Упк установка печь ковш

Обновлено: 05.05.2024

Назначение и принцип действия установки печь-ковш

Самым простым следует считать способ вакуумирования в ковше нераскисленного металла. Растворенный в металле кислород взаимодействует при вакуумировании с растворенным в металле углеродом, что вызывает интенсивное кипение ванны и удаление водорода и азота.

Недостатком этого метода является малая эффективность при вакуумировании относительно больших объемов стали > 50т. и неравномерность состава в ковше после ввода раскислителей и легирующих элементов. Положение улучшается при одновременной продувке стали инертным газом или при организации электромагнитного перемешивания расплава.

Вакуумная обработка стали в ковше на установках с электромагнитным перемешиванием позволяет получать результаты близкие к достигаемым при продувке расплава аргоном. Однако в этом случае несколько усложняется необходимое оборудование, т.к. металлический корпус сталеразливочных ковшей необходимо изготавливать из немагнитной листовой стали аустенитного класса и при обработке нераскисленной стали высота ковша должна быть увеличена.

Для повышения эффективности обработки необходимо исключить попадание печного шлака в ковш и обеспечивать дополнительный перегрев стали на 30-60°С в зависимости от массы металла в ковше и материала футеровки. Скорость падения t-ры металла в ковше без учета затрат тепла на расплавление легирующих элементов и раскислителей составляет 1,8ºС в минуту. Это явилось одной из причин разработки методов ковшевого вакуумирования с дополнительным нагревом металла, где в качестве источника тепла использованы электродуговой или плазменный подогрев. Установка сочетающая в себе вакуумную обработку, электромагнитное перемешивание расплава и электродуговой подогрев для ковшей ёмкостью до 150 т. впервые была изготовлена в Швеции и по названию разработавших её фирм получила название : ACEA – СКФ.

В отечественной технической литературе такие установки называют : ПЕЧЬ-КОВШ или УДС(установка доводки стали).

Оборудование установки печь-ковш состоит из следующих узлов: стенда для электро-дугового нагрева стали, устройства для электро-магнитного перемешивания, стендо-вакуумной обработки стали, системы вакуумных насосов, оборудования для дозированной подачи ферросплавов и раскислителей, оборудование для продувки металлов аргоном и пульта управления установкой.

В данном процессе ковш совмещает функции печи для рафинирования стали её подогрева и разливочной ёмкости. В процессе обработки на установке печь-ковш проводится десульфурация, обезуглероживание, удаление газов, раскисление, легирование и корректировка температуры.

КОНСТРУКЦИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ

Процесс обработки на агрегате осуществляется в ковше с основной футеровкой, который закрывается полностью водоохлаждаемым сводом. Подача электроэнергии осуществляется с помощью трех графитовых электродов.

Агрегат имеет два стенда, обслуживаемые одним трансформатором и одним комплектом электродов. «Печь-ковш» включает в себя следующие группы оборудования, узлы и системы:

- каркас установки со встроенными помещениями поста управления и трансформатора;

- система хранения, дозирования и механизированной подачи сыпучих (ферросплавов);

- тракт подачи сыпучих;

- трайб-аппараты для ввода в металл алюминиевой проволоки;

- две водоохлаждаемые крышки сводов;

- механизм подъема сводов;

- поворотный электродный портал с графитовыми электродами;

- система высокого тока (для передачи электроэнергии от трансформатора к электродам);

- системы для донной продувки;

- две аварийные верхние фурмы;

- манипуляторы для измерения температуры и отбора проб металла;

- стенд наращивания электродов;

Применяемый на проектируемом агрегате «печь-ковш» трансформатор имеет номинальную мощность 32,0 МВ*А, силу тока электрода 59,6 кА и диапазон вторичных напряжений 420…218 В [20].

Агрегат «печь-ковш» размещается в пролете МНЛЗ № 3. Ширина пролетов машин – по 16 м (см. лист 1) [18].

Для установки «печь-ковш» характерны следующие отличительные конструктивные признаки [26]:

1. Токопроводящие консоли электродов:

- токопроводящие консоли электродов выполнены из медноплакированного стального листа и имеют жесткую блочную конструкцию. Блочный профиль с интегрированными каналами охлаждающей воды обеспечивает высокую прочность консолей, которая позволяет высокую скорость регулирования;

- компактная конструкция токопроводящих консолей обеспечивает минимальный распад электродов при максимально свободном пространстве;

- основная изоляция между консолью и подъемной стойкой с обеих сторон охлаждается водой;

- через контактную щеку электроды зажимаются в консоли с помощью тарелочных пружин. Силу зажима можно ослабить с помощью гидравлического цилиндра. Вся система интегрирована в консоль и тем самым защищена от электрического, электромагнитного и теплового воздействия;

- конструкция консолей уменьшает реактанс и омическое сопротивление и позволяет максимально использовать электрическую энергию;

- электрические консоли практически не требуют технического ухода.

