CC BY
27
ВЕСТНИК
ПРИАЗОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА_
1999г. Вып. №8
УДК 669.184.244.66: 669.184.24
Сущенко A.B.1
РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ УНИВЕРСАЛЬНОЙ КИСЛОРОДНОЙ ФУРМЫ ДЛЯ ПРОДУВКИ КОНВЕРТЕРНЫХ ПЛАВОК В УСЛОВИЯХ НЕСТАБИЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ШИХТЫ И ПРОИЗВОДСТВА
Разработаны и внедрены в производство новая универсальная кислородная фурма и соответствующие дутьевые режимы плавок с её использованием, позволяющие обеспечить близкий к оптимальному ход конвертерного процесса в условиях нестабильных параметров шихты и производства,
В настоящее время, в связи с разрушением единого металлургического комплекса б. СССР, в силу сложившейся конъюктуры рынка и особенностей локального ценообразования, кисло-родно-конвертерные цеха Украины и стран СНГ работают в условиях нестабильного снабжения сырьём и энергоносителями. Зачастую, параллельно с гра,опционной задачей снижения удельного расхода чугуна на выплавку стали., конверторщики вынуждены решать диаметрально противоположную - разрабатывать эффективные технологии конвертирования чугуна в условиях дефицита металлолома. Это вызывает дополнительные трудности в управлении процессом и предъявляет новые требования к конструкциям дутьевых устройств, связанные с расширени -ем диапазона их эффективного использования (необходимостью обеспечения оптимальных дутьевого и шлакового режимов плавки в условиях нестабильных параметров металлозавалки).
Для условий работы 350 т конвертеров ККЦ ОАО 'МК 'Ат всталь" (отсутствие дополнительного перемешивающего дутья и дополнительного регулируемого тракта подвода кислорода к фурме) были разработаны конструкция наконечника универсальной кислородной фурмы и соответствующие дутьевые режимы плавки с её использованием, позволяющие поддерживать близкий к оптимальному ход процесса при различных условиях работы конвертеров (по шихте, производительности цеха, параметрам кислорода в цеховой магистрали и др.).
При разработке фурмы новой конструкции, в качестве прототипа была использована опробованная и внедрённая ранее в цехе | i [ двухконтурная кислородная фурма с тангенциальным завихрителем газового потока, установленным на входе ь центральное сопло (см. рис.). Эта фурма была разработана с целью улучшения теплового баланса (снижения удельного расхода чугуна) и шлакового режима конвертерной плавки для условий "нормальной" и "холодной" (по теплу) шихтовки последней.
В новой конструкции фурменного наконечника используется центральное сопло специальной конструкции со съёмным тангенциальным завихрителем газового потока (рис.,б). Это позволяет достаточно быстро и просто, на этапе установки наконечника на фурменный ствол, изменять (в зависимости от прогнозируемых условий работы цеха) модификацию (тип) фурмы: и в широких пределах варьировать дутьевым режимом плавки.
При проведении плавок в условиях: повышенной доли металлолома (особенно легковесного) в шихте, дефицита чугуна или низкой его температуры, длительных межилавочных простоев конвертера и т.п., приводящих к "холодному" началу процесса (далее для краткости - условия "холодной" но теплу шихтовки плавки) используется фурма с установленным завихрителем
1 ПГТУ, ст. научный сотрудник. В работе принимали участие работники ОАО "МК 'Азовсталь': Буга И.Д.. Ковура А.Б., Юр-ченко С М., Мельник С.Г., Ганошенко В.И.
4*5
(режим А, см. табл 1). При этом центральный поток кислорода истекает в виде "умягчённой" вихревой струи, предназначенной для дожигания СО до С( )2 в газовой фазе и шлако-газо-металлической эмульсии (ШГМЭ) конвертера в непосредственной близости от металлической ванны, а основные (периферийные) струи дутья обеспечивают достаточно "жёсткую" продувку ванны, необходимую для интенсивного перемешивания расплава.
Е1 условиях "нормальной" (по теплу) шихтовки плавки также используется фу рма с установленным завих-рителем (режим Б, см. табл.1), однако, допол нительно к интенсификации процесса дожигания СО в рабочем пространстве конвертера, функциональное предназначение центрального вихревого потока кислорода состоит в ускорении ассимиляции извести шлаком и: поддержании требуемого уровня окисленности последнего (без периодического увеличения рабочей высоты фурмы по ходу продувки).
При использовании фурмы в условиях "горячей" шихтовки завихри-тель не устанавливается (режим В. см. табл.1). Это позволяет существенно "умягчить" продувку за счёт снижения ущельного импу'льса основных дутьевых струй при увеличении доли кислорода, истекающего из центрального сопла в виде сильно недорасширеиной сверхзвуковой струи.
