CC BY
191
МЕТАЛЛУРГИЯ СТАЛИ
УДК 669.184
Шешуков О.Ю., Некрасов И.В., Метелкин А.А., Егиазарьян Д.К., Кудинов Д.З., Сапожникова Т.В.
ПОДГОТОВЛЕННЫЕ СИДЕРИТЫ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В КОНВЕРТЕРНОМ ПРОЦЕССЕ
Аннтотация Рассмотрен процесс переработки низкокремнистого металла в конверторе без использования традиционного охладителя - лома. В качестве охладителя предлагается использовать сидериты, в т. ч. как источник оксида магния. Рассмотрена также возможность использования сидеритов в современной электроплавке. Ключевые слова: конвертерная плавка, электропечь, оксид магния, охладитель.
В настоящее время из-за резкого роста электросталеплавильных мощностей наблюдается дефицит стального лома, повышение его стоимости. Зачастую стоимость собственного жидкого чугуна оказывается ниже стоимости покупного лома. Скорее всего, ситуация на рынке лома в дальнейшем будет только ухудшаться [1]. Снижается и качество лома как ме-таллошихты - повышается его замусоренность и за-ржавленность до значений, при которых уже можно использовать понятие «степени металлизации лома».
Дефицит лома и снижение его качества влияет не только на электросталеплавильные предприятия, но также сказывается и на показателях конвертерных производств, поскольку лом в количестве до 20% от веса металлошихты является необходимым технологическим материалом - охладителем плавки. Отстут-стиве лома приводит к перегреву плавки, ее переокислению, снижению стойкости футеровки, перерасходу шлакообразующих и т.п. Известно предложение [2] по использованию необожженной сидеритовой руды в качестве охладителя конвертерной ванны. Однако применение необожженной руды резко ухудшает тепловой баланс конвертерной плавки и не использует полностью потенциал сидеритов - не позволяет вносить в шлак до 8-9% MgO (это количество MgO резко снижает агрессивность шлака к футеровке). Кроме того, из-за роста доли чугуна в шихте должен снизиться выход годного.
По-видимому, необходимо изучить возможность использования в конвертерной плавке специально подготовленных сидеритов. Подготовленные сидериты должны обеспечивать возможность внесения 8-9% MgO в шлак при снижении количества лома-охладителя и повышении выхода годного. Очевидно, технология подготовки сидеритов должна включать обжиг и удаление кремнезема. Технология декарбо-низирующего обжига внедрена на БРУ более 30 лет назад. Технология предусматривает обжиг сырого сидерита крупностью 10-60 мм при температуре порядка 900°С. Создание окислительных условий при обжиге также позволяет провести удаление серы. Технология обогащения обожженного концентрата
путем удаления SЮ2 разработана институтом «Урал-механобр» примерно в это же время. Технология позволяет снизить содержание SiO2 до 3-5% сухой магнитной сепарацией концентрата крупностью 0-6 мм при степени извлечения железа 96%. Мокрая магнитная сепарация концентрата измельченного до крупности - 50 мкм позволяет снизить содержание SiO2 до 0,5%.
Варианты химического состава подготовленных таким образом сидеритов представлены в таблице (1 -сидерит, обожженный с удалением кремнезема до 1% и серы до 0,1%; 2 - сидерит, обожженный с удалением кремнезема до 4% и серы до 0,1%; 3 - сидерит, обожженный с удалением серы до 0,1%; 4 - сидерит, обожженный без удаления серы; 5 - сырой сидерит). Также в таблице представлен состав доломита, использованный в расчетах для сравнения.
