце 1981 г. трансформатор мощностью 28 MB*А был заменен трансформатором мощностью 45 MB* А. Улучшение рабочих характеристик способствовало увеличению дневной выработки на 50 т.

2. В конце 1982 г. печь была оснащена водоохлаждаемыми стена: ш и сводом типа TW 2000 фирмы Demag", предусматривающими ис-пользование аккумулированного при этом тепла водой. В дополнение к значительному сокращению применяемых огнеупорных материалов более чем на Зкг/т значительная доля остаточного тепла была использована для теплоснабжения и горячего водоснабжения зданий. Дневная (суточная) выработка возросла еще на 50 т (рис. 1).

3. В 1984 г. была пущена в эксплуатацию горелка с вводом через загрузочное окно фирмы "Demag".

4. В 1985 г. печь была оснащена ограждением и сталевозом. Обслуживание печи и надежность в работе значительно улучшились благодаря существенному снижению уровня шума, загрязненности воздуха пылью, тепловых затрат и разбрызгивания стали. За счет использования сталевоза повысилась производительность сталеразливочного крана, тем самым было устранено узкое место в разливочном пролете. Посредством вышеперечисленных мер в пп. 3 и 4 суточная выработка возросла еще на 130 т.

5. В середине 1987 г. печь была рекон-струирована по системе ЕВТ (эккерный донный выпуск стали) фирмы "Demag". В это же время четыре системы донного перемешивания (конс-трукции заводов Bous) были установлены в поде печи. Система ЕВТ способствует лучшему расплавлению и выпуску стали, свободной от шлака, в то время как система донного пере-мешивания усиливает кинетику реакции и поз-воляет достичь почти полного равновесия в ходе реакции. Одним из интересных свойств данной системы является ее способность не замедлять процесс кипения (рис. 2).

6. В начале 1988 г. вошла в строй система для вдувания углерода, при помощи которой стали получать пенистый шлак.

7. Электроды охлаждали путем разбрызгивания до февраля 1988 г. Расход электродов снизился до 0,5 кг/т.

За счет мер в пп. 5—7 суточная выработка увеличилась на 100 т.

8. В 1989 г. фирма "Mannesmann Datenver- beitung" установила вычислительную машину для динамического управления производственным процессом, использующую металлургическую и термическую модель, позволяющую производить экономичный расчет ввода легирующих сплавов, вести автоматический поиск информационных данных и производить оценку статических данных.

Процесс расплавления стали стал характе-ризоваться лучшей воспроизводимостью. Суточная выработка увеличилась на Ют.

9. В 1990 г. был установлен загрузочный бункер для сплавов. Самый высокий показатель среднегодовой суточной производительности составил в 1991 г. 1095 т.

10. В 1992 г. старые электрододержатели с отдельно расположенными токоподводами были заменены электропроводными алюминиевыми электрододержателями.

11. В 1992 г. возникла необходимость ввести в эксплуатацию установку для вакуумирования, поскольку изменились и качественный уровень, и стандарты качества. Установка была изготовлена фирмой MDemagM и вошла в строй 22.06.1992 г.

Изменения в сортаменте продукции привели к более высоким температурам выпуска плавки, увеличению времени выдержки в печи, более продолжительной по времени обработке способами вторичной металлургии и увеличению времени разливки. Это в свою очередь повлекло за собой снижение суточной выработки до 1046 т в 1992 г. Совершенно очевидно, что "узким местом" стал разливочный пролет из-за недостаточной приспособленности сталеразливочного крана к новым условиям работы.

12. До середины 1993 г. отходящие газы печи имели слишком высокую температуру, что приводило к частому выходу из строя газоот- вода, охлаждающегося до более низких температур разбрызгиванием.

13. Начиная с 1993 г. состав оборудования на разливочном пролете был увеличен за счет разливочной тележки, на которую устанавливался ковш со сталеразливочного крана, а также расширен разливочный пролет.

