Новые технологии, повышающие эффективность мартеновских печей

Мартеновское производство стали имеет более чем 150 - летнюю историю и в настоящее время в СНГ около 40 % стали выплавляют в мартеновских печах. Они пережили несколько технических революций, в результате чего освоено массовое производство стали высокого качества, в том числе и высоколегированных.

Когда страны Западной Европы и Северной Америки получили в избытке дешевую атомную энергию, мартеновские печи в них не выжили.

Тем не менее, в Украине существуют условия, позволяющие эксплуатировать мартеновские печи. Вот основные из них:

- возможность использования любого вида перерабатываемой шихты (от 100% металлолома до жидкого чугуна, окисленных и металлизированных окатышей, агломерата и других железосодержащих материалов);

- высокий КПД от прямого применения всех источников энергии (75-80 %);

- восприимчивость к современным металлургическим технологиям;

- высокая степень и дальнейший потенциал утилизации тепла;

- возможность применения всех современных огнеупорных технологий и материалов;

- низкий уровень шума;

- возможность внедрения всех типов современных технологий по снижению выбросов вредных веществ в атмосферу;

- большой потенциал внедрения процессов автоматизации и контроля технологического процесса.

Не менее важным доводом в пользу продолжения эксплуатации мартеновских печей является и то, что замена их конвертерами или ДСП требует больших средств. Поэтому эта работа должна вестись планомерно с учетом финансовых возможностей предприятий.

По сравнению с другими методами производительность мартеновских печей продолжает оставаться сравнительно низкой. Кроме того, не решён вопрос автоматизации процесса и его регулирования в строго заданных временных рамках. Очевидно одно, что при условии сохранения в эксплуатации, мартеновских печей необходимы реализации на них современных технологий и огнеупорных материалов.

Первые шаги по модернизации верхнего строения мартеновских печей на ОАО "ДМЗ" дали положительные результаты. Эти шага включали: футеровку печи современными огнеупорными материалами; скрытую донную продувку расплава, что позволило использовать остаточный металл на подине печи, так называемое "болото"; создание лучших условий для более интенсивного нагрева жидкого металла факелом и др.

Новые технологии и огнеупорные материалы концерна RHI Refractories AG и фирмы ТЕСНСОМ Import Export GmbH, защищенные рядом интернациональных патентов в области совершенствования процесса плавки в мартеновских печах и разрешённые к внедрению "Федеральным горным и промышленным надзором России", существенно повысили эффективность 18 мартеновских печей на 8 металлургических заводах России, Украины и Латвии.

В связи с этим в марте 2002 года на мартеновской печи 3/6 ОАО ''ДМЗ" совместно с фирмой ТЕСНСОМ (Германия), внедрена новая технология кладки подины мартеновской печи, а также донная продувка ванны азотом, так называемая технология "VVS".Согласно контракту и рекомендаций специалистов фирмы ТЕСНСОМ внедрение и освоение этой технологии должно обеспечить: уменьшение продолжительности плавки до 5%; увеличение средней массы плавки до 2%; снижение расхода топлива до 10%; исключение простоев печи на подвалки подины в межремонтные периоды: снижение расхода огнеупорных порошков (магнезита) до 5 кг/т стали.

Ранее применили скрытую донную продувку такие заводы, как: АО"Лиенайс металлургс" на трёх печах ёмкостью -180т, Нижнеднепровский трубопрокатный завод им Карла Либкнехта на двух печах емкостью 250т, Таганрогский металлургический завод, на печах емкостью 250т. Ашинский металлургический завод, Нижне-Сергиевский металлургический завод. Все мартеновские печи на перечисленных предприятиях работают на скрап-процессе. Тем не менее, на них достигнуты следующие результаты: сокращена длительность плавки на 5 - 10%; увеличено производство на 3 — 8%: сэкономлено условного топлива 6.5 — 8,5%.

С целью обучения и освоения приёмов и методов работы печей с системой "VVS" по договоренности с фирмой ТЕН-СОМ и руководителями вышеперечисленных заводов специалисты ОАО "ДМЗ" побывали на них.

