Разработка мероприятий по улучшению ТЭП производства в условиях ККЦ ОАО НТМК за счет повышения качества полупродукта

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Общая часть

1.1 Характеристика основного и вспомогательного оборудования главного здания конвертерного цеха

1.2 Характеристика способов десульфурации

1.3 Требования к листовому металлу

1.4 Технико-экономическое обоснование повышения качества металла путем снижения концентрации серы (сравнительный анализ установки десульфурации и установки печь-ковш)

2. Специальная часть

2.1 Технология выплавки полупродукта

2.2 Конструкция установки десульфурации

2.3 Степень эффективности десульфурации

2.4 Результаты опытных плавок

3. Экономика и организация производства

3.1 Организация и управление цехом

3.2 Организация труда, график выходов на работу

3.3 Организация заработной платы

3.4 Составление калькуляции полупродукта

3.5 Расчет экономического эффекта от удаления серы на установке десульфурации

4. Охрана труда, окружающей среды и меры пожарной безопасности

4.1 Техника безопасности на участке десульфурации

4.2 Расчет коэффициента тяжести и частоты травматизма

4.3 Аспирация на участке десульфурации

4.4 Пожарная безопасность

Библиография

Введение

Большая металлургия России возникла около 300 лет назад на базе качественных богатых железных руд Среднего Урала. Центром развивающейся металлургии стали нижнетагильские заводы известного российского промышленника Демидова, построенные у подножья горы Высокая, которая изначально имела название «Магнит-гора». Качество руды, содержащей около 65% железа и представляющей естественный магнит, становится особенно наглядным при осмотре экспонатов Нижнетагильского музея горнозаводского дела. Небольшой кусок железной руды уже вторую сотню лет силами магнитного притяжения на весу удерживает груз весом более 40 кг. Руды отличались низким содержанием серы, фосфора, других примесей. Топливом при восстановительной плавке руды в доменных печах служил древесноугольный кокс, получаемый из уральского леса.

Все это служило основой получения особо чистых сортов железа, которые отличались высокой пластичностью, коррозийной стойкостью и прочностью. Всех удивляют демонстрационные экспонаты в виде узлов, витых колонн и другие, сделанные из прутков и круглого тагильского железа в холодном состоянии и не имеющих никаких разрывов, трещин и т.п. Знаменитый русский ученый-химик Д.И. Менделеев, посетивший Н. Тагил в 1899 году во главе комиссии, писал, что на тагильском металле «с особой выпуклостью выясняется великая мягкость и вязкость изделий: из рельс (в холодном состоянии) навязаны узлы и наплетены чуть не кружева без следов трещин». Известно, что листовое уральское железо пользуется всемирной славой и непревзойденно, идёт в Англию, Америку. Железо тагильских заводов шло на экспорт во многие другие зарубежные страны и клеймилось маркой «Старый соболь», которая в различных вариантах в наши дни присутствует как логотип в гербах и товарных знаках Уральских заводов.

В наше время уже отработаны запасы богатых железных руд, естественно, не выжигается лес для получения кокса, в металлургии применяются новые технологии.

Наследниками металлургов прошлого в Нижнем Тагиле является Нижнетагильский металлургический комбинат предприятие полного металлургического цикла. Комбинат специализирован на производстве металлопроката для железнодорожного транспорта, строительства, трубной отрасли. В сортаменте НТМК - железнодорожные рельсы и колеса, бандажи для локомотивов, различные виды балок для вагонов, колонные профили для строительства, конструкционный и трубный прокат.

Ответственные виды металла, к которым, безусловно, относится прокат транспортного назначения, требуют постоянного внимания к качеству и служебным характеристикам стали и проката. Эти повышенные требования вытекают также из условий работы тагильского проката, который должен обеспечивать надежную службу в условиях повышенных нагрузок и низких температур (до минус 60-70 градусов С). Поэтому весь период работы современного комбината, начиная со сложного периода Великой Отечественной войны и до наших дней, на предприятии постоянно обновляются технологические процессы, строятся новые цехи и современные агрегаты. Можно отметить, что именно на НТМК разработана и реализована технология передела ванадийсодержащих титаномагнетитов с извлечением ванадия и получением стали разнообразного назначения, которая стала базовой в мировой металлургии. В свое время разработана технология объемной закалки рельсов, что обеспечивает их службу при температурах - 60градусов С. На обычных прокатных станах был освоен прокат титана. На универсально-балочном стане освоен прокат балок от 215 до 2100, прокат колонных и шпунтовых профилей и многое другое.

В 2005 году комбинату исполняется 65 лет. В 21 век НТМК вошел в состоянии активной реконструкции и технического перевооружения, что обусловлено необходимостью выпуска металла, отвечающего требованиям любого потребителя как внутри страны, так и за ее пределами. В результате НТМК по технико-технологической оснащенности имеет возможности производства всех основных видов стали и проката по наиболее современным технологиям.

В доменном цехе выплавляется обычный передельный чугун и ванадиевый чугун из чистых, по вредным примесям, качканарских руд. Из ванадиевого чугуна в конвертерном цехе сталь

Среди различных способов производства стали, первое место занял кислородно-конверторный процесс. Современное конверторное производство представляет собой сочетание технологий получения стали различных марок, внепечной обработки и непрерывной разливки.

Преимущества кислородно-конверторного способа производства стали - высокая производительность, экологическая чистота, простота управления, низкие удельные капиталовложения, большая гибкость, как в части осуществления технологических вариантов, так и в выборе сырьевой базы, возможность производства высококачественной стали широкого сортамента из чугуна различного химического состава, переработка относительно большого количества металлолома - обеспечили его быстрое распространение в мире.

Внедрение системы отвода конвертерных газов без дожигания снизило капиталовложения в строительство цеха, сняло ограничение по емкости конвертеров и интенсивности продувки, дало возможность использовать содержащийся в отходящих газов СО в качестве топлива. Организация дожигания СО до СО₂ в полости конвертера расширила возможности процесса по переработке металлолома.

Применение технологии внепечной обработки, а также процесса десульфурации полупродукта позволило получать сталь с очень низким содержанием вредных примесей.

