CC BY
122
УДК 621.745.45
Манашев И.Р., Степанова А. А.
ПРАКТИКА ПРИМЕНЕНИЯ МАГНЕЗИАЛЬНЫХ ФЛЮСОВ В КИСЛОРОДНО-КОНВЕРТЕРНОМ ПРОЦЕССЕ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ РОССИИ
Аннотация. В работе рассматриваются магнезиальные флюсы, а так же технологии их применения для повышения стойкости футеровки агрегатов в кислородно-конвертерном производстве.
Ключевые слова: магнезиальные флюсы, кислородный конвертер, сталь, футеровка.
Выплавка конвертерной стали в России производится на 6 предприятиях в 8 цехах, работает 24 конвертера (табл. 1).
Таблица 1
Предприятия с конвертерным способом производства стали в России [1_
Предприятие Производство стали, млн/т Вместимость, т Колво, шт.
ОАО «НЛМК», г. Липецк 9,74 3,75 160 3
5,99 300 3
ОАО «СеверСталь», г. Череповец 9,55 350 3
ПАО «ММК», г. Магнитогорск 9,56 370 3
ОАО «ЗСМК», г. Новокузнецк 6,61 2,48 160 3
4,13 350 2
ОАО «ЧМК», г. Челябинск 3,47 160 3
ОАО «НТМК», г. Нижний Тагил 4,25 160 4
Строительство конвертерных цехов пришлось на 60-80 гг. прошлого века, а это значит, устройство агрегатов и цехов соответствовало требованиям того времени.
С увеличением выплавки стали, в мире, доля стали выплавляемой конвертерным способом за последние 15 лет увеличилась с 57,6 до 70,8 %. В России прирост производства стали, выплавляемым конвертерным способом за данный период составил 85,2 %. В этот период были введены всего два конвертера: - это в 1999 г. на ММК ив 2011 г. на НЛМК. Рост производства произошел за счет улучшения использования существующих производственных мощностей.
В начале 2000-х годов с выходом из кризиса отечественном металлургии возникла необходимость в увеличении межремонтного периода конвертеров с ростом их производительности. Лимитирующим фактором, обеспечивающим призводительность
© Манашев И.Р., Степанова А.А., 2017
конвертера, является стойкость футеровки, которая составляла на тот период не более 2000 плавок. В связи с чем важнейшей стратегией развития конвертерного производства было и остается достижение высокой стойкости футеровки агрегата, что ведет к снижению удельных затрат и повышает производительность [2].
С целью повышения межремонтного периода конвертеров все предприятия используют ремонты футеровки в течение кампании. Совершенствование условий эксплуатации конверторов и методов ухода за футеровкой в определенных условиях оказываются более эффективными, чем использование дорогостоящих огнеупорных изделий в футеровке.
Как показала практика эксплуатации футеровок конвертеров, наиболее эффективным методом ухода за футеровкой является выплавка металла с использованием магнезиальных шлакообразующих материалов (флюсов) [3].
В конвертерных цехах отечественных комбинатов в качестве магнезиальных флюсов в основном применяли обожжённый доломит. Использование обожжённого доломита имеет ряд существенных недостатков: ухудшение процессов шлакообразования плавки во время продувки металла кислородом; низкая прочность обожжённого доломита вследствие гидратации под воздействием влаги; невозможность получения высоких содержаний М^ в сталеплавильных шлаках, в результате чего снижается эффективность воздействия М^ на футеровку конвертера, также, несмотря на наличие в шлаковом расплаве оксидов железа, которые способствуют повышению растворимости обогащенных известью магнезиальных материалов, последние в шлаке растворяются недостаточно полно из-за наличия в них тугоплавких соединений, в первую очередь двухкальциевого силиката.
Применение магнезиальных флюсов -модификаторов шлака более эффективно в сравнении с использованием мягкообожженного доломита, доломитизированной извести, ожелезненного доломита.
Наилучшие результаты с точки зрения количества шлака после его модификации (минимальное) и стойкости гарнисажного покрытия (максимальное) достигаются при использовании
высокомагнезиальных флюсов. Применение магнезиальных модификаторов в конвертерном производстве происходит по двум технологиям: на плавку и раздув гарнисажного покрытия.
Материалы, используемые на плавку, отдаются в завалку вместе с ломом или на первых минутах продувки. Задача данных материалов - обеспечить насыщение М^ шлака, в результате чего происходит снижение массопереноса М^ из футеровки в шлак по ходу плавки, снижается агрессивное воздействие шлаков на огнеупорную футеровку,что, в свою очередь, приводит к снижению химической коррозии футеровки, доля которого достигает 70 %.
