2020-01-14
122
При выплавке стали в ЭСПЦ ОАО «Уральская Сталь» основными составляющими металлошихты являются привозной и оборотный металлолом, а также чугун.
Шихтовку плавок производят по двум вариантам:
1) 100% твердой шихты (массовая доля металлолома 76% и массовая доля чушкового чугуна 24%);
2) массовая доля твердой шихты 60% и массовая доля жидкого чугуна 40%.
Плавку шихтуют из расчета получения в металле после расплавления значений массовых долей химических элементов не выше заданных в марке стали.
Часть шлакообразующих материалов вводится вместе с металлоломом в загрузочную бадью, остальное количество – в печь по ходу плавки порциями от 150 до 250 кг.
После завалки производят включение печи и сразу включают эркерную и стеновые комбинированные фурмы-горелки. Конструкция системы загрузки жидкого чугуна в печь обеспечивает загрузку чугуна со скоростью от 7 до 8 т/мин. После заливки чугуна начинается продувка ванны кислородом через стеновые комбинированные фурмы-горелки. Для работы фурм-горелок в режиме «продувка» используется технический кислород (объемная доля кислорода – не менее 99,5%).
|
|
|
После отработки 20-25 МВтч электроэнергии отбирается проба металла для определения массовых долей углерода, марганца, фосфора, серы, хрома, никеля и меди, шлака для определения массовых долей СаО, SiО2, FeO, MnO, MgO и измерение температуры металла.
Часть шлакообразующих материалов вводится вместе с металлоломом в загрузочную бадью, остальное количество – в печь по ходу плавки порциями от 150 до 250 кг.
После завалки производят включение печи и сразу включают эркерную и стеновые комбинированные фурмы-горелки. Конструкция системы загрузки жидкого чугуна в печь обеспечивает загрузку чугуна со скоростью от 7 до 8 т/мин. После заливки чугуна начинается продувка ванны кислородом через стеновые комбинированные фурмы-горелки. Для работы фурм-горелок в режиме «продувка» используется технический кислород (объемная доля кислорода – не менее 99,5%)
Выпуск плавки производится через эркер. На выпуске в ковш вводятся: марганец-, кремний-, хром-, никель-, медь-, ниобий-, ванадий- и молибденсодержащие ферросплавы и шлакообразующие материалы (от 500 до
800 кг извести и от 50 до 150 кг материала для разжижения шлака – плавиковый шпат, глиноземсодержащий материал) [18].
С целью определения технологических параметров выплавки стали с массовой долей азота не более 0,008%, был проведен анализ действующей технологии производства стали в ДСП №2 ЭСПЦ ОАО «Уральская Сталь»[19]. Для анализа технологических параметров выплавки стали в ДСП №2 взяты плавки, выплавленные в апреле 2008г.
Одним из наиболее значимых факторов является чистота, применяемого для окисления примесей металлошихты, кислорода. Продувка металла кислородом в ДСП №2, с целью интенсификации процессов расплавления лома и окисления примесей шихты, производится с очень большой интенсивностью. Так, максимальная интенсивность продувки в ДСП №2 составляет 12000 м3/ч. При такой интенсивности продувки металла кислородом (близко к интенсивности продувки в кислородных конверторах) определяющее значение, для содержания азота в стали, имеет чистота кислорода. Поэтому кислородные конверторы и все современные высокопроизводительные ДСП работают с использованием более чистого технического кислорода (О2 не менее 99,5%). Согласно литературных данных [10], из опыта работы кислородных конверторов, даже незначительное снижение чистоты кислорода (при большой интенсивности продувки) заметно влияет на содержание азота в стали. В требованиях к кислороду применяемому в ДСП №2 указан технический кислород. Однако, из-за отсутствия возможности обеспечения ДСП №2 техническим кислородом, для продувки используется технологический кислород (О2 не менее 95,0%). Зависимость содержания азота в металле после выпуска из ДСП №2 от расхода вдуваемого кислорода представлена на рисунке 10.
|
|
|
Рисунок 10 – Влияние расхода вдуваемого кислорода на содержание азота в металле после выпуска
Видно, что с увеличением расхода кислорода происходит увеличение массовой доли азота в металле. Причинами повышенного расхода кислорода могут быть следующие: длительный простой печи и, как следствие, повышенная продолжительность плавки, увеличение массы твердой металлошихты или попадание более тяжеловесного лома, что приводит также к более длительному расплавлению лома и нагреву металла. Из рисунков 11 и 12 видно, что с увеличением массы металлошихты (включая жидкий чугун) происходит увеличение расхода кислорода и содержания азота в металле.