2. Конструкция свода:

- свод установки «печь-ковш» является полностью водоохлаждаемым. Внешняя часть свода выполнена в виде конструкции «труба в трубе», центральная часть свода имеет блочную конструкцию. Нанесение огнеупорной массы на внутреннюю поверхность свода позволяет минимизировать падение температуры;

- свод «печи-ковша, имеющий самонесущую конструкцию, с одной стороны поддерживается вилочным порталом с направляющей стойкой, этим данная конструкция отличается от обычных конструкций с двумя портальными кронштейнами;

- в центральной части свода находятся три отверстия для электродов;

- свод присоединен к системе пылеулавливания. Нижнее давление под сводом управляется дополнительным компрессором и клапаном канала отходящих газов;

- в своде есть отверстия для фурмы измерения температуры и взятия проб, для подачи легирующих, для аварийной фурмы, для подачи проволоки, а также измерения давления в печи. Оба отверстия для продувки через фурму и для фурмы измерения температуры и взятия проб закрываются шиберной заслонкой, приводимой в действие пневматически.

- крышка поднимается и опускается с помощью подъемной стойки свода, для того чтобы находящийся под ним ковш мог выезжать и въезжать. Каждая установка «печь-кош» имеет свой собственный портал;

- подъемная стойка свода оснащена косороликовой направляющей призматической формы. Цилиндр подъема, приводимый в действие цилиндрически, интегрирован в подъемную стойку;

- конечные позиции свода контролируются конечным выключателем;

- сводный портал защищен предохранительным кожухом от излучения жидкой стали.

4. Электродный портал:

- сдвоенная установка «печь-ковш» оснащена только одним электродным порталом, обе установки обслуживаются по очереди;

- электродный портал состоит из трех электродных подъемных стоек, а также каркаса с поворотным устройством;

- роликовые опоры для направления опорных стоек встроены в портал установки на двух уровнях. Подъемные стойки перемещаются на роликовых опорах. Следовательно, ходовая поверхность подъемных стоек подвергается механической обработке, поэтому ее необходимо содержать всегда в чистоте;

- верхнее и нижнее конечное положение подъемных стоек контролируются конечными выключателями;

- портал гидравлически фиксируется в обоих конечных положениях (+60 и –60).

5. Система высокого тока. Электрическая энергия для процесса обработки на установке «печь-ковш» подается от трансформатора по линии высокого тока на электроды. В зоне подводящих шин высокого тока магнитные материалы подвергаются нагреванию индукционным током, поэтому стена здания должна иметь как можно меньше металлического армирования. Дальнейшая передача тока осуществляется через:

- гибкие, водоохлаждаемые кабели высокого тока;

- электропроводящие электродные консоли;

- зажимы электрододержателя к графитным электродам, на конце которых образуются электрические дуги.

6. Стенд свинчивания электродов. С точки зрения целесообразности, данный стенд размещен в непосредственной близости от печи. Только таким образом можно избежать простоев во время производственного процесса. Стенды свинчивания электродов сконструированы таким образом, что снятые горячие электроды во время их нахождения на стенде были защищены от тяги воздуха. Сам стенд состоит из рамы, механического зажимного приспособления и защитной трубы. На нижнем конце защитной трубы имеется смотровая дверца, которая делает возможным доступ к острию электрода. Чтобы облегчить крановщикам посадку горячих электродов на стенд и избежать насадки токопроводящей штанги электрода, стенд оснащается воронкообразными отверстиями. Очень короткий электрод вводится в защитную трубу до электродной коробки на нужной высоте и фиксируется механическим зажимным приспособлением. Новая электродная частичная длина с ниппелем позиционируется с помощью крана и специального подвеса с винтовым крючком. После того как электродные коробки продуты сжатым воздухом и фронтальная поверхность очищена от пыли, осуществляется ввинчивание новой частичной длины. Вблизи от стенда свинчивания электродов предусмотрено место для складирования запаса электродов на один день.

7. Графитовые электроды. Во время процесса обработки на установке «печь-ковш» электроэнергия передается через графитовые электроды и с помощью электродуг – жидкому металлу. Чтобы по возможности снизить потери активного сопротивления в электродах, они должны обладать хорошей электропроводимостью. Кроме того, они должны соответствовать следующим требованиям:

- высокая сопротивляемость по отношению к температурам внутри печи;

- невосприимчивость к смене температур;

- достаточная механическая прочность;

- хорошая устойчивость к окислению кислородом воздуха.

8. Продувка инертным газом. Перемешивание металла для гомогенизации температуры и химического состава осуществляется через два продувочных кирпича из огнеупорных материалов, встроенных в днище ковша. Продувочные кирпичи окружены стальным кожухом, который снабжается инертным газом. Инертный газ необходимо подавать под давлением от 16 бар. Объем расхода инертного газа регулируется на вентильном стенде и приспосабливается к различным этапам процесса обработки.

9. Фурма манипулятора (аварийная фурма). При повреждении донной продувки ковша можно с помощью аварийной фурмы вдувать аргон в жидкий металл сверху. Аварийная фурма состоит из стальной трубы, защищенной огнеупорным материалом. Фурма укрепляется зажимным цилиндром, приводимым в действие гидравлически, на подъемно-опускаемом механизме. При погружении фурмы в металл, шлак изнашивает огнеупорный материал, поэтому фурму через определенный период времени использования необходимо заменить. Для замены фурмы необходимо ослабить зажимный цилиндр и с помощью крана поменять фурму. Аварийная фурма используется только в аварийных случаях, так как ее использование и связанные с этим процессы обнаруживают значительно худшие результаты, чем использование донной продувки.