Все вышеперечисленные технологии позволяют НТМК быть конкурентно-способным предприятием, обеспечивают отличный ход технологического процесса, снижают долю загрязнения окружающей среды.

1. Общая часть

1.1 Характеристика основного и вспомогательного оборудования главного здания конвертерного цеха

металл сера десульфурация печь

Главное здание кислородно-конвертерного цеха ОАО НТМК состоит из четырех пролетов: загрузочного, конвертерного и двух разливочных.

Все пролеты соединены между собой поперечными железнодорожными путями, проходящими под конвертерами, и, используются для транспортировки стали, в ковшах и шлака в шлаковых чашах.

Загрузочный пролет оборудован тремя кранами грузоподъемностью 225+63/23 т. При помощи этих кранов производятся основные операции: завалка лома в совках и заливка чугуна.

В пролете уложены сквозной и двух тупиковый пути. Сквозной путь используется для подачи чугуна, а двух тупиковый для подачи скрапа и ферросплавов.

Обслуживание конвертеров производится с рабочей площадки. На отметке +14м установлены пульты управления конвертерами, там же находятся контрольно-измерительные приборы.

На рабочей площадке, на отметке +8м расположены: экспресс - лаборатория, диспетчерская, контора мастеров.

В пролете перед конвертером установлена тележка с экраном для отбора пробы замера температуры. В этом же пролете установлены стенды для ковшей с полупродуктом и бункера для коксика.

В конвертерном пролете установлены четыре конвертера емкостью 160т с основной футеровкой и продувкой сверху. Над каждым конвертером установлена машина для подачи кислорода, котел утилизатор и система подачи из шихтового двора.

Машина для подачи кислорода предназначена для вдувания кислорода в конвертер через водоохлаждаемую фурму и вертикального перемещения, а так же горизонтального перемещения фурмы при ее замене. Для передвижения машины используется реечный механизм с электроприводом.

Голову и тело фурмы охлаждают проточной водой, температура которой не должна превышать 400 С.

Над каждым конвертером установлен котел - утилизатор, предназначенный для получения пара за счет тепла отходящих газов.

За котлами утилизаторами установлена система мокрой газоочистки в основе принципа работы, которой лежит укрупнение частиц пыли при их увлажнении удаления их из газового потока путем многократного изменения направления и скорости движения газов.

Система включает последовательно расположенные скрубберы, трубы Вентури (с регулируемым сечением горловины) и каплеуловители.

Система подачи сыпучих материалов обеспечивает конвейерную доставку, точную весовую дозировку порции и загрузку в конвертер сыпучих.

Сыпучие подаются закрытыми транспортерами в расходные бункера, расположенные на отметке +35,+40 м и затем они перемещаются под действием собственного веса.

Из расходных бункеров через затворы - питатели и вибропитатели подаются в весовые дозаторы, где производится их взвешивание. Отмеренная порция сыпучих передается при помощи транспортеров в промежуточный бункер, расположенный над горловиной конвертера. Из этого бункера сыпучие при помощи водоохлаждаемого желоба подаются в конвертер.

Каждый конвертор оборудован одним весовым дозатором и промежуточным бункером.

Механизм поворота конвертера состоит из двух редукторов и двух двигателей.

В конвертерном отделении установлены ферросплавные бункера (8шт.) из которых ферросплавы в контейнерах автопогрузчиками подают к тележкам для подачи ферросплавов в ковш. На тележках смонтированы два бункера для ферросплавов.

Отбор проб и замер температуры металла могут производиться двумя способами: вручную и с помощью машины для замера температуры и отбора проб. Так же в конвертерном отделении имеются: пневмопочта для оперативной доставки проб на экспресс - анализ и лифт для удобства перемещения по отметкам.

Разливочное отделение состоит из двух пролетов. Назначение пролета ремонт ковшей, замена футеровки, замена шиберов, нагрев ковшей. Футеровка заменяется в специальных копровых ямах, которых в пролете 4 штуки. Стенды для сушки ковшей размешаются на нулевой отметке и бывают вертикальные и горизонтальные. Установлена мастерская для замены шиберных затворов и пробок в днище ковшей.

В пролете имеется телескопический подъемник для ремонта футеровки конвертеров и домкратная тележка грузоподъемностью 500т для примыкания днища конвертера. В пролете установлены три крана грузоподъемностью 225/63+20 т и кран грузоподъемностью 20/5 т для ремонтных и вспомогательных работ.

Пролет пересекают 9 рельсовых эстакад, по которым передвигаются сталевозы (4 сталевоза обслуживают конвертера, 5 сталевоз расположен возле установки десульфурации полупродукта, остальные сталевозы используются в качестве передаточных звений).

На уровне +4 метра от уровня пола расположена установка десульфурации. Ее назначение заключается в удалении излишней серы из ванадиевого полупродукта. В ее состав входят: приемно-разгрузочная станция, включающая два приемных бункера, непосредственно разгрузочную станцию и два промежуточных пневмотранспортера. Стенд обработки чугуна-полупродукта оснащен гидравлическим приводом для наклона чугуновозного ковша, машиной для скачивания шлака, разливочным краном, а также специальной тележкой с вытяжным колпаком. На колпаковой тележке установлены механизмы передвижения, подъема и опускания погружной фурмы для вдувания десульфураторов.

Кроме того, тележка оборудована системой автоматического замера температуры и отбора проб металла для определения химического состава, вытяжным колпаком для аспирации отходящих газов и крышкой, зафутерованной огнеупорным бетоном, предназначенной для защиты металлоконструкций тележки от воздействия высоких температур. Второй разливочный пролет (АБ) имеет два разливочных балкона, и предназначен для разливки стали по изложницам.

Здесь же имеется эстакада, соединяющая разливочный пролет с внепечной обработкой (на некоторой высоте).

Установлены два рельсовых пути: один для разлива стали, находится параллельно разливочному балкону; второй для уборки шлака и мусора. Изложницы под разливку устанавливают на четырехосновные тележки, образующие состав.

На разливочных балконах находится емкость для теплоизоляционных материалов, так же имеется 10 маслостанций, давление которых от 140 до 180 атмосфер.