Однако, увеличение содержания азота в металле, при увеличении массы металлошихты, связано не только с повышением расхода кислорода, но и с увеличением массы жидкого металла в печи после расплавления. При этом происходит уменьшение толщины слоя шлака в печи и повышается риск азотации металла, особенно в районе электрических дуг [12].
Рисунок 11 – Влияние общей массы металлошихты на расход кислорода выплавке стали в ДСП №2
Рисунок 12 – Влияние общей массы металлошихты на содержание азота в металле после выпуска
Однако, увеличение содержания азота в металле, при увеличении массы металлошихты, связано не только с повышением расхода кислорода, но и с увеличением массы жидкого металла в печи после расплавления. При этом происходит уменьшение толщины слоя шлака в печи и повышается риск азотации металла, особенно в районе электрических дуг [12].
Кроме этого, некоторые плавки на которых получено завышенное содержание азота в металле после выпуска из ДСП №2 выплавлялись друг за другом, что может быть следствием кратковременного (1-3 часа) снижения чистоты технологического кислорода.
Другим важным фактором влияющим на содержание азота в металле является компонентный состав металлошихты и расход чугуна. Расход чугуна на плавку в апреле существенно не изменился. На рисунках 13 и 14 показана зависимость содержания азота в металле после выпуска из ДСП от массы лома типа (3А + ШЭ) и лома типа (ЛПЦ + ШЭЛ).
Рисунок 13 – Влияние доли лома типа (3А+ШЭ) на содержание азота в стали
Рисунок 14 - Влияние доли лома типа (ЛПЦ+ШЭЛ) на содержание азота в стали
Видно, что с увеличением в металлошихте массы лома типа (3А + ШЭ) происходит снижение массовой доли азота в металле, а увеличение массы лома типа (ЛПЦ + ШЭЛ), напротив, приводит к увеличению массовой доли азота в металле. Вероятно, это связано с тем, что при использовании более «легкой» металлошихты (3А + ШЭ) происходит более быстрое проплавление «колодцев», более быстрое расплавление металлошихты и образование жидкой ванны и покровного шлака. Ускоренное расплавление и раннее шлакообразование снижает вероятность насыщения стали азотом. Поэтому при выплавке стали с массовой долей азота не более 0,008% рекомендуется снижать долю лома ШЭЛ и обрези ЛПЦ.
|
|
|
Следующий фактор – это расход углеродсодержащих материалов в ДСП №2 для вспенивания шлака. До февраля 2008 года и частично в феврале для вдувания через инжектора использовали углеродсодержащий материал (УСМ) который закупали у стороннего поставщика. В феврале 2008 года начали использовать и применяют до настоящего момента пыль с установки сухого тушения кокса (пыль УСТК). На рисунках 15 и 16 представлена зависимость содержания азота в металле после выпуска из ДСП №2 от расхода углеродсодержащего материала, вдуваемого через инжектора и углеродсодержащего материала (коксовая мелочь), отдаваемого в печь сверху через свод.
Рисунок 15 – Влияние расхода УСМ для вдувания на плавку в ДСП №2 на содержание азота
Видно, что с увеличением расхода данных материалов происходит рост содержания азота в стали. Увеличение содержания азота при увеличении расхода данных материалов, может быть вызвано двумя причинами: наличием азота в этих материалах и (или) избыточным их расходом (резким снижением окисленности шлака и повышению растворимости азота). Однако, в любом случае, необходимо обеспечить четкое соблюдение технологии выплавки (не допускать перерасхода углеродсодержащих материалов).
Рисунок 16 – Влияние расхода кокса, загружаемого через свод ДСП №2 на содержание азота
По сравнению с началом года произошло увеличение количества плавок с получением завышенного содержания азота в стали (таблица 6). Это вызвано несколькими причинами. Основная причина, это увеличение в сортаменте ЭСПЦ доли плавок с регламентированной массовой долей азота не более 0,010% с 2,10% в январе 2008 года до 3,6 и 18,3% в марте и апреле 2008 года, соответственно.
