Приазовський Державний технічний університет

Ларіонов Олександр Олексійович

УДК 669.1.001.57.621.1.:533.(043.3)

Опрацювання та впровадження комплексної ресурсозберігаючої технології виробництва трубних сталей підвищеної якості

Спеціальність 05.16.02 – Металургія чорних металів

Автореферат дисертації на здобуття вченого ступені

кандидата технічних наук

Маріуполь 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на ВАТ “Маріупольський металургійний комбінат

ім. Ілліча” , м. Маріуполь

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Капустін Є.О., Приазовський державний технічний університет (м. Маріуполь), професор кафедри теплофізики та теплоенергетики металургійного виробництва.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Скребцов О.М., Приазовський державний технічний університет (м. Маріуполь), професор кафедри ливарного виробництва канд. техн. наук Мельник С.Г., ВАТ МК “Азовсталь” (м. Маріуполь), заст. начальника ЦЛМК

Провідна установа: Донецкий державний науково-дослідний інститут чорної металургії, комiтет промисловоi політики України,м. Донецьк

Захист відбудеться “ 2 ” липня 2001 р.о 1100 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 12.052.01 при Приазовському державному технічному університеті: 87500, м. Маріуполь, Донецької обл., вул. Університетська, 7.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Приазовського державного технічного університету: 87500, м. Маріуполь, вул. Апатова, 115.

Автореферат розісланий “ 31 ” травня 2001 г.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

доктор технічних наук, професор В.О. Маслов

ЗаГАЛЬНА ХаРАКТЕРИСТИКА РоБОТИ

Проблема підвищення якості сталей, що витоплюються, є однією з най актуальніших для металургійних комбінатів України.

Актуальність роботи. Підвищення якості сталі з використанням енерго- та ресурсозберігаючих технологій – найважливіша проблема сучасної металургії. Необхідною умовою науково-технічного прогресу та росту ефективності киснево-конвертерного виробництва є широке впровадження новітніх сталеплавільних технологій. У дисертаційній роботі розглядається одна з найбільш актуальних задач – розробка ресурсозберігаючої технології виробництва штрипсів, розширення сортаменту та підвищення якості холодостійкої сталі. Задача вирішується комплексно на усіх етапах виробництва трубних сталей, включаючи виплавку та позапічну обробку в умовах діючого цеху. Розроблені та впроваджені технології глибинної десульфурації шлакоутворюючими сумішамі, модифікування сталі порошкоподібними сумішамі сілікокальцію, а також усереднення хімскладу і температури металу інертним газом, коректування вмісту легуючих елементів, інжектування різноманітних порошкоподібних матеріалів та ін.

Вдосконалення технології виробництва штрипсу для труб великого діаметру дуже важдиве для металургійних комбінатів, які вступають до риночної економіки, здобувають певне визнання на внутрішньму та зовнішньому ринках

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Питання, що розглядаються у дисертації, відповідають проведеним на Мк ім. Iлліча науково-дослідницьким роботам № 156/351-08-95 "Опрацювання й впровадження енергозберігаючих технологій виробництва безупиннолитих слябів за рахунок зниження температури металу на випуску з конвертера, економії чавуну й розкиснювачів",

№ 94/04/22-239 "Опрацювання комплексної технології позапічної обробки, в тому числі мікролегуваннi й доводка сталі на Адс конвертерного цеху Мк ім. Iлліча", а також Програмі перспективного розвитку підприємств металургійного комплексу Донецької обл. до 2001 р. й Національній програмі розвитку гірничо-металургійного комплексу України, 1999 р.

Мета й завдання дослідження. Метою цієї роботи є аналітичне й експериментальне обгрунтування, промислова перевірка й широке впровадження новітніх сталеплавильних технологій, що забезпечують глибоку десульфурацію й поширення сортаменту сталей,

що витоплюються, високоякісних трубних марок, виключення високозатратних й енергоємних операцій. У завдання досліджень входило моделювання взаємопов'язаних процесів допалення конвертерного газу, температурного стану футеровки та її знос в умовах істотно знакозмінних теплових навантажень, опрацювання засобів поліпшення теплового балансу конвертерної плавки, відпрацювання комплексної технології рафiнування й модiфикациї сталі у ковші, що забезпечують високий рівень механічних властивостей штрiпсової сталі, опрацювання енергозберігаючих технологій хімічного підігріву сталі для виправлення холодних плавок.

Об'єкт дослідження - енерго- й ресурсозберігаюча технологія виробництва сталей трубного сортаменту, що включає тепломасообмінні процеси в 160 т конвертері й стальковші киснево-конвертерного цеху Мк ім. Iлліча.

Предмет дослідження - температурні поля в футеровці конвертера з урахуванням циклічностi плавки, концентрації газів в струменях при впровадженні їх в дуже розігрітий реагуючий простір, склади шлакоутворюючих й теплоiзолюючих сумішей, їх вплив на ефективність вилучення сірки й на витрати чавуну, склад наповнювачів алюмокальцієвого дроту, його вплив на міру засвоєння Са й Al, нагрів металу при хімічному підігріві, iмпульс й потужність одно- й двофазних струменів, витікаючих в розплав при iнжекційній продувці.

Основні засоби дослідження - в роботі використано математичне моделювання, напівпромислові й промислові іспити на діючому конвертері, установці Кдс-2п-3с. Для визначення складу металу використовували сучасні засоби хімічного аналізу, для автоматичного заміру параметрів розплаву - прилади фірми Electro-nite Celox. Оцінка забрудненості металу неметалевими вкрапленнями вироблялася на нетравлених шлiфах від проб металу, відібраного з ківшу із використанням стандартних методик. Приладами системи Multi-lab Celox контролювали вміст алюмінію. Розрахунки по математичним моделям виконувалися на Поем за спеціально розробленими програмами. Результати розрахунків зіставлялися з експериментальними даними, одержаними під час промислових досліджень.

