CC BY
169
Список литературы
1. Вдовин К.Н., Феоктистов Н.А., Пивоварова К.Г. Исследование физических свойств углеродистой стали для крупных отливок // Сталь. 2014. № 4. С. 34-36.
2. Пат. 2371483 РФ. Способ переработки ванадийсодержащих чугунов / А.А. Киричков В.А. Козлов, А.В. Кушнарев, В.М. Кулик, В.В. Петренев. 2006.
3. Производство стальных отливок: учебник для вузов / Козлов Л.Я., Колокольцев В.М., Вдовин К.Н. и др.; под ред. Л.Я. Козлова. М.: МИСиС, 3003. 352 с.
4. Повышение стойкости футеровки агрегатов внепечной обработки стали / А.А. Метелкин, О.Ю. Шешуков, И.В. Некрасов, О.И. Шевченко; М-во образования и науки РФ; ФГАОУ ВПО
«УрФУ им. первого Президента России Б.Н. Ельцина», Ниж-нетагил. технол. ин-т (фил.). Нижний Тагил: НТИ (филиал) УрФУ, 2015. 144 с.
5. Вдовин К.Н., Феоктистов Н.А., Хабибуллин Р.Х. Технологический процесс производства броней из стали марки 110Г13Л в условиях ОАО «Ремонтно-механический завод» // Теория и технология металлургического производства. 2014. № 1. С.51-52.
6. Вдовин К.Н., Феоктистов Н.А., Хабибуллин Р.Х. Совершенствование технологии производства литых броней из стали марки 110Г13Л для мельницы МПСИ-70х23 // Литейщик России. 2014. № 1. С.13-15.
Сведения об авторах
Вдовин Константин Николаевич - д-р техн. наук, проф., зав. каф. литейного производства и материаловедения, ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел.: (3519)29-84-19. E-mail: Vdovin@magtu.ru
Шешуков Олег Юрьевич - д-р техн. наук, проф. каф. металлургии стали и железа, ФГАОУ ВПО «УрФУ им. первого Президента России Б.Н.Ельцина».
Феоктистов Николай Александрович - канд. техн. наук, ст. преп. каф. литейного производства и материаловедения, ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел.: (3519)298419. E-mail: fna87@mail.ru
Метелкин Анатолий Алексеевич - канд. техн. наук, доц. каф. металлургические технологий НТИ (филиал, г. Нижний Тагил), ФГАОУ ВПО «УрФУ им. первого Президента России Б.Н.Ельцина».
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
THE STUDY OF COMPOSITIONS OF SLAGS IN THE SMELTING OF HADFIELD STEEL
Vdovin Konstantin Nikolaevich - D.Sc. (Eng.) Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University. Phone: (3519)29-84-19. E-mail: Vdovin@magtu.ru.
Sheshukov Oleg Yurievich - D.Sc. (Eng.) Professor, Ural Federal University named after. the first President of Russia B.N. Yeltsin.
Feoktistov Nikolai Aleksandrovich - Ph. D. (Eng.), Assistant Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University. Phone: (3519)29-84-19. E-mail: FNA87@mail.ru
Metelkin Anatoliy Alekseevich - Ph. D. (Eng.), Assistant Professor, Ural Federal University named after. the first President of Russia B. N. Yeltsin.
Abstract. Identify the causes of the wear of refractories in the melting units, the proposed means possible to increase their durability, it is shown that the oxides of magnesium, can well protect the lining. Research dovan new material (ISA, Prado-1) for the recovery period in the smelting of steel Hadfield.
Keywords: slag, alumina, arc furnace, fluorite, steel.
УДК 669.187.25
Бигеев В.А., Колесников Ю.А., Федянин А.Н., Потапова М.В., Писчаскина А.В., Абдрахманов Э.И.
СБЛИЖЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В КИСЛОРОДНОМ КОНВЕРТЕРЕ И ДУГОВОЙ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ
Аннотация. В работе приведена оценка возможности установки агрегата Conarc, представляющего комбинацию конвертера и дуговой печи, вместо существующего подового двухванного агрегата в условиях ЭСПЦ ОАО «ММК». Ключевые слова: агрегат Conarc, кислородный конвертер, ДСП.