Пролет обслуживается тремя кранами грузоподъемностью 225/63+20т, с помощью них производят разливку стали в изложницы. В настоящее время разливочные балконы частично демонтированы. По путям, которые предназначались для подачи составов с изложницами, сейчас подаются шлаковые чаши. В пролете расположено оборудование для замены шиберов, а также оборудование для их изготовления.

1.2 Характеристика способов десульфурации

Кислородно-конвертерный процесс производства стали нельзя рассматривать как полностью самостоятельный, так как он включает не только процесс плавки, но и подготовку чугуна, и внепечное рафинирование стали, в том числе в промежуточном ковше.

В настоящее время металлургические предприятия все чаще и чаще получают заказы на марки стали, к которым применяются очень серьезные требования по качеству, например низкое содержание серы. Как известно сера отрицательно влияет на качество металла: межзеренные прослойки богатые серой при нагревании металла перед прокаткой или ковкой размягчаются, происходит разрушение металла (красноломкость). Вследствие этого применяются различные способы для десульфурации не только металла, но и чугуна.

Наибольшее развитие получила внедоменная десульфурация чугуна. В принципе, десульфурацию чугуна можно осуществлять либо в торпеде, транспортирующей чугун, либо в заливочном ковше после заливки в него чугуна из торпеды или миксера. В первом случае внедоменная обработка осуществляется на специальной станции, как правило, вынесенной за пределы конвертерного цеха и оборудованной необходимыми средствами для ввода десульфураторов. Этот метод получил широкое применение у японских металлургов. Европейские и американские металлурги используют десульфурацию в заливочном ковше на стендах, расположенных в конвертерном цехе. В качестве десульфураторов используются магнийсодержащие материалы, и карбид кальция в смеси с известью, также используется кальцинированная сода.

Если рассматривать десульфурацию металла, то она производится двумя способами: либо десульфурация в конвертере, либо в сталеразливочном ковше.

Десульфурация металла в конвертере: особое внимание уделяется интенсификации шлакообразования и свойствам шлаков. это достигается за счет изменения положения фурмы и присадки плавикового шпата, а также поддержания основности конечного шлака от 3,1 до 3,3, содержания в шлаке FeO не более 15%, MnO не менее 4%. При достижении этих показателей степень десульфурации металла в конвертере составляет 20-40%.

Десульфурация металла в сталеразливочном ковше: во время выпуска плавки производится путем присадки в сталеразливочный ковш твердой шлакообразующей смеси (известь и плавиковый шпат) совместно с алюминием и силикокальцием. Конвертерный шлак отсекают в начале и в конце выпуска плавки. После усреднительной продувки металла аргоном на установках доводки металла при дополнительной обработке силикокальцием содержание серы в стали снижается на 30-40%. Во время доводки металла по температуре и химическому составу сталь десульфурируют силикокальцием в виде порошка или закатанным в металлическую проволоку. Степень десульфурации металла на этом этапе зависит от исходного содержания серы и составляет 20-50%.

На ОАО НТМК выплавку низкосернистых марок сталей в конвертерном цех ведут с применением десульфурированного углеродистого полупродукта. Исследования показали, что при обработке углеродистого полупродукта известкого-флюоритовыми или известкого-натриевыми шлакообразующими смесями степень десульфурации составляет 50-80%. Для получения низкого содержания серы в стали, необходимо обязательно удалить высокосернистый шлак перед обезуглероживанием полупродукта в конвертере.

Если необходимо получить сталь с обычным содержанием серы, то полупродукт вместе со шлаком заливается в конвертер для переработки на сталь; если концентрация серы должна быть менее 0,015% то производится скачивание высокосернистого шлака из ковша, а полупродукт заливают в конвертер для последующей переработки; если предъявляются жесткие требования по качеству и содержание серы не должно превышать 0,005%, то перед заливкой полупродукта в конвертер на установке десульфурации полупродукта под шлак через фурму вдувается гранулированный магний и известь, затем происходит удаление (скачивание) высокосернистого шлака из ковша.

Метод погружаемой фурмы

В десульфурации передельного и ванадиевого чугуна испытывались разные способы и поэтапно внедрялись в промышленность. Уже в 1951 году в США для десульфурации успешно вводили карбид кальция с помощью погружаемой фурмы. Тем не менее, из большого количества способов, кроме некоторых исключений, единственным остался метод погружаемой фурмы, с помощью которого, десульфурируется почти весь чугун. Другим методом, который еще использует промышленность, является способ ротационного перемешивания. Этот способ имеет широкое распространение в Японии. Там придерживаются совершенно иной технологии предварительной обработки чугуна, нежели в Европе и Америке: за обескремниванием чугуна следует комбинированная дефосфорация и десульфурация. Десульфурация чугуна методом ротационного перемешивания производится отдельно. Помимо этих особых разновидностей следует выделить в качестве стандартного способ вдувания, в особенности через погружаемую фурму. Принципиально новые методы для промышленного внедрения в настоящее время не замечаются, так что в данный момент скорее наблюдается тенденция к оптимизации соответствующих процессов и в целом всей стадии обработки.

Цели совершенствования метода погружаемой фурмы

Первую установку десульфурации для ввода извести по методу погружаемой фурмы Полизиус АГ продал еще в 1963 году, а первая коинжекционная установка для ввода карбида кальция и магния была поставлена в Вольклинген в 1979 году. С тех пор способ постоянно совершенствовался, особенно в области развития измерительной и регулирующей техники. Многие усовершенствования в области десульфурации основаны на техническом выполнении установки или опираются на соответствующую технику. Отсюда тенденция развития техники установок описываются в соответствии с преследуемыми целями процесса десульфурации. В качестве наиболее важной цели следует отметить: снижение средних расходов на десульфураторы.

Оптимизация модели

Для оптимизации среднего удельного расхода десульфураторов, прежде всего, должны измеряться все необходимые параметры: вес чугуна или металл-полупродукта, их температура и химический состав, а также обязательно необходимые определяющие процесс нормы подачи, количество подаваемого материала и расход несущего газа. Кроме того, в рамках управления модель должна подбираться так, чтобы надежно достигать требуемое конечное содержание серы, однако без излишне глубокого обессеривания, т.е. модель должна быть в состоянии по возможности точно отображать процесс. В современных установках эти пункты в общем выполняются. Полизиус предлагает универсально применимую и очень гибкую модель, которая позволяет оптимально приспосабливаться к процессу. Благодаря этому для каждой отдельной десульфурации можно автоматически выбирать отдельную комбинацию соотношения смесей.