Наукова новизна одержаних результатів. Розроблена математична модель теплового стану футеровки кисневого конвертера з урахуванням виробітку, обшлакування, зміни теплофiзичних властивостей вогнетривів в залежності від температури. Результати чисельного моделювання дозволили одержати динамічну картину розподілу температури, а також визначити акумуляцію теплоти кладкою в період розігріву, продувки й в міжплавочний період, в тому числі при "замиканні" горловини під час тривалого простою.

Розроблені нові засоби управління струменями, витікаючими з одного й того ж сопла, але що мають різноманітне функціональне призначення, що забезпечують часткове допалення СО в порожнинi конвертера з метою поліпшення теплового балансу та зменшення напруги в топці котла-утилiзатора.

Удосконалена технологія десульфурації сталі в ковші за рахунок використання самоплавких шлакових сумішей, до складу яких входять недефіцитні матеріали.

Удосконалена технологія мікролегування сталі порошковим дротом з високоактивними елементами за рахунок оптимiзації співвідношення між алюмінієм й кальцієм. Розроблені напівемпiричні засоби, що дозволять на якісно новому рівні описати дисперсні струмені при розгоні порошкоподібних матеріалів у ковшевих фурмах заглибленого дуття з урахуванням теплопідводу та зміни пилового завантаження у широкому диапазоні.

Уточнені елементи технології хімічного підігріву сталі за рахунок теплоти алюмо- й сiлікотермічних реакцій, що дозволило знизити температуру металу на випуску з конвертера й одержати економію чавуну, феросплавів ті розкиснювачів.

Практичне значення одержаних результатів:

- впроваджен комплекс заходів, що включає зональну кладку вогнетривкими матеріалами з понад високою теплопровідністю й температуропровідністю, але з підвищеною шлакостійкiстю, зносостійкiстю, вогнетривкістю, що дозволило збільшити тривкість футеровки майже вдвічі (тільки в 2000 р. з ~ 700 до ~ 900 плавок), причому рекордна кількість плавок складає 1600 (березень 2001 р.);

- впроваджен фурми з соплами, забезпечуючими регулювання зворотнього акустичного зв'язку, що створює умови для допалення СО в порожнинi конвертера й зниження витрат чавуну;

- широке впровадження нових твердих екзотермічних шлакоутворюючих сумішей (Тешс), що дозволяють в ~ 1,7 рази знизити вміст сірки в готовій сталі в порівнянні з Тшс та зменшити витрати чавуну, а також алюмінію;

- впроваджена технологія модифікування сталі алюмокальцієвим дротом, мікролегованими високоактивними елементами, причому показано, що найліпше засвоєння Al та Са в готовому металі досягається при їх співвідношенні 60:40;

- впроваджена технологія хiмпідігріву, що дозволило знизити повернення плавок з МБлз на верхову розливку з 2,1 до 0,04 %, скоротити кількість неповно розлитих плавок з 3,2 до 1,34 %, знизити втрати металу при зливах з 4,8 до 2,8 кг/сл, скоротити технологічні простої та збільшити у два рази серійність плавок на МБлз.

За роботу "Опрацювання теоретичних основ й широкомасштабне впровадження засобів підвищення властивостей конструкційних сталей мікролегованими порошковими дротами з високоактивними елементами" присуджена Держпремiя України за 1999 р. (авт. Бойко В.С., Ларiонов О.О., Сахно В.О., Бать Ю.i., Дюдкiн Д. О.), диплом № 4712.

Особистий вклад здобувача. Адаптація математичної моделі розігріву та динамічної зміни теплового стану футеровки й корпусу під час плавки та міжплавочних простоїв; зональна кладка футеровки конвертера вогнетривами з понад високою теплопровідністю, температуропровідністю, але й з більшою зносостійкістю, вогнетривкістю й шлакотривкістю, обгрунтований склад екзотермічних сумішей для одержання низькосірчастих сталей; рекомендації з оптимальної глибини занурювання дроту залежно від складу наповнювача оболонки; експериментальне відпрацювання складу екзотермічної шлакової суміші, що включає алюмінієву стружку, офлюсований залізорудний агломерат, вапно та плавіковий шпат. Опрацювання конструкції фурм для глибинного дуття, що дозволяє збільшити потужність й iмпульс струменів, підвищити стійкість фурми для заглибленої продувки.

Апробація результатів дисертації. Результати дисертаційної роботи доповідалися й обговорювалися на: Ix Міжнародній науково-технічній конференції, м.. Дніпропетровськ, 1998 р.; V Конгресі сталеплавильників, м. Москва, 1999 р; Vi Міжнародній науково-технічній конференції "Тепло- та масообмінні процеси в металургійних системах", м. Марiуполь, 2000 р.; Vi Конгресі сталеплавильників, м. Череповець, 2000 р.; науково-технічній конференції "Виробництво сталі в Ххi віці, прогноз, процеси, технологія, екологія" Київ-Дніпродзержинск, 2000 р. та ін.

Публикацiї. Результати досліджень, наведених в дисертації, опубліковані в 15 статтях за темою дисертації, в т.ч. в 6 винаходах СРСР та патентах України.

Структура роботи. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, висновків, переліку використаних джерел із 100 найменувань, 4 додатків й містить 178 сторінок тексту, в тому числі 27 малюнків й 22 таблиць.