В зависимости от конкретных условий плавки количество MgO в шлаке основного периода плавки не должно превышать 12 %, обычно не превышает 9 %. При этом шлак должен сохранить приемлемую вязкость и рафинирующую способность. Кроме того, необходимо минимизировать энергетические затраты на формирование модифицированного шлака.
Начиная с 2002 г. наблюдается постепенный переход предприятий на выплавку металла в конвертерах под магнезиальными шлаками. Эта технология позволяет снизить активность шлака по отношению к футеровке конвертера, что приводит к существенному повышению стойкости. Данная технология является наиболее эффективным методом поддержания конвертера в рабочем состоянии и активно используется по настоящее время на всех металлургических предприятиях России с конвертерным способом производства стали.
Благодаря технологии использования
магнезиальных флюсов значительно возрастает коэффициент использования конвертеров. Как видно из рис. 1 с внедрением в 2004 году технологии применения магнезиальных флюсов значительно возросла стойкость футеровки конвертеров, которая удерживается практически на одном уровне последние несколько лет [1].
С применением технологии разбрызгивания шлака значительно возрастает коэффициент использования конвертеров.
Производство флюсов происходит методом спекания шихтовых материалов во вращающихся печах, а также методом брикетирования на брикетировочных прессах исходных компонентов. За основу традиционно берется магнезиальное сырье. Отличительной особенностью химического состава флюсов является, кроме повышенного содержания в них оксидов магния, то, что в каждом флюсе сосуществуют другие химические соединения, определяющие служебные характеристики этих материалов. Роль данных элементов - обеспечить в результате синтеза определенный фазовый состав флюса, что определяет соответствующую скорость растворения шлаком.
Рис.1.Средняя стойкость футеровок конвертеров России
В табл. 2 приведен состав высокомагнезиальных флюсов, которые получили наиболее массовое применение в конвертерном производстве России.
Таблица 2
Состав высокомагнезиальных модификаторов сталеплавильных шлаков, наиболее массово
Марка Состав
MgO СаО 8Ю2 Бе203 С Атпрк
ФОМ > 70 6-8 < 5 4-8 - -
ФОМИ > 66 12-22 < 5 4-8 - -
ФМБУЖ > 70 < 5 < 5 4-8 - -
МГФ > 70 - < 4 4-8 - -
Компакт > 50 - < 5 - 8-12 <4,0
МАХГ > 80 < 5 < 5 <3 - 47
ФМ-2 > 70 < 15 < 6 - - 26
Из перечня серийно применяемых магнезиальных флюсов образцы под марками ФОМ, ФОМИ, ФМБУЖ, и МГФ используются на плавку [4,5].
Образцы флюсов марок Компакт, МАХГ, ФМ-2 обладают высокой скоростью растворения. В связи с чем нашли активное применение в качестве раздува гарнисажа.
Первым высокомагнезиальным флюсом был ФОМ с высоким содержанием оксида магния. Его испытания проводились в 2002 г. в условиях конвертерного производства ММК. Производство ФОМа происходит методом спекания шихтовых материалов (магнезит и сидерит) во вращающейся печи. Присадку ФОМа осуществляют в завалку на лом и по ходу плавки на первых минутах продувки.
В 2004 г. стали переходить на более совершенный углеродсодержащий флюс, получаемый методом брикетирования марки ФМБУЖ. Брикеты ФМБУЖ близки по химическому составу флюсу ФОМ, растворяются в шлаке в два раза быстрее, чем
ФОМ, что связано с фазовым составом этого материала. Применение промышленного количества флюса показало, что данный материал пригоден для внесения его не только в процессе плавки, но и на конечный шлак, непосредственно перед его раздувом, но при недостаточном количестве времени растворение материала происходит неполностью. При этом для полного усвоения шлаком флюс подавали в конце продувки.
Тем не менее практика конвертирования чугуна в кислородном конвертере показала, что для каждой фазы применения высокомагнезиальных шлаков нужен свой материал.
В качестве флюса для подготовки шлака перед нанесением на футеровку конвертера были разработаны и успешно внедрены
самораспадающиеся магнезиальные гранулы марки Компакт, которые имеют большие потери при прокаливании, что способствует их интенсивному разрушению при температуре шлака (эффект микровзрыва) и растворению шлаком дисперсного оксида магния.