© Бигеев В.А., Колесников Ю.А., Федянин А.Н., Потапова М.В., Писчаскина А.В., Абдрахманов Э.И., 2015
На современном этапе развития черной металлургии сложилась базовая технология производства стали. Она включает три составные части: выплавка стали из предварительно подготовленных шихтовых материалов, основным из которых является жидкий чугун; ковшевая обработка жидкого металла газообразными, твердыми материалами и вакуумом; непрерывная разливка на машинах непрерывного литья заготовок. При этом сталь выплавляют в конвертерах (более 70% мирового производства) и электрических печах (преимущественно в дуговых печах переменного тока).
В конвертерах выплавка стали основана на окислительном рафинировании железоуглеродистого расплава технически чистым кислородом. Во время продувки в конвертерной ванне активно взаимодействуют кислородное дутье, находящиеся там металлические шихтовые материалы, футеровка и дополнительные реагенты в виде кусковых, порошковых, газообразных, а иногда и жидких материалов. В промышленных масштабах освоены различные варианты подачи кислородного дутья в конвертерную ванну: сверху, снизу, сбоку, комбинированно в различных сочетаниях с другими реагентами.
В дуговых электрических печах выплавка стали базируется на использовании в металлошихте твердых железосодержащих материалов: лом и отходы при производстве стали и металлообработке, продукты прямого восстановления железа и др. Продолжительность плавки определяется мощностью печного трансформатора и использованием альтернативных источников тепловой энергии. При этом наметилась тенденция к использованию в металлошихте жидкого чугуна, доля которого непрерывно растет. Это связано как с повышенными требованиями к качеству стали, так и с низким качеством и дороговизной металлического лома. Современные дуговые сталеплавильные печи (ДСП) вместимостью 70-250 т оснащены разборными водоохлаждаемыми стеновыми панелями и водоохлаждаемым сводом (рис. 1), трансформаторами с удельной мощностью 0,8-1,0 МВА/т, мощными топливо-кислородными горелками, продувочными кислородными фурмами и устройствами для вдувания углеродсодержащих материалов (рис. 2).
В результате совершенствования технологии производства стали роли конвертера и дуговой печи как агрегатов для выплавки стали сблизились. Многие технологические операции кислородного конвертера стали характерными для ДСП. Широкое развитие получило применение кислорода для продувки. С помощью одной или нескольких фурм удельная интенсивность его подачи достигает 1,0-1,5 м3/(т*мин). Это привело к существенному повышению скорости расплавления металлошихты и обезуглероживания, что позволило сократить продолжительность плавки до 40-60 мин, перерабатывать (при необходимости) значительное количество чугуна и твердого топлива, до-
бавляемого в шихту. Следует отметить заметную роль мощных топливно-кислородных горелок (ТКГ) для формирования нагрева шихты [5, 6].
Рис.1. Рабочее пространство ДСП с огнеупорной футеровкой (а) и с водоохлаждаемыми элементами (б и в)
Рис. 2. Схема компоновки устройств рабочего пространства современной ДСП
Современные ДСП являются на сегодняшний день самыми мощными потребителями электрической энергии в промышленности. Мощность печного трансформатора достигла, по-видимому, предельных значений и составляет 150-300 МВА. Величина предельной мощности трансформатора определяется условиями его эксплуатации, поскольку трансформатор находится на рабочей площадке в непосредственной близости от печи. Трансформатор снабжен устройством регулирования вторичного напряжения под нагрузкой. Это устройство состоит из контактного переключателя числа витков обмотки трансформатора, поэтому имеет ограниченный ресурс работы. Современные ДСП снабжены также реактором с регулируемой индуктивностью [1, 7].
Рабочие ступени трансформатора и реактора задает контроллер управления электрическим режимом в зависимости от исходного состава загружаемой шихты и текущего момента технологического процесса. В момент выключения происходит рассеивание электромагнитной энергии, запасенной в индуктивных и емкостных элементах трансформатора и питающих линий. Этот процесс сопровождается коммутационными перенапряжениями, опасными для изоляции, особенно на высоковольтных вводах трансформатора.
Для того чтобы не допустить разрушительных последствий от коммутационных перенапряжений на первичной обмотке трансформатора, устанавливаются ограничители перенапряжений.
Стремление в максимальной степени использовать мощность трансформатора и увеличить токовое время работы печи привело к созданию серии конструкций двухкорпусных ДСП [2]. Двухкорпусная печь имеет две ванны: когда в одной идет расплавление ме-таллошихты дугами, другая находится в режиме загрузки и подогрева шихты. Такая печь с одним источником питания может иметь два комплекта токоподво-да и электродов отдельно для каждого из корпусов, что позволяет еще более сокращать бестоковое время работы печи. Двухкорпусная печь по сравнению с двумя печами той же емкости обеспечивает большую экономию капитальных затрат (минимум 35% без учета расходов на сооружение подстанции), а также сокращение продолжительности плавки на 40% и снижение расхода электроэнергии на 40-60 кВт-ч/т [3].
В 60-е годы прошлого века при переделе фосфористых чугунов в подовых агрегатах (стационарных и качающихся мартеновских печах) возникла идея объединения двух агрегатов для совместного решения задач окислительного рафинирования с меньшими энергетическими затратами. Появились тандем-печи, в которых обе печи использовались попеременно: то как рафинировочная, то как подогревательная. Когда в одной из печей находится жидкий металл, который продувается кислородом, то в соседней в это время -твердая шихта, прогрев которой осуществляется
путем дожигания СО в горячих дымовых газах, покидающих рафинировочную стадию процесса [4]. При переделе обычного чугуна эта идея была реализована в стационарных мартеновских печах, в которых рабочее пространство имеет две ванны с общим сводом, нет головок и регенеративных насадок. Использование тепла отходящих газов происходит не в регенераторах, а непосредственно в рабочем пространстве соседней камеры.
Технологический режим плавок основан на следующих положениях: равенство «холодного» (заправка, завалка, прогрев и заливка чугуна) и «горячего» (плавление и доводка) периодов в соседних ваннах; расход сыпучих материалов в завалку должен обеспечить минимальные их присадки в доводку; расход лома в завалку не меньше, чем в мартеновских печах. Для компенсации дефицита тепла в своде печи устанавливают стационарные горелки природного газа. В двухванном сталеплавильном агрегате основным шихтовым материалом служит жидкий чугун. Характер окислительных процессов приближается к кислородно-конвертерному с верхней подачей дутья с низкой интенсивностью продувки.
На современном этапе развития черной металлургии появилась возможность объединения технологических процессов выплавки стали в конвертерах и дуговых электрических печах. Комбинация конвертера и дугово печи в одном агрегате расширяет возможности использования разных шихтовых материалов, повышает производительность агрегатов, позволяет уменьшить расход электрической энергии, снизить потребляемую из электрической сети мощность, уменьшить влияние помех на сети и снизить затраты на электрооборудование.
Фирма Concast Standard AG (Швейцария) разработала процесс Arcon и для его осуществления двух-корпусной агрегат, состоящий из конвертера с верхней кислородной продувкой и одноэлектродной дуговой печи постоянного тока. Геометрия и размеры корпусов соответствуют характеристикам кислородных конвертеров. Агрегат Arcon имеет производительность 1,6 млн т/год. В качестве металлошихты используют жидкий чугун (40%), гранулированный чугун (5%) и горячебрикетированное губчатое железо (55%). Масса выпускаемой плавки 170 т (170 т стали выпускают каждые 46 мин). Цикл работы агрегата составляет 92 мин. Технология основана на использовании оставленного от предыдущей плавки жидкого расплава массой 50 т, т.е. емкость каждого корпуса 220 т жидкой стали [2]. При такой работе удельный расход электроэнергии составляет 225 кВт-ч, кислорода - 45 м3, электродов - 0,7 кг. Токовое время работы двухкорпуспого агрегата достигает 95%.