Основний Зміст дисертації

РОЗДІЛ 1. Огляд технологій й устаткування для їх реалізації при виробництві якісних сталей з використанням систем ківшевого рафiнування

На шляху технічного переоснащення металургійних підприємств більшості країн світу головна проблема - не збільшення виробництва металу, а підвищення його якості. В металургійному комплексі України при виробництві якісних сталей одним з головних наукових напрямків є ресурсо- та енергозбереження, вдосконалення існуючих та опрацювання нових процесів одержання й обробки металів. Аналіз опублікованих робіт показав, що дослідники не знайшли оптимального рішення взаємопов'язаних проблем підвищення стійкостi футеровкi, часткового допалення СО в порожнинi конвертера й теплового розвантаження котла-утилiзатора - одного з найбільш ненадійних елементів у схемі виробництва сталі з допаленням СО.

Завдання полягає в тому, щоб пов'язати в єдиний комплекс можливості підвищення якості сталей відповідального призначення з ресурсозберігаючою технологією витоплення й позапічної обробки.

РОЗДіЛ 2. Удосконалення устаткування й технології витоплення високоякісних сталей

У другому розділі розглянута методика розрахунку температурного поля футеровки в період розігріву й холонення конвертера з урахуванням реально існуючих періодів плавки. На основі вивчення температурного поля футеровки в умовах різкого змінення теплового навантаження, надалі вирішувалися питання зміни її конструкції та опрацьовувалися засоби підвищення стійкостi футеровки.

Для складання дискретного аналогу рівняння теплопровідностi, футеровку розбивали на N шарів. При цьому товщину шару обирали з урахуванням властивостей матеріалу футеровки. Відлік шарів починали від внутрішньої поверхні футеровки конвертера радіусом R1. За таких умов з рівняння теплового балансу для і-го елементарного шару знаходили температуру ti+1, j проміжного шару.

. (1)

Через те, що футеровка конвертера складається із різноманітних матеріалів (смоломагнезiт, хромiтопериклаз, периклазохромiт та ін.), то рівняння теплового балансу складали для усіх елементарних шарів та доповнювали їх рівняннями, що описують умови на границі двох різноманітних матеріалів. Тоді температура приграничного шару представляється як:

Модель дозволяє розраховувати температуру в будь якій точці футеровки та в будь який момент часу протягом усієї кампанії по футеровці з урахуванням зміни теплофiзичних властивостей матеріалу (l, с, r) залежно від температури, зміну температури корпусу, а також визначати теплоту, що акумулюється кладкою, величину теплових втрат від корпусу й через горловину з розміщеною на ній кришкою й без неї при різноманітному виробітку футеровки. Використовуючи наведену вище математичну модель, були виконані розрахунки із урахуванням реально існуючої циклограми конвертерної плавки.

На рис. 1 представлена зміна температури в різноманітних шарах футеровки з урахуванням циклічностi плавки (завалка брухту – 5 хв, заливка чавуну - 3 хв, продувка киснем - 22 хв, злив сталі –7 хв, злив шлаку - 3 хв, огляд та ремонт футеровки - 30 хв, усього - 70 хв).

Плавки без зносу футеровки (dф = 0 мм) та без простоїв. Як видно з рис. 1 а максимальна температура футеровки tф досягається на 22 хв кожної з 4 розглянутих плавок, а в шарі товщиною 10 мм ще підтримується значний перепад температур (~ 400ос). Проте на відстані 60 мм від зовнішнього шару в смоломагнезитовій футеровці навіть в період продувки різкої зміни температури не відбувається. Характерно, що, наприклад, на 396-400 плавках (рис. 1,б) загальна закономірність зміни температури в більш розігрітій (на ~50ос) футеровці зберігається.

Плавки із простоямi (140 хв). У період простою напрям теплового струменя змінюється - більш глибокі шари прогрівають як внутрішні так зовнішні шари футеровки. Зовнішні шари (dф = 0) за

140 хв простою охолоджуються до 1050ос, а за 22 хв продувки приріст температури складає ~ 600 ос. За час змушеного простою, теплота, що акумулюється кладкою цилiндричної частини футеровки, знижується з 249 до 241 Гдж.

При коефіцієнті тепловіддачi до a = 20 Вт/м2К загальна втрата теплоти в навколишнє середовище цилiндричною частиною й горловиною досягає ~ 5 Мвт, але встановлення кришки на горловині конвертера призводить до зниження цієї втрати на 0, 8 Мвт.

Аналіз теплового стану футеровки з урахуванням циклічностi послужили основою для опрацювання й впровадження рекомендацій по радикальному підвищенню стійкостi футеровки. До них відноситься комплекс заходів таких як наведення магнезiальних шлаків, нанесення на футеровку оборонного шлакового гарнiсажу, зональна кладка (в районі цапф) шлако- й зносостійкими вогнетривами, зниження термічних напружень в шарі, оберненому у порожнину конвертера й зменшення сколів за рахунок скорочування теплових втрат при простоях (наприклад, установою кришки, що замикає горловину), поліпшення водно-хімічного режиму котла, що знижує попадання води на футеровку та ін. Рекомендації дозволили збільшити стійкість футеровки в середньому з 600 до 900 плавок (на ~ 50%). Витрати вогнетривів знизилися на 0, 8 кг/т сталі.

позитивні результати по підвищенню стійкостi футеровки конвертера дозволили вирішити завдання збільшення степені регенерацiї хімічної теплоти СО за рахунок часткового його допалення в конвертері. Для цієї цілі розроблені нові конструкції кисневих фурм багатоцільового призначення. Виготовлена й випробувана дослідно-промислова партія фурм (10 шт) з центральним та периферійним соплом, обладнаним турбулентним й гвинтовим завихрювачем. Промислові випробування підтвердили високу ефективність обгрунтованих засобів й пристроїв для продувки розплаву в конвертері. Фурми з так званими "пелюстковими" соплами дозволили знизити витрати чавуну на ~5 кг/т.