С использованием кислородных фурм новой конструкции в период с июля но ноябрь 1997г. было проведено более 1500 промышленных плавов:. Для проведения сравнительного анализа эффективности работы универсальной и базовой кислородных фурм в различных шихтовых условиях плавок были обработаны данные по пяти массивам плавок, которые с целью обеспечения сопоставимых условий, были проведены сериями подряд на одном и том же конвертере (№ 2) с футеровкой одинакового типа (с периклазоизвестковым рабочим слоем) при текущей стойкости последней от 50-ой до 250-ой плавки. Количество плавок в одном массиве -не менее 50. При этом удельные расходы всех материалов рассчитывались по массе отлитого металла. Определение удельного расхода металлошихты на выплавку стали производилось по массам чугуна, лома и железорудных окатышей, с учётом химсостава материалов. Приведение (к сопоставимым условиям) удельных расходов чу гуна и металлошихты (на выплавку стали) осуществляли по типовой методике [3]. Величину безразмерного критерия К,. характеризующего (наряду с показателем удельного приведенного расхода чугуна) эффективность работы фурм с точки зрения теплового баланса плавки, определяли по формуле: К, = Мм4м / (М444), где 1УЬ. Мм - массы чугуна и металла; I... Ц, - температуры чугуна и металла после продувки соответственно. Некоторые из результатов обработки массивов плавок представлены в таблице 2. На основе проведенного анализа результатов установлено следующее.
В условиях "нормальной" и "холодной" по теплу шихтовки плавки, использование универсальной кислородной фурмы в режимах А, Б позволяет существенно улучшить тепловой баланс
вода
^ кислород
Рис. - Наконечник кислородной фурмы с тангенциальным завихрителем газового потока (с щелевыми соплами - а; с цилиндрическими соплами - б), установленным на входе в центральное сопло: 1 - основные продувочные сопла, 2 - центральное сопло; 3 - стационарный тангенциальный завихри-тель с щелевыми соплами; 4 - съёмный тангенциальный завихритель с цилиндрическими соплами.
Таблица 1 - Конструктивные и режимные параметры наконечников базовой и двухконтурной кислородных фурм
№ п.п. Тип фурмы Чис-ло сопел Вариант установки завихрителя Режим работы фурмы мм мс ь, мм икр -мм ц Х02 ' % ДНф, ММ . - 6. опт АУ02 ' м3/мин Условия шихтовки плавки (по теплу)
I. базовая 5+1д — — 47 2.215 14 30 7+8 0 0 "нормальная" (Н)
2. двухкон-турная 5+1ц установлен А 47 2,215 14 6шт. х12 5+6 +(100-400) +(50-100) "холодная" (X)
3. двухкон-турная 5+1ц установлен Б 47 2,215 14 6шт. у 12 5-6 +(300+400) 0 "нормальная" (Н)
4 двухкон-турная 5+1 „ отсутствует В 47 2,215 14 35 10—11 -(0-100) -(0-100) "горячая" (Г)
Примечания,
] . В таблице приняты следующие обозначения: ц - центральное сопло; с!^, диаметр критического (минимального) сс-
нения основных и центрального сопел соответственно, М. - число Маха оенинных сем (ел, Ь - длина выходного > частка днухуча-
сткового конического диффузора основных сопел [2], х - доля кислорода (от общего на продувку), истекающего через цен-
тральное сопло; ДНф- поправка к рабочей высоте фурмы (относительно рабочей высоты базовой фурмы); ду °1П - поправка к
рабочему расходу кислорода на продувку (относительно оптимального расхода кислорода через базовую фурмы в условиях "нормальной" (по теплу) шихтовки плавки) 2. Базовая фурма имеет центральное сопло Лаваля (Мс - 1,5).
Таблица 2 - Технологические показатели плавок, проведенных с использованием двухконтурной и базовой кислородных фурм при различных ______шихтовых условиях__________________________
№ мас- Тип фурмы Режим Условия ших- Количе- Доля лома Параметры чугуна Сред НИИ Шлак после продувки Удельный расход материалов на выплавку стали Кт
сива плавок работы фурмы товки плавки (по теплу) ство плавок в ме-талло завалке, % °с % расход кислорода. м3/ мин РеО, % Основность Метал-лоших-ты, кг/т Чугуна, кг/т Извести, кг/т Плавикового шпата, кг/т Кислорода, м3/т
1 двух-контур-ная А, Б Х,Н 126 21,2 1302 0.30 1269 13,0 3,2 1092,4 890.1 74,5 0,18 56,6 1,495
5 базовая н 177 19,0 1290 0.87 1173 13.0 3.4 1108,2 896,6 78,3 0,15 52,9 1,460
...