Химический состав доломита и обогащенных сидеритов (1-5)
Составляющие Химический состав шлакообразующего материала, %
Доломит 1 2 3 4 5
FeOx - 71,2 69,1 62,7 62,5 39,5
CaO 33,0 4,8 4,7 4,2 4,2 2,7
MgO 16,0 17,1 16,5 15,0 15,0 9,5
SiO2 3,0 1,0 4,0 12,8 12,8 8,1
AI2O3 - 3,3 3,2 2,9 2,9 1,8
MnO - 2,5 2,4 2,2 2,2 1,4
P2O5 - 0,1 0,1 0,0 0,0 0,0
FeS - 0,2 0,2 0,2 0,8 0,6
П.п.п. 44 - - - - 33,9
Н2ОФ - - - - - 2,9
В ОАО «ЕВРАЗ НТМК» перерабатывается углеродистый полупродукт, не содержащий кремния. Поэтому в плавке для наведения жидкоподвижного шлака используется кремнийсодержащий флюс ОКД. Расчеты показывают, что добавки сидеритов могут внести в плавку необходимое количество кремнезема. Расчеты конвертерного процесса проводились для 160-тонного конвертера по методике в работе [3]. Принималось, что расход извести постоянный -3200 кг на плавку, а основность шлака составляет 3,1 ед. Расход доломита и сырого сидерита (вариант
МЕТАЛЛУРГИЯ СТАЛИ
5) устанавливался на уровне, при котором потребность в ломе исчезает. Расход же подготовленных сидеритов, обладающих существенно меньшим охлаждающим эффектом, ограничивался уровнем, обеспечивающим содержание в шлаке 8% MgO - который стараются выдерживать на практике по ходе продувки. Результаты представлены на рис. 1-4.
5 4
1
I
флюсов Дол°мит сидерит! сидерит2 сидерит* сидерит^ сидерит^
Рис. 1. Зависимость массы лома от вида магнезиального
флюса
флюсов
доломит сидерит! сидерит2 сидеритЗ сидерит4 сидерит1;
Рис. 2. Выход стального полупродукта из металлошихты в зависимости от вида магнезиального флюса, % 1600
в два раза, т.е. как раз до уровня, который близок к количеству образующегося на предприятиях оборотного лома - высококачественного лома, снабжение которым всегда стабильно.
Выход годного немного снижается при использовании доломита по сравнению с базовым вариантом (см. рис. 2) - растёт масса шлака, а значит, и количество корольков оксидов железа в шлаке. При использовании максимально обогащенных сидеритов выход годного повышается - меньше окисляется железа ме-таллошихты. При использовании плохо подготовленных сидеритов выход стали снижается из-за повышения кратности шлака. Расход кремнеземсодержащего ОКД на плавку (см. рис.3) уменьшается и приближается к 100 кг при использовании сидеритов без удаления SiO2. Это позволяет сделать вывод, что удалять кремнезем из сидеритов не нужно.
Использование сидеритов в качестве охладителя конвертерной ванны не приводит к резкому повышению содержания серы в металле (см. рис. 4). При расчетах коэффициент распределения принимался равным 5. При этом содержание серы в металле на по-валке при хорошо подготовленных флюсах колеблется около 0,017%, что связано с изменением расчетной массы шлака при постоянстве коэффициента распределения.
0,025
0,020
5Е
а.
I 0,005
1400 * 1200 г юоо
Л зоо сС
I
™ 400
без флюсов
1
доломит сидерит! сидернт2 сидерит? сидернт4 сидерит^
Рис. 3. Расход ОКД на плавку в зависимости от вида магнезиального флюса
Ввод сидерита приводит к снижению доли лома в шихте, причем ввод сырого сидерита возможен только до получения в шлаке 7,9% оксида магния, при этом расход лома равен нулю (см. рис. 1). Высокообо-гащенный сидерит снижает потребность в ломе почти
Таким образом, можно сделать вывод, что обо-гащённый по варианту 4 сидерит (обжиг) наиболее пригоден для использования в качестве охладителя конвертерной ванны при переработке безкремнистого полупродукта, поскольку позволяет улучшить показатели конвертерной плавки и не требует сложного обогащения. При этом потребность конвертерного производства в ломе снижается до значений, которые соответствуют образованию собственного оборотного лома. Данный лом характеризуется высоким качеством, проблем с его снабжением не возникает. Одновременно повышается выход годного.
Дефицит лома сказывается также на электросталеплавильных производствах. В результате в последнее время были разработаны специальные технологии
0,000
без
флюсов Дол°мит сидерит 1 сидерит2 сидерит} сидерит4 сидерит?
Рис. 4. Содержание серы в металле на повалке конвертера в зависимости от вида магнезиального флюса, %
Раздел 3
переработки повышенного количества жидкого чугуна (до 80%) в шихте [4], что чрезвычайно неудобно и даже опасно с точки зрения техники безопасности. В связи с этим интересно оценить возможности сидеритов в современной электроплавке.
