Агрегат ковш печь в технологической схеме производства стали используют для

Обновлено: 18.04.2024

Обработка стали на установке «печь – ковш»

Настоящая инструкция устанавливает технологию обработки металла на установке печь-ковш.
Инструкция разработана на основе научно – технической документации, опыта эксплуатации установок печь – ковш других металлургических предприятий и рекомендаций фирмы "FUCHS systemtechnik".
Данная инструкция является непосредственным руководством для начальников участков и смен, старших мастеров, мастеров, сталеваров и подручных сталевара агрегатов внепечной обработки стали, начальника участка ОКП, контрольных мастеров и контролеров ОКП, а также персонала технологической автоматики цеха.
Ответственность за выполнение настоящей инструкции возлагается на начальника цеха, его заместителей, начальников смен, старших мастеров и мастеров, старших рабочих и сталеваров.
Контроль за соблюдением и правильным применением настоящей инструкции возлагается на главного специалиста, начальника конвертерного цеха, его заместителей и помощников, начальников участков и смен, начальника участка ОКП, контрольных мастеров и контролеров ОКП.

2.НАЗНАЧЕНИЕ УСТАНОВКИ КОВШ - ПЕЧЬ

2.1. Установка ковш - печь (УКП) предназначена для обработки жидкой стали в сталеразливочном ковше как с использованием комбинированной установки вакуумирования стали (КУВС), так и без нее.
2.2. На установке осуществляются следующие технологические операции:
- нагрев металла электрической дугой;
- продувка металла аргоном для усреднения химического состава металла и его температуры по объему сталеразливочного ковша;
- коррекция химического состава металла;
- десульфурация металла белым основным шлаком;
- измерение температуры и отбор проб металла и шлака;
- микролегирование или получение металла с узкими пределами содержания элементов путем ввода порошковой проволоки с различными видами наполнителей;
2.3. Контроль за процессом ковшевой обработки производится путем замера температуры, отбора проб металла, измерения расхода и давления аргона для продувки, измерения веса добавок, присаживаемых в ковш, измерения тока и напряжения дуги и других электрических параметров, а также измерения вспомогательных параметров (температура и давление охлаждающей воды, отходящих газов и т. п.).
2.4. Установка ковш- печь включает в себя следующие группы оборудования, узлов и систем:
- каркас установки со встроенными помещениями поста управления, трансформатора;
- система хранения, дозирования и механизированной подачи сыпучих (ферросплавов, скрап–сечки, шлакообразующих материалов и гранулированного шлака);
- тракт подачи сыпучих;
- машина подачи алюминиевой проволоки и порошковой проволоки с различными видами наполнителей;
- двух водоохлаждаемых крышек сводов;
- механизмы подъема водоохлаждаемых крышек (порталов сводов);
- один поворотный электродный портал с графитовыми электродами;
- трансформатор;
- система высокого тока (для передачи электроэнергии от трансформатора к электродам);
- устройство для донной продувки;
- аварийная верхняя фурма;
- манипулятор для измерения температуры и отбора проб металла;
- стенд свинчивания электродов.
2.5. В зависимости от требований к химическому составу сталей и другим характеристикам могут использоваться следующие схемы внепечной обработки сталей:
А. – конвертер – КУВС – УКП – МНЛЗ – для низкоуглеродистых сталей.
Б.– конвертер – УКП – КУВС – МНЛЗ – для сталей с повышенными требованиями по содержанию газов и т. д.
В. – конвертер – УКП – МНЛЗ – для остальных марок сталей.