10. Манипулятор для измерения температуры и взятия проб. Использование данного манипулятора делает возможным измерение температуры стали, активности кислорода, зеркала ванны и взятие пробы. Для этого фурму под наклоном (около 10 град.) погружают в ванну на глубину приблизительно 500 мм. Измеренная глубина погружения записывается (запоминается) и используется в этой плавке для других измерений, происходящих на той же глубине жидкой стали.

11. Циркуляционные циклы охлаждающей воды. Охлаждающая вода необходима для частей, которые особенно требовательны к температуре. К ним относятся: свод, консоли, кабели высокого тока, трансформатор и др. На агрегате «печь-ковш» предусмотрены два цикла циркуляции охлаждающей воды (табл. 4.1).

Обработка стали по схеме: конвертер - установка вакуумирования - УПК - МНЛЗ

По этой схеме выплавляются стали с содержанием углерода до 0,02. 0,03 %. Перед подачей плавки на установку "печь - ковш" металл подвергается обработке на комбинированной установке вакуумирования стали в соответствии с технологической инструкцией.

После окончания вакуумной обработки ковш передают на УПК и проводят обработку металла как в предыдущем случае.

При обработке низкоуглеродистых сталей следует учитывать науглероживание металла от электродов.

Обработка стали по схеме: конвертер - УПК - установка вакуумирования - МНЛЗ производится при необходимости вакуумной обработки раскисленного металла с целью дегазации и удаления неметаллических включений.

3.1.4.3 Доводка плавки аварийной верхней фурмой

При невозможности продувки металла аргоном через донные фурмы необходимо:

- проверить все соединения трубопроводов, по которым подается аргон. При наличии утечек аргона их устранить;

- дать максимальный расход аргона через "байпас". Если "раздутия" пробки не произошло, то необходимо продувку производить аварийной верхней фурмой.

Продувка металла аргоном аварийной фурмой должна производиться при поднятых электродах. Фурму устанавливают в исходное положение над металлом, задают расход аргона в пределах 25. 40 м 3 /ч, после чего фурма опускается на глубину около 4 м и производится продувка металла в течение 3. 4 мин. Разрешается продувать металл при неполном погружении фурмы при присадке кокса и чушкового алюминия.

3.2 Обработка металла на агрегатах доводки стали

В ОАО "ММК" разработана инструкция, которая устанавливает единые для всего технологического персонала положения и особенности технологии обработки металла в ковше на агрегатах доводки стали и установке усреднительной продувки.

3.2.1 Общее устройство агрегатов доводки стали в ковше

Агрегаты доводки стали в ковше (АДС) размещены над дополнительным сталевозным путём, расположенным между основными сталевозными путями, идущими от конвертеров № 1 и № 2. Каждый АДС обслуживается разливочным краном ОНРС того пролёта, где он расположен.[1]

Конструкция АДС включает следующие машины (механизмы), отдельные узлы и системы:

- каркас агрегата со встроенными помещениями поста управления, электропомещением, помещением гидростанции и аргоно-регуляторного пункта. Каркас агрегата не имеет связей с колоннами каркаса здания и опирается собственными колоннами на фундамент отделения непрерывной разливки стали;

- система хранения, дозирования и механизированной выдачи сыпучих материалов (ферросплавов, кокса, известняка и гранулированного шлака);

- тракт подачи ферросплавов, кокса и известняка;

- тракт подачи гранулированного шлака;

- система хранения, дозирования и подачи порошков в струе аргона;

-машина независимых перемещений продувочной фурмы и фурмы для химического нагрева;

- система ручного замера параметров стали;

- задатчик продувочных фурм;

- манипулятор продувочных фурм;

- машина подачи алюминиевой катанки;

- трайб-аппарат для ввода в металл алюминиевой катанки или порошковой проволоки;

- укрытие сталеразливочного ковша;

- стеллаж для хранения резервных продувочных фурм.

Система хранения, дозирования и механизированной выдачи сыпучих материалов включает шесть расходных бункеров для хранения ферросплавов, кокса и известняка и один сдвоенный бункер для хранения гранулированного шлака, семь вибрационных питателей и двое бункерных весов. Бункера расположены на отметке "+ 22400".

Тракт подачи сыпучих материалов состоит из частично укрытого в местах перегрузки сыпучих материалов горизонтального ленточного конвейера. Конвейер установлен на рабочей площадке каркаса агрегата на отметке "+ 12800".

Тракт подачи гранулированного шлака состоит из частично укрытого в местах перегрузки граншлака наклонного ленточного конвейера, установленного над рабочей площадкой каркаса агрегата на отметке "+ 12800".

