CC BY
53
МЕТАЛЛУРГИЯ ЧЕРНЫХ, ЦВЕТНЫХ И РЕДКИХ МЕТАЛЛОВ
УДК 669.184:669.018.583
А.Д. Носов
ПРОИЗВОДСТВО АНИЗОТРОПНОЙ ТРАНСФОРМАТОРНОЙ СТАЛИ В КИСЛОРОДНО-КОНВЕРТЕРНОМ ЦЕХЕ ММК
В кислородно-конвертерном цехе ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» выплавляется анизотропная трансформаторная сталь марок 400Д...406Д. Объем производства трансформаторной стали характеризуется следующими! данными:
Год 2000 2001 2002 2003 2004
Объем производства,
тыс. т 142 172 130 152 199
Обычно в готовой стали содержится 0,025-0,040% С, 2,90-3,30% Б1, 0,10-0,20% Мп,
0,40-0,55% Си, 0,013-0,017% А1 и 0,008-0,013% N. Содержание серы и фосфора не должно превышать 0,020-0,025%. Указанное выше содержание элементов в готовой стали несколько отличается от традиционного химического состава трансформаторной стали. Эти отличия обусловлены тем, что последующая переработка металла в трансформаторную ленту осуществляется по нитридному варианту технологии Не рассматривая сущность этого варианта, следует указать, что приве-
денный выше химический состав металла обеспечивает наилучшее сочетание основных электротехнических свойств анизотропной трансформаторной стали - высокой магнитной проницаемости и низких ваттных потерь. На рис. 1-4 приведены данные завода-потребителя трансформаторной стали о влиянии содержания наиболее важных элементов - азота, алюминия, углерода и меди - на магнитную индукцию при напряженности магнит -ного поля 800 А/м (В800) и удельные ваттные потери при перемагничивании с частотой тока 50 гц и максимальном значении магнитной индукции 1,7 Тл (Р 1,7/50) для листов толщиной 0,30 мм.
Технологическая инструкция предусматривает в качестве основной следующую схему выплавки и ковшевой обработки трансформаторной стали: выплавку низкоуглеродистого полупродукта в 350-тонном кислородном конвертере, предварительное раскисление алюминием и легирование металла кремнием и азотом при вы -пуске в сталеразливочный ковш, усреднигель-ную продувку азотом или аргоном на агрегате доводки стали с корректировкой химического состава металла и вакуумирование металла на установке циркуляционного типа. Разливка трансформаторной стали производится на четырехручьевых МНЛЗ с криволинейной технологической осью на слябы сечением (910-1080)х250 мм.
Основные трудности при вы -плавке и ковшевой обработке трансформаторной стали возника-ли с получением требуемого содержания углерода, алюминия и азота, а также с введением при выпуске металла в ковш большого количества ферросилиция.
Обычно при выплавке особонизкоуглеродистой стали требуе -мое содержание углерода достигается путем вакуумной обработки
Концентрация азота, %
Рис. 1. Влияние концентрации азота в металле на магнитную индукцию (1) и удельные ваттные потери (2)
и
н
га
Рч
ч
н
га
Концентрация алюминия, %
Рис. 2. Влияние концентрации кислоторастворимого алюминия в стали на магнитную индукцию (1) и удельные ваттные потери (2)
и
ч
н
т
Концентрация углерода, %
Рис. 3. Влияние концентрации углерода в стали на магнитную индукцию (1) и удельные ваттные потери (2)
нераскисленного металла. Однако при выплавке трансформаторной стали такая возможность отсутствует, так как легирование кремнием (до подержания порядка 3%) металла, выплавленного в кислородном конвертере, можно осуществить только во время его выпуска в сталеразливочный ковш.
Поэтому нужное содержание угле -рода необходимо получить при продувке металла в конвертере.
Вообще говоря, выплавка в кислородном конвертере металла, содержащего 0,02-0,03% С, особых трудностей не представляет. Однако при этом окисляется и переходит в шлак значительное количество железа, а также в широких пределах меняется содержание кислорода в металле, что приводит к нестабильному окислению кремния при последующем легировании стали этим элементом. Поэтому конвертерная плавка ведется с промежуточным удалением части шлака, которое осуществляется
при снижении содержания углерода до 0,10-0,20%. Именно при таком содержании углерода в металле начинается интенсивное окисление железа и резкое увеличение содержания оксвдов этого элемента в шлаке. Уменьшение массы шлака к началу интенсивного
окисления железа ускоряет повышение концентрации оксидов же -леза в нем до значений, соответствующих равновесию с металлом и, следовательно, уменьшает общие потери железа вследствие его окисления.
