Современные процессы рафинирования стали
  1.1 Внепечное рафинирование стали без использования вакуума

Во второй половине ХХ-го столетия получили широкое распространение технологии внепечного рафинирования металла, которые позволили существенно повысить производительность сталеплавильных агрегатов и качество стали.

На отечественных металлургических предприятиях широкое промышленное использование синтетических шлаков для десульфурации стали в ковшах было начато в конце 50-х годов. Схема технологического процесса представлена на рисунке 1.1.

Технологическая схема обработки стали жидкими синтетическими шлаками

Рисунок 1.1 – Технологическая схема обработки стали жидкими синтетическими шлаками: I – дуговая электропечь для выплавки синтетического шлака; II – заливка синтетического шлака в сталеразливочный ковш; III – выпуск стали

Выплавленный в электропечах синтетический шлак в количестве 3 – 6% от массы стали заливают в сталеразливочный ковш, а затем в этот же ковш выпускают сталь, рафинированную до заданного содержания углерода и фосфора и нагретую до необходимой температуры.

Первоначально для внепечной десульфурации стали были разработаны известково-глиноземистые шлаки состава, % мас.: 50 – 55 CaO, 37 – 43 Al2O3, < или = 7 SiO2, < или = 7 MgO, < или = 0,5 FeO, для выплавки которых требовались дефицитные шихтовые материалы с низким содержанием кремнезема. Впоследствии была показана возможность эффективной десульфурации стали известково-шамотными шлаками состава, % мас.: 48 – 56 CaO, 6 – 10 MgO, 18 – 22 SiO2, 12 – 16 Al2O3, 0,5 CaF2, < или = 0,5 FeO.

Широкое использование синтетических шлаков сдерживалось отсутствием возможности размещения в существующих сталеплавильных цехах обору-дования для их выплавки. В связи с этим была разработана технология десульфурации стали в ковше самоплавкими шлаковыми смесями состава, % мас.: 12 – 14 алюминиевый порошок или алюминиевая стружка; 21 – 24 натриевая селитра; 20 – флюоритовый концентрат; известь – остальное. Необходимое количество самоплавкой шлаковой смеси загружали в чугуновозный ковш и поджигали. Полученный таким способом жидкий шлак переливали из чугуновозного ковша в сталеразливочный и подавали под выпуск.

Использование самоплавких шлаковых смесей существенно упростило технологию получения синтетических шлаков. Однако, после нескольких крупных пожаров в отделениях подготовки смесей металлургические предприятия СССР от их использования отказались.

В настоящее время для внепечной десульфурации стали успешно используют твердые шлакообразующие смеси из 10 – 30% плавикового шпата и извести, а также смеси извести с плавиковым шпатом и глиноземом. По ходу выпуска плавки смесь вместе с раскислителями и легирующими загружают в ковш, при этом плавление смеси обычно завершается в течение 1 – 2 минут.

Особенность этой технологии заключается в том, что формирование шлака завершается при наполнении второй половины ковша, когда мощность перемешивания стали и шлака падающей в ковш струей металла значительно уменьшается. В связи с этим десульфурирующая способность шлака используется не полностью. Поэтому после выпуска плавки целесообразно проводить дополнительное перемешивание шлака и металла продувкой в ковше аргоном.

Широкое использование в металлургии аргона было начато в начале 60-х годов. Продувку металла аргоном использовали для усреднения химического состава и температуры стали в объеме ковша, удаления неметаллических включений, перемешивания металла с рафинирующим ковшевым шлаком.

В промышленных условиях были опробованы следующие способы продувки металла аргоном: через пористые огнеупорные вставки в днище ковша; через ложный стопор, который заканчивался огнеупорной пробкой с радиально расположенными отверстиями диаметром 0,5 – 1,0 мм; через футерованную фурму, опускаемую в металл сверху; через фурму, установленную в разливочном канале шиберного затвора.

Звездообразная продувочная пробка фирмы RadexНаибольшее распространение получили способы продувки снизу через пористую огнеупорную пробку, имеющую открытую пористость в пределах 25 – 40%, и сверху через футерованную фурму. В последние годы для продувки снизу широко используют огнеупорные блоки с направленной пористостью (в теле огнеупора выполнены вертикальные каналы для прохождения газа диаметром 0,6 – 1 мм), щелевые, звездообразные (рисунок 1.2) и др.

Рисунок 1.2 – Звездообразная продувочная пробка фирмы Radex

Продувочные пробки изготавливают из качественных высокоглиноземистых или основных огнеупоров – из каждого в отдельности или в разных сочетаниях. Известно, например, использование пробок, в которых зона контакта с металлом выполнена из магнезита, а нижняя часть – из глинозема.

Для футеровки фурм обычно используют алюмосиликатные и высокоглиноземистые материалы, содержащие свыше 75% глинозема. В некоторых случаях используют комбинированную футеровку фурм: в зоне шлакового пояса устанавливают циркониевые огнеупоры, остальное – алюмосиликатные или высокоглиноземистые.

Аргон также широко использовали для инжектирования в металл порошкообразных материалов с целью раскисления, науглероживания, легирования, десульфурации и дефосфорации стали. Схема установки для обработки металла порошкообразными материалами в ковше показана на рисунке 1.3.