Система хранения, дозирования и подачи порошков в струе аргона включает 3 пневмокамерных насоса (два вместимостью 3,5 м 3 и один -1,5 м 3 ), которые свободно подвешиваются на собственных тензорезисторных датчиках к конструкциям рабочей площадки бункерного блока системы хранения, дозирования и механизированной выдачи сыпучих материалов. Насосы размещены на отметке "+ 19400".

Машина независимых перемещений продувочной фурмы и фурмы для химического нагрева металла состоит из продувочной фурмы и фурмы для химического нагрева металла, кареток, независимых механизмов подъёма кареток и вертикальной направляющей колонны.

Задатчик продувочных фурм представляет собой поворотный стол, установленный своим порталом на рабочей площадке каркаса агрегата на отметке"+ 9000".

Манипулятор продувочных фурм (отметка "+ 23200") предназначен для последовательной подачи подготовленных к работе продувочных фурм из контейнера в соответствующую каретку машины независимых перемещений продувочной фурмы и возврата отработанных фурм в контейнер. Манипулятор состоит из горизонтально перемещающейся штанги, на одном конце которой, обращенной в сторону задатчика продувочных фурм, размещается привод подъёма-опускания захвата.

Машина подачи алюминиевой проволоки (отметка "+ 9000") состоит из разматывателя, наклонной направляющей и роликовой проводки, включающей в себя механизмы мерительного ролика, правящих роликов и тянущих роликов.

Трайб-аппарат для ввода в металл алюминиевой катанки или порошковой проволоки (отметка "+ 12400") состоит из разматывателя, наклонной трубы и тянущей клети с тремя парами роликов.

Укрытие сталеразливочного ковша предназначено для создания над поверхностью металла газодинамической завесы с противодавлением направленного потока отработанных технологических газов и их отсоса из зоны обработки. Укрытие сталеразливочного ковша включает стационарную подвесную крышку, кожух газодинамической защиты, ограждение для ограничения зоны газовыделений над рабочей площадкой, каркаса агрегата, защитный кожух, механизм подъёма-опускания защитного кожуха.

Ввод в эксплуатацию 250-т установки печь-ковш на ОАО ДМКД

В конвертерном цехе ОАО «ДМК имени Ф.Э. Дзержинского» в сентябре 2010 г. введена в эксплуатацию установка печь-ковш (УПК). Оборудование УПК, предназначенное для внепечной обработки стали в ковше емкостью 250т, разработано и поставлено комбинату фирмой «Сименс ФАИ», Австрия.

На установке печь-ковш предусмотрены следующие технологические операции по доводке металла в ковше: усреднение химического состава и температуры стали в объеме ковша, путем продувки аргоном через донные пористые пробки, нагрев стали электродуговым способом до заданной температуры разливки, корректировка химического состава стали по основным элементам, раскисление, микролегирование и модифицирование стали, рафинирование и десульфурация стали, автоматический замер температуры, окисленности и отбор проб.

Установка «Печь-ковш» включает в себя следующие группы оборудования, узлов и систем: рабочую площадку установки со встроенным помещением поста управления, трансформатора, системы газоочистки и пылеулавливания, систему хранения, взвешивания, дозирования и механизированной подачи сыпучих (ферросплавов и шлакообразующих материалов–10 бункеров), двухручьевой трайб-аппарат для ввода в металл алюминиевой проволоки или порошковых проволок с различными наполнителями диаметром 7–18мм и скоростью ввода 18–300м/мин, водоохлаждаемый свод с отверстиями для трех электродов, механизм подъёма водоохлаждаемого свода, электродный портал с графитовыми электродами (диаметр электрода – 508 мм, длина – 1800-2200 мм), трансформатор (первичное напряжение/частота-35кВ/50Гц, мощность-35МВА, кол-во ступеней напряжения-10), систему для донной продувки (2 продувочных блока), аварийную верхнюю фурму, манипулятор для измерения температуры, окисленности и отбора проб металла, стенды для хранения продувочных фурм, хранения электродов, сборки электродов, сталевоз.

Годовая проектная производительность установки составляет 1,0 млн.т стали в год при средней массе плавки 250т и длительности обработки 30 – 45мин.

Установка печь-ковш в основном обеспечивает подготовку металла для разливки на семиручьевой сортовой МНЛЗ №1 сечением квадратных заготовок от 130 до 150 мм, и шестиручьевой блюмовой МНЛЗ №2 для литья заготовок сечения 335х400 мм.

С вводом в эксплуатацию УПК, металл в КЦ обрабатывается по технологическим схемам:

конвертер-УПК-МНЛЗ;
конвертер-УКДС-МНЛЗ (слитки);

Динамика изменения количества плавок с обработкой на УПК в период освоения технологии (сентябрь 2009г – июль 2010г) и среднесуточное производство на УПК приведены на рис.1.

В апреле-мае 2010г установка печь-ковш вышла на проектную производительность. Снижение производительности установки в июне – июле связано с нестабильным обеспечением комбината сырьем и материалами и, как следствие, снижением производства стали.

