Непрерывная разливка сортовой заготовки
  Раздел 2.7

Обнаружение и отсечка шлака при сливе металла из сталеплавильного агрегата

Одной из важных проблем обеспечения требуемого уровня качества металлопродукции является предотвращение попадания в ходе технологических переливов шлака из плавильного агрегата в сталеразливочный ковш, а из него в промковш и кристаллизатор.

Так, количество попадающего в сталеразливочный ковш шлака во время выпуска стали из конвертера распределяется следующим образом: 15-20% – в начале выпуска, 65-70% – в конце выпуска и 15-20% – во время возврата конвертера в рабочее положение [221].

Негативное влияние шлака, попадающего из конвертера в сталеразливочный ковш на основные показатели качества процесса, заключается в следующем:

  • толстый слой шлака на поверхности металла вызывает образование твердой корки, которая мешает проведению дополнительных операций по внепечной обработке (разогреву) металла в ковше;
  • высокий уровень FeO и МnО в шлаке приводит к повышению общего содержания кислорода в стали; неустойчивые оксиды в шлаке реагируют с алюминиевыми и другими добавками, что приводит к повышенному их угару;
  • повышенный расход алюминия, требующийся из-за наличия «слабых» оксидов, приводит к образованию включений оксида алюминия (Al2О3), которые могут откладываться на стенках канала шиберного затвора и вызывать его затягивание;
  • фосфор, находящийся в шлаке, попадает в сталь во время внепечной обработки (разогрева) и ухудшает ее свойства;
  • находящийся в шлаке оксид железа (FeO) реагирует с огнеупорными материалами, вызывая их эрозию и разрушение.

Шлак, попадающий в промковш МНЛЗ с последними порциями стали, выпускаемой из ковша, также негативно влияет на процесс литья и показатели качества заготовки. Следовательно, снижение количества шлака, вытекающего через шиберный затвор сталеразливочного ковша, может существенно сократить издержки производства и улучшить качество металла.

В большинстве случаев обнаружение шлака в струе металла производится визуально оператором, контролирующим процесс [222-226]. Так, например, при переливе металла из конвертера в сталеразливочный ковш оператор, управляющий сливом конвертера, наблюдает за струей металла и по изменению ее цвета, а также по изменению шума, создаваемого падающей струей, судит о вовлечении шлака и поворачивает конвертер в исходное вертикальное положение. Результат в данном случае сильно зависит от квалификации оператора, а условия процесса истечения не позволяют точно определить момент проникновения шлака даже опытному специалисту.

Достаточный научный интерес представляют результаты работы [227], в которой авторы исследований проанализировали влияние количества шлака, попадающего в сталеразливочный ковш из плавильного агрегата на технико-экономические показатели процесса производства стали, а также определили его оптимальную величину для условий работы кислородно-конвертерного цеха ПАО «Алчевский металлургический комбинат». Существует несколько методов автоматического определения проникновения шлака в струю металла. Наиболее широко применяются электромагнитный, вибрационный и инфракрасный метод [228].

Электромагнитный метод предполагает установку в зоне струи металла чувствительного элемента, состоящего из одной или нескольких обмоток. Обмотка возбуждения создает электромагнитное поле и при изменениях в струе металла, связанных с проникновением в нее шлака, происходят изменения параметров поля, которые фиксируются измерительной обмоткой. Основным недостатком данного метода является необходимость располагать чувствительный измерительный элемент в горячей зоне, что накладывает на него специальные требования по условиям эксплуатации. В настоящее время эта проблема решена использованием специальных жаропрочных материалов, что, между тем, существенно увеличивает стоимость оборудования.

Вибрационный метод основан на измерении уровня вибраций, которые возникают при истечении струи металла. Этот метод применяется, главным образом, при сливе металла из сталеразливочного ковша в промковш. Этот способ измерений подвержен влиянию различных вибрационных помех и высоких гармоник, что существенно уменьшает его надежность.

Применение инфракрасного метода возможно лишь при открытом течении струи (как при сливе в конвертере). Светочувствительная камера воспринимает излучение струи в инфракрасном волновом диапазоне, и по изменению этого излучения можно судить о проникновении в струю шлака. Измерения по этому методу имеют высокие требования к чистоте воздушного пространства между камерой и струей металла, что довольно трудно обеспечить в условиях разливки.

В большинстве случаев электромагнитный метод обнаружения шлака является наиболее эффективным и поэтому наиболее часто применяется на практике. Основные преимущества электромагнитного метода заключаются в следующем: высокая точность и быстродействие измерений; независимость измерений от акустических и визуальных помех; работа, как при открытой, так и при закрытой разливочной трубой струе металла.

Вместе с тем этот метод не лишен определенных недостатков, сущность которых сводится к сравнительно низкой чувствительности индуктора, что предполагает отдачу сигнала на ранней стадии появления шлака. Это обусловливает дополнительные потери металла при сливе.

При использовании автоматических систем раннего обнаружения шлака при сливе металла из конвертера отсечка может происходить простым поворотом конвертера в исходное вертикальное положение или с помощью специальных устройств – «заглушек» [229]. Примером такого устройства может служить «газодинамическая» система отсечки шлака (рисунок 2.8). При обнаружении шлака в струе металла в выпускное отверстие снизу под большим давлением подается газ, который очищает выпускной канал и размазывает шлак по внутренней поверхности конвертера [230]. Определенным недостатком такой системы является возможность повреждения сопла, через которое подается газ.