Методы ввода десульфураторов в расплав чугуна

Существуют различные методы вдувания в ковш десульфураторов: С помощью погружаемой фурмы Метод ИСИД (боковое дутье через стенку) Метод СЛИД ГЭТ (вдувание через шиберный затвор). Метод вдувания магния с помощью фурмы с испарителем.

Метод вдувания через погружаемую фурму

В методе вдувания погружаемой фурмой имеется возможность вносить десульфураторы в струе несущего газа с помощью огнеупорной фурмы, глубоко погружаемой в расплав чугуна. Отправка десульфуратора в расплав приводит к подвижному межфазному контакту. Первоначально относительно низкая стойкость этих фурм постоянно улучшалась, что резко снизило их удельную стоимость. Это улучшение привело к общему мнению, что метод погружаемой фурмы может иметь преимущества перед остальными.

Метод ИСИД

Подача десульфуратора в виде порошка или проволоки происходит через систему затворов в днище ковша (рис. 1). Метод ИСИД встречается в Европе лишь в единичных случаях. Он появился после метода погружаемой фурмы в те времена, когда стоимость фурм была еще высокой по причине очень низкой их стойкости. С увеличением продолжительности службы фурм, этот способ потерял свое решающее преимущество и поэтому не мог найти широкого признания. Кроме того, наиболее подходящая позиция в стенке ковша проложена близко к днищу и следовательно прецизионная работа в футеровке.

Недостатки этого способа: критическая область ковша (опасность прорыва), большие начальные инвестиции (оснастка всех ковшей), высокие затраты при футеровке.

Способ вдувания магния с помощью фурмы с испарителем

Этот способ вдувания магния аналогичен методу вдувания через погружаемую фурму, только погружаемая фурма имеет особую конструкцию.

Достоинство: даже при неравномерной подаче не происходит закупорки фурмы. Недостатки: дорогостоящая конструкция фурмы и уход, возможен только магний.

Метод применяется исключительно в России. Исторически, здесь сложилась особая ситуация, связанная с наличием поблизости в стороне производителя магния, цена которого по сравнению с ценами мирового рынка была очень низкой. И здесь получил развитие процесс вдувания магния при помощи фурмы с испарителем, в то время как магний в Европе был еще весьма дорогим. Этот способ успешно применяется уже много лет. Стоимость огнеупорной фурмы применяемой в обработке все-таки относительно высока. Истинное сравнение стоимости фурмы погружения и фурмы с испарителем произвести нельзя ввиду отсутствия данных.

Способ ротационного перемешивания

В этом способе ротационного перемешивания десульфуратор соприкасается с поверхностью расплава, где имеет место надежный фазовый контакт посредством силы сдвига, переносимый на расплав. Имеются различные варианты этого процесса:

Рейн шталь Рюрер (монолитное перемешивание; происходит на межфазной границе шлак-чугун)

Маннесман Остберг Рюрер (цельно монолитное перемешивание; происходит на межфазной границе шлак-чугун, чугун «отсасывается» аксиальной трубой центробежными силами)

Перемешивание КП (монолитное перемешивание; погружение в расплав примерно на одну треть)

Механическое перемешивание происходит без использования подающего газа, так что Десульфурация карбидом кальция или известью может достигаться с более высоким КПД, нежели при процессе вдувания. Кроме того имеется возможность вводить грубый кусок и процесс не чувствителен к колебаниям материала. Основным недостатком способа является то, что нельзя вводить магний.

Вследствие этого нельзя достичь столь короткого времени десульфурации, как в случае процесса вдувания с помощью погружаемой фурмы. Край-борд ковша должен быть большим, т.е. снижается производительность установки.

Кроме того, гибкость процесса (имеется в виду десульфурация во времени) не так велика. О производственных расходах, т.е. стоимости обслуживания, стоимости огнеупоров и энергозатратах, сведения в литературе весьма скудны, чтобы иметь возможность произвести сравнение. Актуальности модернизации процесса механического перемешивания в настоящий момент не наблюдается. Способ перемешивания имеет следующие достоинства и недостатки.

Метод СЛИД ГЭТ

Подобные высказывания относятся и к методу СЛИД ГЭТ, который первоначально планировали для использования в литейных ковшах (рис.2).

Идеей способа является использование для вдувания имеющейся шиберной системы, чтобы поддерживать низкими инвестиционные затраты.

Крупным недостатком системы является то, что ковши должны обжигаться, поскольку перед продувкой шиберный песок высыпается.

Создание в ковше встроенной шиберной системы, чтобы процесс сделать пригодным для десульфурации и преодолеть недостатки литейного ковша, очень дорого, поскольку при этом должны переоснащаться все ковши. А, кроме того, в футеровке ковша необходимо было бы создать второе критическое место.

Недостатки: ковш необходимо прожигать, следовательно не годится для непрерывной разливки, создание собственного шибера вдувания дорого.

Метод порошковой проволоки

Метод порошковой проволоки был также нацелен на десульфурацию чугуна и металл-полупродукта, однако по причине очень высокой стоимости материала и непригодности метода для присадок в больших объемах, его следует рассматривать как дополнение к существующим мощностям десульфурации. Применяется, преимущественно, при внепечной обработке стали.

Метод маг-коук

В чугун погружается огнеупорный колокол, заполненный коксом, который пропитан магнием. Метод маг-коук некоторое время применялся во многих сталеплавильных цехах по причине очень низкой инвестиционной стоимости и использования магния.

Недостатками являются очень высокая стоимость десульфуратора, очень низкая возможность попадания по химическому составу и весьма продолжительное время десульфурации. Метод был полностью оттеснен методом с использованием погружаемой фурмы.

За небольшим исключением, метод с использованием погружаемой фурмы нашел признание во всем мире как стандартный для десульфурации чугуна и металл-полупродукта. По сему в дальнейшем мы будем касаться лишь этот процесс. Метод создается в виде модулей и таким образом может постоянно расширяться. Установку коинжекции, например можно переоборудовать для мультиинжекции.

Способ моноинжекции

Может вдуваться лишь один десульфуратор и подаваться или как чистый материал, или как смесь различных десульфураторов. Обычным являются смеси из карбида кальция с магнием от 5 до 15% или извести с 20-25% магния. Преимуществами моноинжекции являются низкие инвестиционные расходы и несложная техника для регулирования нормы подачи.

Способ коинжекции

Могут вдуваться два десульфуратора через две транспортные магистрали независимо друг от друга. Обычно используют комбинации карбида кальция и магния, а также извести и магния. Преимущество заключается в большой гибкости, поскольку в зависимости от службы во времени и ситуации с ценами можно подводить различное количество и регулировать норму подачи. Это позволяет реализовать экономию расходов на десульфураторы, а также снижение времени продувки. Кроме того, десульфураторы дешевле, поскольку поставщикам не нужно их смешивать. По причине появления расслоения при использовании готовых смесей, требуется их некоторая передозировка, с тем, чтобы с высокой степенью надежности попадать в заданный состав.

Метод мультиинжекции

В мультиинжекции в чугун или металл-полупродукт вдуваются три или несколько материалов независимо друг от друга по отдельным магистралям повышенного давления, которые питают общий транспортный трубопровод. Таким образом, потребитель получает большое пространство для вариаций с целью оптимизации процесса. Так, например, если позволяет время, можно работать по способу чистой коинжекции с известью и магнием при малом их дозировании, а так время сильно подпирает, то по способу быстрой коинжекции карбидом кальция с магнием, опираясь на высокую интенсивность дутья и на предварительную и значительную подачу дешевой извести. Этот способ особенно пригоден для сталеплавильных цехов, в которых установки десульфурации работают с большими методами, связанными с необходимостью обеспечить низкое содержание серы.

Процесс Дуаль порт

Наилучшей модернизацией с целью поднять производительность установки, является фурма Дуаль порт. При этом используются две работающие независимые друг от друга линии вдувания, которые хотя и сепаратные, но продувают чугун или металл-полупродукт через одну и ту же фурму. За преимущество принимается то, что больше не может происходить закупорки отверстия и возможность повысить норму подачи. Однако и в случае современной установки десульфурации, имеющей одну фурму со множеством отверстий, также нет сильных колебаний подачи, т.е. по сути это примерно такое же состояние только с одной линией вдувания. С точки зрения дальнейшего развития техники регулирования этот процесс больше имеет каких либо решающих преимуществ. Зато недостатком процесса являются весьма значительные инвестиционные затраты, поскольку для вдувания каждый стенд должен иметь по четыре тракта.

1.3 Требования к листовому металлу

Так как листовой металл пользуется широким спросом, и применяется во многих отраслях промышленности, к нему предъявляются довольно жесткие требования.

Технические требования и технические условия на листовую сталь в основном регламентируются ГОСТ 9045-80, ГОСТ 4041-71, ГОСТ 803-81, ГОСТ 503-81, ГОСТ 16523-88, ГОСТ 11268-76, ГОСТ 11269-76, ТУ 14-1-3464-83 и ТУ 14-1-3764-84 на новые стали повышенной прочности, широко внедряемые в автомобилестроение.

Состав и структура листовой стали.

Влияние углерода в листовой стали определяется структурной формой, в которой он присутствует. Например, небольшое количество разрозненных зерен цементита не препятствует хорошей штампуемости листовой стали. Небольшое количество включений пластинчатого перлита также не дает ухудшения ее штампуемости. Однако наличие сетки структурно-свободного цементита может резко снизить пластичность листовой стали.

Твердость.

Очень хорошо поддается глубокой вытяжке листовая сталь с твердостью HRB, не превышающей 45, для более простых штампованных заготовок допускается твердость не выше HRB 55. твердость листовой стали как кипящей, так и спокойной зависит от содержания азота: чем больше азота, тем выше твердость.

1.4 Технико-экономическое обоснование повышения качества металла путем снижения концентрации серы (сравнительный анализ установки десульфурации и установки печь-ковш)

В условиях ОАО НТМК снижение концентрации серы в металле может достигаться двумя путями: обработкой стали на установке печь-ковш и при обработке полупродукта на установке десульфурации.

Для достижения содержания серы в стали 0,005% на печи-ковше требуется 50 мин времени на обработку, а также следующие дополнительные (по сравнению с обработкой обычных марок сталей) затраты:

Таблица 1. Дополнительные затраты на установке печь-ковш

№ п/п	Дополнительные материалы	Расход, кг/т	Стоимость, $/кг	Затраты, $/кг
1	Силикокальциевая проволока	4,00	1,20	4,8
2	Известь	5,00	0,22	1,1
3	Кальцинированная сода	1,00	0,076	0,076
4	Электроэнергия, кВт.ч/т	3,85	0,016	0,06
Итого	6,036

При этом в данной таблице не учтены расходы аргона, электродов, воды и другие, незначительно, но все же оказывающие влияние на себестоимость металла.

Кроме того для получения содержания серы в металле до 0,002%, длительность обработки увеличивается до 2 часов с соответствующим увеличением затрат и при явном отсутствии возможности обеспечить одним печь-ковшом одну МНЛЗ. Все эти факторы подтверждают тот факт что использовать данную установку для достижения минимальных содержаний серы в металле не выгодно, так как необходимы большие затраты времени, материалов и материальных средств.

Для достижения содержания серы в полупродукте 0,002% требуются следующие затраты:

Таблица 2. Дополнительные затраты на установке десульфурации

№ п/п	Дополнительные материалы	Расход, кг/т	Стоимость, $/кг	Затраты, $/т
1	Специальная известь	2,75	0,11	0,3
2	Гранулированный магний	0,55	2,05	1,13
3	Продувочная фурма	-	-	0,10
4	Потери полупродукта	7,00	0,072	0,50
5	Алюминий	0,50	1,2	0,60
6	Огнеупоры	0,23	0,111	0,03
Итого	2,66

В данной таблице однако также не учтены некоторые затраты, как например расход азота, потери ванадия, в результате некоторого перегрева полупродукта (потери температуры при десульфурации составляют 10-20 ⁰С), расход пробоотборников и термопар, и т.п.