РОЗДІЛ 3. Десульфурація сталі в ковші екзотермічними

шлакоутворюючими сумішами

Вибір складу самоплавкої суміші проводився із урахуванням підтримки заданої у вузьких межах швидкості горіння суміші wr з урахуванням залежності, кг/с: wr = 11,23 {Al}см – 0,4wS - 4,67, де {Al}см - частка алюмінію в суміші, wS - зменшення легких компонентів у вапні (втрати при пропіканні).

Аналіз проведених досліджень показав, що зі збільшенням витрат суміші від 18 до 32 кг/т сталі степінь десульфурацiї зростає приблизно на 10%. Різке зниження десульфурацiї відбувається при витраті суміші менш 15 кг/т сталі. Внаслідок обробки сумішами кількість сульфiдних вкраплень у сталі 09г2с зменшилася в 2,7 рази, дисперсність сульфiдів й оксидів підвищилась відповідно на 30 й 60%. Сталь 09г2с після обробки сумішшю задовольняє вимогам, що пред'являються до металопродукцiї, призначеної для роботи в умовах крайньої Півночі.

Дуже ефективними виявилися тверді шлакові суміші, при такому співвідношенні компонентів, мас.%: відсів алюмінієвої стружки 15-25; вапно 45-60; плавіковий шпат 1-5; залізорудний офлюсований агломерат 25-35. Лабораторні експерименти показали, що швидкість формування шлаку при введенні розробленого складу в тiгель, що знаходиться в iзотермічнiй області печі Таммана й підігрітого до 1500ос, вдвічі вище складу, що раніше використовувався (в середньому дорівнювала 1,50 г/с. це забезпечує формування на більш ранній стадії рiдкого вапняно-глиноземистого шлаку, який довше бере участь у процесі рафiнування. Температура його плавління майже 1335оС (на 60-70оС нижче, ніж у застосовуваних раніше), а в'язкість 0,10-0,14 Па.с (на 10-15 % нижче, ніж у застосовуваних раніше).

При використанні розробленої суміші питома кількість сульфiдних вкраплень знизилася з 84 до 66 шт/м2, вихід придатного збільшився з 89 до 97%. За рахунок підвищення ударної в'язкості при температурах мінус 40 й 60оС на 9 й 5 Дж/см2 відповідно вихід придатного збільшився на 8%.

Лабораторні й промислові експерименти показали, що найбільш ефективною є тверда екзотермічна шлакова суміш (Тешс), розроблена для одержання низькосірчастих марок сталей. Здійснювали приготування суміші з масовою часткою, %: відсіви алюмінієвої стружки - 20, відсів офлюсованого залізорудного агломерату - 30, вапно - 48, плавіковий шпат - 2. Встановлено, що при загальній тривалості випуску від 3 до 10 хв впровадження 1,7 т суміші, що здійснювалося протягом 0,5-1,5 хв через 3-30 с після початку випуску, падіння температури від випуску до розливки залишилось на тому ж рівні й склало 62-65оС. При цьому витрата чавуну залишилася на попередньому рівні й перегрівати метал в конвертері не вимагалося. Степінь десульфурацiї на рівні 60-75% спостерігалася на плавках з масовою часткою алюмінію в готовій сталі понад 0,020%.

Впровадження в киснево-конвертерному цеху Мк ім. Iлліча технології виробництва литих слябів й штрипсів із застосуванням Тешс дозволило зменшити витрати рiдкого чавуну на ~ 12 кг/т сталі та на таку ж кількість збільшити частку брухту, зменшити витрати алюмінію на ~ 0,1 кг/т сталі. Температуру випуску сталі знизили до 1640-1660оС проти 1660-1680оС при обробці Тшс. Експериментальні показники підтверджують, що вміст сірки в готовій сталі ~ 1,7 рази нижче при використанні Тешс у порівнянні з Тшс.

Розроблені склад й технологія застосування сумішей для теплоiзоляцiї дзеркала металу в ковші порошкоподібними та гранульованими сумішами. Її впровадження дозволило знизити температуру металу на випуск на 15-25оС.

РОЗДІЛ 4. Удосконалення технології комплексної обробки сталі в 160 т ковше

У конвертерному цеху Мк ім. Iлліча введений в промислову експлуатацію багатофункціональний агрегат доводки Кдс-2п-3с, який дозволяєь проводити комплексну обробку сталі, що включає в тому числі коректування змісту Al й Сa шляхом введення до ківша за допомогою трайб-апаратів Al-катанки й дроту з наповнювачами Si-ca та Al-ca. З метою зниження витрат кальційвміщуючих матеріалів та підвищення степені засвоєння кальцію, дослідили заміну Sica порошкового дроту на дріт з наповненням гранульованими алюмінієм та кальцієм. Було проведено 66 дослідно-промислових плавок з позапічною обробкою сталі порошковим дротом, з них 24 - при витопленні трубних марок сталей, а інші - марки сталі Ен 36, А 36, St 52-3. Слід відзначити, що на дослідних плавках температура в ковші при введенні алюмокальцієвого дроту складала 1580-1610оС. Різниця в 30-40оС істотно впливає на поводження дроту в розплаві. Так, при температурі 1610-1620оС час розплавлення стальної оболонки (d = 0,4 мм) в рiдкій сталі складає 2,2-2,8 с, а при температурі 1570-1580ос - 3,0-3,5 с. Дуже важливим представляється правильний вибір співвідношення в дроті між Аl й Са, що дозволило би найбільш ефективно проводити операції мікролегування та модифікування. Загальне наповнення дроту було 122 г/м, в тому числі алюмінію - 73 г/м та кальція - 49 г/м. Встановлено, що оптимальним є співвідношення Аl/са, рівне 60:40. це технологічне рішення захищено патентом України.

