Металлургическая и горнорудная промышленность 2010 №2

Подождите немного. Документ загружается.

I l%2 ++30#(7%1* ? ( #.0-.03$- ? /0.,;8+%--.12</2010



СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

6. Переворочаев Н.М., Крикунов Б.П. Металлурги-

ческий комплекс ЗАО «Донецксталь – металлурги-

ческий завод». – Донецк: Норд-Пресс, 2009 – 370 с.

7. Кисиленко В.В., Дюдкин Д.А. // Патент України

на корисну модель № 44819. Дріт для присадки

кальцію у рідкий метал. – Бюл. № 19. – 2009.

Поступила 02.12.2009

УДК 669.18.001.76

Кривченко Ю.С., Степаненко А.Н., Богдан В.Н., Малик А.А., Карамзин А.А., Король В.Н.,

Рожков Д.А.

ГП «Укргипромез»

Модернизация сталеплавильного производства в

ОАО «Енакиевский металлургический завод»

Кривченко Ю.С., Степаненко А.Н., Богдан В.Н., Малик А.А., Карамзин А.А., Король В.Н., Рожков Д.А., 2010 г.

Рассмотрены пути реконструкции и развития сталеплавильного производства в ОАО

«Енакиевский металлургический завод», в частности переход на непрерывную разливку стали

с наращиванием объема производства и строительством в перспективе нового конвертерного

цеха. Ил. 1.

Ключевые слова: непрерывная разливка сортовой заготовки, ковш-печь, циркуляционный

вакууматор

The ways of steelmaking reconstruction and development at OJSC “Yenakiyevskiy Iron & Steel Works”,

in particular, adoption of steel continuous casting with increase of production capacity and new converter plant

construction in the future are considered.

Keywords: billet continuous casting, ladle furnace, circulation vacuum vessel

Производство

ОАО «Енакиевский металлургический завод»

(ОАО «ЕМЗ») является предприятием с полным ме-

таллургическим циклом. Сталеплавильное произ-

водство ОАО «ЕМЗ» представлено кислородно-

конвертерным цехом (ККЦ) с разливкой стали на со-

ртовых МНЛЗ и в слитки. Объем производства ККЦ

за 2008 г. составил ≈ 2,7 млн. т непрерывнолитой заго-

товки и слитков. Конвертерный цех имеет в св

оем со-

ставе: два стационарных миксера емкостью по 1300

т каждый; три конвертера емкостью по 160 т, обо-

рудованных газоочистками «мокрого» типа; две уста-

новки ковш-печь с трансформаторами по 25 МВА;

две шестиручьевые машины непрерывного литья за-

готовок, сечение отливаемых заготовок, мм: 100х100;

120х120; 125х125; 130х130; 140х140; 150х150. Дли-

ной 6-12 м. К

онвертерный цех был запроектирован с

учетом двух работающих конвертеров (третий в ре-

зерве). Конвертеры работают по схеме с полным до-

жиганием конвертерных газов (средний вес плавки

140,2 т, интенсивность продувки кислородом 419,6

/мин, средняя длительность плавки 48,5 мин, стой-

кость футеровки 4000 плавок). В настоящее время в

работе находится три конвертера.

ГП «Укргипромез» разработал технико-экономи-

ческое обоснование (ТЭО) развития завода, целями

которого являлись:

- увеличение объема производства стали;

- обеспечение качественными непрерывноли-

тыми блюмами рельсобалочного стана ОАО «МК

«Азовсталь» и собственного универсального рельсо-

балочного ст

ана, строительство которого намечается

в перспективе;

- внедрение современных ресурсо- и энергосбере-

гающих технологий внепечной обработки и разливки

стали с выводом из эксплуатации морально и физиче-

ски устаревшего обжимного цеха;

- улучшение экологической обстановки на пред-

приятии и соответственно в городе.

В ТЭО предусмотрены следующие мероприятия:

1. Строительство отделения десульфурации чугу-

на в с

уществующем миксерном отделении конвертер-

ного цеха с расширением отделения на 30 м. Достав-

ка чугуна в отделение предусматривается в чугуно-

возных ковшах емкостью 100 и 140 т с перспективой

перехода на ковши миксерного типа емкостью 300 т.

Обработка чугуна рассмотрена по двум техноло-

гиям: 1) обработка магнием с известью; 2) мультиэ-

жекция магния, извести и карбида к

альция.

2. Реконструкция существующего конвертерно-

го цеха с доведением объема производства по жидкой

стали до 4,0 млн. т.

В объем реконструктивных мероприятий входит:

- замена газоотводящих трактов с переводом на

работу без дожигания монооксида углерода;

- сооружение новых технологических газоочи-

сток «мокрого» типа;

- увеличение интенсивности кислородной про-

дувки до 650 м

/мин;

- переоборудование конвертеров на комбиниро-

ванную продувку;

- сооружение укрытий конвертеров с системой

улавливания и очистки неорганизованных выбросов;

I l%2 ++30#(7%1* ? ( #.0-.03$- ? /0.,;8+%--.12</2010



СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

- реконструкция системы

тракта подачи сыпучих матери-

алов в конвертера; сооружение

шлаковой эстакады с обеспечени-

ем уборки шлака из-под конвер-

теров самоходными шлаковоза-

ми с последующим вывозом шла-

ковых ковшей железнодорожным

транспортом.

3. Строительство нового отде-

ления непрерывной разливки ста-

ли (ОНРС) в составе:

- 2-х установок ковш-печь,

циркуляционного вакууматора

и 2-х четыре

хручъевых блюмо-

вых МНЛЗ, объем производства

1,6 млн. т. в год,

- в том числе первая очередь:

одна установка ковш-печь, цирку-

ляционный вакууматор и одна че-

тырехручьевая блюмовая МНЛЗ, объем производства

800 тыс. т в год.

Сечение отливаемых заготовок, мм: 270х280;

265х340; 335х400; 243х170х70; 346х245х77; 391х300х

100; 1

80х180. Длина отливаемых блюмов 4,8-12 м.