Рис.1 - Динамика изменения количества плавок с обработкой на УПК в период освоения технологии (сентябрь 2009г – июль 2010г) и среднесуточное производство на УПК

Сортамент металла в период освоения технологии на УПК в январе–июле 2010г составил:

сортовая МНЛЗ №1: полуспокойные марки стали (3пс–5пс) – 7,2%; спокойные с содержанием алюминия в готовой стали не более 0,005% (3сп-5сп, St44) – 40,5%;

блюмовая МНЛЗ №2: полуспокойные марки стали (3пс–5пс) – 15,3%; спокойные с содержанием алюминия в готовой стали не менее 0,015% (3сп-5сп, 20тр, 35тр, 45тр) – 23,0%; спокойные легированные марки стали (09Г2С, 32Г2) – 5,2%.

Доля плавок с обработкой на УПК для разливки на МНЛЗ представлена на рис.2.

Рис.2 - Доля плавок с обработкой на УПК для разливки на МНЛЗ

При использовании установки печь-ковш в основном уменьшается температура металла перед выпуском из конвертера с последующим его нагревом, что способствует снижению удельного расхода чугуна, раскислителей и увеличению стойкости огнеупорной футеровки конвертера, а также снижению содержания вредных примесей в стали, повышению качества металла и улучшения показателей работы МНЛЗ.

Динамика изменения основных показателей работы установки приведена на рис.3.

Применение УПК в технологии производства стали для разливки на МНЛЗ привело к снижению температуры выпуска стали из конвертера на 20–40 о С, снижению расхода чугуна в среднем на 20кг/т, к увеличению стойкости огнеупорной футеровки конвертеров до 3362 плавок в период январь–июль 2010г против 3281 плавок в 2009г и 2536 плавок в 2008г.

Для обработки металла на УПК используют сталеразливочные ковши, шлаковый пояс которых выкладывают из периклазоуглеродистого огнеупора, стены и днище из высокоглиноземистого. Стойкость футеровки стальковшей с одним промежуточным ремонтом в среднем составила 67плавок, стойкость донных фурм 27 плавок. Динамика изменения количества плавок с применением для усреднения металла аварийной фурмы на УПК, из-за неудовлетворительной работы донных фурм, приведена на рис.4.

Рис.3 - Динамика изменения основных показателей работы установки

Рис.4 - Динамика изменения количества плавок с применением для усреднения металла аварийной фурмы на УПК, из-за неудовлетворительной работы донных фурм

Нагрев металла на УПК обеспечивается печным трансформатором мощностью 35МВА с 10 ступенями напряжения. Максимальная скорость нагрева 4 о С/мин.

Расход электроэнергии в период январь-июль 2010г составил в среднем 29,5кВтч/т стали, длительность нагрева 18,0 мин. Число циклов нагрева за плавку составило в среднем – 3,8 (поплавочно в зависимости от длительности обработки – от 1 до 9 циклов). Длительность одного цикла нагрева изменялась от 1–2 до 10–15мин, в среднем 4,1мин. Доля плавок с 2 – 4 циклами нагрева – 70,2%.. Расход электродов 0,1 – 0,2кг/т стали.

Цикл обработки на УПК определяется в основном графиком работы основных агрегатов цеха и для сортовой МНЛЗ №1 составил в среднем 46,2 мин, для блюмовой МНЛЗ №2 46,7мин. Динамика изменения длительности обработки и длительности нагрева на УПК приведена на рис.5.

Рис.5 - Динамика изменения длительности обработки и длительности нагрева на УПК

При отработке технологии на установке печь-ковш разработана технология, предусматривающая использование ферросилиция на УПК для снижения окисленности металла и шлака и, как следствие, проведение процесса десульфурации на марках стали с содержанием алюминия в готовой стали не более 0,005% и разливаемых на сортовой МНЛЗ №1. При этом использование алюминия на выпуске стали из конвертера и на УПК сведено к минимуму для предотвращения затягивания разливочных стаканов и снижения скорости разливки на МНЛЗ №1.

Для спокойного металла с (регламентированным) пониженным содержанием серы в готовой стали для разливки на МНЛЗ №2, технология предусматривает использование алюминия на сливе в количестве до 2,0кг/т стали, ТШС (отсев извести и плавиковый шпат) до 6,0кг/т, на УПК – алюминия до 1,2кг/т стали, ТШС (известь и плавиковый шпат) до 6,0кг/т.

Расход основных материалов и показатели десульфурации на плавках с обработкой на УПК для разливки на МНЛЗ, в зависимости от технологии производства стали приведены в таблице 1. Суммарный расход алюминия на плавку составил в среднем 0,02кг/т для сортовой МНЛЗ №1, 1,1кг/т для блюмовой МНЛЗ №2 и 2,28кг/т для блюмовой МНЛЗ №2 на марках стали с регламентированным содержанием серы, шлакообразующих в среднем на плавку 7,0кг/т, 6,5кг/т и 8,7кг/т соответственно, сквозная степень десульфурации 32,4%, 36,4% и 74,3% соответственно.

