Раздел 3. Производство стали

Цель раздела:

Ознакомиться с современными технологиями при производстве стали

План раздела 3:

3.1. Конвертерное производство стали

3.2. Мартеновское производство стали

3.3. Выплавка стали в электрических печах

3.4. Внепечная обработка стали

3.5. Комплексные технологии внепечной обработки чугуна и стали

План раздела 3.1:

3.1.1. Конвертерное производство стали

3.1.2. Технология плавки в кислородном конвертере

3.1.3. Автоматизация работы конвертерного производства

3.1.2. Технология плавки в кислородном конвертере

Момент окончания продувки, примерно соответствующий требуемому содержанию углерода в металле, определяют по количеству израсходованного кислорода, по длительности продувки, по показаниям ЭВМ. Окончив продувку, из конвертера выводят фурму, а конвертер поворачивают в горизонтальное положение. Через горловину конвертера отбирают пробу металла, посылая ее на анализ, и замеряют температуру    термопарой погружения.

Если    по    результатам анализа и замера температуры параметры металла соответствуют заданным, плавку выпускают. В случае несоответствия проводят корректирующие операции.

На отбор и анализ проб затрачивается 2-3 мин; корректировочные операции вызывают дополнительные простои конвертера и поэтому нежелательны.

Технология плавки в кислородном конвертере состоит из следующих этапов:

1 этап. Перед плавкой конвертер наклоняют, через горловину с помощью завалочных машин загружают скрап, заливают чугун при температуре 1250-1400 ^oC.

2 этап. Конвертер поворачивают в вертикальное рабочее положение, внутрь его вводят водоохлаждаемую фурму и через неё подают кислород под давлением 0,9-1,4 МПа. Одновременно с началом продувки в конвертер загружают известь (CaO), боксит (Al₂O₃), железную руду. Благодаря интенсивному окислению железа и примесей чугуна при взаимодействии с кислородом в зоне под фурмой развивается температура до 2400 ^oC.

3 этап. Подачу кислорода заканчивают, когда содержание углерода в металле соответствует заданному составу. После этого конвертер поворачивают и выпускают сталь в ковш.

4 этап. Слив шлака из конвертора.

Интенсивность подачи кислорода, м³/(т-мин), не зависит от вместимости конвертера и является постоянной в условиях того или иного цеха (в пределах 2,5-5 м³/(т×мин)). Интенсивность I определяет длительность продувки t, которая, так же как и величина I, не зависит от емкости конвертера. Связь между величинами t и I примерно следующая:

t = Q/I,

где Q — удельный расход кислорода, равный 47-57 м³/т.

С целью сокращения длительности плавки интенсивность продувки стремятся увеличить. Однако опыт показал, что имеется предел, после превышения которого начинаются выбросы металла и шлака из конвертера. Объясняется это тем, что при росте расхода кислорода возрастает скорость окисления углерода и, следовательно, количество выделяющихся пузырей СО, вспенивающих ванну; при подъеме вспенившейся ванны до уровня горловины могут появиться выбросы.

Процесс сталеплавильного производства упростился, когда кислородные конвертеры оснастили автоматическими системами, усовершенствовали лабораторную технику и измерительные приборы. Усовершенствование кислородно-конвертерного процесса позволило повысить производительность, снизить себестоимость металла и повысить его качество.

Современные кислородные конвертеры могут работать в трех основных режимах:

- с полным дожиганием окиси углерода;

- с частичным дожиганием ОС;

- без дожигания ОС.

3.1.3. Автоматизация работы конвертерного производства

Высокопроизводительный кислородно-конвертерный процесс является одним из наиболее важных металлургических объектов автоматизации. Усовершенствование его управления необходимо для получения стали с заданными температурой и составом при максимальной экономичности плавки. Однако задача полной автоматизации на основе совершенной модели процесса является крайне сложной и требует знания закономерностей воздействия множества факторов: физико-химических, газо-гидродинамических и других, до настоящего времени недостаточно исследованных. Поэтому автоматическое управление вводится этапами и ограничивается пока, главным образом, применением статического метода.

Автоматизированная система управления (АСУ) должна обеспечить управление как отдельными технологическими процессами и агрегатами, так и производством цеха в целом.

Основные задачи автоматизации конвертерной плавки:

- Получение стали заданного состава, заданной температуры и в заданном количестве.