Залежно від температури розплаву швидкість введення алюмокальцієвого дроту до ківша з рiдким металом складала 3,0-

4,0 м/с. Технологічні показники проведених дослідно-промислових плавок сталі 13Г1Су та ЕН 36 наведені в табл. 1

Таблиця 1

Технологічні показники позапічної обробки сталі порошковими Аlca та Siса дротами

Вид дроту Кількість плавок, шт Марка сталі Питомі витрати, кг/т Вміст в готовій сталі, 10-3% Засвоення Ca, % Степень десульф, %

Дроту Наповн. Ca Ca Аl S

АlCa 24 трубн. марки 1,07 0,40 0,16 4,4 39 7 29,04 13,06

SiСа 288 13Г1СУ 2,62 1,33 0,40 4 38 7 11,01 20,23

АlCa 98 ЕН 36 0,77 0,306 0,12 2,5 41 10 21 13,9

SiСа 41 ЕН 36 1,93 0,98 0,29 3,2 39 9 11,1 20,3

Для порівняння взяті плавки тих самих марок сталі, що проведені в один період з дослідними й оброблені Siса дротом Ск 30. Як видно з табл. 1, залишковий вміст Са в готовій сталі 13Г1су на плавках з Аlса дротом (Пп) склав 0,0044%, на плавках з Siса Пп - 0,0040%, витрати дроту на обробку склав 1,07 й 2,62 кг/т відповідно, витрати кальція - 0,16 та 0,40 кг/т. При цьому засвоєння кальція (проба на МБлз) при обробці Аlса дротом склало 29% проти 11% при обробці Siса дротом, тобто засвоєння кальція на плавках сталі 13г1су з Аlса дротом в 2,6 рази вище, ніж на плавках з Siса дротом при менших в 2,5 рази витратах кальція на обробку. Відзначимо, що засвоєння кальція через 3-5 мiн після введення Аlcа дроту (проба на Кдс) на трубних марках сталі склало 46,4%. Засвоєння Са з Аlса Пп на сталі марки

ЕН 36 трошки нижче, ніж на трубних марках (21,0%, проба на МБлз).

З підвищенням масової частки сірки значення ударної в'язкості декілька знижуються як на зразках з гострим, так на зразках з круглим надрізом. При цьому на кожні 0,001 % підвищення масової частки сірки на зразках з гострим надрізом спостерігається зниження ударної в'язкості на 13-20%, а на зразках із круглим надрізом – на 5-15%.

Технологія позапічной обробки сталі порошковим дротом з наповненням гранульованими алюмінієм та кальцієм в співвідношенні 60:40 завпроваджена в Ккц ВАТ “МК ім. Iлліча”. При обробці трубних марок сталі алюмокальцієвим дротом середнє засвоєння кальція в готовому металі склало ~ 29%. У безперервнолитих слябах, оброблених Аlса дротом, відсутні ликваційні смужки і осьові тріщини. Технологія дозволяє отримати стабільні результати по вмісту Са в сталі не нижче 0,001%.

РОЗДІЛ 5. Аналітичне та експериментальне дослідження фурми для заглибленої продувки iнертними газами й порошками, а також підігріву розплаву в ковші

В Ккц ВАТ “МК ім. Iлліча” освоєна технологія iнжекційної доводки сталі шляхом вдування таких сумішей:

- плавлене вапно та плавіковий шпат (Iрс-1) з гранулометричним складом 98,2% < 0,088 мм;

- спеціально підготовлена рафiнiровочна суміш системи Cao-Al2o3 - CaF2–N2O–K2O з низьким вмістом Feo (Iрс-2) та гранулометричним складом: 0,63 мм - 0,4%; 0,1 мм - 12,9%; < 0,1 мм - 86,6%.

На етапі розробки технології iнжекційного вдування порошка був проведений аналіз можливих режимів продувки в широкому діапазоні зміни витрат порошка, газу-носiя та їх відповідності геометричним характеристикам фурми. Мета розрахунку – по заданим витратам газу V1 й порошка m2, а також розмірам фурми розрахувати газодинамічнi параметри втікаючого до розплаву на глибині h газопорошкового струменя з урахуванням теплопідводу, тертя й істотного протитиску.

Аналітичні дослідження, проведені для режиму течії дисперсної суміші в новій фурмі, коли захисний вогнетривкий блок не зношений та температура стінки на виході з фурми tw ” 27оC. По другому варіанту - вогнетривкий блок вироблений (dф = 0,1 мм) й не захищає трубу стінки (рис. 2 та 3).

Встановлено, що необгрунтоване збільшення D1, наприклад, з 10 до 20 мм викликає необхідність дроселювання струму дорогого аргону з 0,97 до 0,317 Мпа при m = 0 та з 0,97 до 0,336 Мпа при m = 20 кг/кг, що призводить до збільшення дисипативних втрат.

Рис. 2. Вплив діаметру фурми D1 й зміни теплопідводу на початковий тиск рн, й коефіцієнт втрати повного тиску sк при різноманітному пиловому навантаженні m.

Рис. 3. Залежність iмпульсу Iu12, потужності N12 газопорошкового струменя, втікаючого до розплаву, а також втрати тиску перед фурмою Dрн від діаметру D1 при різноманітному пиловому навантаженні m та зміні теплопідводу.

________ без теплопідводу (tw = 25оc); __ __ __ з теплопідводом (twк = 560-300оc) Вихідні параметри до рис. 2 та 3: якщо m = 20 кг/кг, то m2 = 35,68 кг/хв.

Правильний вибір D1 істотно впливає на iмпульс Iu12 та потужність N12 газопорошкового струменя, розраховані за параметрами вихідного перетину фурми. з рис. 3 видно, що за рахунок зменшення діаметру D1 за всіх інших рівних умов потужність втікаючого до розплаву струменя збільшується з 0,06 квт (при D1 = 20 мм) до 1,15 квт (при D1 = 10 мм), тобто в ~ 20 разів, а втрата тиску Dрн при дроселюваннi зменшується майже на 0,6 Мпа.