Благодаря этим мерам предполагается повысить производительность в ближайшие годы.

Благодаря указанным мерам и изменениям в технологии производства суточная выработка вЬзросла с 748 т в 1981г. до 1095 т в 1991 г.

Падение производительности в 1992 г. до 1046 т по причине изменений в сортаменте продукции и ее качестве было остановлено благодаря таким мерам, как охлаждение отходящих газов разбрызгиванием, применение разливочной тележки и расширение разливочного пролета. В 1981 г. продолжительность плавки от выпуска до выпуска составила 127 мин, В 19*91 г. этот период составил 89 мин, в 1992 г. он увеличился до 94 мин. В 1981 г. расход энергии был значителен и составил 512 кВт'ч/т. В 1991г. этот показатель снизился до 489 кВт'ч/т. За счет вышеупомянутых высоких температур выпуска плавки и увеличения времени выдержки в печи расход энергии увеличился до 507 кВтвч/т в 1992 г.

Расход электродов снизился с 5,3 кг/т в 1981 г. до 2,8 кг/т в 1991 г. Эта благоприятная тенденция была нарушена в 1992 г., когда расход увеличился до 3,0кг/т; это произошло параллельно всем рассмотренным достижениям.

Поскольку ранее перечисленные меры, а именно охлаждение отходящих газов разбрызгиванием, применение разливочной тележки, дали положительные результаты, то можно ожидать, что и вышеназванные показатели расхода электродов будут в дальнейшем улучшены.

Вторичная металлургия

1. Цели и задачи вторичной металлургии

Вторичная металлургия охватывает процессы обработки жидкой стали, начиная от выпуска в ковш и кончая затвердеванием в изложнице. Эта вспомогательная область металлургии производства стали играет значительную роль в последнее время, поскольку стандарты все время совершенствуются. У вторичной металлургии следующие задачи: раскисление стали; прецизионное регулирование химического состава стали, обессеривание стали; снижение содержания водорода и азота в стали; улучшение степени чистоты и регулирование оптимальной температуры разливки.

2. Последовательность операций вторичной металлургии при производстве стали

Порядок операций вторичной металлургии на заводе Bous выглядит следующим образом:

а) выпуск плавки в ковш, сопровождаемый до-бавкой сплавов и кальция для десульфурации;

б) первичное перемешивание аргоном (400 < л/мин) для выравнивания химического состава и ее температуры, а также в целях десульфурации; в) транспортировка ковша к вакуумной установке с помощью сталеразливочного крана; г) вакуумная обработка; д) очистка от включений за счет перемешивания; е) выдержка в ковше при разливке.

На рис. 3 представлена последовательность операций, включая рост температуры для стали с 4 % легирования (сталь 10СгМо910; 2,3% Сг; 1,0% Мо; 0,5% Мп; 0, 4% Si и 0,1% С).

Выпуск плавки сопровождается высокими температурами из-за того, что на заводе Bous нет ковша—печи. Это означает, что необходимая для вторичной металлургии температура (температурные потери за счет расплавления сплавов, а также вызванные процессами вторичной обработки) может быть получена только в дуговой электропечи. А — выпуск плавки (3 мин); В — продувка и десульфурация (16 мин); С — транспортировка к станции вакуумирования (7 мин); D — вакуумная обработка (19 мин); Е — мягкая продувка (15 мин); F — разливка плавки (30—60 мин); /ц — температура ликвидуса

Для проведения вакуумной обработки необ-ходимо увеличить температуру выпуска плавки на 25 град. Таким образом, средняя температура выпуска плавки на заводе Bous составляет 1710 °С:

Десульфурация стали

Сталь обессеривают с помощью процесса МРЕ, разработанного на заводе Bous. С его помощью можно легко добиться, чтобы содержание серы составило менее 0,002 % (рис. 4).

На рис. 4 показано, что содержание серы, задаваемое величиной менее или равной 0, 002%, может быть легко получено на 90% всех произведенных плавок стали.