|
|
|
Таблица 6 – Плавки с завышенным содержанием азота в маркировочной пробе
| Период | Всего плавок в ДСП №2, шт | в том числе с регламентированной массовой долей азота не более 0,010 % | плавки с высокой массовой долей азота | ||
| шт | % | шт | % | ||
| Январь 2008 | 713 | 15 | 2,1 | 9 | 1,3 |
| Февраль 2008 | 457 | 20 | 4,4 | 3 | 0,7 |
| Март 2008 | 723 | 26 | 3,6 | 28 | 3,9 |
| Апрель 2008 | 745 | 136 | 18,3 | 22 | 2,9 |
Для наведения шлака в процессе выплавки стали в ДСП №2 часть шлакообразующих материалов загружается в загрузочную бадью с металлошихтой, другая часть – отдается в печь по ходу плавки через свод [18]. В качестве шлакообразующих материалов загружаемых в бадью с металлоломом применяются известь и известняк с расходом от 2,0 до 5,0 т на плавку. В ДСП по ходу плавки (в зависимости от расхода шлакообразующих в завалку) загружается известь массой 1,0-4,0 т. Использование известняка в завалку с металлошихтой позволяет за более короткий срок образовать в печи защитный слой жидкоподвижного шлака, что благоприятно сказывается на процессе дефосфорации металла, защите от насыщения азотом и снижает потери тепла от зеркала металла. Поэтому по действующей технологии допускается в завалку вместо извести использовать известняк.
Для определения оптимального (с точки зрения продолжительности плавки, расхода электроэнергии, содержания азота и фосфора в стали) расхода шлакообразующих материалов в завалку с металлошихтой и в печь по ходу плавки был проведен анализ технологических параметров плавок выплавленных в ДСП №2 с различным расходом извести и известняка на плавку [20]. Результаты анализа приведены в таблице 7.
Оптимизация режима шлакообразования представляет наибольший интерес в части повышения стабильности получения заданного содержания азота. Как видно из таблицы 7, наиболее оптимальным вариантом технологии шлакообразования для получения стали с массовой долей азота не более 0,010 %, является следующий:
- в завалку – 2,0 т известняка;
- в ДСП (по ходу плавки) – 3,0-3,5 т извести.
На плавках выплавленных по данному варианту шлакообразования доля плавок с массовой долей азота не более 0,010 % составила:
- при использовании в завалке 2,0 т извести – 69 %;
- при использовании в завалке 2,0 т известняка – 78 %.
| Расход в завалку, т | Кол-во плавок, шт | Расход извести в ДСП, кг | Содержание, % | Доля плавок с содержанием азота в маркир. пробе, % | |||
| Известь | Известняк | N марк | N ков | 0,010 и менее | 0,011 и более | ||
| 0 | 0 | 23 | 3874 | 0,010 | 0,010 | 43 | 57 |
| 2 | 0 | 401 | 3035 | 0,009 | 0,008 | 78 | 22 |
| 3 | 0 | 461 | 2436 | 0,010 | 0,009 | 69 | 31 |
| 4 | 0 | 39 | 1290 | 0,010 | н.д. | 67 | 33 |
| 5 | 0 | 190 | 937 | 0,010 | 0,009 | 64 | 36 |
| 0 | 0 | 23 | 3874 | 0,010 | 0,010 | 43 | 57 |
| 0 | 2 | 54 | 3211 | 0,009 | 0,009 | 69 | 31 |
| 0 | 3 | 63 | 2599 | 0,010 | 0,009 | 60 | 40 |
| 0 | 5 | 14 | 1067 | 0,010 | н.д. | 71 | 29 |
Рассмотрим другую, не менее важную проблему – прирост содержания азота в стали по ходу разливки на МНЛЗ №1 и МНЛЗ №2. Основной причиной получения плавок с завышенным содержанием азота при использовании технического кислорода является прирост содержания азота при разливке на МНЛЗ из-за неудовлетворительной защиты металла от контакта с воздухом. Несмотря на то, что имеющаяся на МНЛЗ система защиты разливаемой стали должна обеспечивать прирост содержания азота не более 0,001%, на практике получен прирост содержания азота от 0 до 0,004%.
Наличие такого значительного прироста содержания азота на МНЛЗ зачастую приводит к получению беззаказной продукции. Для выявления факторов влияющих на величину прироста содержания азота во время разливки и выработки конкретных рекомендаций по снижению прироста азота в период 20.10-05.11.2008 была проведена под контролем ЦЛК разливка трех серий плавок [21].
На подконтрольных плавках производили дополнительный отбор проб металла из сталеразливочного ковша во время доводки металла на УКП и из промежуточного ковша во время разливки металла на МНЛЗ, а также производили контроль основных технологических параметров производства стали в ЭСПЦ.