Одно из основных отличий электроплавки от конвертерной заключается в том, что тепла экзотермических реакций недостаточно для осуществления электросталеплавильного процесса. Дефицит теплового баланса электроплавки покрывается за счет ввода электроэнергии. Соответственно, применение сидеритов (охладителя) в электроплавке приведет к повышению расхода электроэнергии и затягиванию процесса. Однако, вероятно, есть какие-то рациональные параметры технологии использования сидеритов в электроплавке, например при насыщении электропечного шлака оксидом магния.
Были проведены расчеты электросталеплавильного процесса для 180-тонной ДСП с трансформатором 150 МВА по методике [5]. Расчет проводился из условия, что введение магнезиального шлакообра-зующего должно приводить к повышению содержания в шлаке оксида магния до 8%. Результаты расчетов представлены на рис. 5-9. В качестве сравнительных также рассчитывались варианты плавки без использования магнезиальных флюсов, а также с применением доломита. Основность шлака принималась равной 2 ед. Средняя мощность в период расплавления принималась равной 135 МВА; в период окисления 105 МВА; коэффициент мощности 0,81 и 0,8; электрический КПД - 0,94 и 0,95. Составы магнезиальных шлакообразующих принимались по данным таблицы.
Использование низкообогащенных сидеритов приводит к повышению расхода электроэнергии и извести (см. рис. 5, 6). Снижается выход годного из-за роста количества корольков металла в шлаке (см. рис.7). Из-за роста массы образующегося шлака и повышенного прихода оксидов железа (восстанавливаемых углеродом с поглощением тепла) при использовании сидеритов возрастает длительность расплавления и общее время плавки (см. рис.8). При этом продолжительность плавки «от выпуска до выпуска» в случае использования высокообогащенного сидерита 1 меньше 60 мин, что лучше совмещается с циклом работы МНЛЗ, чем в случае плохо подготовленных сидеритов.
Было спрогнозировано количество растворяемых шлаком огнеупоров и торкрет-масс (см. рис.9) - по данным о массе шлака, предела его насыщения по MgO [6-8]. Из этих данных следует, что даже при вводе одинакового количества оксида магния (8%) рост массы шлака при использовании бедных по содержанию MgO флюсов приводит к повышению интенсивности износа футеровки. Поэтому рациональнее использовать высокомагнезиальные флюсы либо доломит, заменяющий также часть извести.
5 ^400
1
флюсов
доломит сидерит! сидерит? сндернгЗ сндернт4 сидерит^
Рис. 5. Удельный расход электроэнергии в зависимости от вида магнезиального флюса
флюсов Аоломит сидерит1 сидерит2 сидерит? сидерит4 сндернтй
Рис. 6. Удельный расход извести в зависимости
от вида магнезиального флюса
93,0
90,5
I
I
I
I
!
флюсов
доломит сидерит! сидерит 2 сидерит3 сидерит4 сидерит5
Рис. 7. Выход годного в зависимости от вида магнезиального флюса
I
I
I
флюсов
доломит сидерит! сидерит2 сидерит 3 сидерит4 сидеритБ
Рис. 8. Длительность плавки в зависимости от вида магнезиального флюса
МЕТАЛЛУРГИЯ СТАЛИ
флюсов Доломит сидерит 1 сидерит 2 сидерит} сидерит 4 сидерит!;
Рис. 9. Удельный расход огнеупоров и торкрет-масс в зависимости от вида магнезиального флюса
Использование сидеритов приводит к небольшому повышению содержания серы в металле, как и в случае конвертерного процесса (см. рис. 4).
Таким образом, есть техническая возможность переработки в ДСП обожженных сидеритов со сниженным до уровня 1% содержанием кремнезема (обусловлено длительностью плавки). Увеличение продолжительности плавки при использовании остальных видов сидеритов, скорее всего, вызовет затруднения при организации непрерывной разливки.
Показатели процесса при использовании всех видов сидеритов хуже, чем при использовании доломита. Заметного повышения выхода годного за счет восстановления оксидов железа вдуваемым углеродом, скорее всего, не следует ожидать, так как шлак непрерывно скачивается из печи. Обессеривать сидериты при их подготовке нецелесообразно.
Список литературы
1. Некрасов В.М. Ситуация на Российском рынке вторичных черных металлов, роль и задачи саморегулируемой организации в сфере деятельности по заготовке, переработке и реализации лома черных и цветных металлов // Труды XI Конгресса сталеплавильщиков. М.: Металлургия, 2011. С. 90-95.