3. МАТЕРИАЛЫ И ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НИМ

3.1. Ферросплавы и легирующие.
3.1.1. Ферросилиций, ГОСТ 1415 – 93.
3.1.2. Ферросиликомарганец, ГОСТ 4756 – 91.
3.1.3. Ферромарганец, ГОСТ 4755 – 91.
3.1.4. Марганец металлический, ГОСТ 6008 – 90.
3.1.5. Ферротитан, ГОСТ 4761 – 91.
3.1.6. Титан губчатый, ГОСТ 17746 – 79.
3.1.7. Феррохром, ГОСТ 4757 – 91.
3.1.8. Ферросиликохром, ГОСТ 11861 – 91.
3.1.9. Феррованадий, ГОСТ 27130 – 94.
3.1.10. Феррониобий, ГОСТ 16773 – 85.
3.1.11. Феррофосфор, ТУ 14 – 5 – 72 – 90.
3.1.12. Ферромолибден, ГОСТ 4759 – 91.
3.1.13. Ферробор, ГОСТ 14848 – 69.
3.1.14. Силикокальций, ГОСТ 4762 – 71.
3.1.15. Кокс кусковой фракцией до 25 мм, СТП 14 – 101 – 206 – 98.
Ферросплавы, используемые на установке печь - ковш должны иметь фракцию от 5 до 50 мм, соответствовать требованиям государственных стандартов и технических условий. Влажность не должна быть более 1%.
3.2. Алюминий для раскисления, легирования и коррекции химического состава стали.
3.2.1. Алюминиевая катанка ГОСТ
3.2.2. Алюминий первичный для раскисления, ГОСТ 11070 – 74.
3.2.3. Алюминий вторичный для раскисления, ГОСТ 295 – 79
3.3. Шлакообразующие материалы.
3.3.1. Известь свежеобожженная СТО ММК 223 - 99. Использование извести пушенки запрещается.
3.3.2. Плавиковый шпат ГОСТ 29220 - 91. Влажность плавикового шпата не более 1%.
3.3.3. .
3.4. Газы для продувки металла.
3.4.1. Аргон газообразный ГОСТ 10157 - 79 с массовой долей аргона не менее 99,5%. Давление аргона в сети должно быть не менее ------.
3.4.2. Азот газообразный ГОСТ 9293 – 74.
3.5. Вода для охлаждения конструкций.
Давление воды в магистрали ----------- , температура – не более ----- °С.
3.6. Средства контроля качества металла.
3.6.1. Пробоотборники типа ПМР - 0194, ПМ –39Р, ПМ - 0196, ГОСТ--------
3.6.2. Термопары типа - -------------------, ГОСТ -------------------.
3.6.3. Датчики окисленности жидкого металла -----------.

4. ПОДГОТОВКА УСТАНОВКИ КОВШ - ПЕЧЬ К РАБОТЕ

Перед обработкой металла на установке необходимо обеспечить:
4.1. Заполнение бункеров необходимыми материалами, соответствующим требованиям настоящей инструкции.
4.2. Наличие алюминиевой катанки на трайбаппарате.
4.3. Наличие средств отбора проб металла и измерения температуры и окисленности.
4.4. Подачу газов необходимого давления.
4.5. Подачу воды на охлаждение элементов установки, давление не более ------------ кгс/см2 (-----кПа). Температура воды на входе в оборотный цикл не должен превышать --- °С.
4.6. Исправность работы систем продувки металла аргоном.
4.7. Исправность работы газового тракта.
4.8. Исправность работы всех механизмов, систем контроля, управления, сигнализации и блокировки.
4.9. Исправность работы пневмопочты.
4.10. Проверить длину электродов, по необходимости их нарастить.

5. ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛА НА УСТАНОВКЕ КОВШ- ПЕЧЬ