Фирма Mannesmann Demag Metallurgy разработала конструкцию двухкорпусной печи переменного тока, подобную агрегату Arcon, назвав ее Conarc (Converter-arc-furnace). Часть кислорода (до 85%) вду-
вается через многосопловую верхнюю фурму с интенсивностью до 330 м3/мин. Расход электроэнергии составляет 187-244 кВт-ч/т (рис. 3).
Рис.3. Схема агрегата CONARC
На Магнитогорском металлургическом комбинате после реконструкции мартеновского цеха в электросталеплавильный (ЭСПЦ) в работе остался один двухванный агрегат со средней массой плавки 186 т. Масса металлического лома в завалку составляет от 10 до 40% от массы металлошихты. Агломерат и железная руда в завалку не расходуются, что обеспечивает спокойное протекание плавки без выносов и выбросов металла и шлака из печи. Масса извести или известняка в завалку составляет 4-5% от массы ме-таллошихты, что обеспечивает получение основности шлака перед выпуском не менее 2,3 без дополнительных присадок извести в доводку.
Расход кислорода на продувку и природного газа устанавливается в соответствии с инструкцией по тепловому режиму (см. таблицу).
Тепловой режим плавки в двухванном агрегате
Показатели работы двухванного сталеплавильного агрегата ОАО «ММК» свидетельствуют об эффективности используемого технологического процесса. Однако по-прежнему остается проблема экологично-сти производства из-за негерметичности рабочего пространства агрегата и активного взаимодействия продуктов его плавки с окружающей средой. Если вместо существующего подового двухванного агрегата установить агрегат Оэтгс, то предварительная оценка показывает: при мощности трансформатора 140 МВА и массы стали на выпуске 180 т с использованием 50% жидкого чугуна в металлошихте можно иметь продолжительность работы под током и при продувке кислородом около 25 мин каждой. При этом расход электроэнергии составит 220 кВт-ч/т, электродов - 1,4 кг/т, а кислорода около 40 м3/т. Годовая производительность такого агрегата может составить порядка 2,5 млн т.
Список литературы
1. Бигеев В.А., Столяров А.М., Валиахметов А.Х. Металлургические технологии в высокопроизводительном электросталеплавильном цехе: учеб. пособие. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2014. 308 с.
2. Кудрин В.А. Теория и технология производства стали. М.: Мир; ООО «Издательство АСТ», 2003. 528 с.
3. Рощин В.Е., Рощин А.В. Электрометаллургия и металлургия стали. Челябинск: Издательский центр юУрГУ, 2013. 572 с.
4. Металлургия стали / под ред. В.И. Явойского и Г.Н. Ойкса. М.: Металлургия, 1973. 816 с.
5. Опыт выплавки стали в сверхмощной дуговой печи с повышенным расходом твердого чугуна / Бигеев В.А., Валиахметов А.Х., Йенер Бурак, Федянин А.Н. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2014. №1. С. 15-19.
Периоды плавки Длительность периода, мин Расход, тыс.м3/ч
природный газ кислород
Выпуск и заправка 15 2,0 4,0
Закрытие летки 10 2,0 4,0
Завалка 20 2,0 0,0
Прогрев 10 2,0 4,0
Слив чугуна 10 0,0 4,0
Итого 1 ч 5 мин
Плавление 45 0,0 9,0
Доводка 20 0,0 8,0
Итого 1 ч 5 мин
6. Расширение шихтовой базы плавки стали в дуговых электропечах / Никифоров Б.А., Бигеев В.А., Пантелеев А.В., Ушеров А.И. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2007. №1. С. 38 - 41.
7. Температурный режим шлака сверхмощной ДСП и технологические параметры плавки / Шешуков О.Ю., Некрасов И.В., Не-видимов В.Н., Кузякин В.Г., Ушаков М.В. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2010. №1. С. 29-31.