Общий вид и принципиальная схема работы механизма для отсечки шлака

Рисунок 2.8 – Общий вид (а) и принципиальная схема работы (б) механизма для отсечки шлака: 1 – жидкий шлак; 2 – струя азота; 3 – шлаковый стопор

Другим примером устройства для отсечки шлака является система типа «шиберный затвор» (рисунок 2.9), которая перекрывает сливное отверстие конвертера в соответствии с командой оператора [231-233].

В целом, такая система представляется достаточно громоздкой и дорогостоящей, а ее успешное применение во многом определяется условиями работы шибера. Следует иметь в виду, что для большинства работающих конвертеров расстояние между выходным торцом летки и зеркалом металла в ковше является достаточно небольшим (менее 1 м). Соответственно, на шиберный механизм воздействует мощный тепловой поток, который может привести к преждевременному разрушению шиберного механизма.

Система отсечки шлака при сливе стали из конвертера с помощью шиберного затвора

Рисунок 2.9 – Система отсечки шлака при сливе стали из конвертера с помощью шиберного затвора

В качестве альтернативы автоматическим методам отсечки шлака в струю металла на практике широкое распространение получили так называемые «пассивные» методы отсечки шлака (рисунок 2.10), действие которых основано на проявлении определенных физических эффектов в критических условиях:

  • система керамического стопора («тампона») для отсечки первичного шлака, который устанавливается в сливном отверстии перед началом плавки;
  • система типа «поплавок» (шар или конус) для отсечки шлака в конце слива стали.

Общая схема отсечки шлака при сливе металла из конвертера

Рисунок 2.10 – Общая схема отсечки шлака при сливе металла из конвертера

На практике для отсечки первичного шлака используются различного рода заглушки одноразового и многоразового пользования. Применение многоразовых заглушек, устанавливаемых в стенке конвертера и изготовленных из жаропрочных материалов, имеет серьезные недостатки, связанные с управлением процессом отсечки из-за большого веса заглушки и высоких затрат воды на охлаждение.

Одноразовый «тампон» устанавливается в сливное отверстие конвертера перед завалкой лома. «Тампон» имеет цилиндрическую форму и выполнен из специального пластического огнеупорного материала, который завернут в полиэтиленовую пленку с целью предотвращения самозатвердевания до начала эксплуатации. Благодаря высоким температурам в процессе плавки огнеупорный материал спекается, образуя прочную герметичную «крышку», которая может противостоять давлению газа, вибрациям и толчкам в процессе плавки. При этом образовавшаяся «крышка» оказывается настолько прочной, что выдерживает ферростатическое давление в первый момент после опрокидывания конвертера и предотвращает истечение первичного шлака. На практике установлено, что «тампон» разрушается и удаляется из сливного отверстия в течение 10-15 секунд с момента поворота конвертера, что обеспечивает выпуск стали без вовлечения в нее шлака. Применение рассмотренной системы отсечки шлака наряду с известными эффектами, связанными с предотвращением попадания шлака в ковш, также обеспечивает повышение стойкости леточных огнеупоров в среднем на 15-20%.

Для отсечки шлака, попадающего в ковш вместе с последними порциями металла наиболее целесообразно использовать систему заглушки поплавкового типа, которая устанавливается в зоне слива металла [234-240]. Следует иметь в виду, что слив металла из конвертера сопровождается образованием в жидкой ванне воронки, которая, вращаясь, затягивает в струю вытекающей стали шлак. Наиболее эффективной системой отсечки представляется так называемая поплавковая система «dart» (рисунок 2.11). При этом для отсечки шлака используется керамический поплавок, снабженный цилиндрической направляющей, которая при его установке в конвертер проникает в сливное отверстие и тем самым предотвращает возможность смещения поплавка относительно отверстия в процессе слива металла, как это может происходить при использовании поплавка в виде шара.

Максимальная эффективность по степени отсечки шлака достигается за счет выбора рациональной плотности керамического материала, что обеспечивает расположение конуса на границе шлак-металл. Варьирование геометрических размеров конуса позволяет учесть вязкость и толщину слоя шлака, а также внутренний диаметр отверстия.

Фото установки заглушки поплавкового типа в зоне слива металла

Рисунок 2.11 – Фото установки заглушки поплавкового типа в зоне слива металла

В целом такая система отсечки шлака при сливе металла из конвертера широко используется на металлургических заводах всего мира. Основной экономический эффект от ее применения заключается в следующем:

  • снижение расхода алюминия (уменьшение угара) - 0,30-0,35 кг/т;
  • уменьшение расхода ферросилиция и ферромарганца - 3-6%;
  • уменьшение числа прорывов металла на МНЛЗ и уходов на «концы» - 30-50%;
  • снижение удельного расхода огнеупоров - 10-15%;
  • уменьшение степени рефосфорации стали;
  • повышение качества стали за счет глубокого рафинирования при внепечной обработке (десульфурация и т.п.).
  Раздел 2.7
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