Таблица 1 - Расход основных материалов и показатели десульфурации стали на плавках с обработкой на УПК для разливки на МНЛЗ (средние значения)

Динамика изменения степени десульфурации на плавках с обработкой на УПК и разливкой на МНЛЗ приведена на рис.6. Толщина шлака в стальковше на УПК должна составлять 100 – 140мм, что соответствует 2,7 – 3,7т шлака. Ковшевой шлак формируется как на выпуске из конвертера за счет присадки шлакообразующих (отсева извести и плавикового шпата) и части конвертерного шлака, попадающего в ковш, так и на УПК в результате присадки шлакообразующих (извести и плавикового шпата).

Рис.6 - Динамика изменения степени десульфурации на плавках с обработкой на УПК и разливкой на МНЛЗ

Средняя толщина шлака в ковше на УПК составила 170мм, что соответствует 4,6т шлака. Доля плавок с толщиной шлака более 140мм составила 51%. Динамика изменения толщины шлака на плавках с обработкой на УПК приведена на рис.7. Увеличенное количество шлака в стальковше связано с отсутствием автоматической отсечки шлака на конвертере №1.

Рис.7 - Динамика изменения толщины шлака на плавках с обработкой на УПК

Химический состав ковшевых шлаков на УПК для сортовой МНЛЗ №1 и блюмовой МНЛЗ №2 приведен в таблице 2.

Таблица 2 - Химический состав ковшевых шлаков на УПК для сортовой МНЛЗ №1 и блюмовой МНЛЗ №2

В результате применения УПК длительность разливки плавок снижена в среднем на 2мин для сортовой МНЛЗ №1 и на 4мин для блюмовой МНЛЗ №2.

Сравнительный анализ качества трубной заготовки плавок с обработкой на УПК и с обработкой на УКДС показал, что на плавках с обработкой на УПК количество металла с зачисткой поверхности на 5,0 % ниже, чем на плавках с обработкой на УКДС и составляет 23,4% против 28,4% соответственно, при этом количество плавок с уровнем зачистки поверхности менее 25% в 1,5раза выше и составляет 72,7% против 48,2%.

По результатам оценки макроструктуры непрерывнолитых заготовок сечением 335х400мм углеродистой стали, прошедшей обработку в печи-ковше, установлено, что степень развития нормируемых дефектов соответствует требованиям ТУ У 14-1222-98 и в основном находится ниже максимально-допустимых требований.

Краевые точечные загрязнения в исследуемом металле как правило менее 0.5 балла, при норме для углеродистых марок сталей 2.0 балла. Макроструктура образцов трубных заготовок, прокатанных из непрерывнолитого металла, обработанного на УПК по степени развития нормируемых дефектов соответствует требованиям ГСТУ 3-009-2000 для углеродистого и низколегированного металла 1 группы качества.

Загрязненность неметаллическими включениями типа оксидов и сульфидов исследованного металла соответствует требованиям ГСТУ 3009-2000 для 1 группы качества. В металле, обработанном на УПК, с уменьшением содержания серы снижается загрязненность неметаллическими включениями типа сульфидов. Так при содержании серы менее 0,015% средний уровень загрязненности сульфидами менее 1,0 балла (ГОСТ 1778). С уменьшением содержания серы в металле дисперсность сульфидных включений возрастает. Для сравнения уровень загрязненности сульфидами трубного металла текущего производства в 2009 году в 90% проконтролированных образцов превышал 1.0 балла.

Загрязненность оксидными включениями металла обработанного на УПК составляет в среднем 1 балл и менее. В металле текущего производства за 2009 год около 64 % проконтролированных образцов имели загрязненность оксидными включениями более 1.0 балла. При этом следует отметить, что в металле, обработанном на УПК, наблюдаются в основном оксиды точечные по сравнению с металлом текущего производства с обработкой на УКДС, где отмечаются и строчечные оксиды.

Современные сталелитейные цехи для производства крупных кузнечных слитков

В технологии внепечной обработки стали и конструкции оборудования для мини заводов со стратегией производства специализированной продукции наряду с оптимальным соотношением таких параметров как производительность, энергоемкость процесса, капитальные и эксплуатационные затраты, особую актуальность приобретает возможность гарантированного обеспечения высоких требований к качеству металлопродукции в широком диапазоне марочного состава и типоразмера слитка (табл. 1.6). Выполнение высоких требований стандартов позволяет производить продукцию с высокой добавленной стоимостью, удельная цена которой на мировом рынке превышает 2500 евро за одну тонну низколегированной стали.

Таблица 1.6 – Современный уровень требований к качеству крупного слитка

После выпуска металла из плавильного агрегата все дальнейшие шаги по доводке стали по химическому составу и температуре выполняются исключительно в ковше. Такая схема, как показывает практика, делает процесс выплавки и разливки стали более экономичным, а также обеспечивает наиболее полное совмещение процесса выплавки и разливки стали.

Следует отметить, что задача глубокого рафинирования и прецизионного раскисления весьма актуальна для производителей крупных слитков.

В целом, в ходе обработки стали в ковше могут выполняться следующие операции: гомогенизация металла по температуре и химическому составу, корректировка химического состава стали путем присадки соответствующих лигатур, удаление вредных примесей (сера, водород, азот, а иногда углерод и пр.), доведение температуры метала до регламентируемого технологией значения, рафинирование стали по неметаллическим включениям, получение стали с постоянными свойствами от плавки к плавке, управление составом шлака и т.д.