Iнжекційна доводка з використанням сумішей типу Iрс-2 показала, що дослідні плавки (всього 6 шт. з 19) з високою степінню десульфурацiї (47,9%відн.) характеризуються великим питомими витратами рафiнувальної суміші (3,38 кг/т або 473, 3 кг/ковш) при низькому чаді алюмінію (на 0, 002 %абс. або 5,5%відн.). Плавки ж (5 шт. з 19) з низькою степінню десульфурацiї (13,0%відн.) відрізняються більш низькими питомими витратами суміші: (2,11 кг/т або 296 кг/ковш) при чималому чаді алюмінію (на 0,007 %абс. або 16,5%відн.).

Технологія глибокого знесірчення шляхом iнжектування порошків в розплав забезпечує степінь десульфурацiї в середньому до 40%. Для зниження відсортування слябів по хімічному складу проведено широкомасштабне промислове опробування та впроваджена технологія хімічного підігріву сталі у ковші кремнiєм та селективне коректування (вбік зниження) вмісту в сталі Al, Si, Мп й С.

По усередненим даним, питомі витрати кремнiю та кисню на підігрів складають 0,045 кг/(т оС) й 0,058 мн3/(т оС). При використанні для хiмпідігріву алюмінію, питомі витрати алюмінію й кисню складають 0,0386 кг/(т оС) та 0,0380 мн3/(т оС).

ВиСНОВКИ

1. На підставі комплексного дослідження газодинамічних та тепломасообмінних процесів в порожнині конвертера, процесів позапічної обробки сталі в ковші, відпрацьована й впроваджена ресурсозберігаюча технологія виробництва якісної сталі марок 09г2фб, 09г2бт, 10г2фбу та інших (майже 40 марок сталі).

2. Розроблена математична модель теплового стану футеровки кисневого конвертера. Показно, що обшлакування футеровки забезпечує зниження температури корпусу на ~ 50ос, установка кришки в горловині 160 т конвертера в період тривалого простою призводить до збільшення температури поверхні футеровки на ~ 150ос й зниженню втрат цилiндричною частиною й через горловину на 0,8 Мвт, тобто на 16%. Використання результатів чисельних досліджень по розрахунку розогріву футеровки 160 т конвертера та її нагрів в міжплавочний період дозволило розробити комплекс заходів, таких як раціональний підбір вогнетривких матеріалів та їх розміщення, впровадження зональної кладки, пневматичне обшлакування, зниження втрат теплоти та ін., що за останні 3 роки привело до підвищення стійкостi футеровки майже в 1,5 рази, з ~ 600 до ~ 900 плавок за кампанію.

3. Випробовані промислові зразки, розроблені рекомендації по впровадженню наконечників фурм багатоцільового призначення, що забезпечують витікання з одного й того ж сопла принципово різноманітних кисневих струменів, що використовувалися для зневуглецювання домішок та для допалення СО в порожнині конвертера. впроваджені фурми з соплами, що забезпечують використання зворотнього акустичного зв'язку витікаючих струменів.

4. Опрацювання й впровадження твердих екзотермічних шлакоутворюючих сумішей дозволило зменшити витрати рiдкого чавуну на ~ 12 кг/т, знизити витрати Al на 0,1 кг/т, зменшити температуру сталі на випуску на ~ 20оС.

5. Розроблені нові склади та технологія утеплення сталерозливних ковшів порошкоподібнимi та гранульованими теплоiзолюючими сумішами, що дозволило знизити температуру металу на випуску на

~ 20оС й сприяло впровадженню енерго- й ресурсозберігаючого виробництва безупинно литих слябів в киснево-конвертерному цеху ВАТ МК ім. Iлліча.

6. Розроблена й запатентована технологія позапічної обробки сталі порошковим дротом з наповненням гранульованим алюмінієм й кальцієм у співвідношенні 60:40%мас. Показано, що степінь використання Аlса дроту дозволяє збільшити степінь засвоєння Са в готовому металі до 29% (в 2,6 рази вище, ніж на порівняльних плавках), знизити витрати дроту на обробку в 2,5 рази, покращити якісні показники макроструктури слябів.

7. Для виробництва трубної сталі відпрацьвана технологія рафiнування розплаву вдуванням через погружну фурму плавленої дрібнодисперсної суміші CaO–Al2O3–CaF2–N2O–K2O із стабільною степенню десульфурацiї, що складає майже 30 %.

8. Виконаний аналіз газодинамічних та технологічних аспектів вдування десульфуруючого порошку в розплаву за допомогою заглибленної фурми і розроблені режими найбільш вигідного пневматичного перемішення металу витікаючим дисперсним струменем. За рахунок зменшення діаметра фурми потужність втікаючого до розплаву струменю збільшується з 0,06 квт (при D1 =

= 20 мм) до 1,15 квт (при D1 = 10 мм), тобто в ~ 20 раз, а втрата тиску Dрн при дроселюваннi зменшується майже на 0,6 Мпа.

9. Відпрацьований в умовах конвертерного цеху засіб хімічного підігріву сталі в ковші домiшок алюмінію та продувкою киснем чистотою не менш 98,8% забезпечує необхідне підвищення температури металу. Розроблена технологія підігріву металу в ковші не змінює хімічного складу сталі. Для зниження відсортування слябів по хімічному складу проведено широкомасштабне промислове опробування й впроваджена технологія хімічного підігріву сталі в ковші кремнiєм та селективне коректування (вбік зниження) вмісту в сталі Al, Si, Мп та С.

10. Результати дисертаційноі роботи впроваджені в киснево-конвертерному цеху Мк ім. Iлліча. Фактичний (частковий) економічний ефект складає 196 тис.грн./р.