5.1. Обработка стали по схеме: конвертер – установка ковш – печь – МНЛЗ.
5.1.1. Плавки, предназначенные для обработки на установке печь – ковш, сливаются в сталеразливочный ковш, специально оборудованный для донной продувки. Ковш должен иметь исправную сухую футеровку. Верхний край ковша должен быть чистым.
5.1.2. Раскисление, легирование и обработка металла ТШС во время выпуска плавки из конвертера производится согласно технологической инструкции ТИ . Легирующие присаживаются из расчета получения содержания Si, Mn, Al на нижнем пределе.
5.1.3. Исключить попадание конвертерного шлака в сталеразливочный ковш во время выпуска плавки из конвертера.
5.1.4. Уровень металла в ковше должен быть не менее ------ мм от верхней кромки ковша.
5.1.5. Перед выпуском металла из конвертера начинают продувку аргоном через пористые пробки в днище ковша. Продувку металла аргоном осуществляют в соответствии с временной технологической инструкцией ВТИ
5.1.6. Поступивший из конвертерного отделения сталеразливочный ковш устанавливается на сталевоз установки печь – ковш. К ковшу подсоединяется аргонный шланг, включается подача аргона в количестве 15-30 м3/мин.
5.1.7. Сталевоз передвигается под крышку установки, после чего крышка опускается. Через рабочее окно производится корректировка интенсивности продувки. Перемешивание аргоном должно обеспечивать минимальное оголение металла.
5.1.8. Электродный портал поворачивается в исходную позицию и производится включение установки на 5 минут на средней ступени напряжения.
5.1.9. Не ранее чем через одну минуту после отключения нагрева производится замер температуры металла и отбор пробы шлака. Проба шлака берется с помощью металлической трубки/стержня через рабочую дверцу, охлаждается и анализируется по цвету и поверхности и отправляется в экспресс - лабораторию. Цвет шлака меняется по степени раскисленности (содержанию FeO) от черного к белому. Появление белого шлака в ковше означает, что шлак нормально подготовлен для проведения процесса десульфурации стали. Ориентировочный визуальный анализ состава шлака представлен в приложении 1.
Для обеспечения наилучшего результата десульфурации стали в ковше содержание в шлаке FeO + MnO должно быть менее 2%. Оптимальный состав ковшевых шлаков представлен в приложении 2.
5.1.10. Через 3 минуты перемешивания металла аргоном отбирается проба металла и отправляется в экспресс – лабораторию.
5.1.11. После расплавления шлака в процессе нагрева жидкий шлак раскислить присадкой 50 – 100 кг дроби алюминия (уточняется в процессе исследований), затем присаживается известь и плавиковый шпат в соотношении 4:1. Известь вводится порциями не более 0,4 кг/т за раз, при необходимости по визуальной оценке состава шлака, добавляется песок порцией не более 0,1 кг/т.
5.1.12. После получения результатов химического анализа производится корректировка химического состава металла добавлением необходимого количества раскислителей и легирующих материалов из расчета получения среднего содержания элементов. Затем металл перемешивается аргоном не менее 5 минут. Для интенсификации процесса шлакообразования и растворения ферросплавов расход аргона разрешается увеличить до 30-50 м3/мин. Присадку материалов рекомендуется производить порциями с интервалом 1 – 3 минуты вблизи зоны продувки.
5.1.13. По окончании нагрева не ранее чем через 5 минут продувки после присадки ферросплавов измерить температуру металла и отобрать пробы металла и шлака. До получения результатов экспресс – анализа производить перемешивание металла аргоном с интенсивностью 10-20 м3/ч.
5.1.14. При получении результатов химического анализа по необходимости произвести дополнительную корректировку химического состава в соответствии с п. 5.1.12.
5.1.15. Легкоокисляющиеся элементы вводятся в ковш только по окончании последнего цикла нагрева.
В трубные марки стали, если это предусмотрено, вводят трайб – аппаратом порошковую SiCa или AlCa проволоку без продувки аргоном для достижения максимально высокого усвоения. Если наблюдается белое пламя над шлаком, то необходимо увеличить скорость ввода порошковой проволоки.
5.1.16. Если температура металла ниже заказанной для МНЛЗ, то произвести дополнительный нагрев.
5.1.17. Производится замер температуры и отбор пробы металла. После достижения необходимого химического состава и заданной температуры электродный портал разрешается повернуть в другую сторону. Крышка установки поднимается, ковш выдвигается из – под установки, отсоединяется аргонный шланг и далее ковш передается на МНЛЗ.
5.2. Обработка стали по схеме: конвертер – установка вакуумирования - установка печь – ковш – МНЛЗ.
5.2.1. По этой схеме выплавляются стали с содержанием углерода до 0,02 – 0,03%. Перед передачей плавки на установку печь – ковш металл подвергается обработке на комбинированной установке вакуумирования стали в соответствии с технологической инструкцией ТИ 101-СТ-ККЦ-71-95.
5.2.2. После окончания вакуумной обработки ковш передают на печь – ковш и проводят внепечную обработку как указано в разделе 5.1.
5.2.3. При обработке низкоуглеродистых сталей следует учитывать науглероживание металла от электродов. Расход электродов при нагреве составляет до -------кг/т и около -----% этого количества графита растворяется в металле.
5.3. Обработка стали по схеме: конвертер – установка печь – ковш – установка вакуумирования – МНЛЗ производится при необходимости вакуумной обработки раскисленного металла с целью дегазации и удаления неметаллических включений.
При этом обработка плавки на печи – ковше производится согласно разделу 5.1. данной инструкции, затем металл обрабатывается на КУВС в соответствии с ТИ
5.4. Доводка плавки аварийной верхней фурмой.
При невозможности продувки металла аргоном через донные фурмы необходимо:
5.4.1. Проверить все соединения трубопроводов, по которым подается аргон. При наличии утечек аргона их устранить.
5.4.2. Дать максимальный расход аргона через "байпас". Если "раздутия" пробки не произошло, то необходимо продувку производить аварийной верхней фурмой.
5.4.3. Продувка металла аргоном аварийной фурмой должна производиться при поднятых электродах. Фурму установить в исходное положение над металлом, затем устанавливается расход аргона в количестве 25 – 40 м3/ч, после чего фурма опускается на глубину около 4-х метров и произвести продувку металла в течение 3 – 4 минут. Разрешается продувать металл при неполном погружении фурмы при присадке кокса и чушкового алюминия.
5.4.4. По окончании продувки фурму поднять и произвести замер температуры и отбор пробы металла и шлака. Пробы отправляются в экспресс – лабораторию. (Проба шлака визуально оценивается).
5.4.5. После отбора проб и замера температуры опускаются электроды, и в течение 4 – 6 минут производится нагрев металла, и ввод в необходимом количестве шлакообразующих материалов с обязательным контролем температуры воды на водоохлаждаемые элементы свода. При перегреве воды на водоохлаждаемые элементы свода больше ---- °С нагрев металла прекратить.
5.4.6. После подогрева электроды поднимаются, и снова в течение 2 – 4 минут производится продувка аргоном, затем производится замер температуры.
5.4.7. После получения результатов экспресс – анализа в металл вводятся в необходимом количестве ферросплавы.
5.4.8. При необходимости повторного нагрева металла обе операции (нагрев и усреднительная продувка) повторяются до достижения необходимой температуры металла.
5.4.9. При отгорании части аварийной фурмы длиной около 500 – 600 мм, фурму необходимо заменить.

Визуальный анализ состава ковшевого шлака

Содержание (FeO+MnO)>2% Шлак необходимо дополнительно раскислить Al или Si

Содержание (FeO+MnO) »1 - 2%. Необходимо дальнейшее раскисление шлака Al или Si

Шлак нормально раскислен. Желтый цвет указывает, что десульфурация прошла.

Общая классификация агрегатов «ковш-печь» в зависимости от условий производства

Возможность комплексной доводки стали на металлургических мини-заводах по существу создает уникальные возможности по совмещению отдельных элементов технологической системы «выплавка стали» - «разливка стали» в единый энерго- и ресурсосберегающий комплекс.

Принято считать, что при доводке стали в ковше выполняются технологические операции раскисления стали, коррекции и усреднения ее температуры и химического состава, а также рафинирования и модифицирования. Однако при организации энергосберегающего цикла производства стали на мини металлургических заводах важнейшей задачей также является совмещение дискретного цикла выплавки стали в ДСП с квазинепрерывным процессом ее разливки на МНЛЗ в условиях уменьшения запаса энтальпии в металле вследствие потерь тепла при транспортировке и обработке в ковше.

Компенсация тепловых потерь металла может быть выполнена только за счет его подогрева в ковше. На практике операция подогрева металла в ковше происходит за счет экзотермических электрофизических процессов дугового разряда. В трехфазных установках, работающих на переменном токе промышленной частоты, электрические дуги горят между тремя вертикально расположенными графитированными электродами и расплавом, выполняющим роль нулевой точки электрического соединения трех дуг в «звезду».

Устройство для нагрева стали в ковше впервые использовано в 1964 г. шведскими фирмами «ASEA» и «SKF» при разработке процесса рафинирования стали в вакууме [226]. Такие установки для комплексной обработки получили название «ковш-печь» «ASEA-SKF». При этом процесс «ASEA-SKF» предполагал скачивание шлака из ковша посредством машины скребкового типа, перемешивание металла посредством электромагнитного поля, его подогрев электрическими дугами, наведение синтетического рафинирующего шлака, а также вакуумирование и раскисление. Известно, что в 1971 г. Японская компания «Diado Steel» успешно применила метод рафинирования стали в агрегате «ковш-печь».

Уже в 1981 г. в мире работали 32 установки «ASEA-SKF», которые обеспечивали производство стали высокого качества [227]. Несколько позднее основные патенты на технические решения установки «ASEA-SKF» приобрела итальянская компания «Danieli», которая успешно работает на рынке установок «ковш-печь» в течение последних двух десятилетий. Так, одну из первых установок «ASEA-SKF» фирма «Danieli» построила для завода утяжеленных бурильных и ведущих труб СМНПО им. Фрунзе (г. Сумы) в 1987 г.

