Непрерывная разливка сортовой заготовки
  Раздел 2.2

Общая характеристика агрегатов «ковш-печь»

Возможность комплексной доводки стали на металлургических предприятиях, по существу, создает уникальные возможности по совмещению отдельных элементов технологической схемы выплавки и разливки стали в единый энерго- и ресурсосберегающий комплекс.

При организации энергосберегающего цикла производства стали важнейшей задачей является совмещение дискретного цикла выплавки стали с квазинепрерывным процессом ее разливки на МНЛЗ в условиях уменьшения запаса энтальпии в металле вследствие потерь тепла при транспортировке и обработке в ковше.

Компенсация тепловых потерь металла может быть выполнена только за счет его подогрева в ковше. На практике операция подогрева металла в ковше происходит за счет экзотермических и электрофизических процессов дугового разряда. В трехфазных установках, работающих на переменном токе промышленной частоты, электрические дуги горят между тремя вертикально расположенными графитированными электродами и расплавом, выполняющим роль нулевой точки электрического соединения трех дуг в «звезду».

Устройство для нагрева стали в ковше впервые использовано в 1964 г. шведскими фирмами «ASEA» и «SKF» при разработке процесса рафинирования стали в вакууме [182]. Такие установки для комплексной обработки получили название «ковш-печь» (УКП) «ASEA-SKF». При этом процесс «ASEA-SKF» предполагал скачивание шлака из ковша посред-ством машины скребкового типа, перемешивание металла по-средством электромагнитного поля, его подогрев электриче-скими дугами, наведение синтетического рафинирующего шлака, а также вакуумирование и раскисление. Процесс перемешивания металла вдуваемым через пористую пробку арго-ном при пониженном давлении в сочетании с дуговым подогревом впервые опробован в США на металлургическом заводе «Finkl and Sons» в середине 60-х годов прошлого столетия. В дальнейшем этот процесс получил название «FINKL-VAD».

В течение последних двух десятилетий агрегаты «ковш-печь» непрерывно совершенствовались как в технологиче-ском, так и в конструкционном плане. Это позволило достичь весьма высоких показателей, как в части качества стали, так и в части энерго- и ресурсосбережения в технологической схеме её выплавки и разливки. Более того, на практике убедительно доказана высокая конкурентоспособность агрегатов «ковш-печь» практически для всего диапазона вместимости сталеразливочных ковшей: от 12-15 т до 350-360 т.

Современная установка дугового нагрева стали в ковше имеет устоявшуюся архитектуру и конструкцию, которая подобна ДСП и включает следующие основные элементы:

  • печной трансформатор, мощность которого обеспечивает нагрев стали в ковше со скоростью 3–6 oС/мин;
  • короткую сеть;
  • колонны электрододержателей с приводами перемещения электродов;
  • электрододержатели различного исполнения: – с трубошинами или токопроводящие – могут применяться как индивидуально управляемые, так и спаренные (электроды неподвижны один относительно другого); взаимное располо-жение токопроводящих элементов электрододержателей выполняется триангулированным или копланарным с петлей симметрии;
  • водоохлаждаемый свод, который имеет технологические отверстия, а также отверстия для электродов и газоотсоса, что приводит к необходимости увеличивать его поверхность за счет изменения формы; наибольшее распространение получила шляпообразная форма свода.

В состав современного агрегата «ковш-печь» (рисунок 2.1) входят также средства для принудительного перемешивания металла инертным газом, а также система подачи ферросплавов и материалов для рафинирования стали в ковше.

Непрерывный ввод различных веществ (углерода, раскислителей, модификаторов) проводят с применением порошковой проволоки, имеющей в своем сечении круг или прямоугольник, стальная оболочка которой обычно завальцована. Ввод порошковой проволоки в расплав осуществляется по направляющей трубе с помощью специального трайбаппарата, состоящего из подающего и разматывающего устройств.

Вакуумирование стали (если оно предусмотрено технологическим регламентом) осуществляется на отдельной установке. Как правило, это вакууматор камерного типа VD/VAD. При этом насыщенность процесса вакуумирования различ-ными технологическими операциями обусловливает дополнительные потери тепла сталью в процессе обработки.