СпИСОК ОпУБЛіКОВАНИХ АвТОРОМ ПрАЦЬ

За ТеМою ДиСЕРТАЦії

1. Внепечная обработка жидкой стали порошковой алюмокальциевой проволокой./ В.П.Онищук, В.В.Кисиленко, Д.А.Дюдкин, В.Е.Пильгук, Д.АСочнев, А.А.Ларионов, Э.Н.Шебаниц, Б.В.Небога //Металл и литьё Украины.- 2000.- № 1-2.- С.20-23.

2. Ларионов А.А., Куземко Р.Д. аналитические и экспериментальные исследования вдувания порошкообразных смесей в 160 т ковш //Вестник Приазов. Гос. техн. ун-та: Сб. науч. тр.- Мариуполь, 2000.- Вып.10.- С.33-39.

3. Совершенствование технологии утепления металла в сталеразливочном ковше. /Э.Н.Шебаниц, А.А.Ларионов, А.В.Побегайло, Б.В.Небога, С.А.Овсянников, Н.Ф.Анищенко. //Металл и литьё Украины.- 1999.- № 1-2.- С.9-11.

4. Внепечная обработка стали в конвертерном цехе комбината. /Э.Н.Шебаниц, А.А.Ларионов, А.В.Побегайло, Б.В.Небога, С.А.Овсянников, В.М.Самохвалов //Металл и литьё Украины.- 1997.- № 2-4.- С.21-23.

5. Эффективность теплоизоляции поверхности металла в сталеразливочном ковше. /Ю.В.Климов, А.А.Ларионов, А.В.Побегайло, Б.В.Небога, Н.Ф.Анищенко, А.П. Богун //Металл и литьё Украины.- 1997.- № 2-4.- С.13-14.

6. Использование ставролитового концентрата для разжижения конвертерного шлака /И.К.Попандопуло, А.А.Ларионов, В.В.Фитерер, Смукович В.С., Большаков В.А., Побегайло А.В. //Металлургическая и горнорудная пром.-1998.-№ 6.- С.23-24.

7. Усовершенствование технологии внепечной обработки стали для газопроводных труб /Э.Н.Шебаниц, А.А.Ларионов, А.В.Побегайло, Б.В.Небога, С.А.Овсянников //Сталь.- 1998.- № 2.- С.17-18.

8. Разработка и освоение технологии химического подогрева стали в условиях конвертерного цеха комбината /Куклев В.Г., Шебаниц Э.Н., Ларионов А.А. и др. //Труды IX Международной научно-технической конференции, Днепропетровск.-1998-С.80.

9. Производство низкосернистой стали в условиях конвертерного цеха /Э.Н.Шебаниц, А.А.Ларионов, А.В.Побегайло, Б.В.Небога, С.А.Овсянников, Я.Т.Кубрак, С.А.Лавринишин, В.М.Самохвалов //Труды V конгресса сталеплавильщиков,-М.-ОАО Черметинформация.-1999-С.76-77.

10. Пат. UA 33662.а Украiна, МПК 6С 21С 7/06. Спосiб позапiчноi обробки рiдкоi сталi /В.С.Бойко, О.О.Ларiонов, Э.М.Шебанiц Д.О.Дюдкiн, Ю.I.Бать, В.В.Кисiленко, В.П.Онiщук, Б.В.Небога, А.В.Побегайло (Украiна).- № 99031595; Заявл. 23.03.99; Опубл. 29.03.00 р., Бюл.№ 1.- с.28

11. Пат. UA 33807.а Украiна, МПК 6С 21С 7/06. Спосiб виробницьтва сталi /О.О.Ларiонов, I.К.Попандопуло, Д.О.Дюдкiн, Ю.И.Бать, В.В.Кисiленко, В.П.Онiщук, Б.В.Небога, А.В.Побегайло (Украiна).- № 99041919; Заявл. 06.04.99 Опубл. 15.01.01 р., Бюл. № 2.- с.14.

12. Способ получения жидкого рафинировочного шлака и шлакометаллической лигатуры А.с. 1627568 СССР, МКи 5 С 21 С 5/54 / А.Е.Сочнев, В.А.Курганов, Л.И.Крупман, Ю.Г.Ярославцев, Э.М.Горбаковский, Е.А.Царицын, Г.З.Гизатулин, А.А.Ларионов, Ю.М.Таксин, В.И.Андреев (ссср).- № 4602186/02; Заявл. 05.11.88; Опубл.15.02.91, Бюл. № 6.- 8 с.

13. Способ формирования сверхзвуковой газовой струи и устройство для его осуществления А.с. 1508401 СССР, МКИ /С.В.Лепорский, Г.З.Гизатулин, А.А.Ларионов А.В.Рябухин, О.Э.Шлик, Е.Л.Оксаниченко, С.М.Кленин (СССР).- не публикуется.

14. Устройство определения момента прекращения продувки кислородного конвертера А.с. 1765186 МКИ С 21 С 5/30 /В.С.Богу-шевский, И.Л.Лигоцкий, Н.А.Сорокин, Н.С.Церковницкий, А.А.Ла-рионов, Ю.С.Каменев, Г.А.Кац (СССР).- № 4917798/02; Заявлено 07.03.91; Опубл.30.09.92, Бюл. № 36.- 94 с.

15. Шлакообразующая смесь А.с. 1696110 СССР, МКИ В 22 D 11/00. С 21 С 5/54 /Г.З.Гизатулин, А.И.Корниенко, А.В.Маринин, Э.Н.Шебаниц, А.А.Ларионов, В.С.Ворошилин, В.В.Акулов, А.В.Побегайло, М.М.Кулагин (СССР).- № 4665546/02; Заявлено 06.02.89; Опубл. 07.12.91, Бюл. № 45.- 43 с.