Процесс перемешивания металла вдуваемым через пористую пробку аргоном при пониженном давлении в сочетании дуговым подогревом впервые опробован в США на металлургическом заводе «Finkl and Sons» в середине 60-х годов прошлого столетия. В дальнейшем этот процесс получил название «FINKL-VAD». Начиная с 80-х годов прошлого столетия концепция металлургических мини-заводов, как известно, получает широкое развитие, что обусловило почти обязательное применение установок «ковш-печь» в технологическом построении производства и разливки стали. Учитывая тот факт, что для большинства мини-заводов определяющим требованием является минимизация расходов, в последние два десятилетия большое внимание уделяется созданию оптимальных технологических и технических построений для агрегатов «ковш-печь». На развитии концепции агрегатов «ковш-печь» фокусируют усилия ведущие европейские производители металлургического оборудования «SMS», «Demag», «VAI-Fukhs» (Германия), «Danieli» (Италия) и т.д. Примечательным является тот факт, что все эти фирмы свои первые агрегаты «ковш-печь» построили в начале или середине 80-х годов прошлого века. На территории СССР первая «ковш-печь» была построена в 1985 г. (проект ВНИИМЕТМАШ–ЮУМЗ) на Молдавском металлургическом заводе.

Тем не менее, в течение последних двух десятилетий агрегаты «ковш-печь» непрерывно совершенствовались как в технологическом, так и в конструкционном плане. Это позволило достичь весьма высоких показателей как в части качества стали, так и в части энерго- и ресурсосбережения в технологической системе её выплавки и разливки. Более того, на практике убедительно доказана высокая конкурентоспособность агрегатов «ковш-печь» практически для всего диапазона вместимости сталеразливочных ковшей: от 12 - 15 тонн до 350 - 360 тонн.

Кроме того, в состав агрегата «ковш-печь» входят средства для перемешивания металла инертным газом, система подачи ферросплавов и материалов для рафинирования стали в ковше. В настоящее время непрерывный ввод различных веществ (углерода, раскислителей, модификаторов) проводят с применением порошковой проволоки, имеющей в своем сечении круг или прямоугольник, стальная оболочка которой обычно завальцована. Такая проволока большой длины поставляется в катушках на металлической или деревянной раме [315, 317]. Ввод порошковой проволоки в расплав осуществляется по направляющей трубе с помощью специального трайбаппарата, состоящего из подающего и разматывающего устройств (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Общая схема установки «ковш-печь»

Современная установка дугового нагрева стали в ковше имеет устоявшуюся архитектуру и конструкцию, которая подобна ДСП и включает следующие основные элементы:

печной трансформатор, мощность которого обеспечивает нагрев стали в ковше со скоростью 3–6 °С/мин;
короткую сеть;
колонны электрододержателей с приводами перемещения электродов;
электрододержатели различного исполнения: с трубошинами или токопроводящие, могут применяться как индивидуально управляемые, так и спаренные (электроды неподвижны один относительно другого), взаимное расположение токопроводящих элементов электрододержателей выполняется триангулированным или копланарным с петлей симметрии;
водоохлаждаемый свод, который имеет отверстия для электродов, газоотсоса и технологические, что приводит к необходимости увеличивать его поверхность за счет изменения формы; наибольшее распространение получила шляпообразная форма свода.

Вакуумирование стали (если оно предусмотрено технологическим процессом) осуществляется на отдельной установке. Как правило, это вакууматор камерного типа VD/VAD. При этом насыщенность процесса вакуумирования различными технологическими операциями обусловливает дополнительные потери тепла сталью в процессе обработки.

В мире накоплен большой практический опыт эксплуатации агрегатов «ковш-печь», что позволило разработчикам оптимизировать их основные конструктивные и технологические параметры. В настоящее время разработкой и изготовлением агрегатов «ковш-печь» занимаются более двух десятков машиностроительных фирм. В табл. 3.1 проведено сравнение основных эксплуатационных параметров этих агрегатов некоторых компаний. В целом проведенное сравнение позволяет сделать вывод о том, что основная совокупность рабочих и эксплуатационных параметров агрегатов достаточно близка, а некоторые их колебания, наблюдаемые в табл. 3.1, находятся, на наш взгляд, в наблюдаемые в табл. 3.1, находятся, на наш взгляд, в прямой взаимосвязи только с работой конкретного сталеплавильного цеха.

Таблица 3.1. Сравнение параметров агрегатов «ковш-печь» некоторых компаний

Наибольшее влияние на рабочие параметры агрегатов «ковш-печь» зывает, прее всего, сталеразливочного ковша. Как видно из данных, приведенных в табл. 3.1, существует зависимость между увеличением вместмости ковша, расходом вдуваемого аргона и мощностью трансформатора. В то же время, скорость нагрева металла в ковше для большинства «ковш-печей» составляет 3,5 - 4,0 °С/мин. Исключением являются ковши малой вместимости (15 - 40 тонн), в которых скорость нагрева может достигать 5 - 6 °С/мин, что, вероятно, объясняется высокими удельными потерями тепла в малых ковшах.

