Украинские исследователи рекомендуют применение метода газокислородного рафинирования для производства широкого круга сталей, сплавов и ферросплавов
ОБНОВЛЕННАЯ ФУРМА
БЕССПОРНОЕ ПРЕИМУЩЕСТВО
Украинские исследователи рекомендуют
применение метода газокислородного
рафинирования для производства широкого круга
сталей, сплавов и ферросплавов
Электроплавка стали в последнее время
развивается опережающими темпами и скоро
достигнет объема производства стали в
конвертерах, что определяется высокой
плавильной способностью дуговых печей и
возможностью переплава в них до 100% оборотного
лома. При этом наблюдается тенденция сочетания
электроплавки с конвертерным переделом. При
создании модуля "электропечь постоянного тока
– конвертер" капитальные затраты на 1 т
годового производства стали как на заводах с
полным циклом, так и на мини-заводах примерно в 4
раза меньше, чем для типового
электросталеплавильного цеха, и в 12-14 раз ниже,
чем по традиционной схеме "доменная печь –
конвертер". Более того, создаются комплексные
агрегаты типа Аrсоп и Conarc, состоящие из двух
взаимосвязанных корпусов, каждый из которых
может поочередно работать как электропечь и как
конвертер с верхней продувкой.
Универсальные комбинации
Комбинация конвертера и дуговой печи
обеспечивает широкую маневренность при выборе
металлошихты, повышение производительности при
плавке на ломе, снижение расхода электроэнергии
(до 225 кВт·ч/т углеродистой стали) и электродов (до
0,7 кг/т). Однако как в модульном, так и в
двухкорпусном варианте дуплекс-процесс
электропечь – конвертер высокоэффективен лишь
при окислительном рафинировании, как правило,
нелегированной стали. Процессы, требующие
восстановительной атмосферы, нейтральной или
вакуума (раскисление, десульфурация, дегазация и
легирование) во всех случаях переносятся в
различные дополнительные установки внепечной
обработки, что, естественно, увеличивает
капитальные вложения, усложняет организацию
процесса и снижает его технико-экономические
показатели.
Значительно возрастают возможности
модуля, если вторым агрегатом является
энерговооруженный конвертер донного или
комбинированного дутья, газовые сети которого
позволяют вводить в ванну газокислородные смеси
регулируемого состава, вплоть до полного
исключения из них кислорода. Именно такой
конвертер емкостью 60 т, названный нами
конвертером газокислородного рафинирования
(ГКР), успешно эксплуатируется с 1987г. в сочетании
с дуговыми печами в условиях ОАО
"Днепроспецсталь" применительно к
производству высокохромистых
коррозионностойких сталей. В 2002г. аналогичный
модуль с конвертером емкостью 5,0 т пущен в
условиях Миргородского арматурного завода для
производства литой запорной и регулируемой
арматуры.
Главными достоинствами технологии
ГКР являются:
— возможность изменения в широких
пределах окислительного потенциала подводимого
дутья при поддержании минимальной окисленности
металлической ванны;
— создание, при необходимости, условий
для реализации восстановительных
взаимодействий в конвертерной ванне;
— обеспечение условий эффективного
протекания массообменных процессов на всех
стадиях конвертерного передела;
— возможность осуществления в одном
агрегате непрерывного дифференцированного
режима продувки металлургических расплавов в
зависимости от сортамента выплавляемой
продукции.
Указанные достоинства определяют
универсальность метода ГКР и практически
неограниченность реализуемых в нем процессов.
Более чем пятнадцатилетний опыт
эксплуатации конвертера ГКР на заводе
"Днепроспецсталь" и конвертере Маза
подтвердили его высокую технико-экономическую
эффективность при производстве
коррозионностойких сталей. Наряду со снижением
расхода феррохрома и других ферросплавов,
расхода электроэнергии и увеличением
производительности, этот метод обеспечивает
массовую выплавку особонизкоуглеродистых
сталей повышенной коррозионной стойкости.
Указанные выше достоинства метода ГКР
определяют его перспективность для производства
большинства высококачественных сталей
электропечного сортамента, исключая лишь
высокоуглеродистые инструментальные,
шарикоподшипниковые и т.п. стали. Естественно,
что максимальный эффект достигается при
выплавке особонизкоуглеродистых сталей. В
частности, в конвертере ГКР емкостью 1,0 т,
работающем в комплексе с дуговой печью ДСП-1,5, в
ПЛНМП НМетАУ серией опытных плавок показана
возможность получения этим методом сталей типа IF
с содержанием углерода 0,010%. При окислительном
рафинировании ванны при донной продувке
параллельно с обезуглероживанием происходит
существенное удаление цветных примесей,
обладающих высокой по сравнению с железом
упругостью пара (свинец, олово), а также глубокая
дегазация металла при его минимальной
окисленности. Это создает наиболее
благоприятные условия для производства сталей
для особоглубокой вытяжки, что подтверждено
промышленной проверкой в условиях ОАО
"Днепроспецсталь" при изготовлении опытной
партии стали марки 18ЮА.
Методы повышения
производительности
Эффективность метода ГКР возрастает с
увеличением степени легированности ванны, и
особенно, если речь идет о ферросплавах.
Основными задачами в области совершенствования
производства ферросплавов является повышение
извлечения ведущего элемента (хрома, марганца и
др.) при параллельном снижении удельного расхода
электроэнергии.
Так, например, при выплавке
углеродистого ферромарганца с содержанием
кремния 5-7% достигается снижение расхода
электроэнергии до 1500 кВт·ч/т сплава и повышение
извлечения марганца на 5% по сравнению со
стандартным сплавом, содержащим 2,0% кремния.
Однако сплав с таким кремнием имеет ограниченную
применимость при выплавке стали. В частности, его
использование практически неприемлемо для
кипящего и даже полуспокойного металла.
Рафинирующая обработка
высококремнистого марганца в конвертере ГКР
позволяет получить стандартный по кремнию сплав
без ухудшения показателей, достигнутых на стадии
выплавки в руднотермической печи. Исследования,
выполненные в 1,0 т конвертере ПЛНМП НМетАУ,
показали, что наилучшие результаты достигаются
при использовании в качестве окислителя
офлюсованного агломерата с основностью 1,8-1,9,
который присаживается в конвертер перед сливом в
него высококремнистого углеродистого
ферромарганца. Перемешивание металла с
образовавшимся шлаком осуществлялось донной
продувкой нейтральным газом. В итоге
рафинирования содержание кремния в сплаве
снижается с 4,5-6,1% до 1,5-1,8% при параллельном
снижении углерода с 3,95-4,12% до 3,48-3,84%, а сквозное
извлечение марганца возросло до 81% (против 75-76%
при выплавке стандартного углеродистого
ферромарганца в электропечи). Снижение
основности агломерата до 0,8-1,0 существенно
ухудшает итоги рафинирования, а при
использовании малофосфористого шлака даже в
смеси с известью процесс обескремнивания при
продувке в конвертере вообще не реализуется.
Содержание марганца в отвальном
конвертерном шлаке при использовании агломерата
оптимального состава составило 16,7-18,0%, что
идентично отвальным шлакам электропечной
плавки. Подшихтовка этого малофосфористого
материала при выплавке товарного силикомарганца
позволит не только снизить содержание фосфора,
но и существенно сократить количество шлаковых
отходов.
Перспективным следует считать
рафинирование стандартного углеродистого
ферромарганца от углерода и кремния в конвертере
ГКР. В этом случае плавка включает два периода. В
первый окислительный период рафинирования в
результате продувки ванны кислородом с
параллельной присадкой известняка для снижения
температуры металла и формирования основного
шлака содержание углерода снижается с 5-7% до 1,0-2,3%,
а кремния с 0,8-1,5% до 0,01-0,17%. Однако при этом в шлак
переходят существенные количества марганца.