Актуальным вопросом является полный перевод

ККЦ на непрерывную разливку стали. Строительство

ОНРС намечается вблизи конвертерного цеха с запад-

ной стороны. Трудности, с которыми мы столкнулись

при разработке ТЭО и задачи, требовавшие решения,

были следующие:

1. Строительство ОНРС без снижения объемов

производства в существующем конвертерном цехе, в

условиях сте

сненной площадки строительства.

2. Сохранение разливки в слитки, а также обжим-

ного цеха с объектами его инфраструктуры до ввода в

эксплуатацию МНЛЗ № 4 по требованию Заказчика.

3. Разработка транспортной схемы подачи жид-

кой стали в ОНРС и отгрузки непрерывнолитых блю-

мов на период освоения МНЛЗ №№ 3, 4 в увязке с су-

ще

ствующими грузопотоками по подготовке и подаче

составов в конвертерный цех, вывоз слитков из кон-

вертерного цеха, вывоз заготовок от МНЛЗ №№ 1, 2,

а также продукции прокатных станов.

4. Разработка принципиальной схемы работы ре-

конструируемого конвертерного цеха с проектируе-

мым ОНРС.

Изначально при разработке ТЭО ГП «Укргипро-

мез» были разработаны три варианта основных те

х-

нических решений по компоновке ОНРС.

Вариант 1. Размещение МНЛЗ с севера на юг, с

подачей жидкой стали из реконструируемого ККЦ в

ОНРС по отметке 0,000 железнодорожным транспор-

том нормальной колеи 1524 мм, на специализирован-

ных железнодорожных платформах с западной сторо-

ны ОНРС.

Вариант 2. Размещение МНЛЗ с севера на юг, с

подачей жидкой ст

али из реконструируемого ККЦ в

ОНРС на отметке 0,000 автосталевозами.

Вариант 3. Размещение МНЛЗ с востока на запад,

с подачей жидкой стали из реконструируемого ККЦ

в ОНРС по эстакаде на отметке +8,000 самоходными

сталевозами широкой колеи

При разработке мероприятий реконструкции кон-

вертерного цеха были выявлены:

- невозможность реконструкции металлокон-

струкций, с целью увеличения их несущей спо

собно-

сти, без остановки конвертерного цеха;

- невозможность установки фурмы-зонда для от-

бора проб и замера температуры без повалки конвер-

тера из-за особенности существующих металлокон-

струкций;

- пропускная способность тракта подачи сыпучих

не удовлетворяет возрастающую потребность в сыпу-

чих материалах с учетом подачи ферросплавов, а воз-

можность сооружения второй нити по

дачи сыпучих и

ферросплавов нецелесообразна из-за значительных

реконструктивных мероприятий, влекущих за собой

остановку цеха на 10 мес.

С учетом нецелесообразности остановки ККЦ на

10 мес., ГП «Укргипромез» было предложено Заказ-

чику еще два варианта компоновки ОНРС, учитыва-

ющих в перспективе строительство нового конвер-

терного цеха (три 160-т конвертера).

Вариант 4. Блочное раз

мещение МНЛЗ с запада

на восток с подачей стали из реконструируемого кон-

вертерного цеха железнодорожным транспортом нор-

мальной колеи - специализированными платформами.

Вариант 5. Линейное размещение МНЛЗ с севе-

ра на юг с подачей стали из реконструируемого кон-

вертерного цеха железнодорожным транспортом нор-

мальной колеи - специализированными платформами.

В ходе обсуждений был принят как о

сновной ва-

риант 5), с выводом из эксплуатации блюминга и раз-

мещением на его площадях здания ОНРС (рисунок).

Доставка жидкой стали в ОНРС предусматривает-

ся специализированными железнодорожными плат-

формами (сталевозами) нормальной колеи, транспор-

тировка которых осуществляется локомотивами (в

дальнейшем возможен переход на самоходные стале-

Рисунок. ОНРС полное развитие (вариант 5)

I l%2 ++30#(7%1* ? ( #.0-.03$- ? /0.,;8+%--.12</2010



СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

возы). Между сталевозом и тепловозом устанавлива-

ется платформа прикрытия. ОНРС представляет со-

бой отдельно стоящее, семипролетное, не отапливае-

мое здание в составе: пролета сыпучих и ферроспла-

вов; пролета внепечной обработки стали; раздаточно-

го пролета; разливочного пролета; пролета машин га-

зовой резки; пролета складирования и отгрузки блю-

мов МНЛЗ № 3; пролета складирования и о

тгрузки

блюмов МНЛЗ № 4.

Компоновка и размещение на генплане ОНРС с

объектами его инфраструктуры разработаны с уче-

том возможности строительства в перспективе ново-

го конвертерного цеха.

Новый конвертерный цех и объекты его инфра-

структуры предлагается разместить на площадях су-

ществующих морально и физически устаревших блю-

минга, заготовочного стана, станов 550, 360 и 280.

Разливка стали, выплавленной в новом конвер-

терном цехе, предусматривается на МНЛЗ №№ 3, 4,

доставка жидкой стали в ОНРС осуществляется са-

моходными сталевозами, а на МНЛЗ №№ 1, 2 - спе-

циализированными железнодорожными платформа-

ми нормальной колеи.

При по-этапном вводе в эксплуатацию нового

кислородно-конвертерного цеха действующие кон-

вертера по-этапно выводятся из эксплуатации.

При фор

мировании генерального плана преду-

сматривалась возможность расширения ОНРС на за-

пад с установкой дополнительных МНЛЗ в едином

блоке с новым кислородно-конвертерным цехом, что

позволит сократить или исключить в перспективе

межцеховые перевозки жидкой стали.

Выводы

Разработанные в ТЭО мероприятия развития за-

вода позволят увеличить объем производства, по-

этапно перевести существующий ККЦ на непре-

рывную разливк

у стали, что обеспечит возможность

строительства нового современного ККЦ на объем

производства до 4,0 млн. т/год с объектами инфра-

структуры. Это, в свою очередь, позволит вывести

из эксплуатации морально и физически устаревшие

объекты завода, улучшит экологию на предприятии

и позволит перейти на новый уровень производства

конкурентоспособной продукции.

Поступила 26.01.2010

УДК 669.183

Кашакашвили Г.В. /д.т.н./

Грузинский ТУ

Способ выплавки стали с глубинной продувкой

через сталевыпускное отверстие газовоздушной

или газокислородной смесями

Кашакашвили Г.В., 2010 г.

Приведены практические результаты технологии по продувке жидкой

сталеплавильной ванны газовоздушной или газокислородной смесью через

вставленную неохлаждаемую форсунку в сталевыпускное отверстие и

открыванию лётки без тяжелого ручного труда, внедренной на Руставском

металлургическом заводе. Ил. 1. Библиогр.: 2 назв.

Ключевые слова: глубинная продувка сталеплавильной ванны, кислород,

природный газ

Practical results of technology related to steel-smelting bath blowing by air-gas or gas-oxygen mixture

through the uncooled spraying nozzle in the steel-tapping hole and opening tapholes without heavy hand work

implemented at Rustavi Iron & Steel Works are presented.

Keywords: steel-smelting bath deep blowing, oxygen, natural gas

Производство

На Руставском МЗ проведены опыты по глубин-

ной продувке ванны. После выпуска плавки в ста-

левыпускное отверстие ставят специальную газо-

воздушную, газокислородную форсунку (рисунок),

на которую наносят торкрет-порошок или с помо-

щью заправочной машины огнеупорную массу, а за-

зор между форсункой и отверстием забивают огнеу-

порной массой с задней стороны пе

чи [1, 2]. Проду-

вочную форсунку закрепляют на конструкции стале-

плавильного агрегата, сразу пускают воздух или кис-

лород и природный газ под давлением 3 и 2 атм. со-

ответственно. С передней стороны печи (мартенов-

ская, двухванная, электропечь и др.) или сверху ба-

дьями в ДСП тяжеловесный лом и неметаллическая

шихта заваливаются на сталевыпускное отверстие,

гд

е уже горит факел. До появления жидкой шлаковой

фазы, через 10-15 мин после завалки шихты залива-

ют жидкий или холодный чугун. Ввиду того, что за-

трамбованная в сталевыпускное отверстие форсунка

греет расплавленную часть металлошихты непосред-

ственно снизу, создаются тепловые потоки в сторону

передней стенки печи, вихревые потоки жидкой ста-

ли, что способствует расплав

лению ванны, ее довод-

ке и кипению, ускоряют реакции окисления. В наших

экспе риментах как и в других процессах Si окисля-

I l%2 ++30#(7%1* ? ( #.0-.03$- ? /0.,;8+%--.12</2010



СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

ется сразу, еще до расплавления ванны, и в анализах

экспресс-лаборатории после расплавления в первой

пробе указываются только следы Si.

Из шлаковой лётки с задней стороны печи в шла-

ковую чашу скачивается первичный шлак и в печи на-

водится второй шлак присадкой обожжённой извести

и боксита. Основность шлака определяется по фор-

муле

шK

22 23

CaOMgOFeOMnO

SiOPOAO







Для мартеновских и двухванных печей К

≥ 2,3-

2,5. Для электросталеплавильных печей К

≥ 3,0-3,5.

Выгорание примесей идет быстрее при продув-

ке газовоздушной или газокислородной смесью. При

продувке сверху водоохлаждаемой фурмой или через

заднюю стену (СИП процесс) углерод быстро горит

и выпуск высокоуглеродистых и среднеуглеродистых

сталей затруднен.

В наших условиях при глубинной продувке ванны

через сталевыпускное отверстие углерод ведет себя

необычно. В нескольких пробах содержание уг

лерода

не уменьшается, а затем внезапно резко сокращается.

Эксперименты по выплавке стали для насосно-

компрессорных труб показали, что после расплавления

при температуре 1500-1530 °С и сильном кипении ванны

содержание углерода растёт от 0,56 до 0,64 %, и в трёх

пробах экспресс лаборатории отмечается его одинаковое

содержание 0,64 % при температуре 1560 °С.

Указанная особенность глубинной продувки, по-

зволяет выпуск

ать углеродистые и среднеуглероди-

стые стали по технологической инструкции, прове-

дение периода поли ровки и чистого кипения интен-

сивно с нагревом металла для улучшения качества

стали.

Глубинная продувка газовоздушной, газокисло-

родной смесью через сталевыпускное отверстие име-

ет следующие преимущества:

1. При продувке через сталевыпускное отверстие

факел непосредственно нагревает металл ванны и по-

дину пе

чи и не перегревается печное пространство,

что экономит условное топливо.

2. Ускорение процесса выгорания Si, C, Mn, S и P,

уменьшение вдвое продолжительности плавки.

3. Механизация самого трудоемкого процесса от-

крывания.

4. Диаметр сталевыпускного отверстия получает-

ся с неизменяемым диаметром, что обеспечивает нор-

мальный выпуск металла в течение 10-15 мин.

5. Регулярную подачу природного газа и кислоро-

да, не

смотря на сильное кипение ванны, можно дер-

жать содержание углерода на желаемом уровне так

долго, как требуется для кипения и нагрева металла.

6. Экологическое состояние улучшается по сравне-

нию с продувкой сверху кислородной форсункой с во-

дяным охлаждением, т.к. природный газ защищает же-

лезо от сильного угара, и пока запыленный дым прой-

дет через слой жидкого металла и шлака, большое ко-

личество пыли оседает в жидкой ванне, уменьшается

пылевыделение и увеличивается выход годного.

7. По сравнению с продувкой сверху через охлаж-

даемую фурму, которая сопровождается фонтанами и

сильными брызгами металла, при продувке через стале-

выпускное отверстие она идет спокойнее, без выбро

сов.

8. Установленные особенности выгорания углеро-

да в зависимости от температуры при продувке метал-

ла газокислородной смесью через сталевыпускное от-

верстие удостоены диплома на научное открытие.

В результате экспериментов по глубинной про-

дувке через сталевыпускное отверстие и обработ-

ке жидкой стали инертными газами и шлакообразу-

ющими смесями через шиберный затвор сталеразли-

очного ковша родилась идея нового способа выплав-

ки стали непосредственно в сталеразливочном ков-

ше (ковше-печи), с увеличением производительно-

сти, совмещением процес сов плавления, доводки, ки-

пения и раскисления плавки с внепечной обработкой

ме талла – продувкой инертными газами и шлакообра-

зующими смесями, с улучшением производственных,

качественных и экологических показателей.

Библиографический список

1. А. с. 701

151 СССР, МКИ

С 21 С 5/04. Способ

выплавки стали [Текст] / авторы Кашакашвили Г.

В. [и др.]; заявитель Руставский металлургиче-

ский завод.–№ 2596785/22-02; заявл. 29.03.78.; Т.

Не подлежит опубликованию в открытой печати.

2. Пат. 2767 Грузия, МКИ

С 21 С 05/52, С 21 С

05/48, H 05 B 06/02. Способ выплавки стали и ду-

говая или индукционная печь для её осущест-

вления [Текст на груз. яз.] / авторы, заявители

и патентообладатели Кашакашвили Г. [и др.]. –

№ AP 2001 004185; заявл. 26.01.2001; Опубл. № 7

10.04.2002 и № 16. 26.08.2002

Поступила 02.12.2009 г.

Рисунок. Схема газокислородной форсунки: 1 - внутренняя

труба; 2 - внешняя труба

I l%2 ++30#(7%1* ? ( #.0-.03$- ? /0.,;8+%--.12</2010



СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

УДК 669.183

Харлашин П.С. /д.т.н./ Яценко А.Н., Бакст В.Я. /к.т.н./, Бакланский В.М. /к.т.н./

Приазовский ГТУ

Изменение уровня жидкости при донной продувке

неассимилируемым газом

Харлашин П.С., Яценко А.Н., Бакст В.Я., Бакланский В.М., 2010 г.

Составлена математическая модель изменения уровня барботируемой жидкости при

продувке её неассимилируемым газом. Модель включает критериальные уравнения Рейнольдса,

Архимеда, Вебера, учитывающие расход и плотность газа, начальный уровень спокойной жидкости

и её поверхностное натяжение. Представлена методика и выполнено на её основе исследование

изменения уровня жидкости при её продувке нейтральным газом. Ил. 3. Библиогр.: 4 назв.

Клю

чевые слова: продувка, нейтральный газ, гидродинамика, скорость всплывания, уровень

ванны, неассимилируемый газ, газовый пузырь

Mathematical model of bubbled liquid level change during not assimilated gas blowing was made. The

model includes criteria equations by Reynolds, Archimed and Weber considering consumption and density

of gas, initial level of liquid and its capillary tension. Liquid level change under its neutral gas blowing was

investigated on the basis of developed technique.

Keywords: blowing, neutral gas, hydrodynamics, rise rate, bath level, not assimilated gas, gas cavity

Наука

Для решения проблемы рафинирования метал-

ла от неметаллических включений и растворённых

газов необходимо рассмотреть движение пузырьков

неассимилируемого газа в жидком металле. Имен-

но такое взаимодействие фаз характерно для процес-

сов обработки жидкого расплава аргоном при подаче

газа через специальные устройства, расположенные в

днище сталеразливочного ковша.

Возможность создания физической модели и тех-

но

логии, соответствующих натурному образцу, со-

пряжена со значительными трудностями, многие из

которых в настоящее время представляются неразре-

шимыми. Тем не менее, учитывая практическую важ-

ность задачи – существенное повышение качества

металлопродукции – холодное моделирование ука-

занных процессов представляет определённый инте-

рес с точки зрения получения качественных зависи-

мостей, связывающих параметры продувки.

Составим сов

окупность величин для описания

данной физической модели, при этом искомой вели-

чиной будет уровень продуваемой жидкости (Н), ко-

торый в общем случае зависит от глубины спокойной

ванны (Н

) и её диаметра (d

), расхода газа (V

), плот-

ности газа и жидкости (ρ

, ρ

), поверхностного натя-

жения (σ) и кинематической вязкости жидкости (v),

диаметра сопел (d

)

H = f(Н

, d

, ρ

, σ, v, d

Применяя метод масштабных преобразований [1]

для исследования скорости движения газовых пузы-

рей будем использовать числа подобия – Архимеда,

Вебера и аналог числа Рейнольдса

Аr = j

·ρ

/(g·H

·ρ

), (1)

We = σ/[g·Н

(ρ

– ρ

)], (2)

Re = u·Н

/v, (3)

где j – удельная интенсивность продувки, j = V

/S,

/(м

·с); S - площадь поперечного сечения колонны,

; u – средняя скорость движения пузырей газа, м/с.

Лабораторные исследования выполняли на холод-

ной модели прямо- и противоточного реактора, обо-

рудованного отстойником, системой измерения рас-

хода газа (ро таметры), компрессором и ресивером,

с манометрами для измерения давления газа. На вы-

ходе из ресивера установлен редуктор, обеспечи-

вающий необходимое давление газа, подаваемого в

оздушную коробку. Реактор состоял из цилиндри-

ческой прозрачной ёмкости, выполненной из орга-

нического стекла высотой 1000 мм и диаметром d

= 0,132 и 0,230 м, дно которого выполнено двойным

с газовой коробкой, обеспечивающей равномерную

подачу дутья по сечению. Давление газа составляло

4-5 атм и поддерживалось автоматически. Ротаметр

обеспечивал измерение расхода газа в диапазоне 0,1-

2,2 ·10

-3

/с. В нижней части реактора установлено

устройство, позволяющее оценить количество газа,

увлекаемо го вытекающей водой. При продувке в ре-

жиме прямотока центральное отверстие в воздушной

коробке закрывается пробковым краном и жидкость

при этом не вытекает. Имитирующими средами явля-

лись воздух, дистиллированная вода (ρ

= 1000 кг/м

σ = 0,073 кгс/м) и 26 %-ный водный раствор NaCl (ρ

= 1,197 кг/м , σ = 0,083 кгс/м). Продувка осуществля-

лась при Н

= 0,10; 0,20; 0,30; 0,40; 0,50 и 0,60 м. Мо-

делирующий аргон воздух предварительно очищали

от влаги и масла.

Изменение уровня продуваемой жидкости фикси-

ровали скоростной видеосъёмкой на фоне масштаб-

ной сетки; при небольших расходах газа колебания

уровня были незначительны, что позволило опреде-

лить ΔH = H – H

достаточно точно. Определялось

количество пузырей, одновременно находящихся в

жидкости N, частота их отрыва от сопла v (1/с) и ско-

рости всплывания пузырей по выражению

υ = H· v/N. (4)

Если расход воздуха превышал 50 мкм

/с, сред-

нее значение скорости определяли на основе ниже-

приведенных уравнений. При продувке неассимили-

руемым газом увеличение уровня жидкости составит

[2, 3]

ΔH = H – H

= V

/S, (5)

I l%2 ++30#(7%1* ? ( #.0-.03$- ? /0.,;8+%--.12</2010



СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

где V

– суммарный объем пребывающих в жид-

кости газовых пузырей, м

/с.

Так как

υ = (H

+ ΔH)/ τ

, τ

= ΔH/j, (6)

то средняя скорость всплывания пузырей

υ = (1+ ΔH/H

)j/(ΔH/H

). (7)

Для оценки характера движения потока пузырей

в жидко сти при различных режимах продувки газом

обычно используют число Рейнольдса, для опреде-

ления которого необходимо знать диаметр всплыва-

ющих пу зырьков. При этом имеет место допущение,

что размер поднимающихся пузырьков примерно ра-

вен диаметру в момент отрыва от сопла (d

отp

), опреде-

ляемого по данным в зависимости от расхода газа и

диаметра сопла; отрывной диаметр пузыря растет с

увеличением расхода газа [4].

На основании опытов и обработки эксперимен-

тальных данных получена зависимость относитель-

ного подъёма уровня жидкости от расхода газа при

продувке ванны (диаметр колонны 0,132 м) с диаме-

трами сопел 9,6 и 12,0 мм и различ но

м уровне спо-

койной жидкости: Н

= 0,10; 0,20; 0,30 и 0,40 м. Эти

данные показывают, что с увеличением газовой на-

грузки растет относительное увеличение уровня га-

зожидкостной смеси; с уменьшением уровня спокой-

ной ванны Н

рост ΔН/Н

увеличивается. Таким об-

разом, с увеличением удельной интенсивности про-

дувки характер зави симости ΔН/Н

может существен-

но изменяться. Последнее объясняется, прежде всего,

характером движения и формой существования газо-

вых пузырей в жидко сти при изменении j.

В реальных условиях продувка расплава в стале-

разливочном ковше с целью дегазации производит-

ся при зна чительно меньших расходах инертного газа

(удельной интенсивности продувки), поэтому прове-

ли серию испытаний при пониж

енных расходах газа

на колонне диаметром 0,23 м; зависимость относи-

тельного увеличения уровня ванны от удельного рас-

хода воздуха в режиме прямотока при различных

уровнях спокойной жидкости представлена на ри с. 1.

Связь увеличения уровня жидкости от значе-

ния чисел Архимеда и Вебера при различных уров-

нях спокойной жидкости приведена на рис. 2, которая

про

слеживается достаточно чет ко, как при относи-

тельно малых, так и достаточно больших значе ниях и

различном начальном уровне H

= 0,43-2,61.

Относительное увеличение уровня барботиру-

емой жидкости от удельной интенсивности продув-

ки ванны воздухом, чисел Ar/We при Н

= 0,4 и 0,6 м

= 1,74 и 2,61) представлены на рис. 3. Приве-

денные данные показывают, что плотность жидкости

значительного влияния на ΔН/Н

не оказывает, что

имеет место при Н

= 0,4 и 0,6 м. Некоторые отли-

чия хода кривых может быть обусловлены неточно-

стью замеров уровня барботируемой жидкости. Ана-

лиз комплексных чисел Ar/We также свидетельству-

ет о том, что влияние ρ

на ΔН/Н

не прослежива ется.

В результате обработки данных на ЭВМ получе-

но критериальное уравнение ΔН/Н

= 0,56(Ar/We)

1/3

Расчёт близок к производственным данным, соглас-

но которым уровень металла в 160-т сталеразливоч-

ном ковше увеличивается при продувке на 10 – 12 см.

Выводы

В результате выполненных исследований с ис-

пользованием холодного моделирования выявле-

ны основные закономерности гидродинамики ван-

ΔН/Н

0,25 0,5

0,75 1,0

0,25

0,5

0,25

0,50

Ar/We

Рис. 3. Зависимость относительного увеличения уровня

жидкости от критерия Ar/We: H

= 1,74 (а); 2,61 (б); ― -

вода, ----- - водный раствор NaCl

ΔН/Н

0,25 0,5

0,75 1,0

Ar/We

0,5

1,0

1,5

Рис. 2. Влияние Ar/We на ΔH/H

: H

= 0,43 (1), 0,87 (2); 1,3

(4); 1,74 (5); 2,17 (6); 2,61 (7)

ΔН/Н

0,025 0,05

0,075 0,1

j, м

/(м

с)

0,5

1,0

1,5

Рис. 1. Зависимость относительного уровня ванны от

удельного расхода неассимилируемого газа Н

, м: 1 – 0,1;

2 – 0,3; 3 – 0,4; 5 – 0,5; 6 – 0,6; 7 – 0,7

I l%2 ++30#(7%1* ? ( #.0-.03$- ? /0.,;8+%--.12</2010



СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

ны, барботируемой неассимилируемым газом. C учё-

том принятых допущений, полученное критериаль-

ное уравнение удовлетворительно отражает измене-

ние уровня жидкого металла при продувке аргоном в

сталеразливочном ковше.

Библиографический список

1. Марков Б.Л., Кирсанов А.А. Физическое мо-

делирование в металлургии. - М.: Металлургия,

1984. – 119 с.

2. Харлашин П.С., Яценко А.Н. О возможности

энергосберегающих те

хнологий аргонной про-

дувки с использованием разогретой футеровки

сталеразливочного ковша // Вістник Приазовсько-

го державного технічного університету. – 2009. –

№ 19. – С. 26-30.

3. Шевелев В.М., Кислица Л.М. Методика и неко-

торые результаты моделирования гидродинамики

продувки металла аргоном // Изв. вузов. Чёрная

металлургия. – 1970. - № 2. – С. 46-50.

4. Редько А.Н., Фролов В.А., Фролова И.Б. Иссле-

дов

ание на моделях высоты подъёма ванны рас-

плава при продувке её газом // Изв. АН СССР, Ме-

таллы. – 1968. - № 6. – С. 28-32.

Поступила 01.12.2009

Министерство образования и науки Украины

Министерство промышленной политики Украины

Министерство экономики Украины

Объединение предприятий «Металлургпром »

Научно-техническое общество металлургов Украины

Национальная металлургическая академия Украины

Физико-технологический институт металлов и сплавов

Национальной академии наук Украины

ОАО «Днепропетровский металлургический завод им. Петровского»

«ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА

СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ»

ХІV Международная научно-техническая конференция,

проводится под девизом

“QUO VADIS, металлургия?”

13-15 с

ентября 2010

Днепропетровск

Украина

Уважаемые коллеги!

К началу работы конференции планируется издание ее трудов в специальном номере международного

журнала «Металлургическая и горнорудная промышленность».

Приглашение и программа конференции будут высланы Вам Научным комитетом конференции. В

программу конференции будут включены доклады по всем разделам теории и практики производства стали.

В сборнике трудов конференции предусматривается раз

мещение рекламных материалов (стоимость 1-й

полноцветной страницы журнала формата А4 равна 1500 гривен).

Рабочие языки конференции: русский, украинский, английский.

Ваше желание участвовать в работе конференции и (или) опубликоваться в журнале Вы должны

подтвердить, перечислив за каждого участника организационный взнос в размере 300 гривен и направив в

наш адрес заполненную заявку.

Расчетный счет НТ

О металлургов Украины № 26004085000010 в Харьковском областном филиале

АКБ «Укрсоцбанк», МФО 351016, ОКПО 14289911. Получатель - НТО Металлургов Украины. Назначение

платежа: организационный взнос за участие в конференции и публикацию (НДС не взимается).

Тел./факс НТО металлургов Украины для справок (+38-056) 744-71-18.

Свои доклады и предложения в проект решения конференции просим присылать не позднее 30.04.2010

года по адре

су:

профессору Бойченко Б.М., кафедра металлургии стали НМетАУ, пр. Гагарина 4, г. Днепропетровск,

49600, Украина.

Тел: (+38-056) 3748-375, 3748-346, 3748-609, (+38-0562) 474-429

Факс НМетАУ: (+38-0562) 474-46; факс/тел НТО металлургов Украины:(+38-056) 744-71-18

E-mail: kmetsteel@metal. nmetau.edu.ua

Web-с

айт конференции: http://nmetau.edu .ua

I l%2 ++30#(7%1* ? ( #.0-.03$- ? /0.,;8+%--.12</2010



УДК 669.168

Гасик М.И. /д.т.н./

НМетАУ

Электрометаллургическое производство

ферросплавов и электростали на пути

расширения внедрения инновационных

технологий

Гасик М.И., 2010 г.

Приведен краткий обзор современного состояния и перспектив развития

инновационных технологий в производстве электрометаллургической продук-

ции – ферросплавов и электростали. Отмечена роль журнала "Металлургиче-

ская и горнорудная промышленность" в обосновании актуальности проблем-

ных задач и основных направлениях их решения. Табл. 1. Библиогр.: 8 назв.

Ключевые слова: электрометаллургия, ферросплавы, электросталь, инновационные техно-

логии, проблемные задачи повышения изв

лечения элементов, удельный расход электроэнергии, ка-

чество металлопродукции

A short review of current state and prospects of innovative technologies development in manufacture of

electrometallurgical products - ferroalloys and electric steel is given. The role of journal “Metallurgical and Mining

Industry” in covering the urgent problems and their solutions is noticed.

Keywords: electrometallurgy, ferroalloys, electric steel, innovative technologies, problems of element

recovery increase, speciﬁ c energy consumption, quality of metal products

ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ

Промышленный сектор экономики Украины ха-

рактеризуется наличием энергогенерирующих мощ-

ностей (атомные, тепловые и гидроэлектростанции),

на основе которых широко развито производство

электрометаллургических видов продукции.

По существовавшей ранее классификации отрас-

лей промышленности предприятия электрометаллур-

гического профиля относились к черной и цветной

металлургии, станкостроительной (абразивной) и хи-

мической промышленности. Среди основных видов

электрометаллургических видов про

дукции: электро-

ферросплавы, электросталь, цветные металлы и спла-

вы, сверхтвердые и тугоплавкие материалы, электро-

термическая продукция химической промышленно-

сти (карбид кальция, другие сплавы) и производство

углеграфитовых материалов.

Проблемные вопросы теории и технологии про-

изводства электрометаллургической продукции, зада-

чи ресурсо- и энергосбережения, экологии и экономи-

ки системно освещаются на страницах журнала МГП,

на

учно-технических конференциях и постоянно дей-

ствующих научных семинарах по профилям метал-

лургического производства, входящих в ГМК Украи-

ны. Только за последние 10 лет в разделе «Электро-

металлургия» журнала «Металлургическая и гор-

норудная промышленность» (МГП), были опубли-

кованы десятки научных, научно-технологических

статей, аналитических обзоров по проблемным за-

дачам электрометаллургического производства, по

д-

готовки бакалавров и магистров, научных работни-

ков высшей квалификации, отзывов на работы, пред-

ставлявшиеся на соискание Государственной премии

Украины, информационные сообщения о результа-

тах работы Международных организаций по анали-

зу состояния и перспектив развития металлургии, в

том числе и электрометаллургического производства

в мире. Редколлегия журнала на страницах бумажно-

го и э

лектронного носителей информировала также и

о новых изданиях литературы отечественными и за-

рубежными производителями, помещала рецензии на

монографии и учебники. Отмечала юбилейные даты

ученых и специалистов отрасли. За 1999-2009 гг. в

разделе журнала МГП было опубликовано 156 статей

по проблемам теории и технологии электрометаллур-

гического производства, в том числе по годам:

Год 1999 2000 2001 2002 2003

Кол-во

статей

913161720

2004 2005 2006 2007 2008 2009

10 17 15 13 10 16

Авторами (соавторами) научных и производст-

венно-технологических статей были научные разра-

ботки академических и отраслевых институтов, выс-

ших учебных заведений, специалисты ферросплав-

ных, электросталеплавильных и др. металлургиче-

ских предприятий.

Электрометаллургия – это совокупность различ-

ных технологических процессов, различающихся по

физико-химической сущности, происходящих в ван-

нах печей, а также способами преобразования элек-

рической энергии в тепловую. Для многотоннажных

производств наиболее широко применяются дуго-

вые электропечи (производство ферросплавов, элек-

тростали, карбида кальция, тугоплавких и сверхтвер-

дых материалов и др.). В этих печах реализуется ду-

говой разряд 16. Однако даже в печах этого типа име-

ются принципиальные различия не только конструк-

I l%2 ++30#(7%1* ? ( #.0-.03$- ? /0.,;8+%--.12</2010



ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ

ции, но и электрических режимов технологических

процессов. Печной потенциал электрометаллургии

включает также индукционные печи и печи сопро-

тивления, плазменнодуговые, электроннолучевые и

вакуумнодуговые установки. Даже для краткого пе-

речисления достижений в технологии производства

электрометаллургической продукции потребовалось

бы много журнальных страниц. Поэтому ниже вни-

мание уделено состоянию и развитию электрических

мощностей и технологии произв

одства ферросплавов

и электростали.

Инновации и инвестиции в развитии произ-

водства ферросплавов в Украине

Известно, что уровень развития ферросплавной

промышленности в странах характеризуется не толь-

ко количеством печей и вместимости ванн печей по

жидкому металлу, а суммарной номинальной мощ-

ностью трансформаторов рудовосстановительных

дуговых печей для выплавки ферросплавов различ-

ного вида и к

ачества. Суммарная номинальная мощ-

ность печных трансформаторов Никопольского, За-

порожского и Стахановского заводов ферросплавов

составляет 1687 МВ×А. Для сравнения в России 1030

МВ×А, Казахстане 1444 МВ×А и Грузии 331 МВ×А,

Никопольский завод ферросплавов (1000 МВ×А) яв-

ляется мировым лидером по выплавке марганцевых

ферросплавов - ферросиликомарганца и высокоугле-

родистого ферромарганца [1, 2].

Существенные достижения в разрабо

тке и вне-

дрении инновационных технологий выплавки фер-

росплавов на отечественных заводах системно пу-

бликуются на страницах одного из главных научно-

технических журналов в Украине – «Металлурги-

ческая и горнорудная промышленность». В связи с

этим целесообразно остановиться на проблемах со-

вершенствования процессов и электропечного обору-

дования действующих заводов ферросплавов, разра-

ботке про

ектов и строительства новых ферросплав-

ных заводов.

По прогнозу до кризисного периода в Украине

к 2010 г. валовая структура производства, потребле-

ния, экспорта и импорта ферросплавов характеризо-

валась следующими данными: выплавка и потребле-

ние ферросплавов должно составить 1578 и 721 тыс.

т соответственно, экспорт 899 тыс. т и импорт 42 тыс.

т. Несмотря на относительно небольшое к

оличество

импорта ферросплавов, это потребует от украинских

сталеплавильных заводов потребителей этих спла-

вов существенные финансовые расходы, поскольку

импортируемые сплавы на основе Cr, V, Ti, Nb, Zr

и др. имеют высокую стоимость. Импорт ферроспла-

вов обусловлен рядом обстоятельств. Прежде всего, в

Украине даже разведанные месторождения руд на не-

которые очень дефицитные металлы не разрабатыва-

ются. Вместе с тем, ст

алеплавильная и сталелитейная

промышленности нуждаются и в «экзотичных» фер-

росплавах на основе Cr, W, Mo, V, B и др. [1]. Из чис-

ла других причин импорта ферросплавов, например,

ферротитана, ферросиликоциркония, следует отме-

тить отсутствие элекропечных мощностей и инвести-

ций для организации производства этих видов ферро-

сплавов, хотя имеется достаточно развитая сырьевая

база этих металлов.

Особенно ос

тро стоит вопрос об обеспечении

сталеплавильных предприятий ванадийсодержа-

щими ферросплавами. Много лет обсуждается про-

блема извлечения ванадия из керченских железных

руд. Весьма актуальной задачей является «утилиза-

ция» красных шламов техногенных месторождений,

сформированных в результате переработки импорт-

ных бокситов на Запорожском алюминиевом ком-

бинате и Николаевском глиноземном заводе. Кафе-

дрой электрометаллургии НМ

етАУ, рядом других

научно-исследовательских институтов, лабораторий

вузов проведены поисковые исследования на пред-

мет превращения красных шламов в железорудное

сырье с использованием его в смежных металлурги-

ческих производствах. Проведено освоение исполь-

зования красных шламов при агломерации марганце-

вых и железорудных концентратов для выплавки мар-

ганцевых ферросплавов в электропечах и чугуна в до-

менных пе

чах. Если использовать красные шламы в

этих пределах, безвозвратно теряются содержащие-

ся в них ценные металлы – прежде всего ванадий, а

также редкие и рассеянные металлы (например, скан-

дий и др.). Кафедрой электрометаллургии предложе-

но красные шламы после предварительного обезво-

живания и окускования подвергать электроплавке по

технологии выплавки ферросплавов с по

лучением

легированного ванадием и титаном чугуна с после-

дующим его рафинированием и извлечением вана-

дия. При этом трудновосстановимые элементы кон-

центрируются в шлаке, при помощи гидрохимиче-

ских технологий они могут быть извлечены в товар-

ную продукцию. Важно оценить также уровень есте-

ственной радиоактивности красных шламов и полу-

чаемых шлаков [3].

В У

краине известны месторождения ниобия, хотя

конкретных решений о разработке ниобийсодержа-

щих руд все еще нет.

В области электрометаллургии производства тра-

диционных многотоннажных марганцевых ферро-

сплавов, остро стоят задачи повышения полезного

извлечения марганца из руд в товарные сплавы, сни-

жение удельного расхода электроэнергии, повыше-

ния качества ферросплавов по химическому и грану-

ло

метрическому составам, дальнейшего совершен-

ствования оборудования очистки пылегазовых обра-

зований и утилизации пыли и большого количества

отвальных шлаков, содержащих 10-12 % Mn.

Полагаем, что журнал МГП и впредь будет

уделять внимание освещению решения этих ак-

туальных задач ферросплавного производства

Украины.

Наращивание мощностей установок

«электропечь-ковш» в сталеплавильном произ-

водстве Украины

Анализ развития сталеплавильного произв

одства

в мире в период 1960-2009 г. свидетельствует, что на-

ряду с ростом объема выплавки стали повышалась

I l%2 ++30#(7%1* ? ( #.0-.03$- ? /0.,;8+%--.12</2010



ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ

доля стали, получаемой в дуговых электропечах, что

следует из приведенных ниже данных (млн. т):

Годы 1960 1970 1980 1990

Всего 48 83 140 216

Доля

электростали

12,2 13,9 20,0 28

2000 2002 2003 2007 2008

272 306 330 483 442

39,0 34,0 34,2 35,2 33,2

Основными производителями стали в мире в

2007 г., вошедшие в первую десятку были страны:

Страна Китай Япония США Россия Индия

Выплавка

стали, млн.т

489 120 97 72 53

Республика

Корея

Германия Украина Бразилия Италия

51 49 - 34,5 32,0

Структура сталеплавильного производства по

способам выплавки стали в Украине и России в

2007 г. была следующей, %:

Конвертерная

сталь

Мартеновская

сталь

Электросталь

Украина 52 44 4

Россия 57 16 27

В Украине доля электростали в общем объеме

производимой стали, не превышает 4-5 %. Это обу-

словлено сложившейся в годы Союза особенностью

размещения электросталеплавильных заводов (печ-

ных мощностей). Как правило, в Украине развива-

лось крупнотоннажное производство стали, сначала

в мартеновских печах, а позже в кислородных кон-

вертерах вблизи железорудной сырьевой базы и про-

изводства жидк

ого чугуна. В электропечах в ретро-

спективе выплавляли в основном высоколегирован-

ные стали и сплавы для специальных отраслей про-

мышленности. В связи с этим электросталеплавиль-

ное производство размещали вблизи машинострои-

тельной индустрии России.

В последние годы проблема производства стали

в электропечах на отечественных заводах начала по-

степенно обретать конкретное решение. Наряду с из-

естными заводами-производителями электростали,

сооружен новый завод ООО «Электросталь» (Кура-

хово), ведется строительство завода «Днепросталь»,

проектируется электросталелпавильный завод «Во-

рскла Сталь» и др. Нет необходимости характеризо-

вать мощности этих заводов, технологическое обо-

рудование, поскольку эти вопросы обсуждались на

страницах журнала – юбиляра МГП и других перио-

дических изданиях.

Характеризуя видов

ую структуру сталеплавиль-

ного производства по способу выплавки металла, сле-

дует отметить ряд особенностей, собственно техно-

логических процессов выплавки стали в электропе-

чах и других сталеплавильных агрегатах.

В годы, предшествовавших интенсивному внедре-

нию способов внепечной доводки и обработки стали,

в дуговых электропечах выплавляли в основном леги-

рованную и особенно высоколегированную сталь для

специа

льных отраслей промышленности. Отраслевым

стандартом ОСТ 1-148-84 было установлено 57 раз-

личных терминов, характеризовавших качественный

уровень стали. Более 2/3 терминов относились к элек-

тростали. Среди них названия электростали по назна-

чению: инструментальная, коррозионностойкая, под-

шипниковая, жаростойкая, жаропрочная, прецизион-

ные сплавы, электротехническая и др. [4].

С наращиванием мощностей по внепечной обра-

ботке стали (электропечь – к

овш, вакууматор) появи-

лась возможность существенно повысить качество

«рядовой» стали до уровня некоторых марок элек-

тростали. Таким образом, с освоением внепечных

способов доводки и рафинирования стали с приме-

нением комплекса установок, качество стали оказа-

лось практически независимо от сталеплавильного

агрегата, а всецело определялось степенью легирова-

ния и уровнем внепечной обработки ее э

лектропечи

– ковше [5]. В этом аспекте есть предпосылки объем

выплавки электростали оценивать не только по ко-

личеству выплавленной в дуговых «стационарных»

электропечах, но и обработанной в «электропечи-

ковшах», тем более, что электросталь «стационар-

ных» электропечей в основном также подвергается

обработка в «электропечи-ковше».

Общепризнано, что внепечная обработка стали в

электропечи-к

овше и вакууматорах – одно из иннова-

ционных направлений в современной сталеплавиль-

ной индустрии. На отечественных металлургических

предприятиях на конец 2009 г. находятся в эксплуа-

тации 16 установок «электропечь-ковш» и 8 вакуум-

ных установок типа VD (таблица) [6]. В ближайшие

годы планируется дополнительно соорудить и ввести

в эксплуатацию еще 9 установок «электропечь-ковш»

и 6 вакууматоров. В текущее время на уст

ановках

«электропечь-ковш» обрабатывается около 16 млн. т

стали, что составляет 42 % от всего объема производ-

ства стали.

В литературе практически общепринято установ-

ку внепечной доводки называть «ковш-печь», исхо-

дя из дословного перевода с английского. Вместе с

тем, этот дуплекс-процесс «сталеплавильный агрегат

(ДСП, ККП, МП) – «ковш-печь», по-видимо

му, сле-

дует называть не ковш-печь, а «электропечь-ковш»,

что более полно соответствует физико-химическим

особенностям, происходящим в «ковше» под воздей-

ствием электрических дуг и шлаковых расплавов в

условиях восстановительного процесса, характерно-

го для этого периода электроплавки стали классиче-

ским способом.

Наряду с освещением проблемных задач крупно-

тоннажного производства э

лектрометаллургической

продукции МГП публикуем данные о инновационных

процессах специальной электрометаллургии [7, 8].

Идея «ковш-печь» во многом исходит из извест-

ного процесса выплавки стали и сплавов в индукци-

онных печах с двумя тиглями, когда максимум под-

водимой мощности от источника поочередно подво-

дится в тигли при плавлении металлозавалки, а при

рафинировании металла на пониж

енной мощности.