У рудовосстановительных печей вторая буква характеризует форму ванны: К -- круглая; П -- прямоугольная; третья буква обозначает основной конструктивный, признак печи: О -- открытая, 3 -- закрытая. После букв через тире пишется цифра, показывающая мощность печи (в мегавольт-амперах).

У индукционных установок для нагрева и термообработки вторая буква определяет технологическое назначение установки, третья буква -- вид нагреваемого изделия. Последующие цифры указывают мощность установки (в десятках киловатт), частоту тока (в герцах), максимальные размеры заготовки и длину индуктора (и сантиметрах), а буквы -- систему питания и режим нагрева.

В высокочастотных установках с ламповыми генераторами первые три буквы обозначают вид нагрева: ИМИ -- высокочастотный индукционный, ВЧД -- высокочастотный диэлектрический. Далее в виде дроби указывается колебательная мощность (в киловаттах) и рабочая частота (мегагерцах), и буквами -- технологические установки: ЗП -- закалка поверхностная; ИГ -- ионизация газа; ПЗ -- плавка зонная; НС -- нагрев сквозной и другие.

Для плазменных дуговых печей обычно употребляется обозначение ПДП. Другие виды нагрева не имеют пока установленных обозначений.

Приведем несколько примеров обозначений электрических печей, применяемых для плавки стали и ферросплавов: ДСП-50 -- дуговая сталеплавильная печь с поворотным сводом вместимостью 50 т, ИСТ-1 -- индукционная сталеплавильная тигельная печь вместимостью 1 т, ИЧТ-6 -- индукционная чугуноплавильная тигельная печь вместимостью 6 т, РКЗ--16,5 -- рудовосстановительная круглая закрытая печь для выплавки ферросплавов мощностью 16,5 МВА, ЭЛП-1А-250 -- электронно-лучевая печь, агрегат с одной аксиальной пушкой мощностью 250 кВт.

Увеличение производства электростали будет достигнуто за счет повышения производительности существующих печей и строительства новых.

В настоящее время работают следующие типовые электропечи различной вместимости: 1) малые (0,5; 1,5; 3,0; 5,0; 6 и 12 т); 2) средние (25, 40 и 50 т); 3) большие (100 и 200 т).

В дальнейшем основная масса электростали будет выплавляться в крупных электропечах (100, 200, 300 и 400-т). Электропечи вместимостью 50 т и ниже предполагается использовать для выплавки высоколегированных сталей и сплавов, а также для выплавки стали на машиностроительных заводах для фасонного литья. [11, с.115]

2.5 Технологическая схема производства стали в дуговой печи

Процесс производства стали в дуговой электропечи состоит из следующих основных периодов: заправки, завалки, плавления, окисления, раскисления и легирования, слива стали (рис. 2.6.). Заправка выполняется для восстановления изношенных участков футеровки печи. Осуществляют заправку с помощью специальных заправочных машин сухим магнезитовым порошком. Загрузку металлолома в дуговую печь ведут сверху при помощи загрузочной бадьи.

Рисунок 2.6.- Технологическая схема производства стали в дуговой печи

Одновременно с металлоломом в небольших количествах в печь загружают и шлакообразующие окислители и науглероживатели. После загрузки печь накрывают сводом и начинают расплавлять шихту.

Плавление шихты осуществляется под действием тепла, выделяющегося при горении электрической дуги между опускающимися электродами и расплавляемым металлоломом.

Дуга прожигает в твердой шихте колодцы. Расплавленный металл постепенно стекает на под. Электроды опускаются до поверхности скопившегося на поде жидкого металла и останавливаются. Тепло электрических дуг при этом аккумулируется жидким металлом, он перегревается и в нем расплавляется оставшаяся твердая шихта. По мере непрерывного увеличения слоя жидкого металла электроды автоматически поднимаются кверху.

Окислительные процессы начинаются уже в период расплавления шихты за счет окислителей, введенных в шихту во время загрузки. После полного расплавления шихты в печь с помощью специальной загрузочной машины равномерными порциями вводят окислители. При этом начинается окисление углерода и кипение металла, обусловленное выделением из металла окиси углерода. При кипении ванны происходит перемешивание и удаление растворенных в металле газов (водорода, азота). Окисляется и переходит в шлак фосфор. Шлак вспенивается и самотеком удаляется из печи через рабочее окно или печь слегка наклоняют в сторону рабочего окна и шлак скачивают деревянными гребками в шлаковый ковш, установленный на тележке под печью.

Вместе со шлаком удаляется и фосфор. После скачивания 60 -- 70 % шлака в печь вновь вводят шлакообразующие.

Образующийся новый шлак ускоряет процессы дефосфорации стали. Углерод окисляется в течение всего окислительного периода. Скорость окисления углерода и интенсивность кипения ванны регулируют добавками железной руды.

В последнее время значительное увеличение скорости окислительных процессов достигается продувкой металла газообразным кислородом.

В течение всего окислительного периода берут пробы стали для определения содержания в ней углерода, фосфора и других элементов.

Во время окислительного периода наряду с окислением вредных примесей происходит окисление и потеря полезных компонентов-- марганца, хрома, ванадия, вольфрама, титана. В стали остаются растворенные сера и кислород, ухудшающие ее свойства. Удаление кислорода и серы из стали, а также корректировка ее химического состава и температуры достигаются при помощи раскисления.

Раскисляющие добавки, выбираемые в зависимости от марки стали, растворяются в металле и взаимодействуют с растворенным в нем кислородом. Образующиеся при этом окислы всплывают на поверхность металла и поглощаются шлаком. Для доведения содержания углерода до нормы в соответствии с выплавляемой маркой стали одновременно с введением раскис-лителей проводят также науглероживание стали. Для этого на открытую ее поверхность после удаления шлака загружают дробленый кокс или электродный бой и сталь перемешивают. После науглероживания стали и введения в нее раскислителей в печь загружают шлакообразующие материалы. Образовавшийся шлак раскисляется вследствие добавки на его поверхность молотых кокса, ферросилиция, ферромарганца, силико-кальция, порошкообразного алюминия и других сплавов. Одновременно с раскислением шлака происходит диффузионное раскисление стали и удаление серы, которая содержится в расплаве в соединении с железом и марганцем в виде сульфидов (FeS и MnS). Вместе с тем шлак препятствует поступлению кислорода из атмосферы в сталь, способствует удалению продуктов глубинного раскисления. Электромагнитное перемешивание ускоряет переход серы и неметаллических включений из стали в шлак. Для получения необходимого химического состава в сталь вводят легирующие добавки.

Для слива стали печь наклоняют. Сталь и шлак стекают через сливное отверстие по желобу в сталеразливочный ковш. В процессе слива происходит перемешивание стали и шлака, что способствует дополнительному удалению из нее серы и кислорода. Шлак во время слива всплывает на поверхность, что в определенной степени препятствует охлаждению металла. Если это необходимо, то при сливе в ковше дополнительно проводят раскисление и легирование. [12, с.60]

3. Новые современные технологии получения стали

3.1 Перспективные методы обработки стали при разливке

Достижения в области материаловедения и возрастающие требования к металлам и сплавам, которые эксплуатируются в экстремальных условиях, обусловили необходимость разработки новых технологических процессов и электротехнологического оборудования для их плавки, внепечной обработки, разливки и кристаллизации.

Приоритетным направлением в решении этих проблем в промышленно развитых странах мира является использование в металлургических технологиях средств магнитной гидродинамики. Малоинерционное бесконтактное воздействие электромагнитных полей на жидкий и кристаллизующийся металл дает возможность управлять его температурой и скоростью движения и, соответственно, процессами тепло- и массопереноса на всех металлургических переделах. В частности, позволяет перераспределять тепло и вещество в различных зонах электротехнологических установок (ЭТУ), интенсифицировать межфазные взаимодействия в системе металл-реагент, изменять интенсивность прямого или косвенного силового воздействия массовых электромагнитных сил в одно- и многофазных системах. Представляется возможность также осуществлять регулируемую электромагнитную транспортировку металлических расплавов по герметичным трубопроводам.

Наложение электромагнитных полей на затвердевающий металл позволяет кардинально влиять на характер процессов кристаллизации. Это связано как с возможностью изменения условий теплоотвода с поверхности литых заготовок, так и с обеспечением управления конвекционными потоками на фронте затвердевания металла и в межкристаллитном пространстве Разработка ЭТУ для применения в металлургических технологиях ставит также вопрос о создании специальных источников для их электропитания.

Конечными целями использования внешних воздействий в металлургических технологиях являются получение высокого качества изделий из металлов и сплавов, а также энерго- и ресурсосбережение.

В связи с этим целесообразно рассмотреть несколько примеров применения ЭТУ в литейных и металлургических технологиях. В частности, в Физико-технологическом институте металлов и сплавов (ФТИМС) НАН Украины разработан новый класс не имеющих аналогов за рубежом электромагнитных устройств, получивших название «магнитодинамические насосы и установки». Их особенностью является то, что в одном агрегате конструктивно и функционально совмещены индукционная канальная печь и электромагнитный насос. Для этого наряду с каналом и индукторами предусмотрен дополнительный электромагнит, создающий на одном из участков канала внешнее магнитное поле. В результате индукторы индуцируют ток в жидком металле, находящемся в канале, а электромагнит - магнитное поле, направленное по нормали к току. При взаимодействии тока и поля по закону Ленца в жидком металле возникает электромагнитная сила, вызывающая его движение. При этом можно в широких пределах управлять температурой жидкого металла изменением режимов индукционного нагрева путем регулирования напряжения на обмотках индукторов. Кроме того, изменением напряжения на обмотках электромагнита, обеспечивается управление интенсивностью и направлением движения расплава в каналах и тигле установки. Это позволяет бесконтактно осуществлять электромагнитное перемешивание жидкого металла и его разливку.

На таком принципе созданы и эксплуатируются в промышленности магнитодинамические миксеры-дозаторы для сплавов черных и цветных металлов. Такие миксеры-дозаторы, в частности, для чугуна и стали, используют для получения, выдержки и разливки железоуглеродистых сплавов на формовочных линиях, карусельных автоматах, комплексах получения мелющих тел и других литейных машинах.

Перспективной областью применения магнитодинамических миксеров-дозаторов является непрерывная разливка стали. Во-первых, такие агрегаты функционально подходят для применения в составе литейно-прокатных модулей при валковой разливке стали, так как могут обеспечить ее требуемый химический состав и температуру как в процессе выдержки, так и разливки по заданному режиму.

Во-вторых, они могут быть использованы в качестве промежуточных ковшей принципиально нового магнитодинамического типа при непрерывной разливке стали, особенно для получения тонких широких слябовых заготовок. В данном случае устраняются недостатки, присущие традиционно применяемым промежуточным ковшам: сложность организации стабильного истечения струи из него в кристаллизатор МНЛЗ вследствие низкой надежности стопорных и шиберных затворов; необходимость дополнительного применения специальных систем перемешивания расплава (продувка инертными газами, установка электромагнитных перемешивателей и др.); трудность эффективного подогрева стали с целью компенсации теплопотерь при внепечной обработке и транспортировке металла к МНЛЗ, достигающих 50-100°С, а также соблюдения оптимальных температурных условий разливки и обеспечения возможности выпуска стали из плавильной печи с более низкой температурой для уменьшения продолжительности плавки, снижения расхода огнеупоров, угара легирующих элементов и энергопотребления; высокие скорости потоков стали в кристаллизаторе, что ухудшает качество непрерывнолитых заготовок и обусловливает необходимость применения специальных сложных и дорогостоящих устройств для торможения таких потоков.

В настоящее время применяют различные способы нагрева стали в промежуточном ковше, в основном с помощью плазмы или электрической дуги, а также химическим способом при вводе алюминия. Недостатком плазменного и дугового способов является повышение угара элементов, так как нагрев металла осуществляется с поверхности. Поэтому, даже учитывая сравнительно небольшую глубину ванны расплава в промежуточном ковше (порядка 0,7-0,8 м), необходимо осуществлять интенсивное перемешивание всего объема стали для усреднения температуры.

Известен опыт применения индукционного промежуточного ковша в Японии на заводе фирмы Kawasaki Steel, который позволил резко сократить брак непрерывнолитых заготовок по причине нестабильности температуры разливки, создать необходимые тепловые и гидродинамические условия для внепечной обработки расплава в ковше. Однако, к сожалению, указанная разработка не нашла широкого промышленного применения, что объясняется в первую очередь несовершенством систем управления расходом стали, основанных на использовании механических устройств - стопоров и шиберов.

Поэтому предлагается применить в технологиях непрерывной разливки стали вместо традиционного промежуточного ковша - магнитодинамический промежуточный ковш, созданный на базе апробированного промышленности, в том числе в условиях НКМЗ, магнитодинамического миксера-дозатора стали. Анализ особенностей непрерывной разливки стали, предусматривающей использование магнитодинамического промежуточного ковша по сравнению с традиционным показывает, что он имеет следующие преимущества: исключена необходимость применения стопоров и шиберных затворов, что упрощает процесс разливки стали и устраняет потребность в применении инертных газов для защиты рабочей зоны затворов; бесстопорная разливка металла позволяет перейти к безнапорной, снизить динамический напор, создаваемый струей стали, поступающей в кристаллизатор, уменьшить интенсивность циркуляционных потоков металла в кристаллизаторе и улучшить условия кристаллизации слитка; обеспечивается возможность независимого и активного управления температурными и расходными параметрами процесса разливки; выдача расплава из верхней зоны миксера повышает надежность процесса разливки металла и уменьшает вероятность прорывов жидкой стали в области промежуточного ковша; индукционный подогрев металла производится в нижней зоне миксера, что в комплексе с управляемой электромагнитной циркуляцией улучшает условия теплопередачи, позволяет точно выдерживать температурный режим разливки, снизить энергозатраты, существенно повысить эффективность внепечной, в том числе реагентной и фильтрационной обработки расплава; сокращение расхода основных и вспомогательных материалов.

На рис.3.1. представлены принципиальные схемы реализации непрерывной разливки стали с использованием традиционного промежуточного ковша и магнито-динамического, обладающего отмеченными выше преимуществами.

В настоящее время вышеперечисленные ведущие фирмы-производители имеют свои высокоскоростные кристаллизаторы с оригинальным профилем гильзы, что позволяет существенно повысить скорость разливки.

Так, для квадратных сечений 100x100 и 150x150 мм фирмой Voest-Alpine на настоящий момент времени достигнуты скорости 6,0 и 3,8-4 м/мин соответственно, что обеспечивает высокую производительность установки, удовлетворяющую современным требованиям заказчика и, как следствие, ряд конкурентных преимуществ для производителя оборудования. Таким образом, скорости разливки выросли в 1,5-2 раза по сравнению с аналогичными показателями 15-20 лет назад.

Также нужно отметить наметившиеся тенденции повышения емкости сталеразливочного ковша до 200-360 т и, как следствие, увеличения продолжительности разливки плавки до 2-3 ч. На комбинатах стран СНГ сортовые МНЛЗ, как отмечалось, наиболее вероятно будут устанавливаться взамен части устаревших блюмовых, МНЛЗ в существующих отделениях непрерывной разливки, оснащенных преимущественно конвертерами большой емкости.

Технические вопросы перехода на ковш большой емкости уже решены: увеличение емкости и высоты промежуточного ковша, применение крышки, аргонной защиты, непрерывного измерения температуры и подогрев.

В двух предыдущих десятилетиях XXв. в промышленно развитых странах активно совершенствовали разливку в кристаллизаторе и повышали производительность МНЛЗ. Эта тенденция продолжает сохраняться и в первом десятилетии XXI в. Кроме того, также не менее активно будет совершенствоваться ковшевая разливка.

Рисунок 3.1. - Схемы традиционной (а) и новой (б) технологий непрерывной разливки стали: 1 - сталеразливочный ковш; 2 - стопор; 3 - промежуточный ковш; 4 - шиберный затвор; 5 - кристаллизатор; 6 - магнитодинамический промежуточный ковш; 7 - индуктор; 8 - электромагнит; 9 - металлопровод [13]

3.2 Универсальный агрегат «Conarc»

В силу роста требований к качеству металлопродукции в условиях оптимизации экономических показателей за счет рационального выбора сырьевых материалов и энергетических ресурсов в недалеком будущем сталеплавильные цеха будут оснащаться универсальными агрегатами.

Универсальным агрегатом является процесс «Conarc», предложенный фирмой SMS-Demag и представляющий собой комбинацию процессов дуговой сталеплавильной печи и кислородного конвертера. Процесс «Conarc» позволяет работать с различными сырьевыми материалами (жидкий чугун, скрап, чугун и заготовка прямого восстановления). Двухкорпусной агрегат включает комбинацию верхней кислородной фурмы с электродами дуговой печи, которые могут альтернативно применяться в двух одинаковых корпусах печи. (рис.3.2.) Процесс начинается с фазы кислородного конвертера, которая потом переходит в фазу электродуговой печи. Полный цикл включает последовательную загрузку шихты в оба корпуса печи, которая начинается с заливки жидкого чугуна, после чего вводится кислородная фурма и начинается процесс продувки. В конце продувки кислородом в печь загружают твердые шихтовые материалы (скрап и (или) металлизованное сырье), и затем электроды устанавливают в рабочее положение и включают дугу. В конце фазы дуговой плавки удаляется шлак, а готовая сталь сливается в ковш, который передается для обработки на установке ковш-печь.

На печи «Conarc» (две 170-тонные печи) металлургического завода «Saldanha Steel» (ЮАР), запущенной в эксплуатацию в 1998г., соотношение в завалке жидкого чугуна и твердой металлизованной шихты варьируется в широком диапазоне от 30:70 до 75:25. На печи достигнут расход энергии менее чем 200кВт час/т при годовом производстве 1,35млн.т. [14]

Рисунок 3.2.-Технологический процесс выплавки стали в двухкорпусной печи «Соnarс» [14]

3.3 Отечественные агрегаты ковш-печь для внепечной обработки стали

Значительное ужесточение требований к качеству и сортаменту сталей, необходимость увеличения производительности металлургических комплексов инициировали переход сталелитейных цехов на новую технологию. Она предусматривает выплавку в электропечах полупродукта с заданным содержанием углерода и требуемой температурой и перенос рафинировочных и доводочных операций в ковшовые установки или агрегаты ковш-печь (АКП). Обработка на АКП обеспечивает выполнение комплекса технологических операций: нагрева металла со скоростью до 5 0С/мин и стабилизации его температуры в ковше перед разливкой; доводки химического состава; раскисления металла; глубокой десульфурации; гомогенизации расплава; удаления неметаллических включений; введения шлакообразующих материалов и легирующих добавок.

Эти технологические задачи выполняются с применением электродугового нагрева и продувки аргоном через донную пористую фурму (пробку) ковша с помощью системы газопроводов и управления газовым режимом; дозированного введения через специальный водоохлаждаемый фланец в крышке кусковых шлакообразующих, легирующих материалов и раскис-лителей. а также подачи на поверхность металла порошкообразных реагентов в потоке аргона; продувки аргоном через верхнюю погружную фурму; ввода в расплав алюминиевой и порошковых проволок с помощью трайб-аппарата; автоматизированного определения уровня металла и его температуры, диагностики содержания кислорода в металле и отбора проб металла и шлака.

Для перечисленных технологических операций используются агрегаты ковш-печь типа АКП с ковшами вместимостью от 12 до 320 т, спроектированные совместно с челябинскими организациями и предприятиями; НТ ЗАО «АКОНТ», ООО «НТЦ «Приводная техника» и ООО «ИСК». С 1994 г. ОАО «Сибэлектротерм» изготовлено 16 комплектов агрегатов типа АКП для отечественных металлургических заводов.

Циклограмма внепечной обработки на АКП сопрягается с циклом работы плавильного агрегата и технологическим оборудованием дальнейшей обработки расплава для каждого производства и, как правило, включает следующие этапы:

· выпуск металла из плавильного агрегата в ковш, присадку в него кремния, ферросплавов и шлакообразующих, продувку аргоном;

· подачу ковша под свод, присоединение газового продувочного тракта;

· опускание свода, начато продувки аргоном;

· включение печи, подачу шлакообразующих, формирование жидкого шлака;

· отключение печи, измерение температуры, отбор проб металла и шлака;

· включение печи, подачу шлакообразуюших, корректировку химического состава металла;

· отключение печи, измерение температуры, отбор проб, определение окисленности металла;

· включение печи, подачу шлакообразующих и раскислителей, корректировку химического состава и температуры металла;

· отключение печи, окончательное раскисление порошковой и алюминиевой проволокой, отбор проб, подъем свода;

· выведение ковша из установки АКП для транспортировки на разливку.

Приведенное описание циклограммы включает операции обработки углеродистых, качественных углеродистых и легированных конструкционных сталей. Предусмотрена возможность изготовления и поставки заказчикам новых конструкций агрегатов ковш-печь с разным уровнем комплектации. Благодаря модульному унифицированию технических решений узлов АКП упрощаются модернизация установок, работающих на металлургических заводах, и создание новых агрегатов для внепечной обработки с использованием металлоконструкций имеющихся электропечей. Разработанная серия установок АКП имеет несколько вариантов исполнения: в частности, одно- и двухпостовое, с токопроводяшим рукавом электрододержателя (сталь -- медь) иди шинно-трубчатыми токоподводами.

Для введения в ковш всех необходимых для обработки стали технологических материалов и диагностических средств измерения используются следующие устройства и механизмы:

· автоматизированная машина для измерения уровня металла в ковше, температуры шлака и металла, измерения содержания кислорода и отбора проб;

· специальный стенд и система газопроводов управлення газовым режимом для продувки аргоном через донную пористую фурму (пробку) ковша или верхнюю специальную фурму;

· механизм (манипулятор) подачи, опускания в ковш и подъема верхней фурмы;

· погружные футерованные огнеупорные сменные фурмы (каждая из них рассчитана для определенной операции) для обеспечения подачи в металл аргона либо порошкообразных материалов в струе аргона, контейнер для установки фурм (рассчитан на восемь фурм);

· задатчик-позиционер (устройство, позволяют поворачивать контейнер с фурмами на определенный угол для взятия очередной фурмы и установки отработанной при помощи механизма подъема, поворота и опускания);

· машина (трайб-аппарат) для подачи в металл алюминиевой или порошковой проволоки из соответствующих бунтов;

· бунтоприемники с установленными на них бунтами проволоки;

· установка для подачи порошкообразных материалов;

· водоохлаждаемая труботечка. соединенная наклонной труботечкой с конвейером бункерной эстакады, а также с системой весодозирования и ввода в ковш кусковых шлакообразующих, раскислителей и легирующих материалов.

Агрегат ковш-печь дополнительно оснащается системами и оборудованием:

· самоходным сталевозом, оборудованным шлепперным подводом энергоносителей и газовых сред;

· автоматизированной системой дозирования и транспортировки кусковых материалов, включающей бункеры-хранилища, весодозирующие устройства, транспортеры; системой подачи порошковых материалов (угля, кокса) в струе инертного газа; стендом для наращивания электродов; системой улавливания и очистки технологических газов; системой водоохлаждения элементов конструкции; гидросистемой с насосно-аккумуляторной станцией и электрогидравлическим регулятором вводимой в ковш-печь мощности; пневмосистемой; системой трубопроводов и системой управления режимом подачи газов при продувке; стендом наклона ковша, снабженным машиной скачивания шлака скребкового типа; стендом высокотемпературною нагрева ковша, ремонта его футеровки и замены продувочных донных фурм (пробок) и шиберных затворов; системами промышленного телевидения, телефонной и оперативной связи, а также пневмотранспорта (пневмопочты); цеховой системой газоочистки и респирации; системой отопления и вентиляции помещений, в которых установлены агрегаты и сопутствующее оборудование; системами освещения и сигнализации, а также кондиционирования главного поста управления агрегатом.

Основные параметры агрегатов ковш-печь приведены в таблице 3.1.

АСУТП обеспечивает повышение производительности агрегата, сокращение расхода энергоресурсов, ферросплавов и легирующих элементов. Эффективность управления достигается использованием современных надежных средств автоматизации, математических моделей и методов управления, обеспечением точности выполнения технологических операций и повышением информированности технологического персонала. В числе задаваемых критериев работы технологического оборудования -- обеспечение требуемого темпа нагрева металла; уменьшение удельного расхода материальных и энергетических ресурсов; улучшение качества стали.

Разработанная серия отечественных агрегатов ковш-печь обеспечивает выполнение современных технологических требований обработки сталей и имеет энергетические параметры, соответствующие лучшим образцам установок для доводки стали до требуемых стандартов.

Табл.3.1. - Основные параметры агрегатов ковш-печь

Выводы

Современные промышленные технологии производства и разливки стали представляют собой определенную высокоэффективную систему технологий и операций, базирующихся на весьма малом количестве мощных технологических парадигм, составляющих некоторое метатеоретическое единство. Это обеспечивает металлургам сравнительно высокую стабильность и гармонизацию большинства металлургических процессов и систем. При этом следует особо подчеркнуть, что большинство из этих процессов окончательно оформились в качестве базовых в конце 20-го века, а их функциональные возможности и энергетические показатели находятся на границе известных физических законов и ограничений. Эти технологические процессы представляются хорошо продуманными и научно обоснованными в части их соответствия современным сырьевым материалам, энергетическим источникам и требованиям взаимодействия с окружающей средой. В конечном счете, это обеспечивает производство металлопродукции более высокого качества при минимальных затратах при условии ее высокой конкурентоспособности.

Научный и технологический прогресс, наблюдаемый в производстве и разливке стали, в целом можно представить в виде пяти основных тенденций (направлений) реструктуризации черной металлургии.

1. Совмещение в единую максимально совмещенную замкнутую систему основных технологических операций и процессов производства металлопродукции, что обеспечивает сокращение временных затрат на управление (уменьшение цикла прохождения от сырья до продукции во времени) и ускоряет возможности по оперативному выполнению заказов клиентов.

Примером таких построений являются различного рода мини-металлургические заводы. Прогресс в области создания оборудования для мини-заводов достиг крайне высоких темпов: только в последние полтора десятилетия были разработаны новые конструктивные подходы и созданы оригинальные технологические решения, обеспечивающие существенный рост удельной производительности дуговых сталеплавильных печей; отработана концепция высокоэффективного агрегата для внепечной обработки стали, получившего в литературе название»ковш-печь»; а также реализована на практике концепция высокопроизводительной многоручьевой сортовой МНЛЗ, позволившая обеспечить совмещение дискретного цикла выплавки стали и ее непрерывной разливки.

Можно с уверенностью утверждать, что в ближайшее десятилетие будет развиваться тенденция повышения удельной производительности дуговых печей и машин непрерывной разливки стали. Для этого созданы все условия.

2. Стремление приблизить профиль получаемой при непрерывной разливке заготовки к профилю конечной металлопродукции, что обеспечивает существенный энергосберегающий эффект.

В первую очередь, это относится к плоской металлопродукции, где совершенно четко обозначена тенденция создания высокотехнологичных литейно-прокатных модулей (ЛПМ) с разливкой на тонкие слябы и последующей прокаткой до тонкой полосы. Это фактически исключает из технологической системы этап производства слябов, их подогрева перед последующей прокаткой и прокатку слябов на толстолистовых станах.

3. Создание сталеплавильных агрегатов на базе основных кислородных конвертеров, оснащеных токоподводящими электродами, обеспечивающими интенсификацию подвода тепла, что обеспечит цикл плавки (от выпуска до выпуска) на уровне 18-22 минут.

Правильный выбор сталеплавильного процесса в основном определяется ограничениями по содержанию сопутствующих (вредных) примесей и составом шихты исходной завалки. Не менее важным фактором при этом является степень совмещения дискретного процесса выплавки стали с квазинепрерывным процессом ее разливки. Используемые в практике сталеплавильного производства кислородные конвертеры (КК) и дуговые сталеплавильные печи (ДСП) имеют весьма жесткие ограничения по содержанию сопутствующих (вредных) примесей и составом шихты исходной завалки. Не менее важным фактором при этом является степень совмещения дискретного процесса выплавки стали с квазинепрерывным процессом ее разливки. Используемые на практике сталеплавильного производства кислородные конвертеры (КК) и дуговые сталеплавильные печи (ДСП) имеют весьма жесткие ограничения по интенсивности подвода тепла и составу шихты.

В недалеком будущем сталеплавильные цеха будут оснащаться универсальными агрегатами типа процесса «Conarc».

4. Уравновешенный и всеобъемлющий контроль за воздействием металлургических выбросов и отходов на окружающую среду.

Фактически это означает, что в ведущих промышленных странах все большим приоритет будут приобретать программы развития черной металлургии с учетом требований минимизации возможных отрицательных воздействии на окружающую среду. При этом приоритетное развитие получат процессы, обеспечивающие рециклинг технологических отходов и скрапа.

С того момента, когда с появлением установок «ковш-печь» основная технологическая нагрузка по поддержанию требуемых температурных режимов для протекания необходимых физико-химических процессов в расплаве, доводка химического состава, причем широчайшими возможностями и др. операции вынесены из сталеплавильного агрегата, его роль уже несколько иная. Главное - это получить качественный расплав. В классической схеме: сталеплавильный агрегат - «ковш-печь» - МНЛЗ (машина непрерывной разливки стали) требует четкого графика подачи стали, чтобы обеспечить непрерывную разливку. Конвертеры и электропечи обеспечивают эти условия, с мартенами сложнее, однако постепенно намечается тенденция перехода с мартеновского способа производства стали к конвертерному и электродуговому, а также к новым технологиям производства и разливки стали.

5. Интеллектуализация системы технологических процессов и операций путем широкого интегрирования применения компьютерного мониторинга и внедрения в производство управляющих моделей, динамично реагирующих на любую производственную ситуацию, начиная с получения и разгрузки сырья и заканчивая отгрузкой металлопродукции за ворота завода. В этом ракурсе максимальные конкурентные преимущества будут приобретать технологические решения, направленные не просто на решение производственных задач и обеспечивающие максимальное энерго- и ресурсосбережение, но в тоже время и максимально адаптированные к современным системам автоматического управления производством. При таком подходе вряд ли возможно сохранение консервативных схем производства и разливки стали (мартеновские печи, разливка в слитки и пр.)

Таким образом, одной из передовых технологий является производство стали, включающее выплавку стали в агрегате типа «Conarc», применение затем обработки в установке «ковш-печь», с последующей разливкой МНЛЗ.

Литература

1. Жадан В.Т., Гринберг Б.Г., Никонов В.Я. Технология металлов и других конструкционных материалов. М.: В.ш., 1970. - 704с.

2. Горобец В.Г., Гаврилова М.Н. Производство стали в дуговой печи. М.: Металлыргия, 1986. - 208с.

3. Блаутцик Х. Замена мартеновского производства в России на электросталеплавильные комплексы фирмы «ФАИ-Фукс»// «Сталь» №7, 2006г., С.35-36

4. Колпаков С.В., Шахпазов Е.Х., Югов П.И. Создание и развитие кислородно-конвертерного процесса в мире.// «Сталь» №8, 2006. - С.31-34

5. Гуненков В.Ю., Тищенко В.А., Пивцаев В.В., Карпович Ю.В. Совершенствование технологии внепечной обработки стали на Белорусском металлургическом заводе//ОАО «Черметинформация». Бюллетень «Черная металлургия» №11, 2004. - С.26-30

6. Кудрин В.А. Металлургия стали. М.: Металлургия, 1981. - 488с.

7. Кнорозов Б.В. и др. Технология металлов. М.: Металлургия, 1978. - 904с.

8. Жуков А.П., Малахов А.И. Основы металловедения и теории коррозии. М.: В.ш., 1991. - 168с.

9. Арсентьев П.П., Квитко М.П. Конвертерный процесс с донным дутьем. М.: Металлургия, 1983. - 128с.

10. Глебов А.Г., Мошкевич Е.И. Электрошлаковый переплав. М.: Металлургия, 1985. - 343с.

11. Юзов О.В. Эффективность новых сталеплавильных процессов и агрегатов. М.: Металлургия, 1977. - 240с.

12. Ловчиновский Э.В., Вагин В.С. Машины и механизмы сталеплавильного производства. М.: Металлургия, 1982. - 271с.

13. Дубоделов В.И. Применение электротехнических систем в литейных и металлургических технологиях.// «Металлургические процессы и оборудование» №2, 2006. - С.23-26

14. Смирнов А.Н. Современные тенденции развития процессов производства и разливки стали.// «Металл и литье Украины» №1, 2006. - С.7-10

15. Кузьмин М.Г., Чередниченко В.С. Отечественные агрегаты ковш-печь для внепечной обработки стали.// «Сталь» №6, 2006. - С.68-70

Размещено на Allbest.ru