Наибольшее влияние на рабочие параметры агрегатов «ковш-печь» оказывает, прежде всего, вместимость сталеразливочного ковша. Причем существует прямая зависимость между увеличением вместимости ковша, расходом вдуваемого аргона и мощностью трансформатора. В то же время, скорость нагрева металла в ковше для большинства УКП составляет 3,5-4,0 oС/мин. Исключением являются ковши малой вместимости (15-40 т), в которых скорость нагрева может достигать 5-6 0С/мин, что, вероятно, объясняется необходимостью компенсации более высоких удельных потерь тепла в малых ковшах.

Общая схема установки ковш-печь

Рисунок 2.1 – Общая схема установки «ковш-печь»

Между тем, говоря об эффективности обработки стали в агрегатах «ковш-печь», необходимо обязательно принимать во внимание удельные расходы, связанные с затратами энергии на нагрев металла и расходом огнеупоров. При этом на величину затрат существенное влияние оказывает рациональная организация технологического процесса в совокупности с условиями совмещения работы сталеплавильных агрегатов и МНЛЗ. Вместе с тем, следует отметить, что условия эксплуатации ковшей в агрегатах типа «ковш-печь» могут существенно различаться по целому ряду квалификационных признаков. В настоящее время агрегатами типа «ковш-печь» оснащены практически все электросталеплавильные цехи мини-заводов, а также большинство конвертерных цехов заводов с полным циклом. Характерным является тот факт, что эти агрегаты сооружены в различное время в цехах с разной стратегией функционирования и развития. Соответственно, они имеют некоторые отличные друг от друга производственные показатели, которые не всегда корректно сравнивать с показателями других аналогичных агрегатов.

При производстве сортовой заготовки наибольшее распространение в мире получили УКП, работающие по совмещенной модульной схеме в комплексе с дуговой сталеплавильной печью или кислородным конвертером и высокопроизводительной МНЛЗ. При этом режим работы УКП соответствует технологической цикличности разливки стали на сортовой МНЛЗ, а для обеспечения некоторого демпфирующего резерва времени (для поддержания непрерывности процесса литья) перед началом процесса разливки предусматривается один дополнительный ковш металла, что, соответственно, предполагает увеличение времени пребывания стали в нем.

Значительные отличия появляются в работе агрегатов «ковш-печь» в случае их функционирования в структуре предприятий, ориентированных на выпуск качественной продукции вполне конкретного назначения. Для таких УКП расширяются задачи по рафинированию и доводке стали по химическому составу. Очень часто в технологическую схему производства заготовки включается операция вакуумирования, что предполагает увеличение времени пребывания стали в ковше в среднем на 40-50 минут и дополнительные потери тепла (на 40-60 oС), компенсируемые за счет подогрева металла на УКП [183-185]. Суммарная длительность пребывания металла в ковше в этом случае может возрастать примерно в 2 раза при увеличении нагрузки на огнеупоры шлакового пояса.

Значительные отличия появляются в работе УКП в условиях предприятий, ориентированных на выпуск высококачественной уникальной продукции. Обычно такие предприятия имеют небольшие объемы производства (10-50 тыс. т в год), а, следовательно, не нуждаются в высокой удельной производительности сталеплавильных агрегатов и УКП. В любом случае в технологическом их построении имеется, по меньшей мере, одна установка для вакуумной обработки стали. Кроме того, сложный сортамент выплавляемой стали предопределяет увеличение цикла нахождения металла в установке «ковш-печь», поскольку расширяется спектр операций по легированию, рафинированию и модифицированию металла. Такие агрегаты имеют небольшую вместимость ковшей (соответственно, 50 т и 15 т) и обеспечивают получение стали специального назначения [186-188]. Между тем, для таких УКП наблюдается повышенный износ футеровки ковшей в зоне шлакового пояса, что объясняется значительным перегревом шлака и близким расположением электродов по отношению к огнеупорному слою.

В целом же функциональная эффективность УКП может существенно отличаться в зависимости от стратегии завода и структуры металлургического производства, что соответственно определяет круг требований к отдельным параметрам обработки и огнеупорам, используемым в ковшах, в зависимости от длительности пребывания в них металла и уровня качества стали.

  Раздел 2.2
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