7 ГТПЛЛ'- ..Г;:/ ная д к 1 " О" XI 1 1 "НК л П ^ ') ! 225 1 1 V 1 _>, 3 5 1пу7 1 1 иО ! , 1 ИМ 1 п 1.» > 7 * О П <1 ££ Л 1 л 1
3 двух-контур-ная В г 53 17,1 "1300 0,82 1183 13,2 1086,2 899,7 77,4 0,33 52,3 1,439
4- оазовая т а. 187 17,4 1302 0,81 1193 13,5 3,4 1095,6 902,4 79,5 0,37 53,4 1,437
№ 5. Примечание, Удельные расходы материалов на выплавку стали для массива плавок № 1 приведены к условиям а для массивов № 2,3 - к условиям проведения плавок массива № 4. проведения плавок массива
и шлаковый режим плавки. Удельный расход чугуна снижается на 6,5 кг/т, металлошихты ~ на 15,8 кг/т, извести - на 3,8 кг/т стали. Расход кислорода увеличивается на 3,7 м3/т стали, что связано с организацией процесса дополнительного дожигания СО до С02 в рабочем пространстве конвертера.
В условиях дефицита металлолома ("горячей" по теплу шихтовки плавки), использование двухконтурной фурмы в режимах А,Б, по сравнению с базовой фурмой, является нецелесообразным вследствие ухудшения процесса шлакообразования (увеличения количества плавок с ранним "свёртыванием" шлака) и снижения эффективности процесса дожигания СО до СО? в конвертере (уменьшения степени полезного использования тепла, получаемого металлической ванной от дожигания монооксида утлерода). Так, при перерасходе кислорода 2,0 м3/т, экономия чугуна составляет не более 0,7 кг/т стали. Кроме этого, имеет место значительный перерасход плавикового шпата (увеличение удельного расхода более чем на 40 %). Искусственное снижение расхода последнего на выплавку спали в этих условиях приводит к заметному усилению выносов металла из конвертера. Указанные явления связаны с негативным влиянием дополнительного выделения тепла от дожигания СО до СО? в верхней части ванны при "горячем" ходе процесса на шлаковый режим плавки.
Использование двухконтурной фурмы в режиме В обеспечивает дополнительное "умягчение" продувки плавки (за счёт снижения удельного импульса основных, кислородных струй) и позволяет стабилизировать шлаковый режим в условиях "горячей" (по теплу) шихтовки последней. При этом практически полностью исключаются слушай раннего "свёртывания" шлака. По сравнению с базовой фурмой имеет место экономия: металлошихты - на 9,4 кг/т, чугуна - на 2,7 кг/т, извести - на 2,1 кг/т, плавикового шпата - на 0,04 кг/т (на 11 %) и кислорода - на 1,1 м3/т стали.
Использование двухконтурной фурмы в режиме В в условиях "нормальной" и особенно в условиях "холодной" шихтовки плавки является нецелесообразны м, т.к. может привести к переокислению шлака и появлению выбросов шлакометаллической эмульсии из конвертера..
Выводы
Разработана конструкция наконечника универсальной кислородной фурмы с использованием центрального соплового модуля со съёмным тангенциальным завихрителем кислородного потока, позволяющая в широких пределах регулировать параметры дутьевого режима конвертерной плавки.
Использование фурмы новой конструкции и соответствующих дутьевых режимов в ККЦ ОАО "МК "Азовсталь" позволило существенно улучшить технико-экономические показатели выплавки стали в условиях нестабильных параметров шихты и производства.
Перечень ссылок
1. Разработка и промышленное опробование кислородных фурм для одновременной продувки расплава струями двух типов / Сущенко А. В., Курдюков A.A.. Буга И.Д. и др. // Труды IV-ro конгресса сталеплавильщиков. - М.: ОАО "Черметинформация", 1997. - С.110-112.
2. Повышение стойкости наконечников фурм для 350-т конвертеров / Сущенко A.B., Курдюков A.A., Буга И.Д. и др. // Сталь. •• 1996. - № 5. - С. 14-17.
3. Старое Р.В., Нагорских В.А. Производство стали в конвертерах. К.: Техшка, 1987. - 167с.
Сущенко Андрей Викторович. Заведующий Отделом математического моделирования и оптимизации теплотехнологических процессов и агрегатов ПНИ 11 окончил Мариупольский металлургический институт в 1984г. Основные направления научных исследований - математическое моделирование и энергооптимизация теплотехнологических процессов и систем; разработка и внедрение энергоресурсосберегающих технологий металлургического производства.