Общепризнанным путем реализации вышепере-численных операций является комплексная обработка расплава в сталеразливочном ковше с применением мощного высокотемпературного источника локального нагрева, который обеспечивает непрерывную компенсацию тепловых потерь. При этом тепловая энергия концентрируется в зоне шлака для поддержания необходимых, рафинирующих свойств и плавления высокотемпературных компонентов шлаковой смеси. С другой стороны, сочетание высокотемпературного локального нагрева с принудительным перемешиванием расплава приводит к усреднению температуры во всем объеме. Принудительное циркуляционное перемешивание расплава в ковше является обязательной технологической операцией, обеспечивающей высокую эффективность внепечной обработки в целом. В сочетании с перемешиванием становится возможным реализация эффективного дугового нагрева расплава, существенно возрастает скорость его усреднения, рафинирования различными технологическими средствами, в том числе, вакуумной обработкой.

В металлургической практике установки, обспечивающие нагрев и перемешивание стали в ковше, ее рафинирование и корректировку химического состава, получили название «агрегаты (установки) ковш-печь» (от английского ladle-furnace) (рис.1.3). Между тем, 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. Например, средний расход электродов в процессе обработки на установке ковш-печь составляет около 10 г/кВт•час, а затраты электрической энергии – 0,3-0,6 кВт•час / т град. Более того, на практике убедительно доказана высокая конкурентоспособность агрегатов ковш-печь практически для всего диапазона вместимости сталеразливочных ковшей: от 12-15 т до 350-360 т. При этом в нормальном технологическом режиме обеспечивается нагрев стали в ковше со скоростью 4-5°С в минуту.

Рисунок 1.3 – Общая схема установки ковш-печь: 1 - Сталеразливочный ковш; 2 -Трайб-аппарат; 3-Свод агрегата ковш-печь; 4-Графитированные электроды; 5- Воронка подачи сыпучих, 6. Аварийная фурма

Отметим, что комплексная обработка стали в агрегате ковш-печь предполагает обязательное предотвращение попадания в ковш окислительного печного шлака, содержащего FeO и MnO. В современных дуговых сталеплавильных печах операция отсечки шлака выполняется непосредственно на выпуске стали и обеспечивает отсечку, по меньшей мере, 85-90% печного шлака. В случае отсечки шлака на выпуске из плавильного агрегата в ковше наводится новый шлак (основность шлака 2,5-3,0), который удовлетворяет следующим требованиям:

обеспечение работы электрической дуги в процессе нагрева (для плавки массой 100 - 150 т величина слоя шлака должна составлять, например, 100-120 мм, что обеспечивает спокойное и устойчивое горение электрической дуги);
минимизация эрозии огнеупоров шлакового пояса ковша;
обеспечение ассимиляции неметаллических включений и десульфурации стали.

Если же толщина шлака недостаточна, то последний «раздувается» дугой. В таких условиях дуга горит менее устойчиво, что, по-видимому, связано с оголением зеркала жидкой стали и повышением концентрации паров железа в разрядном промежутке.

Современный агрегат ковш-печь имеет вполне устоявшуюся технологическую архитектуру и конструкцию основных функциональных элементов, в состав которых входят: система для нагрева металла электрическими дугами, система подачи ферросплавов и материалов для рафинирования стали в ковше, средства для перемешивания металла инертным газом, устройство для подачи порошковой проволоки, крышка, устанавливаемая на ковш перед обработкой и т.п.

Очевидно, что наибольшее влияние на рабочие параметры агрегатов ковш-печь оказывает, прежде всего, вместимость сталеразливочного ковша. Величина мощности печного трансформатора является основным энерготехнологическим параметром установки дугового нагрева и оказывает многоплановое влияние на эффективность ее работы. В частности, величина мощности печного трансформатора оказывает непосредственное влияние на скорость нагрева стали в ковше, продолжительность цикла обработки, условия работы футеровки ковша и расход огнеупоров, а также качество проведения технологического процесса. Поэтому создание оптимальных энергетических условий нагрева является необходимой и решающей предпосылкой эффективного проведения технологического процесса.

На рис.1.4 представлены графики изменения требуемой мощности трансформатора агрегата «ковш-печь» в зависимости от скорости нагрева и вместимости ковша.

Рисунок 1.4 – Зависимость активной мощности трансформатора агрегата ковш-печь от массы металла в ковше и скорости нагрева

Для ускорения физико-химических процессов, происходящих в ходе внепечной обработки, на практике наиболее широко используется продувка жидкой ванны аргоном. Практика последних десятилетий показывает, что вопрос рационального перемешивания металла в ковше при продувке аргоном является особенно актуальным при работе установок ковш-печь. Это объясняется тем фактом, что в ковшах, применяемых на установках ковш-печь, предусматривается, как правило, один-два (иногда три) продувочных узла, расположение которых регламентируется определенными технологическими соображениями.

Во-первых, продувочные узлы необходимо располагать таким образом, чтобы вдуваемый в металл аргон не попадал в зону работы электрической дуги.

