CC BY
29
ШГГгГ^ ГСЯГШТРГГШ
-2 04). 2005
/25
77/e technology of the steel refining by powder materials at the unit "bowl-furnace" is presented.
В. С. ПИШИКИН, А. В. КОВАЛЕВ, С. Е. ГРИНБЕРГ\ В. П. СТЕЦ, Ф. Г. ГАРЕЕВ, А. С. ЗАЗЯН, РУП«БМЗ»
ОСВОЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РАФИНИРОВАНИЯ СТАЛИ ПОРОШКООБРАЗНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ НА АГРЕГАТЕ «КОВШ-ПЕЧЬ»
УДК 669
Наиболее актуальными задачами, стоящими в настоящее время перед коллективом РУП «БМЗ», являются рост производительности при сокращении себестоимости продукции и расширение выпускаемого сортамента.
В условиях сталеплавильного производства рост производительности может быть обеспечен только путем комплексного ее увеличения на всех агрегатах цепочки технологической схемы:
ДСП->УВОС(ПК+1Ш)->МНЛЗ.
Увеличение производительности ДСП обеспечивалось в ходе реконструктивных мероприятий, проводимых в течение последних лет, путем повышения энергонасыщенности печей. Для соответствующего увеличения пропускной способности УПК необходимо сокращать время внепечной обработки при обеспечении требуемого качества обрабатываемого металла. Освоение новых марок стали в ряде случаев вызывает необходимость проведения глубокой десульфурации. Высокая степень десульфурации стали достигается повышением кратности рафинировочного шлака и оптимизацией его состава. Повышение кратности шлака в свою очередь требует увеличения расхода шлако-образующих материалов и электроэнергии, затрачиваемой на процесс шлакообразования (нагрев и плавление), и приводит к увеличению длительности внепечной обработки. Соответственно растут расходы по переделу и снижается производительность, поэтому обычная кратность рафинировочного шлака сталеплавильного производства РУП «БМЗ» не превышает 1,5—2,0%. Таким образом, решение проблемы требует оптимизации шлакового режима и применения специальных методов обработки, в частности инжекционной обработки жидкой стали порошкообразными материалами.
По данным авторов [1], гомогенный жидко-подвижный шлак и наиболее высокая степень
десульфурации получены при наведении шлака состава 62% СаО, 28% А1203, 3% 8Ю2, 5% СаР2, 2% М§0. При этом содержание кремнезема в шлаке следует регулировать в соответствии с соотношением
. %СаО + %СаР2
%Si02 < 2,85-
%А1203
(1)
Для повышения производительности установок внепечного рафинирования и обеспечения возможности проведения глубокой десульфурации в электросталеплавильных цехах РУП «БМЗ» агрегаты «ковш-печь» оборудованы установками фирмы «Уе1со», предназначенными для вдувания порошкообразных материалов под уровень металла. Вдувание осуществляется через расходуемую металлическую трубу, глубина погружения которой в металл по мере сгорания трубы поддерживается автоматически.
Установка обеспечивает расход вдуваемого материала до 70 кг/мин при рабочем давлении газа-носителя (аргон или азот) в пределах 2—3 бар. Зависимость расхода материала от рабочего давления газа-носителя показана на рис. 1.
60
X
S 5 50
^
га~
с га 40
s
£
га 5 30
g
X
га 20
CL
10
i I у = 77,438Ln(x) - 4,284* R2 = 0,9901
1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2
Рабочее давление, бар
Рис. 1. Зависимость расхода материала от рабочего давления
26
/яггттгп гг г^^ггтл/;гггггггг?
/ 2 04). 2005-
В соответствии с существующей в цехе технологией при выпуске стали из ДСП в ковш присаживают кусковую известь (3-4 кг/т) и плавиковый шпат (0,7—1 кг/т), а также чушковый алюминий в количестве, рассчитанном по замеру активности кислорода в металле перед выпуском прибором «Multi-Lab Celox» (до 2,5 кг/т). Образующийся первичный рафинировочный шлак обогащен продуктами раскисления, в первую очередь А1203 и Si02, а также оксидами, вносимыми с печным шлаком - MgO, FeO, МпО. Типичный состав шлака при обработке раскисленных алюминием плавок: 40-45% СаО, 15-25% А1203, 10-20% Si02, 5-10% CaF2, 510% MgO. Шлак такого состава имеет низкую температуру плавления и достаточную жидкопод-вижность, что способствует быстрому ошлаковы-ванию вводимой извести и началу процесса де-сульфурации во время интенсивной продувки аргоном. Однако ввиду малой кратности шлака (~1%) и низкого содержания в нем свободного СаО степень десульфурации на данном этапе обработки не превышает 20—30%.
В ходе дальнейшей обработки на агрегате «ковш-печь» по обычной схеме наводится высокоосновный шлак присадками кусковой извести и плавикового шпата общей массой до 500—800 кг на плавку. При обработке марок стали с содержанием серы <0,015% увеличивают расход извести или производится инжекционная обработка вдуванием порошкообразной металлургической смеси «Turbokalk» (92% СаО) на установке фирмы «Velco». Конечный рафинировочный шлак содержит 55— 60% СаО, 15-20% А12Оэ, 10-20% Si02, 5-10% MgO при основности В'=2,5—3,5.
Вследствие высокой основности снижаются гомогенность и жидкоподвижность шлака, что не позволяет достичь теоретически возможной степени десульфурации. Достигаемая общая степень десульфурации составляет в среднем 65% при работе на извести и 70% при замещении части извести вдуваемой металлургической смесью «Turbo-kalk». Применение на агрегате «ковш-печь» плавикового шпата в качестве разжижителя шлака, по мнению авторов [2], нецелесообразно по технологическим и экологическим причинам. Для достижения приведенного выше оптимального состава шлака необходимо увеличивать содержание в нем А1203 при максимально возможном снижении содержания Si02 и MgO.
Испытание рафинирующей шлаковой смеси для вдувания (ИРС-2) производства ОАО «НПП»Техмет»С проводили на агрегате «ковш-печь» ЭСПЦ-2 вдуванием в объем металла с помощью инжекционной установки фирмы «Velco».
Смесь ИРС-2 представляет собой плавленый шлак следующего химического состава, мас.%:
Особенностью данного материала являеш специально подобранный для обеспечения бещ ребойной подачи по системе пневмотранспо| гранулометрический состав с классом крупно® до 3 мм, в том числе менее 0,1 мм — не боя 15 мас.%, и низкая температура плавления, а ставляющая 1300—1350 °С.
При проведении опытных плавок с вдувание 1,8—2,5 кг/т ИРС-2 снижали расход присажива емой на агрегате «ковш-печь» кусковой известя присадку плавикового шпата не проводили. Прш анализе результатов эксперимента оценивали вли яние использования ИРС-2 на технологически параметры обработки стали.
На рис. 2 приведена зависимость степеш десульфурации стали (от выпуска до готово) стали) от продолжительности обработки стали Известно, что при серийной разливке стал! продолжительность обработки стали на агрегат «ковш-печь» в значительной мере определяете! темпом подачи плавок на МНЛЗ. При фактичес кой длительности обработки плавок (в средней 60—70 мин степень десульфурации стали рядовой сортамента составляет 65—70%.
85
S5 80 |75 £70
| 65 | 60
? 55 I 50
Ф
б 45 40
1 1 у - 0,3964х + 40,66 R2 = 0,5183
♦
♦
♦
♦ ___.
♦
20 30 40 50 60 70 Длительность обработки, мин
80
СаО А1203 MgO С Si02 K20+Na20 CaF2
53,0 15,0 3,8 0,3 14,0 7,0 7,0
Рис. 2. Зависимость степени десульфурации от длительности обработки
В значительной мере степень десульфурацш стали определяется количеством рафинировочноп шлака, включающего часть печного шлака, при садки шлакообразующих в процессе выпуска i присадки на агрегате «ковш-печь».
Установлено (рис. 3), что степень десульфура ции на уровне 65—70% обеспечивается при крат ности рафинировочного шлака 1,7—2,1%. Тако< количество шлака соответствует толщине его слоз в ковше порядка 115—145 мм, что обеспечиваег закрытие дуги на рабочих режимах (длина дуги -60-90 мм).
Степень десульфурации определяется такж начальным содержанием серы (по фактически данным содержание серы на выпуске составляег 0,035-0,060%) и десульфурирующей основное тью шлака (рис. 4), которая, согласно [2], рассчи тывается по формуле:
(%СаО) + 0,05(%MgQ) (%Si02) + 0,6(%Al203) ' (2
В'=
nr.гггг;гг глшмлтггта 197
-2 (M). 20051 Ы
90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40
♦
v = 1.2228х + 43.904
r 2 = 0,5483
»
♦
♦
0
5
25
30
10 15 20
Удельный расход шлака, кг/т
Рис. 3. Зависимость степени десульфурации от удельного расхода шлака
85 80 75 70 65 60 55 50 45 40
♦ ♦ ^^^
♦ ___<"
♦
♦
у = 38,948х-17,825 R2 = 0,4569 —
♦
1,8
2
2,4
2,6
2,2
Основность
Рис. 4. Зависимость степени десульфурации от основности шлака
Приведенные выше данные (рис. 2—4), подтвержденные на большом массиве плавок, можно использовать для прогноза достигаемой при заданной технологии степени десульфурации стали или корректировать параметры технологического процесса внепечной обработки по заданной степени десульфурации.
Замерами температуры стали перед и после вдувания материала установлено, что среднее снижение температуры плавки при среднем расходе ИРС-2 в 1,88 кг/т составляет 7 °С. Расчетное снижение температуры стали при расплавлении ИРС-2 (удельный расход 1,9 кг/т) и нагрева его до температуры 1600 °С составило 4 °С. Разница между расчетным значением температуры и фактическим замером, по нашему мнению, определяется затратами тепла на нагрев газа-носителя и потерями тепла излучением и конвекцией в процессе вдувания.
Визуальной оценкой состояния шлакового покрова после обработки стали на агрегате «ковш-
печь» установлено, что при существующей технологии (наводка рафинировочного шлака известью и плавиковым шпатом) после прекращения нагрева вязкость шлака быстро увеличивается и естественно массообмен между ним и металлом замедляется.
При использовании ИРС-2 шлак остается жидкоподвижным и после прекращения нагрева, что подтверждается продолжением процесса десульфурации на опытных плавках в течение вакуумирования и разливки стали. В процессе вакуумирования на RH между шлаком и металлом происходит интенсивный массообмен, что способствует более глубокой десульфурации.
Использование ИРС-2 способствует раннему формированию рафинировочного шлака, а наличие в ее составе оксидов алюминия и щелочных металлов вызывает разжижение шлака и ускоряет растворение извести. Наиболее высокая степень десульфурации достигается на плавках с ранним шлакообразованием, обеспечиваемом совместной отдачей извести и ИРС-2 сразу по прибытии плавки на «ковш-печь».
Вследствие ускорения процесса шлакообразования увеличивается скорость десульфурации стали (на опытных плавках от 2,4 до 3,3 ррт/мин). Это позволяет сократить продолжительность обработки стали на агрегате «ковш-печь» или достигать глубокой десульфурации стали без увеличения длительности обработки.
За счет сокращения длительности обработки и снижения затрат энергии на растворение извести экономия электрической энергии составила 6,8 кВт • ч/т стали. Следует отметить, что расход электрической энергии, помимо указанных выше причин, определяется и организационными причинами (темп подачи плавок на MHJI3 при серийной разливке). В случае использования ИРС-2 имеется резерв времени, позволяющий уменьшить негативное влияние организационных причин на десульфурацию стали.
Литература
1. Creenbarg L.A., Lеап А.//Steelmaking Conf. Ргос. ISS-AIME. 1980. Vol. 63. P. 201-208.
2. Дюдкин Д.А., Бать С.Ю., Гринберг С.Е., Маринцев С.Н. Производство стали на агрегате «ковш-печь». Донецк: ООО «Юго-Восток, Лтд», 2003.
3. Григорян В.А., Стомахин А .Я., Пономарей ко А. Г. и др. Физико-химические расчеты электросталеплавильных процессов. М.: Металлургия, 1989.
