ПРОИЗВОДСТВО УЛЬТРАНИЗКОФОСФОРИСТОЙ СТАЛИ НА ОСНОВЕ ДЕФОСФОРАЦИИ ЖИДКОГО ЧУГУНА И РАЗРАБОТКА МАЛОШЛАКОВОГО ПРОЦЕССА КОНВЕРТЕРНОЙ ПЛАВКИ
Для удовлетворения спроса потребителей на стали более высокого качества и для того, чтобы сохранить свое положение конкурентоспособного производителя стали на международном рынке за счет сокращения производственных затрат, в марте 1993 г. на заводе в Поханге фирмы POSCO был сооружен стенд для предварительной обработки жидкого чугуна. Его введение в эксплуатацию позволило снизить содержание фосфора в чугуне до < 0,02 %. Используя низкофосфористый чугун, оказалось возможным стабильно производить сталь с ультранизким содержанием фосфора и преодолеть ограничения на удаление фосфора, обусловленные применением для этой цели только кислородного конвертера. Благодаря использованию низкофосфористого чугуна был разработан малошлаковый процесс (МШП), при котором существенно уменьшается потребление шлакообразующих материалов, загружаемых в конвертер. После введения в эксплуатацию СПОЧ было достигнуто стабильное производство низкофосфористой стали, благодаря реализации серии технологических усовершенствований, начиная от подготовки чугуна и кончая кислородноконвертерным процессом. Получено существенное сокращение издержек при производстве высокоуглеродистых и высокомарганцовистых сталей.Для решения проблем, обусловленных использованием традиционной сталеплавильной практики, а также возникших при рассмотрении возможностей оптимизации структуры сортамента производимых сталей за счет увеличения в нем доли высокоуглеродистых и высокомарганцовистых сталей был сооружен стенд для предварительной дефосфорации (СПОЧ) жидкого чугуна в сталеплавильном цехе № 1 на заводе в Поханге в марте 1993 г. После ввода в эксплуатацию СПОЧ было достигнуто стабильное производство жидкого чугуна, содержащего < 0,02 % Р, чему способствовали также разработка технологии предварительной десиликонизации и оптимизации состава и способа подачи флюсующих добавок. Для сведения к минимуму потерь теплоты в процессе дефосфорации было найдено оптимальное положение кислородной фурмы и разработана методика компенсации этих потерь путем присадок теплообразующих материалов, таких, как кокс.
В кислородноконвертерном процессе реализация технологических усовершенствований, касающихся присадок шлакообразующих, повышения конечного содержания углерода в металле и увеличения использования марганца, позволили стабильно производить ультраниз кофосфористую сталь и уменьшить производственные издержки.
1. Технология дефосфорации жидкого чугуна
Представлены стадии процесса дефосфорации жидкого чугуна. Шлакообразующие материалы для десиликонизации присаживают на проверхность жидкого чугуна на желобе доменной печи в процессе его выпуска из расчета получения содержания кремния в чугуне < 0,15%. Десиликонизированный чугун подается в СПОЧ в 100т открытых ковшах. На СПОЧ в жидком чугуне проверяется содержание кремния перед началом обработки и если оно меньше 0,2%, ю проводятся скачивание шлака и дефосфорация. Если же содержание кремния в чугуне > 0,2%, то проводится десили конизация до содержания кремния < 0,15 % перед скачиванием шлака и дефосфорацией.
Показана зависимость содержания фосфора после дефосфорации от начального содержания кремния в чугуне. Очевидно, что начальное содержание кремния должно быть меньше 0,15 % для получения стабильного
Степень дефосфорации достигает примерно 80% при основности шлака, равной 4. Таким образом, количество шлакообразующих определяется из расчета получения основности шлака 4—5 с учетом объема шлака и степени ош лакования присаживаемых материалов. На рис.9 показано изменение [Р] на выпуске в зависимости от [С] в этот момент времени. Для плавок, требующих температуры на выпуске < 1660 °С, оказалось возможным стабильно достигать [Р] ^ 0,02% при [С] ^ 0,10,15% при расходе шлакообразующих в количестве 15—20 кг на 1 т стали. Уровень общего содержания железа в шлаке ~ 16 %, что на ~8% меньше, чем при обычной технологии. Содержание свободного кислорода в жидкой стали на выпуске снижалось на 400 ppm и составляло 350 ppm при работе по технологии МШП. На рис.10 представлено изменение общего содержания железа в шлаке в зависимости от [С] на выпуске.