2. Бигеев В.А., Колесников Ю.А. Прогнозирование технологических параметров выплавки стали в конвертере с использованием сидерита // Теория и технология металлургического производства: межрегион. сб. науч. тр. / под ред. В.М. Колоколь-цева. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2011. Вып. 11. С. 30-36.
3. Братчиков С.Г. Расчет материального и теплового балансов кислородно-конвертерной процесса с верхней подачей кислорода: метод. указ. Свердловск: УПИ, 1989. 32 с.
4. Пат. 2437941 РФ, МПК С21С5/52. Получение стали в электрических печах / Алексеев Л.В., Снегирев В.Ю., Валиахметов А.Х. и др.; заявитель и патентообладатель ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» ^и). 2010123256/02; заявл. 07.06.2010; опубл. 27.12.2011, Бюл. № 36. 6 с.
5. Луценко В.Т., Павлов В.А., Докшицкая А.И. Дуговая сталеплавильная печь. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. 41 с.
6. Новиков В.К., Невидимов В.Н. Полимерная природа расплавленных шлаков. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2006. 62 с.
7. Методика оценки вязкости промышленных шлаков / Некрасов И.В., Шешуков О.Ю., Неведимов В.Н., Истомин С.А. // Изв. вузов. Черная металлургия. 2012. № 4. С. 21-24.
8. Техногенные материалы - сырье для производства шлакооб-разующих / Шешуков О.Ю., Гуляков В.С., Некрасов И.В., Шаманов А.Н., Вусихис А.С., Кудинов Д.З. // Экология и промышленность России. 2012. № 12. С.51-53.
Сведения об авторах
Шешуков Олег Юрьевич - д-р техн. наук, зав. лабораторией пирометаллургии черных металлов ИМЕТ УрО РАН. Тел.: (343) 2679715. E-mail: ferrol960@mail.ru
Некрасов Илья Владимирович - канд. техн. наук, ст. науч. сотр. лаборатории пирометаллургии черных металлов ИМЕТ УрО РАН. Тел.: (343) 2329019. E-mail: ivn84@bk.ru
Метелкин Анатолий Алексеевич - ассистент каф. металлургии железа и сплавов Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина (филиал - Нижнетагильский технологический институт). Тел.: (343) 2679715. E-mail: anatoliy82@list.ru
Егиазарьян Денис Константинович - инженер-исследователь лаборатории пирометаллургии черных металлов ИМЕТ УрО РАН. Тел.: (343) 2329019. E-mail: avari@mail.ru
Кудинов Дмитрий Захарович - канд. техн. наук, ст. науч. сотр. лаборатории пирометаллургии черных металлов ИМЕТ УрО РАН. Тел.: (343) 2329030. E-mail: d.kudinov@mail.ru
Сапожникова Татьяна Всеволодовна - канд. геол.-минер. наук, ст. науч. сотр. лаборатории пирометаллургии черных металлов ИМЕТ УрО РАН. Тел.: (343) 2329065. E-mail: ferro1960@mail.ru
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
PROCESSED SIDERITES AND THEIR USE IN STEELMAKING PROCESS
Sheshukov Oleg Jurevich - D. Sc. (Eng.), Professor, Manager of Laboratory of ferrous metals, IMET UB RAS. Phone: (343) 2679715. E-mail: ferro1960@mail.ru
Nekrasov Ilya Vladimirovich - Ph. D. (Eng.), Scientific employee of Laboratory of ferrous metals, IMET UB RAS. Phone: (343) 2329019. E-mail: ivn84@bk.ru
Metelkin Anatoly Alekseevich - Assistant, Ural Federal University named after the first President of Russia B.N.Yeltsin (branch - Technology Institute of Nizhniy Tagil). Phone: (343) 2679715. E-mail: anatoliy82@list.ru
Раздел 3
Egiazarjan Denis Konstantinovich - Engineer-researcher of Laboratory of ferrous metals, IMET UB RAS. Phone: (343) 2329019. E-mail: avari@mail.ru
Kudinov Dmitry Zaharovich - Ph. D. (Eng.), Scientific employee of Laboratory of ferrous metals, IMET UB RAS. Phone: (343) 2329030. E-mail: d.kudinov@mail.ru
Sapozhnikova Tatyana Vsevolodovna - Ph. D., Scientific employee of Laboratory of ferrous metals, IMET UB RAS. Phone: (343) 2329065. E-mail: ferro1960@mail.ru
Abstract. Processing of low-siliceous metal in the converter without use of a traditional cooler (scrap) is considered. As a cooler it is offered to use siderites, and as a source magnesium oxide. The opportunity of use of siderites in modern EAF-process is considered.
