Окисленность шлака современной дуговой сталеплавильной электропечи Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 669.187.25

ОКИСЛЕННОСТЬ ШЛАКА СОВРЕМЕННОЙ ДУГОВОЙ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ

В.А. Бигеев, А.Е. Малофеев, A.B. Пантелеев,

А.Н. Федянин, A.B. Брусникова

SLAG OXIDATION IN MODERN ELECTRIC ARC FURNACE

V.A. Bigeev, A.E. Malofeev, A. V. Panteleev, A.N. Fedyanin, A.V. Brusnikova

В электросталеплавильном цехе ОАО «ММК» продолжается освоение технологии выплавки стали в мощных дуговых электропечах ДСП-180, пущенных в эксплуатацию в 2006 г. Для установления зависимости содержания оксидов железа FeO и Fe203 шлака от его общей окисленности были проведены промышленные исследования. Это позволило описать зависимость отношения Fe0/Fe203 от общей окисленности шлака. Выявлено отсутствие зависимости общей окисленности шлака от расхода вдуваемого углерода для вспенивания шлака. Анализ отходящих газов в тот же период плавки показал резкий скачок содержания оксидов углерода (особенно СО) и увеличение его температуры. Низкое усвоение вдуваемого углерода расплавом приводит к тому, что значительная его часть окисляется в газовой фазе.

Ключевые слова: ДСП, шлак, окисленность, вспенивание, углерод.

Technology of smelting steel in big electric arc furnaces EAF-180 started up in 2006 is continuously developing at electric steel manufactory in the Magnitogorsk Iron and Steel Works. Industrial experiments were carried out to establish the dependence of iron oxides FeO and Fe203 content in the slag upon its overall oxidation. This allowed to describe the dependence of Fe0/Fe203 ratio on overall stag oxidation. No correlation was found of overall slag oxidation with the consumption of carbon injected for slag foaming. Fume analysis in the same period of melting displayed a sharp jump of carbon oxide content (especially CO) and an increase of temperature. Low recovery of injected carbon by the melt causes much of it to oxidize in the gas phase.

Keywords: EAF, slag, oxidation, foaming, carbon.

В ОАО «ММК» продолжается освоение технологии выплавки стали в мощных дуговых электропечах ДСП-180, пущенных в эксплуатацию в 2006 г.

ДСП-180 - это современная печь, способная отвечать повышенным технологическим требованиям и имеющая большой энергетический потенциал. Тепловая работа ДСП может управляться как в ручном, так и в автоматическом режиме. В ручном режиме печь имеет две программы работы горелок ЯСВ, при автоматическом режиме - пять профилей работы (программ АСУТП).

Технология предусматривает трехвариантную шихтовку плавок: использование 100 % металлического лома (профиль 2); 75 % металлического лома и 25 % жидкого чугуна (профиль 3); 60 % металлического лома и 40 % жидкого чугуна (профиль 4). Однако на практике используются первые два варианта шихтовки.

Проведённый сравнительный анализ тепловой работы современных дуговых сталеплавильных печей с тепловой работой печей «классического» типа показал, что произошло принципиальное изменение процесса электроплавки. Современная

ДСП-180 представляет собой гибридный высокоскоростной агрегат с высокой долей альтернативной энергии. Расчётные и практические данные показывают, что доля тепла, вносимого в процесс электрической дугой, снизилась с 80 % почти до 50 % с возможностью уменьшения цикла плавки до 40 минут. Изменению приоритетов в приходной части теплового баланса плавки поспособствовало применение жидкого чугуна и высокоразвитая альтернативная энергетика.

В реальных сталеплавильных процессах вспененный шлак - это результат противопоставления двух тенденций. С одной стороны, увеличение суммарного содержания оксидов железа влечет за собой повышенное выделение оксида углерода, необходимого для вспенивания шлака, а, с другой стороны, увеличение окисленности шлака уменьшает его вязкость и, как следствие, ухудшается устойчивость пены. Уменьшается степень передачи энергии расплаву, увеличивается расход электроэнергии и длительность плавки.

Возникла необходимость изучения в промышленных условиях поведения оксидов железа (БеО) и (Ре203), оценка потерь железа с его оксидами в

шлаке, получения новых знаний о влиянии общей окисленности шлака ДСП на расход электроэнергии, о составе и температуре отходящих газов.

Проведенные промышленные исследования позволили получить зависимости содержания оксидов железа шлака от его общей окисленности, представленные на рис. 1.

Видно, что с увеличением окисленности шлака (БеО) увеличивается по убывающей функции, а (Ре203) по возрастающей, особенно в зоне рабочих интервалов 45-51 % (Р’еО + Ре203).

Используя полученные уравнения зависимости оксидов железа от общей окисленности шлака, появилась возможность описать зависимость отношения (РеО)/(Ре2Оэ) от общей окисленности шлака (рис. 2).

Из рис. 2 видно, что при увеличении общей окисленности шлака более 40 %, где и находится рабочая область ДСП-180, наблюдается резкий рост доли высшего оксида железа (Ре203). На

практике, наряду с ростом потерь железа, это сопровождается затруднением вспенивания шлака. Визуально шлак становится как «вода», теряя оптимальную вязкость, особенно при окисленности более 50 %.

Появилась возможность оценить потери железа с его оксидами в зависимости от общей окисленности шлака в современном электросталеплавильном процессе (рис. 3).

В ДСП предусмотрены инжекторы для вспенивания шлака и восстановления оксидов железа. Вдувают 5-6 кг/т углеродсодержащего материала в струе воздуха, однако эффективность вспенивания (взаимодействия этого материала с оксидами железа) неудовлетворительна. На это указывает отсутствие зависимости общей окисленности шлака от расхода вдуваемого углерода. Анализ отходящих газов в тот же период плавки показал резкий скачок содержания оксидов углерода (особенно СО) и увеличение температуры (рис. 4, 5).

45

40

35

30

Ё

,§> 25

♦ Ж

у = -0,006 6х2 + 1,215х - 7,5 Я2 = 0,6473 (978 ♦ ♦ ♦ ► А —

■ ► 1 ♦

♦ ♦ ♦

♦ А

у = 0,0066х2 - 0, !15х +7,9978 А А А

А А ± А Ж к ЪА А А

А ** 4ГА А*” к А ф А А

20

15

10

5

27

32

37

42

47

(РеО+РегОз),%

Рис. 1. Зависимость содержания оксидов железа от общей окисленности шлака ДСП:

Ф-(РеО); А - (Ре203)

Рис. 2. Зависимость отношения оксидов железа (РеО)/(Ре2Оз) от общей окисленности шлака ДСП

22

О

О

5;

О

о

27

32

37

42

47

52 (РеО+Ре2Оз),%

Рис. 3. Зависимость потерь железа с его оксидами в шлаке от общей окисленности шлака современной ДСП

Время от начала плавки, мин Рис. 4. Состав отходящих газов по ходу плавки № 450818:

■*— С02

О

го"

со

го

го

о.

ф

0)

I-

1500

1450

1400

1350

1300

1250

1200

1150

1100

0

15

40

20 25 30 35

Время от начала плавки, мин Рис. 5. Изменение температуры отходящего газа по ходу плавки № 450818

45

Низкое усвоение вдуваемого углерода шлаком приводит к тому, что значительная его часть окисляется в газовой фазе. Окисление углерода и дожигание его монооксида происходит за счёт несвязанного кислорода в атмосфере печи.

Фактически в газоходе-охладителе газоочист-

ки вместо охлаждения продолжаются экзотермические реакции окисления углерода и дожигания его монооксида. В итоге, к блокам рукавных фильтров подходит газ с температурой 180 °С и выше, что значительно больше допустимого, фильтры выходят из строя. Полученные результа-

н

г

со

п_

ф

X

о

о.

\—

ф

с;

о

о

X

о

<0

0_

350

325

300

275

250

225

200

у = 2,2( ¡62х + 182,56 ♦♦

Р? = 0,1754 ♦ А ф

^Ф" ♦ Ф

' ♦ Ф

ф |

Ф ♦

25

30

35

40

45

50 (РеОРе2С)з),%

Рис. 6. Зависимость удельного расхода электроэнергии от общей окисленности шлака

ты послужили поводом для усовершенствования конструкции фурм для вдувания углеродсодержащего материала ООО «ЭТАЛОН».

В промышленных условиях трудно было оценить вспенивание шлака по существующему показателю с оптическим методом оценки. Однако отмечен резкий рост расхода электроэнергии с ростом окисленности шлака. Это прямо указывает на недостаточное вспенивание. Стремление уложиться в регламентированный цикл плавки в ДСП приводит к низкому коэффициенту полезного действия электроэнергии, перегреву водоохлаждаемых панелей.

Установлено, что при окисленности шлака более 40 % (особенно более 50 %), затруднена кам-

пания по его вспениванию. Это приводит к увеличенному расходу электроэнергии (рис. 6).

Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что в современной технологии электродуговой плавки рабочая область общей окисленности шлака не соответствует рациональной. Для снижения расхода электроэнергии требуется удерживать общую окисленность шлака не более 40%, а содержание (Ре203) не более 10%. Отмечено, что основность шлака в экспериментальных пробах составляла 1,8-2,0, что по литературным данным соответствует рекомендуемой для его хорошего вспенивания.

Поступила в редакцию 20 июля 2010 г.