Технология разбрызгивания шлака
предусматривает нанесение слоя шлака на поверхность футеровки конвертора. Целью разбрызгивания является получение возобновляемого термостойкого слоя, который сможет защитить огнеупорную футеровку в течение следующей продувки, и выражается в увеличении ресурса футеровки конвертора. Разбрызгивание производят с помощью азота, подаваемого под давлением. Продолжительность операции составляет 1 -3 мин.
Условия успешного разбрызгивания шлака в конвертерах определяются рядом параметров, наиболее важными из которых являются: содержание MgO - 9-12%; содержание БеО - не более 30%; высота уровня металла; конечный шлак должен находиться в области насыщения MgO; теплопроводность рабочего слоя.
Необходимо, чтобы шлак содержал правильное соотношение легкоплавких и тугоплавких фаз. Легкоплавкая обеспечивает хорошую адгезию шлака к огнеупору, тугоплавкая обеспечивают стойкость.
В идеале толщина и стойкость слоя нанесенного шлакового покрытия должна компенсировать скорости износа футеровки.
С применением технологии разбрызгивания шлака значительно возрастает коэффициент использования конвертеров.
В 2007 г. разработан универсальный магнезиально-глиноземистый флюс марки МГФ, имеет преимущества в сравнении с флюсом ФМБУЖ по содержанию АЪОэ и 8 в составе брикета. Также МГФ растворяется в шлаковом расплаве быстрее, что связано с наличием легкоплавких соединений в структуре брикета. С применением МГФ отмечено повышенная жидкоподвижность шлака. В связи с высокой скоростью растворения МГФ используется, в
том числе, и на раздув, что повышает эффективность качественного нанесения гарнисажа с получением требуемого химического состава и хорошо ошлакованной поверхности без стекания и отслаивания шлакового покрытия.
В том же 2007 г. разработан принципиально новый флюс обожженный магнезиальный известьсодержащий (марка ФОМИ), который получил наибольшее распространение. Технология производства флюса обеспечивала получение в готовом материале серы не более 0,05%. Образование в процессе получения флюса ФОМИ легкоплавких фаз способствует быстрому растворению материала в ходе плавки.
Одной из особенностей производства гранул ФОМИ является то, что при обжиге образуются легкоплавкие соединения, которые в процессе термического гранулирования блокируют свободный оксид кальция, находящийся в центре гранулы (рис. 2). Это позволяет повысить устойчивость материала к воздействию влаги. Содержащийся в ФОМИ свободный оксид кальция (до 22 %) позволяет уменьшить количество подаваемой в сталеплавильный агрегат извести, способствуют более раннему и более полному формированию магнезиальнонасыщенных шлаков, в отличие от тугоплавких соединений (периклаз).
Рис. 3. Внешний вид флюса марки ФОМИ
С применением ФОМИ, обладающего оригинальным фазовым составом, отмечено лучшее шлакообразование и более спокойный и стабильный режим продувки, чем при использовании предыдущих марок флюсов.
Флюс марки МАХГ представляет аморфный магнезит, состоит из мельчайших (2-5 мкм) кристаллов магнезита, пропитанных кремнекислотой.
При введении в шлаковый расплав гранул аморфного магнезита (вследствии резкого
термического удара и реакции декарбанизации) происходит бурное выделение углекислого газа, которое ускоряет процесс перемешивания и равномерного распределения образовавшейся химически активной окиси магния в расплаве шлака.
Минеральной составляющей флюса марки ФМ-2 является природный гидрооксид магния Mg(0H)2 -брусит, дегидратация которого согласно термографическим исследованиям происходит в пределах 350-500 0С с образованием ультрадисперсного Mg0. При температуре 800-1000 0С ФМ-2 превращается в кальцинированный периклаз, который способствует упрочнению шлакового гарнисажа, наносимого на футеровку конвертера.
Заключение
Специально разработанные флюсы в сочетании с отработанной технологией их применения являются наиболее актуальными и эффективными методами замедления скорости износа футеровки и активно используются в настоящее время.
В зависимости от особенностей производства конкретного потребителя необходимо применять
Список литературы
1. Турчин М.Ю. Футеровка конвертера и комплекс мер ухода за ней в процессе работы // Новые
магнезиальных флюсов, обеспечивающих повышение стойкости футеровки и производительности конвертеров // Матариалы Конгресса сталеплавильщиков. Выкса 2012. С. 415 - 419.
индивидуальный подход и выбор рационального по составу и свойствам материала, а также разработку технологии применения магнезиальных материалов для повышения стойкости футеровки тепловых агрегатов [6,9]. Эти работы неразрывно связаны с технологией производства стали, со стремлением увеличить скорость растворения флюса и оптимизировать состав конечного шлака для достижения его наилучшей адгезионной способности при формировании гарнисажа.