Проанализировав итоговые затраты мы видим что использование установки десульфурации полупродукта намного дешевле. Кроме этого она более эффективна, потому как за относительно короткое время (обработка длиться 25-30 минут) достигается очень низкое содержание серы, что при той же длительности обработки не возможно на печь-ковше.

При явном преимуществе установки десульфурации встает вопрос об обеспечении конвертерного цеха соответствующими заказами. Специалисты технического управления утверждают, что имеется возможность поставлять Синарскому трубному заводу порядка 7000 тонн металла в месяц с требованиями по содержанию серы до 0,005%, а также до 0,003%, и в США 10000 тонн в месяц с ограничением по содержанию серы до 0,002%. Таким образом, конвертерный цех будет обеспечен «низкосернистыми» заказами на 17000 тонн в месяц, что в пересчете на годовое производство составит 204000 тонн в год. Сейчас производительность установки растет, и в ближайшее время приблизится к ее проектной производительности, которая составляет 1500000 тонн в год.

2. Специальная часть

2.1 Технология выплавки полупродукта

Жидкий ванадиевый чугун, подлежащий переработке на ванадиевый шлак и металл - полупродукт, должен содержать, %:

ванадия, не менее 0,40

кремния, не более 0,20

серы, не более 0,030

марганца, не более 0,30

Жидкий чугун должен подаваться из доменного цеха в предварительно очищенных ковшах с минимальным количеством шлака. Поверхность чугуна должна быть засыпана углеродсодержащим материалом.

Весь чугун, поступающий из доменного цеха, должен сливаться в миксер. В исключительных случаях допускается до 20% объёма поступающего чугуна пропускать, минуя миксер.

Перед сливом чугуна в миксер поверхность чугуна в чугуновозном ковше в максимальной степени очищается от шлака. В каждой смене производится скачивание шлака из миксеров. Шлак, удаленный из чугуновозных ковшей и миксеров, взвешивается.

Количество скачиваемого шлака записывается в журнал миксера. Скидка с массы чугуна, поступающего из доменного цеха, производится по отвесным на удаленный шлак.

Количество шлака, попадающего в заливочный ковш при наливе чугуна из миксера, должно быть минимальным.

Количество чугуна в миксере должно быть не менее 50% его номинальной емкости. Снижение запаса чугуна менее 650 т допускается только с разрешения Главного инженера НТМК.

Выдача чугуна из миксеров и их наполнение производятся поочередно с таким расчетом, чтобы один из них максимально возможное время находился на отстое для лучшего усреднения химического состава чугуна.

Химический состав чугуна определяется на каждую плавку по пробам, отобранным при наполнении заливочного ковша.

Проба отбирается чистой, сухой ложкой в специальные очищенные изложницы или пробоотборником и в горячем виде передается no вакуум - почте в экспресс-лабораторию конвертерного цеха на определение C, Si, Mn, Ti, V, P u S с фиксацией номера миксера и времени отбора пробы или отправляется в конвертерное отделение для определения химического состава на установке "SPECTROLUX". Подготовка этих проб для определения химического состава производится миксеровым.

Температура чугуна измеряется в заливочном ковше термопарой погружения и должна быть в пределах от 1250 °С до 1300 °С. Температура чугуна передается оператору конвертера персоналом миксерного отделения.

Химический состав чугуна оператору конвертера передается персоналом экспресс - лаборатории конвертерного цеха или высвечивается на дисплее после определения на установке "SPECTROLUX".

Охладители

Для охлаждения металла - полупродукта в период деванадации могут применяться:

- окалина по СТП 14-102-0011-88;

- неофлюсованные окатыши из титаномагнетитовых руд;

- стальной лом по ГОСТ 2787-75;

- выдувка от плавок, конвертерный скрап;

- некондиционный ванадиевый шлак; смеси вышеуказанных материалов;

- другие ванадийсодержащие отходы и материалы, обеспечивающие выплавку кондиционного ванадиевого шлака и металла - полупродукта.

При выплавке металла - полупродукта используется только легковесный стальной лом. Расход стального лома на плавку, в зависимости от химического состава чугуна, должен составлять:

- для последующего использования металла - полупродукта на выплавку высоко- и среднеуглеродистых марок стали от 5 до 7 тонн;

- для последующего использования металла - полупродукта на выплавку низкоуглеродистых марок стали от 10 до 12 тонн.

Использование стального лома при выплавке металла - полупродукта разрешается при работе с накоплением шлака от цикла трех или четырех плавок на первой плавке цикла. При выплавке металла - полупродукта, предназначенного для последующего использования на выплавку высоко- и среднеуглеродистых марок стали, допускается использование стального лома на второй плавке цикла. Использование стального лома на последних плавках цикла запрещается.

Учет расхода стального лома при выплавке металла - полупродукта ведется отдельной статьей.

При выплавке ванадиевого шлака для прямого легирования стали, для производства лигатур и ванадиевых сплавов с целью повышения его основности, снижения окислов железа и металлических включений в качестве охладителя используется сырой доломит (2-3 тонны на плавку). Доломит присаживается в начале продувки плавки после окалины.

Охладители должны задаваться в конвертер в воздушно - сухом состоянии. Содержание влаги в охладителях должно быть не более 5 %. Фракционный состав охладителей должен быть в пределах от 10 до 80 мм. Влажность и фракционный состав материалов контролируется работниками УПП.

Технология деванадации

К началу заливки чугуна в конвертер должны быть подготовлены ковш и шлаковая чаша. До заливки чугуна разрешается присаживать в конвертер скрап и металлолом.

После заливки чугуна до начала продувки в конвертер по тракту сыпучих или из совка присаживаются охладители. Разрешается присаживать охладители по ходу продувки порциями не более 1 т. Последняя присадка должна производиться не позднее, чем за 2 минуты до окончания продувки.

Расход окалины для охлаждения плавки зависит от химического состава чугуна, планируемого назначения металла-полупродукта и состояния (износа) огнеупорной футеровки конвертера.

Ориентировочный расход окалины, в зависимости от содержания кремния в чугуне, указан в таблице 1.

При выплавке металла - полупродукта, предназначенного для производства медь - и никельсодержащих сталей, разрешается присаживать медь и никель в конвертер или в ковш.