Во-вторых, один из продувочных узлов должен располагаться в зоне подачи ферросплавов, что позволяет обеспечить высокую степень их усвоения.

В-третьих, продувочный узел не может располагаться в зоне падения струи металла во время наполнения ковша.

В-четвертых, продувочный узел не может располагаться вблизи стенки ковша, поскольку в этом случае будет происходить повышенный износ огнеупоров в области распространения восходящего потока.

В-пятых, в зависимости от конкретной технологической операции, выполняемой в агрегате ковш-печь, интенсивность продувки металла аргоном должна варьироваться в значительных пределах.

В целом вопросы организации рациональных режимов продувки металла аргоном требуют определенной оптимизации процессов перемешивания с целью наиболее полного использования энергии вдуваемого газа для конкретных условий обработки.

Последние два десятилетия практически обязательным функциональным элементом агрегатов ковш-печь стала операция ввода в расплав порошковой проволоки в стальной оболочке с помощью специальных трайб-аппаратов. Этот прием обеспечивает точное введение в расплав требуемых легирующих элементов. Изначально эта технология была разработана для ввода кальция, так как температура его кипения (1491°C) ниже температуры расплава. Обычно масса вводимого кальция не превышает 0,5 кг/т стали. При этом диаметр проволоки колеблется в пределах 9-16 мм и зависит от гибкости металлической оболочки. В целом же порошковую проволоку целесообразно применять для ввода добавок, которые имеют меньшую плотность, чем расплав, и могут всплывать на поверхность при другом способе подачи в расплав; имеют ограниченную растворимость; имеют высокий показатель давления пара; имеют высокое сродство к кислороду; требуют больших затрат и/или добавляются в небольших количествах; являются токсичными и т.п. Считается, что толщина оболочки и скорость введения проволоки должны обеспечивать ее проникновение вглубь металла на 1,5-2,0 м и более.

Широкие возможности современных способов внепечной обработки были достигнуты за счет инновационных процессов в создании огнеупорных и вспомогательных материалов, в частности, благодаря серьезному прогрессу в области производства огнеупоров повышенной стойкости (футеровка сталеразливочного ковша, продувочные пробки и т.п.). Это позволило снизить удельные затраты на огнеупоры для внепечной обработки с $ 10-15 до $ 1,2-1,5 на тонну стали.

Самостоятельную группу агрегатов ковш-печь представляют собой агрегаты, входящие в состав цехов со специализацией производства, то есть, выпуска качественной и высококачественной продукции. Обычно такие цехи ориентированы на производство кузнечных слитков большой массы, а также на непрерывнолитые заготовки специального назначения (например, для производства труб, железнодорожных колес и пр.). Как правило, в таком технологическом построении сталеплавильного цеха имеется, по меньшей мере, одна установка для вакуумной обработки стали. Особенностью работы ковш-печей в таком построении является увеличение длительности нахождения металла в ковше (до 2,5-3,0 ч и более), поскольку расширяется спектр операций по легированию, рафинированию и модифицированию металла. Кроме того, необходимо обеспечить перегрев стали перед вакуумированием.

Агрегаты ковш-печь сталеплавильных цехов крупных заводов тяжелого и энергетического машиностроения обладают дополнительными функциями: сбор металла из нескольких плавильных агрегатов в один ковш и накопление необходимого количества химически однородного металла для отливки крупных и сверхкрупных слитков (то есть, слитков, масса которых больше чем масса плавильного агрегата). Примером работы такого агрегата является ковш-печь ЗАО «Новокраматорский машиностроительный завод». Эта ковш-печь имеет три типоразмера ковша (30 т, 60 т, 90 т) и позволяет собирать металл из трех плавильных агрегатов. Следует отметить, что время пребывания металла в ковше при такой схеме работы ковш-печи составляет 120-360 минут, что существенно влияет на стойкость футеровки ковшей. Для производства слитков массой 150-200 т на Краматорском заводе «Энергомашспецсталь» применяется ковш-печь, позволяющая обрабатывать ковши вместимостью 60 т и 130 т (масса плавок в ДСП составляет 100 т, 50 т, 12 т). Дальнейшее развитие завода предполагает производство слитков массой до 400 тонн.

Чертеж установка печь-ковш (УПК)

ЧЕРТЕЖ №1 - УПК.
1. Установка печь-ковш 2. Аварийная фурма для продувки аргоном 3. Система труботечок 4. S - образный конвертер 5. Конвертер с добавками 6. Сталевозная тележка 8. Бункерная эстакада

Цена (формат pdf) - 70 грн; 200 руб; 3 долл;.
За отдельную плату возможно редактирование чертежа автором.
Сделать заказ

ЧЕРТЕЖ №2
Цена (формат pdf) - 70 грн; 200 руб; 3 долл;.

1 - Механизм подъема; 2 - Электрод; 3 - Электрододержатель; 4 - Свод; 5 - Ковш ;

За отдельную плату возможно редактирование чертежа автором.
Сделать заказ

ЧЕРТЕЖ №3 - Печь-ковш, вид сверху.
1 - Свод; 2 - Механизм подъема; 3 - Тележка; 4 - Пробка для подачи аргона .

Читайте также: