Установка ковшевого вакуумирования обеспечивает:

- снижение содержания водорода в стали до ? 0,0015;

- снижение содержания азота в стали до ? 0,04;

- снижение содержания кислорода в стали до ? 0,015;

- снижение содержания оксидных неметаллических включений;

- корректировку состав стали, благодаря подаче ферросплавов и флюсов;

- усреднение химического состава и выравнивание температуры по всему объему ковша, благодаря донной продувки аргоном.

- повышение качества и механических свойств обрабатываемых марок сталей.

Перечисленные выше преимущества делают необходимым размещение данной установки вакуумирования в составе сталеплавильного производства.

Для повышения технико-экономических параметров и характеристик, планируется оснастить двухпозиционный камерный вакууматор фирмы SIEMENS-VAI специальной надставкой, разработанной специалистами ЗАО "Прочность" и ОАО "Северсталь".

4.4.3 Усовершенствование процесса ковшевого вакуумирования

К общим недостаткам ковшовых вакууматоров относятся опасность перелива металла и шлака через борт ковша, а также связанные с этим необходимость иметь значительный запас свободного борта и вынужденное ограничение скорости набора вакуума. Высота борта зависит от интенсивности подачи газов, перемешивания и нагрева, степени окисленности металла и разрежения, она должна находиться в пределах 800 -- 1500 мм. В результате увеличения высоты борта масса и стоимость вакуумного ковша по сравнению с обычным больше примерно на 20 %. При невозможности изменить его габариты необходимо уменьшать массу плавки с соответствующей потерей производительности.

Специалистами ЗАО "Прочность" и ОАО "Северсталь" разработан принципиально новый процесс вакуумного рафинирования стали VODF (Vacuum Oxygen Decarburization Full), сочетающий преимущества циркуляционного и камерного вакуумирования.

Для решения проблемы уменьшения величины свободного борта применен принципиально новый подход [13], в котором используется разделение пространства вакуум-камеры на две зоны с разным разрежением (рисунок 10).

Для испытаний предложена надставка с футерованным патрубком, которая опирается на фланец вакуум-камеры с необходимыми зазорами относительно торца и борта ковша, что позволяет не предъявлять особых требований к его чистоте. Для обеспечения герметичности предусмотрен еще один пояс уплотнений между верхней плоскостью фланца надставки и теплозащитной крышкой. Длина патрубка выбирается так, что в процессе вакуумной обработки его нижний торец погружается в поднимающуюся шлакометаллическую эмульсию на определенную глубину и тем самым разделяет внутреннее пространство камеры на две зоны с разной степенью разрежения, причем в зоне вне надставки разрежение будет выше, чем под ней. При подъеме шлакометаллической эмульсии отсутствие перелива металла через борт обеспечивается в результате эффекта гидравлического затвора, когда подъем и кипение шлакометаллической эмульсии происходят в основном внутри патрубка, объем которого выбирается исходя из условий гарантированного исключения ее перелива через верхний торец патрубка. При этом подъем металла и шлака в зоне между бортом ковша и патрубком будет практически отсутствовать.

1 -- теплозащитная крышка; 2 -- надставка; 3 -- уплотнение; 4 -- сталеразливочный ковш; 5 -- вставка; 6 -- вакуум-камера

Рисунок 10 - Принципиальная схема процесса VODF

Конструкция надставки позволяет автоматизировать процесс ее установки на вакуум-камеру одновременно со штатной теплозащитной крышкой, использовать ее в качестве защитного экрана от вертикальных брызг металла и шлака, которые образуются в результате продувки жидкой стали аргоном при обезуглероживании.

Это предохраняет теплозащитную крышку и ковш, а также повышает безопасность всего процесса вакуумирования в случае возникновения аварийных ситуаций.

Разделение зоны дегазации вакуумной камеры на две части гидравлическим затвором позволяет сократить длительность набора вакуума. Циркуляция металла в зоне между внутренним бортом ковша и наружной поверхностью патрубка надставки способствует дополнительному перемешиванию металла и увеличивает площадь контакта жидкого металла с зоной разрежения, что уменьшает длительность дегазации и приближает технологическую эффективность процесса VODF к эффективности процесса RH при существенном снижении производственных расходов.

Выводы:

1. Надставку можно применять на всех установках ковшового вакуумирования стали, при этом увеличение производительности модернизированной установки может достигать 15 % при снижении себестоимости на 1 -- 2 %.

2. Внедрение способа на действующих производствах не требует больших капитальных затрат и длительных остановок работающих агрегатов VD и VOD.

3. Внедрение способа и устройства позволяет использовать имеющееся оборудование (сталеплавильный агрегат и сталеразливочный ковш) без их реконструкции. При этом объем сталеплавильного агрегата используется полностью без уменьшения массы плавки.

4. Экономический эффект, который может быть достигнут при реализации, складывается из увеличения объема производства жидкой стали и уменьшения эксплуатационных издержек.

5. Представленный процесс ковшового вакуумного рафинирования стали VODF конкурирует с процессом циркуляционного вакуумирования RH, приближаясь к нему по производительности и исключая его недостатки.

5. Выбор оптимального метода вакуумирования стали

Применение того или иного технологического варианта вакуумирования определяется, прежде всего, сортаментом выплавляемой стали, химического состава жидкого полупродукта и возможности выполнения ряда других технологических операций по маршруту внепечной обработки (раскисление, прецизионное легирование, десульфурация, доводка по температуре и гомогенизация).

В таблице 1 представлена сравнительная характеристика установок внепечной обработки стали.

Таблица 1 - Сравнительная характеристика установок внепечной обработки

Из таблицы 1 видно, что наиболее широкие показатели работы имеют установки циркуляционного RH и ковшевого VD вакуумирования и вакуум-камера.

Сравнительный анализ эксплуатационных и металлургических характеристик циркуляционных и ковшевых способов вакуумирования приведен в таблице 2.

Таблица 2 - Сравнение циркуляционных и ковшевых вакууматоров

Показатель	Вакууматоры циркуляционного типа	Вакууматоры камерного типа
	RH-OB	RH	VD	VODF
Масса вакуумируемого металла	100	100	85	100
Длительность обработки	100	108	140	118
Капитальные затраты	100	80	40-50	50 -70
Затраты на обслуживание	100	90	50	70
Удельный расход огнеупоров	100	95	30	55
Удаление:
углерода	Отлично	Отлично	Хорошо	Отлично
водорода	Среднее	Среднее	Отлично	Среднее
серы	Отсутствует	Отсутствует	Средне	Среднее
азота	Слабо	Слабо	Хорошо	Хорошо
включений	Среднее	Среднее	Среднее	Отлично

Примечание: за 100 % приняты характеристики вакууматора типа RH-OB

Применение RH вакууматора требует более производительную (в 2 раза), вакуумную станцию, что и определяет повышенное по сравнению с VD установкой потребление рабочего пара. Также из-за технологический особенностей, RH процесс потребляет в 100 раз большее количество транспортирующего газа - аргона, чем требуется для эффективного перемешивания металла в ковше.

При эксплуатации пароэжекторного насоса, средняя оценочная стоимость вакуумирования тонны металла на вакууматоре RH составляет 3,5-4,5 доллара, и 1,5-2 доллара на вакууматоре VD.

При этом в рамках первичного анализа, произведен учет расхода только непосредственно во время цикла вакуумирования. При эксплуатации RH установки надо учитывать расходы на замену футеровки, прогрев футеровки и стоимость работ по обслуживанию комплекса вспомогательного оборудования вакуумкамеры RH.

Результаты расчета потребления энергосред при использовании вакуумных механических насосов на процессе VD показывают, что обладая в 3-3,5 раза более высокой ценой по сравнению с пароэжекторными насосами, механические вакуумные насосы обладают в 8 - 9 раз более низкой стоимостью эксплуатации. Средняя оценочная стоимость вакуумирования при эксплуатации механически насосов составляет 0,25 - 0,4 доллара за тонну.

Сравнение вакуумных установок RH и VD/VOD показывает, что:

1) на установке RH обработка металла осуществляется без участия шлака, а на установке VD/VOD - с активным рафинированием шлаком. Данное отличие играет определяющую роль при выборе «свободного борта» ковша.

2) Рафинирование стали на установке RH сопровождается значительным снижением температуры металла (до 8 С/мин), а на установке VD/VOD падение температуры ниже и зависит от вместимости сталеразливочного ковша (от 2,0-2,5 °С/мин для 200-т до 4,5 С/мин для 20-т ковша);

3) Скорость обработки стали на единицу времени выше на установке RH, чем на VD/VOD, примерно на 50%. Однако годовая производительность установок ограничивается коэффициентом готовности вакуумной камеры. Для RH установки такой коэффициент составляет 80-85% от общего рабочего фонда комплекса вакуумирования, в то время как камера VD/VOD обеспечивает 95-98% готовность в течении цикла эксплууатации.

4) Величина стартовых капиталовложений в RH вакуумкамеру превосходит стоимость камеры VD в два раза. При этом стоимость годового обслуживания камеры VD типа ниже в десятки раз.

5) При производстве стали с особо низким содержанием углерода (типа IF) предпочтительнее использовать вакуумные установки RH, а для производства стали смешанного сортамента целесообразнее применять установки VD с непременной донной продувкой металла в ковше аргоном.

Вывод:

Применительно к условиям комбината ОАО «Уральская Сталь», рекомендуем более дешевое и достаточно эффективное вакуумирование в вакуум камере. В виду наличия необходимых площадей и смешанного сортамента выплавляемых марок сталей вводим двухпозиционную систему ковшевого вакуумирования австрийской фирмы СИМЕНС ФАИ.

Заключение

В последние годы в России наблюдается интенсивный рост числа вакууматоров современных типов, что дает возможность ликвидировать отставание от ведущих зарубежных стран. В настоящее время наибольшее распространение получили вакуумирование в вакуум-камере и циркуляционный вакууматор.

По технической сущности и достигаемым результатам, предпочтение все чаще отдается циркуляционному вакуумированию. Несмотря на это циркуляционные вакууматоры дорогостоящие, их применение в условиях комбината ОАО «Уральская Сталь» нерентабельно. Поэтому применительно к данным условиям, рекомендуем применять более дешёвое вакуумирование в вакуум-камере австрийской фирмы СИМЕНС ФАИ. Оно позволит обеспечить:

1) глубокую дегазацию металла (удаление N2, O2, H2);

2) удаление неметаллических включений;

3) хорошее усреднение химического состава стали;

4) выравнивание температуры по всему объему;

5) корректировать состав стали, благодаря подаче ферросплавов и флюсов.

Это достигается максимальной степенью рафинирования, благодаря выполнению следующих условий:

- создание максимального разряжения над жидким металлом;

- максимальная поверхность взаимодействия между металлом и вакуумом;

- достаточное время взаимодействия металла с вакуумом.

Список использованных источников

1) Протасов, А.В. Рациональный выбор оборудования для внепечной обработки стали в современном сталеплавильном цехе [Текст] / А.В. Протасов, А.И. Майоров, И.В. Комолов.- Черная металлургия: Бюл НТИ, 2006.

2) Бигеев А.М. Металлургия стали: Теория и технология плавки стали [Текст]/ А.М. Бигеев, В.А. Бигеев. - М., 2000. - 544 c.

3) Протасов, А.В., Сивак Б.А., Чиченев Н.А. Агрегаты внепечной обработки жидкой стали: курс лекций "Машины и агрегаты металлургического производства". -- М.: ИД МИСиС, 2009. -- 182 с.

4) Кудрин В.А. Теория и технология производства стали. - М.: Мир, 2003. - 528 с.

5) Еронько С.П. Расчет и конструирование оборудование для внепечной обработки и разливки стали /Еронько С.П., Быковских С.В., Ошовская Е.В. - Киек, 2007. - 344с.

6) Протасов, А В. Актуальные проблемы создания агрегатов ковшовой обработки жидкой стали / А. В. Протасов // Сталь. - 2010. - №10. - С. 22-28

7) Кнюппель Г. Раскисление и вакуумная обработка стали. Ч. II. Основы и технология ковшовой металлургии; пер. с нем. -- М. : Металлургия, 1984. С. 172 - 200

8) Паршин В.М., Жаворонков Ю.И., Протасов А.В., Луковников B.С. Агрегат и технология вакуумирования при непрерывной обработке стали // Труды I конгресса сталеплавильщиков. Москва, 12--15 октября 1992 г. -- М.: АО "Черметинформация", 1993. С. 237 - 239.

9) Пат. 2019570 РФ. Устройство для струйного вакуумирования стали в процессе разливки / Протасов А.В., Ревин Е.М., Бойко Ю.П. и др. ; заявл. 10.11.92 ; опубл. 15.09.94, Бюл. № 17.

10) Пат. 2037532 РФ. Устройство для струйного вакуумирования металла / Протасов А.В., Ревин Е.М., Бойко Ю.П. ; заявл. 11.11.92 ; опубл. 19.06.95, Бюл. № 17.

11) Пат. 2038188 РФ. Устройство для струйного вакуумирования металла / Тимофеев В.Т., Сапожников В. Н., Мойжим В.О., Протасов А.В. и др.; заявл. 16.02.93 ; опубл. 27.06.95, Бюл. № 18.

12) Решетов В.И., Протасов А.В., Ревин Е.М. и др. Новая конструкция поточного вакууматора // Тяжелое машиностроение. 1996. № 5. С. 5 - 6

13) Решетов В.И., Протасов А. В. Ковшовые вакууматоры в СССР и за рубежом : Обзор ЦНИИТЭИтяжмаш, 1982. № 31. -- 44 с.

14) Протасов А. В. Порционные и циркуляционные вакууматоры // Энциклопедия "Машиностроение", т. IV-5 "Машины и агрегаты металлургического производства". -- М. : Машиностроение, 2000. С. 109 - 127

15) Братковский Е.В., Заводяный А.В. Электрометаллургия стали и спецэлектрометаллургия. - Новотроицк: НФ МИСиС, 2008. - 115 с

16) Протасов В.П. Циркуляционное вакуумирование стали // Обзор «Информ-сталь». 1989. вып. 21. С. 30-36.

17) Морозов А.П., Агапитов Е.Б. Совершенствование комплексной обработки стали в циркуляционных вакууматорах: Монография. Магнитогорск: МГТУ, 2002. 73 с.

18) Кудрин В.А. Теория и технология производства стали. - М.: Мир, 2003. - 528 с.

19) Новик H.M. Внепечная вакуумная металлургия стали. М.: Наука, 1986.- 250с.

20) www.steelcast.ru

Размещено на Allbest.ru