Keywords: converter smelting, EAF, magnesium oxide, cooler.
References
1. Nekrasov V.M. Russian market of secondary ferrou metals situation, role and problems of the self-adjustable organization in a field of activity on preparation, processing and realization of a scrap. TrudiXI Kongressa staleplavilshikov. 2011, pp. 90-95.
2. Bigeev V.A., Kolesnikov J.U. A.forecasting of technological parameters of melt of steel in the converter with use of siderite. Teoria I tehnologia metallurgicheskogo proizvodstva. 2011, vol. 11, pp. 30-36.
3. Bratchikov S.G. Calculation of material and thermal balances of converter process with the top submission of oxygen. Sverdlovsk, 1989. 32 p.
4. Alekseev L.V., Snegiryov B.W., Valiahmetov A.H., etc. Steel smelting in electric furnaces. Patent RF, no. 2437941, 2011.
5. Lutsenko V.T., Pavlov V.A., Dokshitskaya A.I. Arc steel-smelting furnace. Yekaterinburg, 2005. 41 p.
6. Novikov V.K., Nevidimov V.N. Polymeric structure of the fused slags. Yekaterinburg, 2006. 62 p.
7. Nekrasov I.V., Sheshukov O.J., Nevedimov V.N., Istomin S.A. Estimation technique of viscosity of industrial slags. Izvestiya vuzov. Chernaya metallurgia. 2012, no. 4, pp. 21-24.
8. Sheshukov O.J., Guljakov V.S., Nekrasov I.V., Shamanov A.H., Vusihis A.S., Kudinov D.Z. Technogenic materials - material for slag-forming.
Ecologia I promyshlennost' Rossii [Ecology and the industry of Russia]. 2012, no. 12, pp.51-53.
♦ ♦ ♦
УДК 669.18.046.585.7:669.15-194.2
Столяров А.М., Мошкунов В.В., Валова Е.Ю.
ШЛАКОВЫЙ РЕЖИМ КОВШЕВОЙ ОБРАБОТКИ КИСЛОРОДНО-КОНВЕРТЕРНОЙ ВСТАЛИ
Аннтотация В статье рассмотрено изменение основности и окисленности шлака, коэффициентов распределения серы и фосфора в процессе ковшевой обработки Ш-стали. Установлены зависимости между окисленностью металла, коэффициентами распределения серы, фосфора и окисленностью шлака. Сделана рекомендация по улучшению шлакового режима ковшевой обработки Ш-стали.
Ключевые слова: Ш-сталь, ковшевая обработка, шлаковый режим, параметры.
Известно [1-3], что сверхнизкоуглеродистую Ш-сталь с содержанием углерода не более 0,007% в условиях кислородно-конвертерного цеха можно получить только при использовании вакуумной обработки металла. Вакуумирование является ключевым, но не единственным звеном ковшевой обработки. Обязательными составляющими технологии также являются обработка металла в процессе его выпуска из конвертера и на агрегате «печь-ковш». Для получения минимального содержания вредных примесей большое значение имеет шлаковый режим ковшевой обработки ^-стали.
С целью изучения основных параметров шлакового режима был исследован массив, состоящий из 21 плавки стали марки 006/ТР. На каждой плавке отбирались пробы металла и шлака:
- перед выпуском металла из конвертера;
- перед началом вакуумной обработки металла;
- после вакуумной обработки металла.
Основными характеристиками шлака являются
его основность и окислительная способность или окисленность шлака. На рис. 1 показано изменение основности и окисленности шлака в процессе производства Ш-стали.
Из представленных данных видно, что основность шлака в процессе ковшевой обработки имеет достаточно высокие значения и в среднем составляет около 5. При этом удается получать активный жидко-подвижный шлак вследствие повышения его температуры на агрегате «печь-ковш» на стадиях предварительной подготовки к вакуумированию и после вакуумной обработки.