На рис. 5 показано содержание серы, от-носящееся ко всем качественным сталям, про-изводимым в дуговой электропечи, в моменты после выпуска плавки и после взятия оконча-тельной пробы. Содержание серы менее 0, 003 % может быть получено в 75 % всех произведенных плавок стали.

Внепечное вакуумирование (на стенде)

Вакуумная установка (установка для ваку-умирования в ковше) служит для улучшения качества стали, в частности, для уменьшения содержания в ней водорода, азота, кислорода и серы, а также для снижения уровня окисных включений.

А. Технические данные установки для внепечного вакуумирования

На заводе Bous установка внепечного ва-куумирования, изготовленная фирмой "Demag MESSO METALURGIE", действует совместно с двумя водяными кольцевыми насосами и тремя пароструйными насосами. На вакуумирование системы, начиная с атмосферного давления и до 1 млбар, уходит менее 4 мин.

При помощи загрузочного бункера сплавы вводят в плавку даже в условиях низкого вакуума. Кроме того, установка оборудована двумя автоматическими фурмами, с помощью, которых производят замер температуры и отбор проб, двухниточным механизмом подачи проволоки и датчиком кипения в камере. С помощью этого датчика можно наблюдать за процессом ценообразования плавки во время обработки.

Для того чтобы удержать шлак в ковше во время вакуумной обработки, когда он начинает пениться, верхняя часть ковша была сужена. Кроме того, в вакуумной камере ковш изолируют с помощью защитного колпака с футеровкой из литого огнеупорного материала. На рис. 6 дана принципиальная схема.

Время обработки в условиях низкого вакуума (давление = 1 млбар) определяют с помощью кривой уменьшения содержания водорода, которая рассчитывается как функция расхода аргона во время перемешивания, т.е. 4,5 л аргона на тонну стали/мин.

После обработки в течение 8 мин при давлении в вакууме 1 млбар содержание водорода в стали 10СгМо910 уменьшается до >2 ppm.

Содержание водорода, равное 1,0 ppm, может быть получено в течение более длительного времени обработки в условиях низкого вакуума. В. Азот

Средняя величина содержания азота снизилась со 110 ppm при отсутствии вакуумной обработки до 70 ppm при наличии вакуумной обработки. В случае более длительного времени обработки при низком вакууме можно получить содержание азота, равное 40 ppm.

Плавки, прошедшие вакуумную обработку, со спецификациями азота 500—700 ppm (например, X20CrMoV121) представляют собой опре-деленную проблему. В случае, когда имеются такие плавки, существует возможность повысить содержание азота путем перехода с донного перемешивания аргоном на азотное перемешивание после вакуумирования.

Скорость повышения содержания азота сос-тавляет приблизительно +50 ррт/мин.

Г. Кислород

В результате вакуумной обработки содержание кислорода снижается до уровня <30 ррт. Об этом свидетельствует низкий уровень оксидных включений.

Д. Чистота

За вакуумной обработкой следует переме-шивание, цель которого — собрать все примеси, находящиеся в плавке, а именно частицы шлака и оксиды в покровный шлак.

Чистота плавок, прошедших вакуумную об-работку, существенно улучшилась. Об этом свидетельствует тот факт, что количество скрапа в прокатном цехе сократилось на 2%. Е. Сера

Эффективность десульфуризации по техно-логии МРЕ возросла (см. рис. 5) благодаря интенсивному перемешиванию при вакуумирова- нии (рис. 7).

Разливка

Готовую плавку разливают способом сифонной разливки в несколько слитков при температуре выше на 50 °С температуры ликвидуса.

При разливке расплавленную струю обдувают аргоном с тем, чтобы снизить активность кислорода и гарантировать уже полученную заданную степень чистоты.

В целях обеспечения должного качества продукции все ковши оборудованы системой для распознавания момента появления шлака на ранней стадии разливки.

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