Конструктивно донная продувка сталеплавильной ванны по технологии "VVS" обеспечивается с помощью комбинированной кладки огнеупорной подины с применением в ее составе масс с различающимися свойствами. В выполненную традиционными средствами структуру футеровки в ее нижней части установили блок газонепроницаемых кессонов, ограничивающих распределение дутья внутри подины. Продувочные устройства коллекторного типа установлены на дне кессона для заполнения и укрытия его до поверхности границы подины. В футеровке верхнего слоя дутьевого блока использована огнеупорная масса ANKERHARTH-TLS2, уложенная по специальной технологии.

К четырем продувочным элементам азот подводят от газорегулирующей станции, при этом его расход регулируют отдельно на каждый элемент. Продувка осуществляется автоматически или в ручном режиме с учетом технологических особенностей плавки.

Принципы технологии донной продувки азотом на мартеновской печи 3/6, работающей скрап-рудным процессом, заключаются в следующем. Азот подастся через четыре фурмы, расположенные в подине по продольной оси печи. Давление азота на входе газорегулирующей станции составляет от 4,5 до 6 бар. Интенсивность общего потока газа изменяется по ходу плавки в зависимости от хода технологического процесса. Используется остаток металла от предыдущей плавки "болото", который образуется по мере износа футеровки примерно на 120-ой плавке. Продувка ванны азотом активизирует тепло-массообменые процессы в расплаве, дополнительно перемешивая его. Это активизирует кинетику окисления углерода в ванне, что способствует более быстрому усреднению температуры металла и ускорению химических реакции в металле, усвоению добавочных материалов. Интенсифицируются обменные процессы на уровне шлак – металл и сокращается время технологических стадий плавки и доводки металла.

Сушку – разогрев печи до 1200⁰С после завершения реконструктивных работ поводили в течение 35 часов. Коксовый газ подавали через сопла реформаторов печи. Температуру свода контролировали по показаниям трех термопар, установленных на уклонах главного свода напротив завалочных окон (соответственно, термопара 1 напротив 1-го окна, термопара 2 напротив 3-го окна, термопара 3-напротив 5-го окна).

После запуска печи было замечено, что при садке массой 153 — 155т ванна "сидит" низко, потому была увеличена масса садки до 165т, а тепловая нагрузка до 28 млн. ккал/ч на завалку и прогрев. В остальные периоды тепловая нагрузка составляла 21-24 млн, ккал/ч, расход кислорода в факел 1200 — 1500 м³/ч, расход жидкого чугуна 80т (вместо 70 — 75т), в дальнейшем доля чугуна была снижена до 74 т.

Некоторые показатели работы мартеновской печи 3/6 в сравнении с работой мартеновской печи 8(без донной продувки) и со средними показателями по цеху приведены в табл. 1.

Кроме увеличения производительности мартеновской печи 3/6 наблюдается уменьшение расхода условного топлива. Улучшенная гомогенизация ванны жидкого металла приводит к тому, что при температуре 1495⁰С металл находится в равновесном состоянии и можно начинать период кипения. Ранее этот процесс начинали только при температуре не ниже 1520Х. Отмечена высокая стабильность температуры металла в сталеразливочном и промежуточном ковшах. В табл. 2 приведены результаты технологических параметров плавок стали разлитой на МНЛЗ.

 

 

\

 

Таблица 1 Показатели работы мартеновских печей 3/6 и 8

Периоды	Печь №	Число плавок	Производство, т	Средняя масса плавки, т	Длительность, плавки, ч.	Расход магнезита,кг/т
14-31 марта	3/6		9711,7	158,64	7,16
		8959,21	153,99	7,42
По цеху			154,29	7,53
1 апреля -30 апреля	3/6		14658,62	159,31	7,75
		13430,57	154,37	7.82
По цеху		70686.	154,63	7,99

 

Таблица 2 Параметры выпуска и разливки стали из печи 3/6 и средние по цеху

№ печи	Температура выпуска стали, °С	Длительность схода металла, мин.	Выдержка в сталь-ков- ше мин.	Длительно- сть разливки, мин.	Температура металла в промежуточном ковше в различные временные интервалы, °С	Снижение температуры стали за время выдержки в сталь- к ковше
Т1	Т2	Т3	Всего °С	°С/мин
3/6		14,2		94,8				115,6	3.2
Среднее по цеху		11,7		96,1				119,5	3,8

Повышенное время схода металла по желобу (14,2 мин.) на печи 3/6 объясняется тем, что, выпускное отверстие было выполнено из огнеупорных блоков марки ANKERTAP-T17, имеющих диаметр отверстия 120мм. Считалось, что размер отверстия возрастёт в процессе выпуска нескольких плавок, но оказалось, что стойкость этих блоков на столько высока, что даже после 153 плавок диаметр отверстия увеличился не более чем на 10 мм. Тем не менее, эффект перемешивания металла в печи 3/6 приводит к тому, что при относительно близких значениях температуры на выпуске металл; доставляемый на МНЛЗ от печи 3/6, имеет более высокую температуру в промежуточном ковше, как в начале разливки, так и в конечной стадии. Однако, по причинам как освоения новой технолога и, гак и сложности организации производственного процесса из-за асинхронной работы нескольких мартеновских печей, пока не удаётся реализовать в полной мере преимущества мартеновской печи с донной продувкой инертным газом. Еще рано подводить окончательные итога, для этого необходимо провести на печи несколько кампаний, но уже сейчас видны преимущества новой технологии и её перспективы. Технология VVS это инструмент в руках технолога и необходимо научиться владеть им. Специалисты завода разработали мероприятия, позволяющие в полной мере использовать эту технологию в мартеновском цехе. До конца текущего года намечено перевести на новую технологию ещё четыре печи. При этом планируется в следующем году, используя технологию VVS, увеличить производство стали более чем на 66 тысяч тонн.

Для высокопроизводительной работы печи 3/6 и сохранения плановой длительности компании (500 плавок) в настоящее время необходима реализация следующих мероприятий:

- во время ремонта печи уменьшить объём ванны для поднятия уровня металла и восстановления эффективного воздействия факела на зеркало металла, обеспечив садку печи массой 160 т

- снизить тепловую нагрузку печи в периоды завалки и прогрева до 26,5 млн.ккал/ч;

- увеличить до 1500 м/ч расход кислорода в факел в период завалки и прогрева, но при интенсивном плавлении ванны расход кислорода снижать до нуля;

- обеспечить обязательное скачивание шлака не менее 6 м³ за плавку;

- после 70 плавок начинать регулярную промывку (чистку) регенеративных насадок;

- снизить температуру металла на выпуске из печи;

- отработать технологию продувки металла в стальковше после выпуска из печи.

Эти и другие мероприятия, которые наверняка возникнут в процессе освоения новой технологии плавки на мартеновской печи 3/6 будут успешно внедрены и обеспечат должный экономический эффект, создадут предпосылки для успешного внедрения других технологий и агрегатов в мартеновском цехе, таких как установка “печь-ковш”, сортовая МНЛЗ и другие.

Заключение

 

Технико-экономическая оценка работы мартеновских печей

Благодаря преимуществам, которыми мартеновский процесс отличался от других способов массового получения стали:

· большая гибкость и возможность применять его при любых масштабах производства;

· менее строгие требования к исходным материалам;

· относительная простота контроля и управления ходом плавки;

· высокое качество и широкий ассортимент выплавляемой стали;

· сравнительно небольшая стоимость передела,

он стал основным сталеплавильным процессом. Однако в связи с бурным развитием кислородно-конвертерного производства строительство мартеновских цехов практически прекратилось; относительная доля мартеновской стали непрерывно уменьшается. В 1970 году в мартеновских печах выплавлено в мире ~240 млн. т стали (~40 %). Мартеновский процесс – основной потребитель стального лома (около 50 %).