На практике после подачи в конвертер
19-20 тыс. м3 кислорода продувка приостанавли-
вается и из конвертера сливается примерно половина имеющегося шлака. Содержание оксвдов железа в шлаке в этот момент обычно составляет
20-25%. Затем продувка возобновляется и в конвертер вводится еще 3,0-4,5 тыс. м3 кислорода. В процессе «додувки» фурма немного опускается
- с 2,0 до 1,5 м над уровнем ванны. По окончании продувки содержание углерода в металле составляет обычно 0,025-0,035%, а содержание оксвдов железа в конечном шлаке - 30-35%. За счет промежуточного удаления шлака потери железа сокращаются в среднем на 3 т.
Легирование металла кремнием производит -ся путем ввода ферросилиция марки ФС-65 или ФС-75 в сталеразливочный ковш при его наполнении. Перед вводом ферросилиция производит -ся предварительное раскисление металла алюминием в количестве 0,06-0,08%. Так как масса ферросилиция довольно велика (примерно 5% от массы жидкого металла), то необходимо принимать меры, направленные на более полное его усвоение. С этой целью ферросилиций вводится из двух бункеров, расположенных по разным сторонам ковша, после того, как он наполнится металлом на 1/5 часть его высоты. Во время выпуска плавки производится продувка металла
Концентрация меди, %
Рис. 4. Влияние концентрации меди в стали на магнитную индукцию (1) и удельные ваттные потери (2)
в ковше аргоном через пористую вставку в днище ковша. После выпуска плавки ковш с металлом подается на установку усреднигельной продувки стали (УУПС), где с целью перемешивания металла производится продувка его аргоном в течение 6 мин, после чего отбирается проба для контроля химического состава.
В период отработки технологии выплавки трансформаторной стали были опробованы раз -ные способы легирования металла азотом. Наиболее эффективным оказалось введение в ковш при выпуске плавки некоторого количества азотированного ферросилиция. Вместо азотированного ферросилиция можно использовать и азотированный феррохром, так как в трансформаторной ста -ли допустимо содержание хрома до 0,30%.
На установке усреднигельшй продувки стали производится корректировка химического состава металла по содержанию азота, алюминия , кремния и меди путем ввода металлической или порошковой проволоки с наполнителем, содержащим недостающие химические элементы.
Одной из наиболее сложных проблем при отработке технологии производства трансформаторной стали были частые аварийные прорывы металла в процессе разливки стали на МНЛЗ. Для уменьшения вероятности прорывов разлив -ка трансформаторной! стали ведется при низкой скорости вытягивания непрерывно-лигых заготовок из кристаллизатора - 0,4—0,5 м/мин. Однако даже при такой скорости вытягивания аварийные прорывы металла при разливке трансформаторной стали происходили на порядок ча-ще, чем при разливке стали других марок.
Статистический анализ не позволил отчетливо связать аварийные прорывы при разливке
трансформаторной стали с химическим составом металла и важнейшими технологическими факторами выплавки и разливки. Од -нако было замечено, что затвердевшая оболочка заготовки, оставшаяся после вытекания жцд-кого металла, обычно содержит многочисленные газовые пузыри, похожие на сотовые пузыри в слитках кипящей стали. Очевид-но, что такие пузыри становились каналами утечки жцдкого металла в случае образования даже неглубоких поверхностных трещин в затвердевшей оболочке заготовки. Появление таких пузырей в трансформаторной стали естественно было связать с легированием металла азотом, а также с неконтролируемым содержанием водорода в металле. Существенно понизить содержание азота в металле было нельзя из-за ухудшения электротехниче -ских свойств металла. Однако можно принять меры, направленные на уменьшение поступления в металл водорода на всех этапах выплавки стали, а также на удаление из металла водорода на заключительной стадии получения жидкого металла.
Для уменьшения поступления в металл водо-рода при выплавке трансформаторной стали осуществляются следующие основные мероприятия профилактического характера:
- использование в кислородно-конвертерной плавке свежеобожженной извести;
- прокаливание всех вводимых в ковш ферросплавов при температуре 500-600°С;
- использование для выпуска металла из конвертера сталеразливочного ковша, уже принявшего на менее пяти плавок и охла-ждавшегося после разливки предыдущей плавки не более 2 ч;
- тщательная сушка и продолжительный разогрев промежуточного ковша на ре -зервной позиции МНЛЗ.