- Формирование шлака необходимого состава и количества.

- Обеспечение максимальной производительности агрегата.

- Минимальные затраты на процесс.

Основной трудностью при автоматизации процессов является создание датчиков, способных длительное время работать в условиях разрушающего воздействия высокотемпературных сред - шлаковой и газовой фаз.

Системы автоматического управления ходом плавки выполняют следующие операции:

- Получение информации о составе шихты и расчет необходимого соотношения и количества шихтовых материалов для получения стали данной марки.

- Расчет количества кислорода, необходимого для окисления примесей, а также расхода охладителей и шлакообразующих.

- Определение момента ввода в ванну добавок охладителей и шлакообразующих.

- Регулирование интенсивности подачи кислорода и положения (высоты) кислородной фурмы по ходу плавки.

- Автоматический контроль температуры и состава металла по ходу плавки.

- Определение момента окончания продувки.

Из  этого  следует,  что  при  проведении  конвертерного  процесса  необходимы  безотказно  действующие  датчики  для  определения  массы  заливаемого  чугуна,  взвешивания  лома  и  шлакообразующих,  измерения  температуры  и  состава  отходящих  газов, расхода  кислорода,  подаваемого  для  продувки  металла,  и  т.  п.  Если  в  цехе  обеспечена  абсолютная  стандартность  от  плавки  к  плавке  состава  шихты  и  температуры  жидкого  чугуна  и  установлены  надежные  устройства,  обеспечивающие  точность  взвешивания  материалов,  то,  проведя  предварительно  расчеты  по  определению  количества  кислорода,  необходимого  для  окисления  примесей  и  количества  выделившегося  при  этом тепла, контролировать процесс плавки можно, зная лишь количество израсходованного на  продувку ванны кислорода (а при постоянном расходе кислорода  –  по  времени).  Необходимо  провести  серию  контрольных  плавок  для  уточнения  данных  о  режиме  шлакообразования  и  установления  количества железа, переходящего в процессе плавки в шлак и удаляющегося с  отходящими  газами.

При выплавке стали в кислородных конвертерах необходимо выполнять измерения характеристик входных параметров (чугуна, скрапа, железорудных материалов, плавикового шпата, присадок, кислорода), выходных (стали, шлака, газа, пыли) и параметров самого конвертерного процесса и оборудования агрегата. Контроль входных параметров включает измерения массы, параметров движения, температуры, химического состава, расхода, давления и чистоты кислорода. Для контроля выходных параметров необходимы измерения масс, температуры, химического состава, газового анализа, расхода, давления, светотехнические, калорийности.

В последнее время в отечественном и зарубежном конвертерном производстве опробован и внедрен ряд новых перспективных средств измерения. На смену механическим рычажным весам повсеместно пришли средства измерения на месдозах, устанавливаемых на кранах, и автоматические дозаторы. Конвертеры оснащают погружными измерительными зондами для одновременного контроля в ванне температуры металла и содержания углерода по ходу процесса по температуре ликвидуса и отбора проб металла на химический анализ. Получают распространение новые перспективные кислородные зондыактивометры для экспрессного контроля методом ЭДС твердооксидным электролитом непосредственно в жидком металле активности растворенного кислорода с точностью ± (5-10)%. Применение таких кислородных зондов позволяет оптимизировать проведение процесса раскисления стали в конвертерах и оценить содержание углерода, фосфора, марганца в конце продувки, что способствует увеличению доли плавок с первой повалки конвертера.

Существенной технологической информативностью обладают новые средства так называемых косвенных показаний хода плавки (шума конвертера, его вибрации, вибрации фурмы, массы конвертера и др.). Получают распространение новые средства диагностики износа футеровки конвертера с погрешностью ±(5-10) мм, например, лазерными интерферометрами. Применение таких измерителей позволяет увеличить продолжительность кампании конвертеров на 10% и сократить удельный расход торкрет-массы на 45% при оптимальном поддержании требуемого профиля футеровки. Применение новых специальных средств измерения технологических параметров на современных кислородных конвертерах обеспечивает 95-98%-ный уровень попадания в заданные пределы конечных параметров технологического процесса выплавки стали [7]. Схема рационального метрологического обеспечения кислородно-конвертерного процесса показана на рис.