При разливке стали на МНЛЗ-2 расход аргона на защитную трубу установили равным 4-5 м3/ч, также контролировали состояние поверхности металла в промежуточном ковше (накрытие металла ТИС без появления «красных» пятен). При отсутствии расходомера аргона на защитную трубу на МНЛЗ-1 расход аргона устанавливали визуально, до появления бурления металла в промежуточном ковше. Прирост содержания азота на МНЛЗ определяли как разницу между содержанием азота в последней пробе на УКП и маркировочной пробе металла. В таблицах 8-10 представлены данные о содержании в металле азота на проведенных плавках, а также величина прироста содержания азота в стали по ходу разливки.
Таблица 8 – Содержание азота в стали марки К60 по ходу производства стали в ЭСПЦ (МНЛЗ-2)
| Номер плавки | Плавка в серии | Содержание азота в металле, % | |||
| [N] первая ковшевая проба | [N] последняя ковшевая проба | [N] маркировочная проба | Прирост азота на МНЛЗ | ||
| Z86677 | 1 | 0,006 | 0,006 | 0 | |
| Z86678 | 2 | 0,006 | 0,007 | 0,007 | 0 |
| Z86679 | 3 | 0,007 | 0,007 | 0,009 | 0,002 |
| Z86680 | 4 | 0,006 | 0,006 | 0,008 | 0,002 |
| Z86681 | 5 | 0,006 | 0,006 | 0,008 | 0,002 |
Таблица 9 – Содержание азота в стали марки 12Г2СБ по ходу производства стали в ЭСПЦ (МНЛЗ-2)
| Номер плавки | Плавка в серии | Содержание азота в металле, % | ||
| [N] последняя ковшевая проба | [N] маркировочная проба | Прирост азота на МНЛЗ | ||
| Z86767 | 1 | 0,006 | 0,006 | 0 |
| Z86768 | 2 | 0,006 | 0,006 | 0 |
| Z86769 | 3 | 0,007 | 0,008 | 0,001 |
| Z86766 | 4 | 0,008 | 0,009 | 0,001 |
| Z86770 | 5 | 0,006 | 0,007 | 0,001 |
| Z86771 | 6 | 0,006 | 0,008 | 0,002 |
Таблица 10 – Содержание азота в стали марки 5сп по ходу производства стали в ЭСПЦ (МНЛЗ-2)
| Номер плавки | Плавка в серии | Содержание азота в металле, % | ||
| [N] последняя ковшевая проба | [N] маркировочная проба | Прирост азота на МНЛЗ | ||
| V82296 | 1 | 0,014 | 0,014 | 0 |
| V82297 | 2 | 0,011 | 0,011 | 0 |
| V82298 | 3 | 0,010 | 0,012 | 0,002 |
| V82299 | 4 | 0,008 | 0,012 | 0,004 |
Из представленных данных видно, что основной прирост азота на плавках наблюдается при разливке металла на МНЛЗ и составляет от 0 до 0,004%. При обработке стали на УКП прирост содержания азота не превышает 0,001%. Следует отметить, что на первых двух плавках трех опытных серий прироста содержания азота в металле не происходит, на последующих плавках наблюдается прирост содержания азота от 0,001% до 0,004%. Отсутствие прироста содержания азота на первых двух плавках обусловлено тем, что место соединения защитной трубы и стакана-коллектора чистое (без брызг и остатков металла) и их соединение полностью герметично.
Было установлено, что при разливке плавок с приростом содержания азота наблюдается бурление металла в промежуточном ковше, что свидетельствует о затягивании аргона, а с ним и воздуха, в защитную трубу. Это происходит из-за негерметичного крепления защитной трубы к стакану-коллектору стальковша. После окончания разливки металла из сталеразливочного ковша производят снятие трубы и ее очистку кислородом от остатков металла. Неполная очистка трубы от остатков подмерзшего металла и (или) попадание брызг металла на «юбку» защитной трубы при обработке кислородом, приводит к невозможности установки защитной трубы на стакан-коллектор без образования зазоров. Это приводит к нарушению герметичности стыка трубы со стаканом-коллектором, затягиванию в защитную трубу аргона и воздуха и как следствие – повышение содержания азота в стали.
Для снижения разбрызгивания металла при очистке защитной трубы кислородом рекомендуется сначала очистку производить с минимальным расходом кислорода.