Последнее требование особенно строго выполняется при замене промежуточного ковша в процессе разливки серии плавок.
Однако даже строгое выполнение всех перечисленных выше мероприятий не может гарантировать низкое содержание водорода в металле. Поэтому перед подачей на МНЛЗ трансформаторная сталь подвергается обработке на установке ковшевого вакуумирования циркуляционного типа. Коэффициент циркуляции металла при
проведении этой операции должен быть не ме -нее 3. Выполнение всех указанных выше мероприятий, направленных на обеспечение низкого содержания водорода в металле, позволило уменьшить частоту аварийных прорывов металла при разливке трансформаторной стали до уровня, характерного для стали других марок.
Разливка трансформаторной стали на МНЛЗ криволинейного типа также имеет свою специфику. Кроме отмеченной выше низкой скорости вытягивания заготовок из кристаллизатора, она характеризуется еще и довольно низкой температурой разливки - 1520- 1530°С в промежуточ-ном ковше, что существенно ниже, чем для стали других марок, разливаемых в цехе.
Пониженная температура разливки трансформаторной стали объясняется тем, что ее температура ликввдуса составляет 1480-1485°С.
Поэтому при разливке трансформаторной стали приходится использовать специальные, более легкоплавкие шлакообразующие смеси как для
изоляции поверхности металла в кристаллизато-ре, так и для утепления металла в промежуточном ковше.
Выше описан базовый вариант технологии выплавки и ковшевой обработки трансформаторной стали в кислородно-конвертерном цехе ОАО «Магнитогорский металлургический ком -бинат». Существуют и некоторые другие варианты, реализуемые при остановке на ремонт установки вакуумирования стали или при отсут-ствии каких-либо материалов, используемых в базовом варианте.
Разработка нескольких вариантов технологии производства трансформаторной стали позволяет наращивать объем производства: со 142 тыс.т в 2000 г. до 199 - в 2004.
Качество трансформаторной стали, выплавляемой в кислородно-конвертерном цехе ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», полностью соответствует требованиям мировых ставдартов.
УДК 669.18. 001.57
В.А. Бигеев, A.A. Даровских
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАБОТЫ УЧАСТКА КОВШЕВОЙ ОБРАБОТКИ ККЦ ОАО «ММК»
В работе представлена математическая модель работы участка ковшевой обработки сталеплавильного цеха в условиях его реконструкции. Создана имитационная математическая модель, воссоздающая функционирование цеха с высокой точностью, что позволяет выдавать рекомендации по проектированию и оптимизировать работу существующих цехов в реальном времени
Существующие на данный момент работы по изучению и оптимизации работы цехов обычно требуют большого количества фактического материала , что делает их неприменимыми при ре -конструкции. Для функционирования разработанной модели требуются математические модели работы технологических агрегатов, входящих в состав проектируемого прха (которые обычно являются широко применимыми либо адаптиру-емыми, либо универсальными) и описание взаимодействий между ними.
В условиях модернизации активов металлургических заводов остро встаёт проблема выбора эффективных методов принятия научно обоснованных проектных решений.
Для получения ясной картины функционирования проектируемого цеха была предложена
имитационная модель, построенная на сетях Петри [3]. В ходе исследований выяснилось, что сеть Петри, моделирующая работу цеха, является автоматной [4]. Для реализации логики модели были использованы классические алгоритмы на графах (метод Дейкстры [1]) и комбинаторные методы теории расписаний [2].
Достоверность полученных результатов доказана соответствием результатов модели с начальными данными, соответствующими условиям функционирования ККЦ ОАО «ММК», на примере опытных данных. Температурные коридоры рассчитаны на основе результатов, полученных А.Ю. Перятинским в [4], и паспортных данных УПК.
Для создания точной имитационной модели было предложено представить цех в ввде направленного графа, узлами которого являются технологические агрегаты, а переходами - возможные перемещения сталеразливочного ковша между ними Агрегаты были разделены на две основные группы:
1. Агрегаты, влияющие на процессы, происходящие в сталеразливочном ковше, получившие название основные узлы. Такими агрегатами являются, например, агрегат