Сведения об авторах
Бигеев Вахит Абдрашитович - д-р техн. наук, проф. кафедры МЧМ, ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел.: 8(3519) 29-85-59. E-mail: v.bigeev11@yandex.ru
Колесников Юрий Алексеевич - канд. техн. наук, доц. кафедры МЧМ, ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел.: 8(3519) 29-85-73. E-mail: mchm@magtu.ru
Федянин Артем Николаевич - аспирант кафедры МЧМ, ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел.: 8(3519) 29-85-73. E-mail: mchm@magtu.ru
Потапова Марина Васильевна - канд. техн. наук, доц. кафедры МЧМ, ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». E-mail: marina_potapova8@mail.ru
Писчаскина Алена Викторовна - ассистент кафедры МЧМ, ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». E-mail: mchm@magtu.ru
Абдрахманов Эмиль Илдарович - студент кафедры МЧМ, ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». E-mail: abdrakhmanov 975@gmail.com
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
CONVERGENCE OF STEEL PRODUCTION TECHNOLOGIES IN OXYGEN CONVERTER AND ELECTRIC ARC FURNACE
Bigeev Vakhit Abdrashitovich - D.Sc. (Eng.), Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University. Phone: 8(3519) 29-85-59. E-mail: v.bigeev! 1 @yandex.ru
Kolesnikov Yury Alekseevich - Ph.D. (Eng.), Assistant Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University. Phone: 8(3519) 29-85-73. E-mail: mchm@magtu.ru
Fedyanin Artem Nikolaevich - Postgraduate Student, Nosov Magnitogorsk State Technical University. Phone: 8(3519) 2985-73. E-mail: mchm@magtu.ru
Potapova Marina Vasilyevna - Ph.D. (Eng.), Assistant Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University. E-mail: marina potapova8@mail.ru
Pischaskina Alyona Viktorovna - Teaching Assistant, Nosov Magnitogorsk State Technical University. E-mail: mchm@magtu.ru
Abdrakhmanov Emil Ildarovich -Student, Nosov Magnitogorsk State Technical University. E-mail: abdrakhmanov 975@gmail.com
Abstract. The ability to install the unit Conarc, representing a combination of converter and electric arc furnace instead of the existing double-bath unit in a EAF plant, OJSC "MMK" is assessed in the paper.
Keywords: unit Conarc, oxygen converter, EAF.
УДК 669.184.244 Чангджианг Динг, Сонглин Ду
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА НА ДСП-110 В УСЛОВИЯХ ПРЕДПРИЯТИЯ «МАСТИЛЛ» (КИТАЙ)*
Аннотация. В статье кратко описаны характеристики оборудования и технологии выплавки стали на ДСП-110 в условиях предприятия «Мастилл» (Китай). Технология была усовершенствована с целью повышения производительности оборудования. Несмотря на изменение технологии, производственный процесс остается стабильным, качество - контролируемым. Содержание элементов в металле обеспечивается в узком диапазоне: колебание концентрации углерода составляет ±0,01%, содержание таких вредных примесей, как сера и фосфор контролируется в пределах 0,003 и 0,010% соответственно. Общее содержание кислорода в металле удерживается ниже 15-10-6. Качество поверхности непрерывнолитой заготовки составляет 99,5%. Производственная практика показывает, что качество продукции достигло высокого уровня.
Ключевые слова: электросталеплавильный процесс, внедрение технологии, качество продукта, эффект контроля.
Введение
Компания «Специальные стали Мастилл» была основана в двенадцатую пятилетку (2011-2015 гг.). Она лидирует по производству рельсовых сталей, включая быстрорежущие, колесные и осевые. Технологии и оборудование для их производства были за-
*Перевод Потаповой М.В. © Чангджианг Динг, Сонглин Ду, 2015
имствованы из-за рубежа. Основное оборудование для линии непрерывной разливки было разработано и установлено несколькими компаниями: высокомощная 110-тонная электродуговая печь была поставлена компанией SMS CONCAST; два агрегата «ковш-печь» и вакууматор типа RH (каждый вместимостью 120 тонн) устанавливались преимущественно компанией SMS MEVAC; МНЛЗ для отливки заготовок круглого сечения диаметром 300-600 мм была разработана SMS DEMAG. Линия получения непрерывнолитой заго-