Данные рис.11 иллюстрируют рост [Р] от выпуска из конвертера до непрерывной разливки в зависимости от порядкового номера плавки в серии плавок, проводимых с использованием дефосфорированного чугуна. Значительный рост [Р] на первой плавке, проводимой по технологии МШП, обусловлен влиянием остатков шлака от предыдущей плавки, проводившейся по обычной технологии. После трех плавок, проведенных последовательно по технологии МШП, увеличение [Р] составило ~ 0,002 %. Поэтому работа по МШП должна быть непрерывной для предотвращения рефос форации стали после выпуска.
Очевидно, что при использовании технологии МШП обеспечивается снижение издержек производства благодаря уменьшению общего содержания железа в шлаке и кислорода в стали на выпуске плавки. Дальнейшее снижение производственных затрат обеспечивается применением марганцевой руды.
Технология, обеспечивающая увеличение использования марганца
Использование марганца существенно зависит от общего содержания железа в шлаке, количества шлака, его основности и непрерывности применения технологии МШП1. Тип конвертера и способ продувки, кислородом, как известно, также влияют на использование марганца. Использование марганца, увеличивается (рис.12) с ростом [С] на выпуске и увеличением порядкового номера плавки по ходу кампании плавок, проводимых по технологии МШП. Хорошо известно, что общее содержание железа в шлаке уменьшается по мере увеличения [С] в конце плавки. На рис.13 представлена зависимость показателя распределения марганца от общего содержания железа в шлаке. Величина отношения (Мп)/[Мп] уменьшается с понижением общего содержания железа в шлаке. Таким образом, увеличение использования марганца по мере роста [С] в конце плавки может быть объяснено тем, что при этом уменьшается общее содержание железа в шлаке. Общее содержание, железа в шлаке в кислородноконвертерном цехе №L (два конвертера типа LD с верхним дутьем, один конвертер типа LD—KG с верхним и донным дутьем) равно ~ 16% при [С] в конце плавки на уровне 0,1%, что на ~ 2 % выше, чем при кислородноконвертерном процессе с комбинированной продувкой. Таким образом, уменьшение объема шлака является разумным мероприятием для максимального повышения использования марганца в условиях завода в Поханге. Сведение к минимуму объема шлака было реализовано, исходя из желаемого [Р] на выпуске плавки, и с учетом высокого общего содержания железа в шлаке. Технология МШП использована при выплавке сталей, не требующих [Р]* 0,015 %, и в тех случаях, когда в конце плавки желаемая температура металла должна бьща составлять менее 1680 °С.
Весь шлак от первой плавки из серии плавок по технологии МШП удаляется полностью и 2/3 шлака удаляется от второй плавки.
В результате стало возможным достичь уровня использования марганца > 60 % при [С] в конце плавки, равном 0,1—0,15 %, и количеством шлака < 40 кг на 1 т стали.
Регулирование режима продувки в конвертере
Для управления процессом продувки на заводе в Поханге используют три «««одели процесса: статическую, динамическую и получения заданного химического состава стали в конце плавки. Статическую модель применяют в технологии МШП для определения оптимального количества марганцевой руды для достижения желаемых [Мп],[Р] и температуры металла в конце плавки. Динамическую модель используют для прецизионного контроля за конечными температурой и химическим составом плавки путем регулирования количества охладителей и расхода кислорода после промежуточных измерений с* помощью вспомогательной фурмы в процессе продувки. Модель определения конечных [Мп] и [Р] позволяет рассчитывать количество ферросплавов, присаживаемых во время выпуска и производить выпуск без промежуточной повалки и отбора пробы.
В сталеплавильном цехе Г* 1 введена в эксплуатацию СПОЧ, на котором возможно обрабатывать 400000 т жидкого чугуна в год, позволило производить ультранизкофосфорис тые стали, такие как сталь, содержащая 9 % Ni, и реализовать технологию МШП, обеспечивающую снижение производственных затрат благодаря уменьшению расхода шлакообразующих, снижению потерь марганца при кислород ноконвертерном процессе и т.д. В дальнейшем разработка технологий, направленных на уменьшение производственных расходов и повышение качества стали, будет продолжена по мере расширения объема дефосфорации чугуна.
СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 2, Москва 1994