Таблица 3. Зависимость процентного содержания кремния от расхода окалины

Расход окалины	Содержание кремния в чугуне, %
	менее 0,10	0,10-0,15	более 0,15
кг на тонну чугуна	не более 45,0	45,0-55,0	не менее 55,0
тонн на плавку (при массе чугуна 167 т)	не более 7,5	7,5-9,2	не менее 9,2

Количество присаживаемых в конвертер охладителей должно обеспечивать получение температуры металла - полупродукта согласно таблице 2.

При этом следует учитывать, что 1 т окалины или неофлюсованных окатышей при прочих равных условиях снижает температуру металла на 20 °С - 25 °С. Неофлюсованные окатыши из титаномагнетитовых руд используются только в смеси с окалиной, в пропорции, обеспечивающей их бесперебойное транспортирование по тракту сыпучих материалов.

При выплавке стали из металла - полупродукта, с использованием металлолома, допускается увеличение содержания ванадия в полупродукте на 0,03 % выше значений, указанных в таблице 2.

Продувку ванадиевого чугуна на ванадиевый шлак и металл - полупродукт разрешается проводить в течение всей кампании конвертера.

Таблица 4. Назначение металла полупродукта

Параметры металла-полупродукта	Назначение металла - полупродукта
	Для выплавки низкоуглеродистой стали (С менее 0,3 %) разливка в изложницы и на МНЛЗ	Для выплавки среднеуглеродистой стали (С от 0,3 % до 0,5 %) с разливкой в изложницы; низко- и среднеуглеродистой стали для МНЛЗ	Для выплавки высокоуглеродистой стали (С более 0,5 %) и для мартеновского цеха
Содержание ванадия, %, не более	0,05	0,07	0,09
Температура, °С	не менее 1330	не менее 1370	не менее 1390
Содержание углерода, %	2,9-3,3	не менее 3,2	не менее 3,5

При содержании кремния в чугуне менее 0,25 %, для получения кондиционного ванадиевого шлака, необходимо присаживать на плавку из расчёта замены каждой 0,01 %, недостающей до 0,25 % кремния в чугуне:

55-70 кг кремнезёмсодержащей добавки (ОКД) при содержании марганца в чугуне 0,25 % - 0,30 %;

70-85 кг ОКД при содержании марганца в чугуне 0,31 % - 0,35 %.

При содержании марганца в чугуне более 0,35 %, ОКД не использовать.

Для продувки плавок используется технический кислород с концентрацией О₂ не менее 99,З %, давление кислорода в цеховой магистрали во время продувки должно быть не менее 1,27 МПа (12,7 кгс/см²).

Продувка плавки производится через многосопловые фурмы. Изготовление, эксплуатация и ремонт кислородных фурм должны производиться в соответствии с требованиями производственно-технической инструкции ПТИ 006-СТ-60-2000 «Изготовление, эксплуатация и ремонт кислородных фурм в конвертерном цехе № 1».

При работе конвертера на металл-полупродукт проверка соответствия показаний прибора фактическому положению фурмы, относительно зеркала металла в спокойном состоянии, производится после замены фурмы, перевода конвертера с выплавки стали на металл-полупродукт, а потом через каждые 100 плавок и после каждой замены фурмы. Результаты замеров записываются в агрегатный журнал конвертера и служат основанием для корректировки показаний приборов.

Перед началом продувки оператор конвертера вводит в компьютер информацию на текущую плавку: номер миксера, массу чугуна и лома, температуру и химический состав чугуна.

Расход кислорода должен составлять 1500-2200 м³ на плавку. Первые 50 % расчетного количества кислорода при содержании кремния в чугуне менее 0,20 % и первые 25 % кислорода при содержании кремния в чугуне в пределах 0,20 % - 0,25 % расходуются при положении фурмы на 1,8 - 2,0 м от уровня спокойной ванны. При дальнейшей продувке фурма устанавливается на уровне 1,0 - 1,2 м от уровня спокойной ванны. При содержании кремния в чугуне выше 0,25 % от начала до конца продувки фурма устанавливается на уровне 1,0 - 1,2 м от уровня спокойной ванны. Интенсивность продувки поддерживается максимально возможной, но не более 450 нм³/мин.

Общий расход кислорода на плавку при производстве металла-полупродукта, предназначенного для выплавки высокоуглеродистых марок стали и для мартеновского цеха, должен быть в пределах от 1100 до 1500 м^3. При этом первые 700 м³ кислорода расходуются при высоте фурмы 2 м от уровня спокойной ванны металла. При дальнейшей продувке фурма опускается до 1,0 - 1,2 м над уровнем спокойного металла. Продувка ведется только в автоматическом режиме.

Момент окончания продувки определяется по количеству израсходованного на плавку кислорода. По окончании продувки кислородом металл-полупродукт выпускается в ковш. Длительность выпуска должна быть в пределах от 4 до 9 минут. Во время выпуска металла-полупродукта для исключения выбросов в ковш присаживается алюминий или ферроалюминий согласно установленных норм расхода.

Количество шлака в ковше после выпуска должно быть минимальным. Для полупродукта, подлежащего обработке на установке десульфурации, шлак должен закрывать не более 1/3 зеркала металла. Поверхность металла-полупродукта, отправляемого в мартеновский цех, должна быть засыпана углеродсодержащими материалами в количестве 300 - 400 кг.

Отбор проб для определения химического состава и замер температуры металла-полупродукта производится при подъёме ковша перед подачей его к конвертеру, выплавляющему сталь. При производстве металла-полупродукта для мартеновского цеха отбор проб и замер температуры полупродукта производится в конвертере перед выпуском.

Пробы металла отбираются чистой, сухой ложкой или пробоотборником. После раскисления металла в ложке алюминием он заливается в очищенные формы для отбора проб. Застывшие пробы в горячем состоянии передаются в экспресс - лабораторию конвертерного цеха или на установку "SPECTROLUX", где анализируются на содержание углерода, ванадия, фосфора и серы. По результатам определения химического состава и замера температуры металла - полупродукта корректируется шихтовка на следующую плавку.

Ванадиевый шлак, накопленный от цикла с двух или трех плавок, сливается в шлаковую чашу.

Отбор проб ванадиевого шлака производится из сталевыпускного отверстия конвертера перед кантовкой его в чашу. Проба ванадиевого шлака передается в экспресс-лабораторию, где она анализируется на содержание V₂O₅, CaO, Fe-общее, MnO, SiO₂.

Перед кантовкой шлака необходимо убедиться, что чаша чистая и сухая. В противном случае кантовка в нее шлака запрещается.

Чаша должна быть подсыпана сухим ванадиевым шлаком толщиной 100-150 мм.

Загрязнение ванадиевого шлака мусором, рудой, известью, огнеупорами и другими материалами не допускается.

После окончания продувки оператор конвертера, выплавляющего металл-полупродукт и ванадиевый шлак, проверяет поступившие в автоматизированную систему управления технологическим процессом (АСУТП) данные по плавке: фактическое количество израсходованного кислорода и окалины, номер ковша, куда слит металл-полупродукт и номер чаши, куда скантован ванадиевый шлак. Вся информация, введенная оператором конвертера с дисплейного модуля, а также информация по температуре, химическому составу металла - полупродукта, чугуна и ванадиевого шлака, поступающая позднее, является основой для автоматизированного формирования паспорта плавки ванадиевого передела, а также используется в дальнейшем в расчете при переделе металла-полупродукта на сталь.

Для увеличения объема шлака, ускорения процесса шлакообразования и получения заданной основности на конвертере, работающем на сталь, в полупродуктовый ковш могут присаживаться кремний или марганецсодержащие материалы, известь, кальцинированная сода и шпат.

Использование комплексного флюса для деванадации чугуна

Комплексный флюс для деванадации чугуна является смесью прокатной окалины и железорудного материала, в состав которого входят оксиды ванадия.

В качестве железорудного материала используется неофлюсованные окатыши из титаномагнетитовых руд. Диаметр окатышей должен находиться в пределах от 5,2 до 12,4 мм, соотношение в них двухвалентных оксидов железа к трехвалентным оксидам железа должно быть в пределах от 0,05 до 0,30.

Соотношение компонентов флюса:

- неофлюсованные окатыши из титаномагнетитовой руды 10 % - 30 % по массе;

- прокатная окалина - остальное.

Параметры металла-полупродукта, в зависимости от его назначения, должны соответствовать требованиям таблицы 2.

При шихтовке плавки необходимо учитывать, что одна тонна комплексного флюса при прочих равных условиях снижает температуру металла на 15 °С.

Расход комплексного флюса для деванадации чугуна определяется содержанием кремния в чугуне.

Ванадиевый шлак, получаемый с использованием комплексного флюса, должен соответствовать требованиям технических условий ТУ 14-11-178-86 «Шлак ванадиевый».

2.2 Конструкция установки десульфурации

Конструкция установки десульфурации

В состав установки десульфурации входят следующие основные объекты (рисунок 1):

- стенд обработки: кантователь, машина скачивания шлака (МСШ), колпаковая тележка и установленные на ней приводы фурм для вдувания и замера температуры (отбора пробы);

- сталевоз (№ 5) и пути сталевоза;

- установка вдувания: два расходных (суточных) бункера, два транспортёра вдувания, система газо- и материалопроводов;

- комплекс приёмных бункеров: два приёмных бункера (бункеры хранения), два промежуточных транспортёра, станция (площадка) разгрузки, система газо- и материалопроводов;

- фильтровальная установка;

производственные помещения, в том числе помещение пульта управления. Работа оборудования установки десульфурации возможна в трёх режимах: автоматическом, полуавтоматическом (для выполнения некоторой части функций необходимы дополнительные управляющие воздействия) и ручном (предназначен только для работ, связанных с настройкой и наладкой оборудования).

Управление оборудованием в ручном режиме осуществляется с местных пультов управления, при этом автоматической системой управления технологическим процессом (АСУТП) не воспринимаются управляющие воздействия, производимые из помещения главного пульта управления (не относится к клапанам, расположенным на газо- и материалопроводах).

Управление оборудованием в автоматическом и полуавтоматическом режимах осуществляется с помощью WIN CC - системы визуализации АСУТП. Переключение между режимами осуществляется на маске «УСТАНОВКА ВДУВАНИЯ».

Десульфурация полупродукта производится в заливочных ковшах путем вдувания гранулированного магния (Mg) и мелкодисперсной флюидизированной извести (СаО) в струе несущего газа азота или аргона.

Контроль за соблюдением требований данной технологической инструкции возлагается на начальника конвертерного цеха и его заместителей, начальника участка конвертеров, сменных мастеров производственного участка конвертеров, технологический персонал участка десульфурации конвертерного цеха.

Десульфурация полупродукта осуществляется, с целью получения из него в дальнейшем, стали с заданным низким содержанием серы. Для десульфурации полупродукта применяется гранулированный магний и мелкодисперсная флюидизированная известь.

Гранулированный магний должен соответствовать следующим требованиям:

- содержание Mg не менее 97%;

- плотность 0,95-1,00 т/м³;

- гранулометрический состав 0,2 - 1,0 мм;

- влажность не более 0,1%;

- жидкотекучесть должна быть такой, чтобы магний беспрепятственно проходил через технологические магистрали установки десульфурации.

Мелкодисперсная флюидизированная известь должна соответствовать следующим требованиям:

- содержание СаО не менее 95%;

- потери при прокаливании не более 2,5%;

- плотность 0,9-1,0 т/м^З; гранулометрический состав 0-100 мкм;

- влажность не более 0,1 %;

- посторонние примеси, случайные включения не допускаются;

- степень флюидизации должна обеспечивать жидкотекучесть, позволяющую извести беспрепятственно проходить через технологические магистрали установки десульфурации.

Полупродукт, подлежащий обработке на установке десульфурации, должен содержать не менее 2,9 % углерода, иметь температуру не менее 1350 и подаваться в чистых ковшах с исправной и очищенной от шлакометаллических настылей футеровкой горловины, а также с наличием свободного борта высотой не менее 500 мм (определяется визуально). Обработка полупродукта с температурой менее 1350 ⁰С и содержанием углерода менее 2,9% является нарушением технологии.