Анотація

Ларіонов О.О. "Опрацювання та впровадження комплексної ресурсозберігаючої технології виробництва трубних сталей підвищеної якості", рукопис на здобуття вченого ступеня кандидата технiчнiх наук з спеціальності 05.16.02 - "Металургiя чорних металiв". Приазовський державний технiчний університет, м. Марiуполь, 2001.

Розроблена та реалізована чисельним засобом математична модель теплового стану футеровки кисневого конвертера з урахуванням циклічностi, виробітку, обшлакування, зміни теплофiзичних властивостей вогнетривів в залежності від температури. Одержана динамічна картина розподілу температури, акумуляцію теплоти кладкою в період розігріву, продувки та в міжплавочний період, в тому числі при "замиканні" горловини під час тривалого простою. Розрахунки підтверджені експериментально. Розроблені й впроваджені нові тверді екзотермичнi шлакові суміші (Тешс), що дозволяють при їх використанні в ~ 1,7 рази знизити вміст сірки в готовій сталі в порівнянні з Тшс та зменшити витрати чавуну, а також алюмінію. Впроваджені технології модифікування сталі алюмокальцієвим дротом, причому показано, що найліпше засвоєння Al та Са в готовому металі досягається при їх співвідношенні 60:40. Впроваджена технологія хiмпідігріву, що дозволило скоротити кількість неповно розлитих плавок з 3,2 до 1,34%, знизити втрати металу при зливах з 4,8 до 2,8 кг/сл, скоротити технологічні простої та збільшити в два рази серийність плавок на МБлз.

Внаслідок комплексу заходів розроблена та впроваджена високоефекиiвна ресурсозберігаюча технологія, що включає глибоку десульфурацію новими шлакоутворююючими сумішамі, модифікування сталі розробленими порошкоподібними сумішами, усреднення хiмсклад й температури металу продувкою інертним газом, корректування вмісту легуючих елементів, iнжектування різноманітних порошкоподібних матеріалів дозволяє одержувати метал з надто низьким змістом вуглецю й сірки, а також здійснювати підігрів металу за рахунок алюмотермічних та сiликотермічних реакцій.

Ключові слова: шлакоутворюючі суміші, десульфурація, холодостійкi сталі, алюмокальцієвий дріт, неметаличнi вкраплення, мікролегування, високоактивні елементи.

АННОТАЦИЯ

Ларионов А.А. “Разработка и внедрение комплексной ресурсосберегающей технологии производства трубных сталей повышенного качества”, рукопись на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.16.02 “Металлургия чёрных металлов”. Приазовский государственный технический университет, г. Мариуполь, 2001.

Диссертация посвящена разработке и внедрению комплексной ресурсосберегающей технологии производства трубных сталей повышенного качества. Целью работы является аналитическое и экспериментальное обоснование, промышленная проверка и широкое внедрение новейших сталеплавильных технологий, обеспечивающих глубокую десульфурацию и расширение сортамента выплавляемых высококачественных сталей трубных марок, исключение высокозатратных и энергоёмких операций. Объектом исследования является энерго- и ресурсосберегающая технология производства сталей трубного сортамента, включающая тепло- массообменные процессы в 160 т конвертере и стальковше кислородно-конвертерного цеха МК им.Ильича. Предмет исследования - температурные поля в футеровке конвертера с учётом цикличности плавки, концентрации газов в струях при внедрении их в сильно разогретое реагирующее пространство, составы шлакообразующих и теплоизолирующих смесей, их влияние на эффективность удаления серы и на расход чугуна, состав наполнителей алюмокальциевой проволоки, его влияние на степень усвоения Са и Al, нагрев металла при химическом подогреве, импульс и мощность одно- и двухфазных струй, истекающих в расплав при инжекционной продувке.

Разработана и реализована численным методом математическая модель теплового состояния футеровки кислородного конвертера с учетом цикличности, выработки, ошлаковки, изменения теплофизических свойств огнеупоров в зависимости от температуры. Результаты моделирования позволили получить динамическую картину распределения температуры, а также определить аккумуляцию теплоты кладкой в период разогрева, продувки и в межплавочный период, в том числе при "запирании" горловины во время длительного простоя. Расчёты подтверждены экспериментально.

Разработаны и внедрены новые твердые экзотермические шлакообразующие смеси (ТЭШС), которые позволяют при их использовании в ~ 1,7 раза снизить содержание серы в готовой стали в сравнении с ТШС и уменьшить расход чугуна, а также алюминия;

внедрены технологии модифицирования стали алюмокаль-циевой проволокой, микролегированием высокоактивными элементами, причём показано, что наилучшее усвоение Al и Са в готовом металле достигается при их соотношении 60:40;

Внедрена технология химподогрева, что позволило снизить возврат плавок с МНЛЗ на верховую разливку с 2,1 до 0,04 %, сократить количество неполно разлитых плавок с 3,2 до 1,34 %, снизить потери металла при сливах с 4,8 до 2,8 кг/сл, сократить технологические простои и увеличить в два раза серийность плавок на МНЛЗ;

В результате комплекса мероприятий разработана и внедрена высокоэффективная ресурсосберегающая технология, которая включает глубокую десульфурацию новыми шлакообразующими смесями, модифицирование стали разработанными порошкообразными смесями, усреднение химсостава и температуры металла продувкой инертным газом, корректирование содержания легирующих элементов, инжектирования различных порошкообразных материалов, что позволяет получать металл с весьма низким содержанием углерода и серы, а также осуществлять подогрев металла, используя теплоту экзотермических (алюмотермических и силикотермических) реакций.

Ключевые слова: шлакообразующие смеси, десульфурация, хладостойкие стали, алюмокальциевая проволока, неметаллические включения, микролегирование, высокоактивные элементы.

ANNOTATION

LARIONOV