Между тем, говоря об эффективности обработки стали в агрегатах «ковш-печь», необходимо обязательно принимать во внимание удельные расходы, связанные с затратами энергии на нагрев металла и расходом огнеупоров, которые в денежном выражении составляют от 3 до 25 долларов США на тонну стали. При этом на величину затрат существенное влияние оказывает рациональная организация технологического процесса в совокупности с условиями совмещения работы сталеплавильных агрегатов и МНЛЗ. Вместе с тем, следует отметить, что условия эксплуатации ковшей в агрегатах типа «ковш-печь» могут существенно различаться по целому ряду квалификационных признаков.

В настоящее время агрегатами типа «ковш-печь» оснащено свыше четырехсот электросталеплавильных цехов мини-заводов и более ста конвертерных цехов заводов с полным циклом. Характерно, что эти агрегаты сооружены в различное время в цехах с различной стратегией функционирования и развития. Соответственно они имеют отличные друг от друга производственные показатели, которые не всегда корректно сравнивать с показателями других аналогичных агрегатов. На наш взгляд, для системного анализа эффективности работы конкретных агрегатов целесообразно классифицировать известные ковш-печи на определенные группы, учитывающие внешние (макросреда) и внутренние (технологическая система) условия функционирования и развития. Предлагаемая авторами классификация агрегатов «ковш-печь» (табл.3.2) основана на рассмотренной ранее классификации мини металлургических заводов в зависимости от стратегии их развития (глава 1).

Таблица 3.2. Классификация агрегатов «ковш-печь» по условиям функционирования в зависимости от технологической структуры сталеплавильного цеха

Безусловно, наибольшее распространение в мире получили агрегаты, работающие по условиям групп 1 и 2. При этом следует иметь ввиду, что мини-заводы группы 1 наиболее соответствуют представлениям о современном мини-заводе со стратегией минимизации затрат, что обычно характерно при производстве стали массового сортамента [30, 31, 76] для сортового проката. В этом случае согласованная цикличность работы плавильной печи и агрегата «ковш-печь» жестко лимитирует время нахождения металла в ковше. Практическая реализация этой схемы оказалась возможной в последнее десятилетие за счет большого прогресса в области технологии электроплавки (уменьшение цикла плавки до 30-60 минут). Характерным примером этой группы ковш-печей следует считать, например, ЗАО «ММЗ «Istееl (Украина)» [42], Молдавский металлургический завод [228] и завод «Huta Czestochova» (Польша) [229]. В последние годы на территории СНГ появилось несколько новых мини-заводов с построением, которое характерно для группы 1: Новороссийский электрометаллургический завод ООО «НОВОРОСМЕТАЛЛ», Фроловский электросталелитейный завод ЗАО «Волга-Фест», JSC «Baku Steel Co» и некоторые другие [230].

При этом режим работы ковш-печи соответствует технологической цикличности разливки стали на МНЛЗ, а для обеспечения некоторого демпфирующего резерва времени (для непрерывной разливки стали) перед началом процесса литья предусматривается хотя бы один дополнительный ковш металла, что соответственно предполагает увеличение времени пребывания стали в ковше.

Группа 2 обычно представляет собой мини-заводы (ЭСПЦ), которые были построены, как правило, более 15 лет назад, то есть во времена, когда длительность электроплавки составляла более 2-3 часов. В этом случае одной из главных функций агрегата «ковш-печь» является совмещение работы двух дуговых печей и МНЛЗ с целью обеспечения серийности разливки. По существу это означает, что перед началом разливки на МНЛЗ создается резерв жидкого металла (1-2 ковша). Поэтому достаточно часто металл может находиться в ковше 3 - 4 часа и более, что существен-но усложняет условия работы огнеупоров и снижает их стойкость. Кроме того, с целью уменьшения длительности нахождения металла в печи сталь выпускают с достаточно низкой температурой, что требует последующего интенсивного и длительного подогрева ее в ковше. Это, в свою очередь, повышает скорость износа шлакового пояса в силу высокой температуры и агрессивности шлака.