Комплексная работа металлургов и огнеупорщиков за последнее время позволила в значительной степени повысить эффективность работы конвертеров с помощью внедрения вышеперечисленных магнезиальных материалов, между тем существует резерв в достижении рациональной стойкости футеровки - это изучение кристаллизации наносимого на футеровку гарнисажного покрытия и увеличение стойкости гарнисажа выше одной плавки, что даст возможность регулировать стойкость футеровок конвертеров в заданных пределах.
5. Высокомагнезиальные флюсы для
сталеплавильного производства / К.Н Демидов, Т.В. Борисова, А.П. Возчиков и др. Сатка: Уральский рабочий, 2013.
СВС-технология производства новых материалов для доменного и сталеплавильного производств / Шатохин И.М., Букреев А.Е., Манашев И.Р. и др. // Новые огнеупоры. 2012, №3. С. 46. Отработка технологии выплавки и внепечной обработки особо низкоуглеродистых сталей в кислородно-конвертерном цехе: [ОАО «ММК»] / Степанова А. А., Чигасов Д. Н., Алексеев Л. В., Изотов А. В., Филиппов Ю. М., Николаев О. А. / Совершенствование технологии в ОАО «ММК». Магнитогорск: Полиграфия, 2015. Вып. 1. С. 182187
Комплексное использование магнезиального сырья, обеспечивающее современные требования к металлургическим агрегатам и качеству получаемого металла / Турчин М. Ю., Смирнов А. Н., Сысоев В. И // Сталь. 2017. № 3. С. 67 - 69. Пат. 2595120 ЯИ. Способ термомеханического обогащения магнезита в печах косвенного нагрева / Турчин М.Ю., Лаптев А.П., Ганькин Д.Н., Клочковский С.П., Смирнов А.Н., Сысоев В.И, Абдрахманов Р.Н. 2016.
огнеупоры. 2013. №3. с. 24 - 25. Повышение стойкости огнеупорной футеровки конверторов, электросталеплавильных печей и сталеразливочных ковшей за счет применения высокомагнезиальных флюсов. Практика применения / Аксельрод Л.М., Лаптев А.П., Турчин М.Ю., Назмиев М.И. // Тр. междунар. конф. Огнеупорщиков и металлургов. М., 2011. С. 2. Практика применения высокомагнезиальных флюсов для модификации конвертерного шлака 160 т конвертеров ОАО НТМК / М.Ю. Турчин, В.В. Левчук, С.А. Ремиго // Бюл. Ин-та Черная металлургия. 2013 №6. С. 27 - 31. Л. А.Смирнов, К. Н.Демидов, Л. М.Аксельрод. Разработка и применение новых комплексных
Сведения об авторах
Манашев Ильдар Рауэфович - канд. техн. наук, зам. директора по развитию ООО «НТПФ» Эталон», Магнитогорск, Россия. E-mail: [email protected].
Степанова Ангелина Александровна - канд. техн. наук, вед. инженер группы по развитию научно-технического центра ПАО «ММК», Магнитогорск, Россия.
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
PRACTICE OF APPLICATION OF MAGNESIAN GUMBOILS IN OXYGEN AND CONVERTER PROCESS AT THE ENTERPRISES OF RUSSIA
Manashev Ildar Rauefovich - Ph.D. (Eng.), Deputy director for development of ООО "NTPF" Etalon", Magnitogorsk. Russian Federation.
Stepanova Angelina Aleksandrovna - Ph.D. (Eng.), the leading engineer of group on development of scientific and technological center Magnitogorsk Iron & Steel Works OJSC. Magnitogorsk, Russian Federation.
Abstract. In work magnesian gumboils, and also technologies of their application for increase in firmness of lining of units in oxygen and converter production are considered.
Key words: Magnesian gumboils, oxygen converter, steel, lining.
Ссылка на статью:
Манашев И.Р., Степанова А.А. Практика применения магнезиальных флюсов в кислородно-конвертерном процессе на предприятиях россии // Теория и технология металлургического производства. 2017. №4(23). С. 18-22.
Manashev I.R., Stepanova A.A. Practice of application of magnesian gumboils in oxygen and converter process at the enterprises of russia // Teoria I tehnologia metallurgiheskogoproizvodstva. [The theory and process engineering of metallurgical production]. 2017, vol. 23, no. 2, pp. 18-22.