Схема установки для вдувания в металл порошкообразных материалов

Рисунок 1.3 – Схема установки для вдувания в металл порошкообразных материалов: 1 – ковш, накрытый крышкой; 2 – фурма; 3 – карусельная установка с запасными фурмами; 4 – расходный бункер; 5 – накопительные бункера; 6 – пылеулавливающая установка; 7 – трубопроводы для подачи порошков от расходного бункера к фурме.

Наиболее широкое распространение получили технологии внепечной десульфурации стали продувкой порошкообразной известью, а также смесями извести с плавиковым шпатом, алюминием, магнием и др. В 70-х годах получила широкое распространение технология внепечной десульфурации стали с использованием продувки сплавами и соединениями кальция (карбида кальция, силикокальция и др.).

В конце 70-х годов была разработана технология ввода порошкообразных материалов в металл с использованием порошковой проволоки, широкое применение которой на отечественных предприятиях началось в 90-е годы. Схема оборудования для подачи порошковой проволоки в металл показана на рисунке 1.4.

Схема ввода порошковой проволоки в сталеразливочный ковш

Рисунок 1.4 – Схема ввода порошковой проволоки в сталеразливочный ковш: 1 – ковш; 2 – направляющая труба; 3 – трайб-аппарат; 4 – разматывающее устройство; 5 – бухта порошковой проволоки

В связи с увеличением объемов стали, разливаемой на МНЛЗ методом «плавка на плавку», получили распространение установки комплексной доводки стали в ковше (УДМ, LTS), которые позволяют выполнять широкий круг операций доводки металла по температуре и химическому составу, модифицированию и микролегированию с использованием кусковых и порошкообразных материалов. Примером может служить УДМ в 350-т ковшах кислородно-конвертерного цеха комбината «Азовсталь», схема которой показана на рисунке 1.5.

Принципиальная схема размещения оборудования УДМ кислородно-конвертерного цеха комбината Азовсталь

Рисунок 1.5 – Принципиальная схема размещения оборудования УДМ кислородно-конвертерного цеха комбината «Азовсталь»: 1 – стенд; 2 – ковш; 3 – бухта алюминиевой катанки или порошковой проволоки; 4 – манипулятор для отбора проб металла; 5 – трайб-аппарат; 6 – пневмопочта; 7 – вытяжной зонт; 8 – система бункеров-дозаторов; 9 – бадья для кусковых материалов; 10 – контейнер для порошков; 11 – пневматический питатель; 12 – трубопровод с переключателями потоков; 13 – подъемник фурмы; 14 – фурма; 15 – отвод отходящих газов; 16 – газоочистка; 17 – дымовая труба

Последовательное выполнение большого количества операций по доводке стали в ковше требует значительного повышения температуры металла на выпуске из сталеплавильного агрегата, что приводит к росту потерь металла, ухудшению условий дефосфорации стали в заключительном периоде плавки, повышению окисленности шлака и снижению стойкости футеровки сталеплавильного агрегата, высокой окисленности металла на выпуске, которая вызывала повышенный угар раскислителей и легирующих добавок и нестабильное их усвоение, и др.

Чтобы избежать чрезмерного перегрева стали на выпуске из сталеплавильного агрегата необходимо оборудование, которое позволяет осуществлять периодический нагрев металла в ковше. С этой целью в конце 60-х годов был разработан процесс ASEA-SKF, схема которого представлена на рисунке 1.6.

Схема установки ASEA-SKF

Рисунок 1.6 – Схема установки ASEA-SKF: 1 – ковш; 2 – участок вакуумирования; 3 – участок нагрева; 4 – металловоз с индуктором; 5 – аварийная яма

Предназначенный для рафинирования металл выпускают в ковш, кожух которого изготовлен из аустенитной (немагнитной) нержавеющей стали. Ковш имеет опорное кольцо для соединения со съемной вакуумплотной крышкой, соединенной с системой вакуумных насосов. При нагреве металла крышка заменяется сводом с тремя электродами. Как во время вакуумирования, так и при нагреве, металл в ковше перемешивается специальным индуктором системы электромагнитного перемешивания, расположенным снаружи ковша. Система подачи ферросплавов включала автоматическое взвешивающее устройство и 9 бункеров для легирующих и других добавок. Весовая чаша перемещалась вдоль бункеров. В нее набирали необходимые материалы и подавали их на ленточный конвейер для последующей подачи в металл через крышку ковша на нагревательном или вакуумном стенде.

В начале 70-х годов оборудование для рафинирования и нагрева металла в ковше существенно упростили путем отказа от вакуумного оборудования и замены системы электромагнитного перемешивания продувкой металла аргоном. Таким образом появились получившие широкое распространение установки ковш-печь (УКП, LF), которые позволяют вести нагрев металла со скоростью до 3 – 5оС/мин.

В конце 70-х годов были также разработаны технологии химического нагрева металла за счет тепла, выделяющегося при окислении введенного в расплав алюминия газообразным кислородом (процессы CAS-OB, IR-UT и др.). Устройства такого типа позволяют увеличить скорость нагрева до 10 – 15оС/мин.

  1.1 Внепечное рафинирование стали без использования вакуума
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