Значительные отличия появляются в работе агрегатов «ковш-печь» в случае их функционирования в структуре мини-заводов со стратегией фиксации определенного сегмента рынка, то есть выпуска качественной продукции вполне конкретного назначения (группа 3 и 4). Для таких ковш-печей расширяются задачи по рафинированию и доводке стали по химическому составу. Очень часто в технологическую цепь производства заготовки включается операция вакуумирования, что предполагает увеличение времени пребывания стали в ковше в среднем на 40 - 50 минут и дополнительные потери тепла (на 40-60°С). Компенсация потерь тепла осуществляется за счет подогрева металла в установке «ковш-печь». Сравнивая условия эксплуатации ковша для группы 1 и группы 3 необходимо отметить, что для группы 3 длительность пребывания металла в ковше может возрастать примерно в 2 раза при увеличении нагрузки на огнеупоры шлакового пояса. Ковш-печи группы 3 эксплуатируются, например, в электросталеплавильном цехе №2 Белорусского металлургического завода [231, 232] и на Волжском трубном заводе [233].

Иногда в технологической структуре цехов группы 3 предусматривается также разливка стали в слитки, используемые затем для получения качественной заготовки для машиностроения. Примером такого завода можно считать завод «Georgsmarienhutte» (Германия), который имеет в своем составе 130-т дуговую сталеплавильную печь, агрегат «ковш-печь», вакууматор, 4-х ручьевую блюмовую МНЛЗ и разливку стали в слитки массой 4,5 - 38 т [234].

Ковш-печи группы 5 представляют собой немногочисленную группу, поскольку расположены в мартеновских цехах металлургических заводов, которые сохранились в Украине и России. Практически все эти металлургические заводы соответствуют концепции «мини-завод» со стратегией фиксации определенного сегмента рынка, а мартеновские печи работают скрап-процессом. Например, ОАО «Нижнеднепровский трубопрокатный завод» [237] и ОАО «Выксунский металлургический завод» [238] имеют в своем составе по 2-4 мартеновских печи, «ковш-печь», вакууматор и разливают сталь в слитки. Агрегатами «ковш-печь» оснащены также мартеновские цехи ОАО «Донецкий металлургический завод» и ОАО «Таганрогский металлургический завод» [239]. Для работы ковш-печей в таких условиях характерна неритмичность цикла эксплуатации ковшей, а также практически полное отсутствие эффективной системы отсечки печного шлака, что снижает возможность рафинирования стали и повышает скорость износа огнеупоров в шлаковом поясе. Кроме того, часто «ковш-печь» в мартеновском цехе работает в режиме параллельной обработки металла в двух сталеразливочных ковшах.

Значительные отличия появляются в работе агрегатов «ковш-печь» в случае их функционирования в структуре мини-завода со стратегией специализации производства (группа 6 и 7), то есть выпуска высококачественной уникальной продукции. Обычно такие мини-заводы имеют небольшие объемы производства (10 - 50 тыс. т в год) и, соответственно, не имеют требований к высокой удельной производительности сталеплавильных агрегатов и ковш-печей. В любом случае в технологическом построении мини-завода имеется, по меньшей мере, одна установка для вакуумной обработки стали. Кроме того, сложный сортамент выплав-ляемой стали предопределяет увеличение цикла нахождения ме-талла в установке «ковш-печь», поскольку расширяется спектр операций по легированию, рафинированию и модифицированию металла.

Примером ковш-печи группы 6 с определенной степенью допущений и перспектив модернизации может, вероятно, служить «ковш-печь» сталеплавильного цеха ЗАО «Камасталь» [240]. Ковш-печи группы 7 применяются, например, на электрометаллургическом заводе ОАО «Днепроспецсталь» [241] или в ЭСПЦ-3 Челябинского металлургического завода ОАО «Мечел» [242]. Они имеют небольшую вместимость ковшей (соответственно 50 т и 15 т) и обеспечивают получение стали специального назначения при разливке в слитки разной массы. Между тем, для таких ковш-печей наблюдается повышенный износ футеровки ковшей в зоне шлакового пояса, что объясняется значительным перегревом шлака и близким расположением электродов по отношению к огнеупорному слою.

Ковш-печи группы 8 обычно используются в сталеплавильных цехах крупных заводов тяжелого и энергетического машиностроения [243, 244]. Для этих ковш-печей характерно появление дополнительной функции: сбор металла из нескольких плавильных агрегатов и накопление большого количества стали для отливки крупных и сверхкрупных слитков. Примером работы такого агрегата является «ковш-печь» АО «Новокраматорский машиностроительный завод» [244]. Эта «ковш-печь» имеет три типоразмера ковша (30 т, 60 т, 90 т) и позволяет собирать металл из трех плавильных агрегатов. Следует особо отметить, что время пребывания металла в ковше при такой схеме работы ковш-печи составляет 60-360 минут, что существенно влияет на стойкость футеровки ковшей. В целом агрегаты «ковш-печь» группы 8 крайне немногочисленны и их работа в технологическом цикле с мартеновскими печами объясняется, главным образом, незавершенностью модернизации металлургического производства. Безусловно, предлагаемая классификация ковш-печей носит в некотором плане условный характер, что особенно характерно в части выбранных доминантных классификационных признаков. Поэтому в условиях конкретного металлургического завода агрегат «ковш-печь» может одновременно соответствовать или выполнять функции, характерные для нескольких групп одновременно. Вероятно, в этом случае следует просто говорить о той или иной степени универсальности ковш-печи.

