Комбинированная продувка

 

Технология конвертерного процесса с комбинированной продувкой известна в металлургии с 60 − 70-х годов прошлого века. Представлена она несколькими вариантами, в которых сверху кислородной фурмой подают кислород, снизу в днище через продувочные элементы подают разные газы, чаще всего аргон и азот. Эффективность использования комбинированной продувки заключается в создании ресурсо- и энергосберегающих технологий выплавки стали, в частности за счет снижения окисленности системы шлак−металл.

В ноябре 2007 г. в конвертерном цехе НТМК по проекту фирмы Siemens−Voest-Alpine Industrieanlagenbau (VAI) введен в эксплуатацию реконструированный конвертер № 1, первый из четырех работающих в цехе. В 2008 произведена замена конверторов № 2, 3. В 2011 конвертера № 4 основной задачей которого является переработка ванадиевого чугуна на ванадиевый шлак и металл-полупродукт. Одной из новаций, примененных при реконструкции конвертеров, является внедрение технологии комбинированной продувки с кислородной продувкой жидкой конвертерной ванны через коническую фурму сверху и инертными газами снизу через многоканальные пробки в днище конвертера (Рисунок 4.1).

Рис. 4.1 Пробка продувочная

Технические характеристики системы донной продувки приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 – технические характеристики донной продувки

Параметр	Показатель
Число фурм
Тип элементов продувки	многоканальная пробка
Число каналов
Диаметр канала, мм
Материал канала	нержавеющая труба
Диаметр канала, мм
Толщина стенки канала, мм
Материал пробки	магнезит
Характеристика пробки: MgO, % С, % плотность, г/см3 пористость, % прочность, МПа	не менее 72 не менее 17 не менее 2,85 не более 4 не менее 35
Расход газа, нм3/мин:	максимальный - 1,7 минимальный - 0,2
Давление в элементе продувки, МПa	2,0

 

Продувочные пробки вделаны в огнеупорную футеровку днища конвертера (Рисунок 4.2) и соединены с газораспределительной станцией подводящим трубопроводом из стальных труб диаметром 20 мм и толщиной стенки 2 мм. Соединительный трубопровод изготовлен из углеродистой стали.

Газ подается через специальный вертлюг, имеющий угол поворота 360 градусов, установленный в холостую цапфу конвертера. Ось вертлюга защищена от прокручивания моментным суппортом.

Рис. 4.2 – Днище конвертера с продувочными пробками

Продувочный стенд обеспечивает работу режимов продувки ванны инертным газом по разработанному НТМК совместно с фирмой Siemens−VAI алгоритму. Алгоритм продувки указан в таблице 4.2.

Клапанный стенд регулирования газа обеспечивает индивидуальное регулирование расхода газа в каждом продувочном элементе в сочетании с регулированием общего расхода. Имеется возможность для индивидуального управления каждым продувочным элементом. Стенд обрабатывает и выдает измерительные аналоговые сигналы от трансмиттеров, вторичные сигналы от приборов КИП, сигналы к управляющим и двухпозиционным клапанам. Имеется функция выбора и регулирования продувочного газа. Дистанционное регулирование продувочного газа осуществляется при помощи расходомера. Управляющие характеристики регулируются PLC.

Расходомеры обеспечивают точность результатов измерения и регулирование продувочного газа. Благодаря системе автоматического управления возможно применять разные модели продувки и работать в автоматическом режиме. Неисправность одного из десяти продувочных элементов компенсируется за счет остальных элементов.

Таблица 4.2 – алгоритм продувки

Операция	Расход газа, м3/мин
Первая стадия дуплекс процесса	Вторя стадия дуплекс процесса, моно процесс
Завалка лома, заливка чугуна	2,0	2,0
Кислородная продувка	3,0	3,0 – 8,0
Взятие пробы	3,0	-
Слив металла из конвертера	1,5	1,5
Слив/кантовка шлака	2,0	2,0
Ожидание	2,0	2,0
Раздув шлака	6,0	-

 

Технические характеристики клапанного стенда донной продувки ванны указаны в таблице 4.3.

Таблица 4.3 - технические характеристики клапанного стенда

Показатель	Аргон	Азот
Расход газа, нм3/ч	максимальный 900 минимальный 95
Давление газа: продувка, МПа охлаждение, нм3/ч	2,0 1,2	0,7 1,2
Степень чистоты, %	99,95	99,95
Точка росы, °С	−40	−40

 

Первая кампания работы донной продувки на конвертере № 1 работающем на сталь составила 1640 плавок при общей стойкости футеровки конвертера около 3000 плавок. По результатам этой кампании отмечено снижение угара марганца при раскислении стали - экономиясоставила 43,36 т чистого марганца. При стоимости 1 т чистого марганца 63 298 руб. в ценах 2007 г. удельная экономия за счет снижения расхода ферросплавов составила 12,06 руб/т стали. А так же увеличение выхода годного.

Учет расхода аргона и азота велся до закрытия донной продувки системой автоматического учета. За учетный период выплавлено 159461 т стали, израсходовано 74291 м³ аргона и 80400 м³ азота. При себестоимости 1 м³ аргона 8,70 руб. и азота 2,34 руб. удельные затраты на инертный газ для донной продувки составили 5,23 руб/т стали в ценах 2007 г.

Для определения динамики выхода годного металла произведено сравнение среднего веса плавки в конвертерном цехе за период с января по октябрь 2007 г. - 154,71 т, и в период с ноября 2007 г. по январь 2008 г. - 155,39 т. Из полученных данных следует, что в период применения донной продувки средний вес плавки в конвертерном цехе увеличился на 680 кг, или на 4,37 кг/т стали. Средний доход от производства 1 кг стали с учетом сортамента конвертерного цеха в 2007 г. (процент производства слябов, трубной, балочной, рельсовой и колесобандажной заготовки) составил 6,13 руб. Следовательно, дополнительный доход от увеличения выхода годной стали составил 26,78 руб/т.

Средняя удельная экономия средств от использования комбинированной продувки с учетом экономии ферросплавов, затрат на донную продувку и увеличения дохода от выхода годного металла составила 33,61 руб/т стали. При общем производстве стали на конвертере № 1 с применением комбинированной продувки экономический эффект составил 7,65 млн руб.

Опыт использования комбинированного дутья на конвертере работающем на первойстадии дуплекс процесса показал:

- применение донной продувки на первой стадии дуплекс-процесса позволяет снизить уровень остаточного ванадия в металле-полупродукте при условии выполнения заданных технологической инструкцией режимов, а именно выполнения установленных содержания V₂O₅ в шлаке и режимов присадки ОКД;

- интенсивность донной продувки на уровне 6 - 8 м³/мин позволяет достичь более глубокой деванадации чугуна в сравнении с интенсивностью 2-3 м³/мин;

- использование не всех элементов донной продувки ухудшает ее эффективность. При использовании 3-х элементов и менее положительное влияние донной продувки практически отсутствует.

Для изучения механизма влияния донной продувки на извлечение ванадия из чугуна в шлак, на серии плавок осуществлялся отбор промежуточных проб расплава из полости конвертера в середине цикла кислородной продувки (Рисунок. 4.3, 4.4).

 

Рис. 4.3 - Динамика изменения содержания углерода в течение кислородной продувки

 

Рис. 4.4 - Динамика изменения содержания углерода в течение кислородной продувки

 

Промежуточные пробы расплава из конвертера отбирались на 3-х сериях плавок:

– с интенсивностью донной продувки 8 м³/мин без нарушения ТИ;

– с интенсивностью донной продувки 6 м³/мин без нарушения ТИ;

– с интенсивностью донной продувки 6 м³/мин через 3 элемента.

Из рисунка 3 видно, что на сериях плавок с полноценной донной продувкой степень окисления углерода в первом периоде кислородной продувки снижается в сравнении с серией плавок с донной продувкой через 3 элемента, а степень окисления ванадия – возрастает (Рисунок. 4.4).