Поэтому во втором периоде плавки для его
восстановления производится присадка
силикомарганца. В результате сквозное
извлечение марганца возрастает на 4%, а расход
электроэнергии снижается на 820 кВт·ч/т по
сравнению с двухстадийным электропечным
процессом. Сквозной расход марганцевого
концентрата (48% Mn) снижается на 0,82 т/т.
Разработанная технология была положена
в основу рабочего проекта установки конвертера
емкостью 5 т в условиях Зестафонского завода
ферросплавов (ЗЗФ). В конце 80-х годов были начаты
работы по внедрению технологии. В частности, был
подготовлен и поставлен на ЗЗФ конвертер и
основное технологическое оборудование. Однако с
практически полной остановкой завода, вызванной
политическим и экономическим положением в
Грузии, дальнейшие работы были прекращены.
Еще эффективней применение метода ГКР
для получения металлического марганца. В этом
случае в конвертер заливается жидкий
малофосфористый шлак и в первом периоде
проводится его окислительная обработка, что
позволяет снизить содержание углерода в нем с
0,3-0,4% до 0,08-0,14%. В совокупности с исключением
науглероживания шлака электродами по сравнению
с плавкой в электропечи это обеспечивает
увеличение выхода марки Mpl на 75,6%.
Восстановление марганца из шлака
проводили передельным силикомарганцем (120-140 кг/т
шлака) при продувке нейтральным газом и с
вдуванием пылевидной извести в количестве 170-180
кг/плавка. По сравнению с традиционной
электроплавкой сквозное извлечение марганца
возрастает на 2,5%, а сквозные расходы
электроэнергии и марганцевого концентрата
снижаются на 310 кВт·ч/т и 0,28 т/т соответственно.
Приведенные данные свидетельствуют о достаточно
высокой эффективности применения метода ГКР для
производства рафинированных марганцевых
сплавов. Аналогичные результаты были получены
при производстве безуглеродистого феррохрома.
В заключение приведем еще один пример
применения ГКР в сложной схеме переработки
полиметаллических материалов, а именно
железомарганцевых конкреций. Опробованная
технология включает углевосстановительную
плавку в руднотермической печи с получением
малофосфористого марганцевого шлака и
многокомпонентного попутного сплава,
содержащего в среднем 28,0% Mn, 9,8% Ni, 1,3% Со, 7,3% Cu, 3,4% С,
1,5% Р и остальное железо. Его последующее
рафинирование и обогащение по цветным металлам
проводили в 1,0 т конвертере ГКР, дополнительно
оборудованном верхней односопловой кислородной
фурмой. Расход кислорода через нее составляет 1,2
нм3/т-мин, а через три донных фурмы – 0,8 нм3/т-мин.
Защиту донных фурм осуществляли природным газом
с расходом 0,1 нм3/т-мин. В начальной стадии
процесса интенсивно окисляется марганец и
углерод, содержание которых через ~25 мин.
продувки снижается до 2,4-2,5% и 0,04-0,05%
соответственно. Суммарное же содержание цветных
металлов за этот период возрастало до 27-30%. После
удаления высокомарганцевого шлака (40% Мп и 0,1% Р)
при последующей продувке той же
продолжительности идет дальнейшее окисление
марганца (до 0,10-0,15%) и железа, а также дефосфорация
ванны (до содержания фосфора в металле < 0,2%) при
увеличении суммы цветных металлов до 45-55%. При
этом содержание оксидов никеля, кобальта и меди в
шлаке увеличивается до 0,44; 0,09 и 0,62%
соответственно, а их извлечение в металл
составило 88,7; 84,5 и 81,9%.
Опыт проведения восстановительного
периода в конвертере ГКР при выплавке
нержавеющих сталей позволяет утверждать, что при
отработке технологии конвертирования
полиметаллической ванны с ее донной продувкой на
заключительной стадии аргоном или азотом и
раскислением шлака углеродом можно существенно
увеличить извлечение цветных металлов в сплав.
Таким образом, приведенные примеры
окислительного и восстановительного
рафинирования свидетельствуют об
универсальности метода ГКР и позволяют
рекомендовать его применение для производства
широкого круга сталей, сплавов и ферросплавов.