В целом же функциональная эффективность агрегатов «ковш-печь» может существенно отличаться в зависимости от стратегии завода и структуры металлургического производства, что соответственно определяет круг требований к отдельным параметрам обработки и огнеупорам, используемым в ковшах, в зависимости от длительности пребывания металла в ковше и уровня качества стали.

Агрегат ковш-печь (АКП)

Упрощенная конструкция АКП

Слив металла из ДСП в ковш

Содержание

Обработка в ковш-печи

Агрегат ковш-печь используется в комплексе с плавильными агрегатами, в которых выплавляется полупродукт, в качестве таких агрегатов используются кислородные конвертеры, дуговые и мартеновские печи, в которых проводятся расплавление металлолома и ферросплавов с малым угаром и проводится окислительный период. Затем металл сливают в стальковш, по возможности исключая попадание в него печного шлака. До и во время выпуска металла в ковш отдаются раскислители, шлакообразующие и легирующие материалы.

В случае попадания в ковш большого количества окисленного шлака, его удаляют. После выпуска металла ковш поступает на агрегат ковш-печи, где проводятся операции окончательного раскисления, десульфурации, легирования и модифицирования. Ковш накрывается водоохлаждаемым или футерованным сводом с отверстиями для введения графитированных электродов, подачи присадок и контроля процесса, наводят свежий высокоосновный шлак, обладающий высокой десульфурирующей способностью и защищающий металл от вторичного окисления окружающей атмосферой.

Основные требования к АКП: контроль атмосферы над ванной, регулируемый нагрев металла, интенсивное перемешивание ванны без загрязнения металла атмосферой (вторичного окисления, азотирования), наведение высокоосновного восстановительного шлака.

Во время обработки через днище ковша осуществляется продувка металла инертным газом (аргон или азот) для перемешивания металла с целью усреднения его по химическому составу и температуре, кроме этого продувка металла способствует выведению неметаллических включений из металла. Вдувание газа осуществляется через одну-три пористые пробки. Также возможно электромагнитное перемешивание металла.

После достижения заданных значений по химическому составу и температуре, ковш с металлом передают на обработку на другие агрегаты или на разливку.

Агрегат ковш-печь может использоваться в сочетании с обработкой металла на других агрегатах внепечной обработки.

Использование агрегатов ковш-печь позволило вынести из плавильных агрегатов восстановительный период и доводку металла, что резко повысило производительность сталеплавильного производства, В электросталеплавильном производстве за счет исключения резкого перепада окисленности ванны удалось значительно сократить расход огнеупоров, использовать одношлаковую технологию и технологию работы с «болотом» (оставленным в дуговой печи шлаком предыдущей плавки), что привело к значительному снижению расхода электроэнергии.

Возможность подогрева металла вне плавильного агрегата значительно повысила гибкость всего производственного цикла выплавки стали: использование агрегатов ковш-печь сделало участок внепечной обработки металла «временнЫм буфером», позволяющим демпфировать рассогласование стадий выплавки и разливки.

Агрегат ковш-печь (АКП)

Упрощенная конструкция АКП

Слив металла из ДСП в ковш

Содержание

Обработка в ковш-печи

Агрегат «ковш-печь»

Упрощенная конструкция АКП

Слив металла из ДСП в ковш

Обработка в ковш-печи

Во время обработки через днище ковша осуществляется продувка металла инертным газом (аргон или азот) для перемешивания металла с целью усреднения его по химическому составу и температуре, кроме этого продувка металла способствует выведению неметаллических включений из металла. Вдувание газа осуществляется через пористые пробки, от одной до трех штук на крупнотоннажном ковше. Также возможно электромагнитное перемешивание металла.

Возможность подогрева металла вне плавильного агрегата значительно повысила гибкость всего производственного цикла выплавки стали: использование агрегатов ковш-печь сделало участок внепечной обработки металла «временны́м буфером», позволяющим демпфировать рассогласование стадий выплавки и разливки.

Также агрегаты ковш-печь используются в цветной металлургии.

См. также

Источники информации

Читайте также: