автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Исследование и оптимизация шлакового режима при переделе низкомарганцовистого чугуна в большегрузных конвертерах

ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ КИСЛОРОДНО-КОНВЕРТЕРНОГО

ПЕРЕДЕЛА НИЗКОМАРГАНЦОВИСТОГО ЧУГУНА.

1.1. Передел низкомарганцовистого чугуна и способы оптимизации продувки и шлакового режима.

1.2. Особенности теплового режима продувки низкомарганцовистого чугуна.

1.3. влияние режима продувки и химического состава шлака на стойкость Футеровки. Мероприятия, способствующие ее повышению.

Выводы и задачи исследования.

ИССЛЕДОВАНИЕ АГРЕССИВНОЙ СПОСОБНОСТИ ШЛАКОВОГО

РАСПЛАВА.

2.1. Методики исследования эрозионной способности шлаков и расплавоустойчивости огнеупоров.

2.2. Изучение влияния отдельных составляющих шлака на его агрессивность и температуру плавления.

2.3. Исследование влияния времени контакта, температуры и состава шлаковой Фазы на износ огнеупора в условиях завода в г. Тршинец (Республика Чехия).

Выводы по 2 главе

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА И ИЗМЕНЕНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ ВАННЫ ПРИ ПРОДУВКЕ НИЗКОМАРГАНЦОВИСТОГО

ЧУГУНА.

3.1. Методика исследования.

3.2. Обоснование количества ФКФ и извести для интенсификации начального периода плавки.

3.3. Разработка алгоритма расчета теплового режима начального периода плавки.

3.4. Оценка охлаждающего зффекта Ферритнокальциевых комплексных Флюсов (ФКФ) разного состава. Тепловые балансы кислородно-конвертерной плавки при использовании ФКФ.

Выводы к 3 главе.

Глава 4. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕДЕЛА НИЗКОМАРГАНЦОВИСТОГО ЧУГУНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЛЕКСНЫХ ФЛЮСОВ

4.1. Определение оптимального состава комплексного Флюса.

4.2. Технико-экономические показатели кислородно-конвертерного передела низкомарганцовистого чугуна в большегрузных конвертерах при использовании комплексных Флюсов.

Выводы к 4 главе.

В течение более чем векового периода развития сталеплавильных процессов металлурги на основе эмпирических знаний считали необходимым присутствие марганца в чугуне, так, как ход металлургических реакций в сталеплавильных агрегатах при повышенном содержании марганца более благоприятен. Мнения относительно требуемого содержания марганца в передельном чугуне со временем менялись, что объясняется изменением состояния мировых запасов марганцевых руд и цен на них.

Общемировые запасы марганцевых руд оцениваются на сегодняшний день в 12-15 млрд. тонн. Мировым лидером по разведанным запасам является ЮАР - 4500 млн. т руды.

В бывшем СССР наибольшая доля запасов относительно богатых марганцевых руд приходилась на долю Украины (75% запасов и 86% добычи). Россия, обладая 5% запасов СССР, до последнего времени не имела эксплуатируемых рудников, поскольку исторически сложилось так, что марганцевые руды добывались на Кавказе и Украине.

Следует отметить, что российские руды беднее украинских и труднообогатимы, а значит сопоставимые затраты на добычу и обогащение несколько выше. Поставка Ферросплавов и руды от внешних потребителей сопряжена с высокими транспортными затратами. До последнего времени до 20% марганцевой руды использовалось в шихте доменных печей. В современных условиях развития черной металлургии наиболее актуальным направлением является разработка мероприятий по экономии материальных и энергетических ресурсов.

Одним из таких направлений является освоение рациональных технологий передела низкомарганцовистого чугуна. Опыт работы аг~ лодоменного комплекса показал, что при выводе марганцовистой руды 5 из шихты доменных печей достигается существенная экономия железорудных Флюсующих материалов и твердого топлива.

Передел низкомарганцовистых чугунов в конвертерах характеризуется определенными затруднениями и у технологов-специалистов нет единого мнения по влиянию уровня марганца в чугуне на тепловой режим и ход шлакообразования, выход годного, стойкость Футеровки конвертера.

Анализ тенденций развития конвертерного производства в мире показывает общую тенденцию снижения ресурсоемкости конвертерного производства за счет вовлечения отходов собственного производства и смежных переделов. Эффективным направлением является разработка и использование в качестве интенсификатора начального периода конвертерной плавки синтетических Флюсующих материалов, себестоимость которых значительно ниже традиционно применяемых шлакообра-зующих.

С учетом накопленного опыта по переделу низкомарганцовистых чугунов с использованием комплексного Флюса в работе предполагается оптимизировать процесс кислородно-конвертерной плавки на низкомарганцовистых чугунах, оценить влияние состава первичного шлака на стойкость Футеровки, рассмотреть тепловую работу конвертера при использовании комплексного Флюсующего материала.

Автор выражает благодарность за методологическую помощь научному руководителю д.т.н., профессору Хайдукову В.П.; заведующему кафедрой "Металлургия" Остравского технического университета д.т.н., профессору Бажану И. за практическую помощь при организации и проведении экспериментов; инженеру кафедры физического металловедения Вечер Н.М. ,• а также сотрудникам кафедры "Металлургия" ЛГТУ за всестороннюю поддержку. б

Выводы к 4 главе

1. Установлен оптимальный состав комплексного Флюса для использования в конвертере.

2. Установлены пределы насыщения первичных шлаков магнезией при использовании различных шлакообразующих.

3. Разработан способ повышения содержания МдО в первичном шлаке до уровня 5%, основанный на использовании извести с повышенной долей МдО и комплексного Флюса и позволяющий продлить сто-кость Футеровки.

4. Рассчитан износ Футеровки промышленных плавок по традиционной технологии и с использованием ФКФ.

5. Рассмотрены технико-экономические преимущества применения ФКФ в большегрузных конвертерах по сравнению с массовой технологией .

111

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проведены эксперименты по выявлению Факторов, оказывающих наибольшее влияние на агрессивность шлаков по отношению к извест-ково-периклазовой Футеровке. По результатам экспериментов установлено снижение агрессивности шлака при повышении содержания в нем МдО, что обусловлено изменением температурно-вязкостных свойств шлака. Анализ экспериментальных и литературных данных показал, что оптимальное содержание МдО в начальных низкоосновных шлаках, не приводящее к ухудшению вязкостных и рафинировочных характеристик находится в диапазоне 5-8%.

2. Разработан способ повышения содержания МдО в первичном шлаке до необходимого уровня, основанный на использовании извести с повышенной долей МдО и комплексного Флюса и позволяющий продлить стойкость Футеровки.

3. Усовершенствован алгоритм расчета расходов ФКФ и извести на плавку, что позволяет учитывать количество поступающего на плавку доменного шлака. На основе алгоритма разработана компьютерная программа для определения необходимых расходных величин в зависимости от значимых Факторов.

4. Разработана методика определения температуры расплава в заданный момент времени продувки.

5. Разработаны алгоритм и математическая модель ^процесса кислородного конвертирования чугуна, которая в качестве входных параметров использует информацию, доступную в производственных условиях. Модель конвертерного процесса адаптирована к вычислениям с использованием компьютерной техники. Использование разрабо

112 тайной программы ВОЗМОЖНО ДЛЯ:

- прогнозирования состава и температуры расплава, в заданный момент времени продувки;

- оптимизации расхода шихтовых материалов,- в учебных целях для расчетов процесса конвертерного передела.

6. Для условий начального периода конвертерной плавки оценен охлаждающий эффект руды, извести и комплексных Флюсов в широком диапазоне изменения их химического состава. Усовершенствована методика расчета охлаждающего эффекта шлакообразующих материалов, позволяющая учитывать влияние способа и времени их ввода в конвертер и экзотермический эффект горения остаточного углерода комплексного Флюса.

7. Рассмотрены Факторы, определяющие технико-экономические показатели использования комплексного Флюса. Предложен оптимальный, с точки зрения теплового воздействия на ванну, стойкости Футеровки и экономического эффекта состав ФКФ.

8. Рассмотрены технико-экономические преимущества применения ФКФ в большегрузных конвертерах по сравнению с массовой технологией . Показано снижение нагрузки на Футеровку при использовании в составе шихты ФКФ.

9. Установлено, что при использовании ФКФ себестоимость стали может быть снижена на 761-1024 руб/плавку для условий 350-т конвертера.

1. Мартыненко А.К. Промышленное освоение техноогии передела маломарганцовистого чугуна и пути повышения остаточного содержания марганца. Автореферат дисс. канд. техн. наук.- Липецк.-1996,- 24 С.

2. Югов п.И. Создание и промышленное освоение ресурсосберегающей технологии передела низкомарганцовистого чугуна/'/ Сталь.-1996.- N1,- С.18-20.

3. Тучина M.В., Дереза И.В., Коноплева Г.Л. Экономическая эффективность передела низкомарганцовистого чугуна// Тез. докл. науч. -техн. конФ. "Молодеж и научно-технический прогресс".- Липецк,- 1990.- С.58-61.

4. Михневич В.Г., Третьяков Е.В. и др. Влияние некоторых технологических Факторов конвертерного процесса на выход жидкой стали// Сталеплавильное производство. Выпуск IX, М.: Металлургия, 1969,- С.36-41.

5. Чумаков С.M. Разработка оборудования и освоение комплексной технологии конвертерного производства непрерывнолитой стали листового сортамента из низкомарганцовистого чугуна. Автореферат дисс. канд. техн. наук.- Череповец.- 1997,- 26 с.

6. Югов П. И. , Колпаков B.C. Производство качественной стали из низкомарганцовистого чугуна в конвертерах// Сталь. 1987. N6.-С.19-22.

7. Лакунцов A.B., Югов п.И. Улучшение технологии конвертерной плавки с использованием низкомарганцовистого чугуна// Сталь. 1986. N1. С.24-26.

8. Хайдуков В.П, Казанский В.В, Югов П.И. Использование комплексных Флюсов при выплавке стали в кислородном конвертере// Сталь. 1985. N5. С.28-29.

9. Тарновский Г.А., Смирнов JI.A. , Явойский A.B. Влияние частоты пульсаций дутья на технологические показатели конвертерного передела низкомарганцовистого чугуна// Изв. вуз. Черная металлургия. 1985. N11,- С.48-51.

10. Хайдуков В.П. Теоретические и технологические основы получения комплексных шлакообразующих и их использование в кислородно-конвертерном производстве. Дисс.д.т.н.- Липецк.-1996,- 461 с.

11. Тучина м.В. Технологические особенности передела чугунов различного состава с применением шлакообразующих материалов: Дисс. канд. техн. наук.- Липецк.- 1994.- с. 193.

12. Крахт Л.н. Разработка технологии производства высокоосновного агломерата и исследование его металлургических свойствДисс. .канд. техн. наук.- М.: 1983.- 186 с.

13. Евитко М.П., Афанасьев С.Г. Кислородно-конвертерный процесс.-М: Металлургия. 1974. 343 с.

14. Зарвин Е.Я., Носов Г.К., Никиткин Ю.П. и др. Выплавка стали в 350—т конвертерах при различной интенсивности продувки// Сталеплавильное производство. Межвузовский сборник.- Кемерово. 1975. С.63-67.

15. ЛиФшиц А.Г. Экономическая эффективность кислородно-конвертерного процесса производства стали М.: Металлургия, 1978. -64 с.

16. Зарвин Е.Я, Волович М.И. Повышение эффективности использования марганец-содержащих материалов// Сталь. 1982.- N4. -С.22-24.

17. Глазов А.H., Липухин Ю.В., Югов П.И. и др. Передел низкомарганцовистого чугуна в кислородных конвертерах// Сталь. 1982. N3,- С.21-23.

18. Минаев Ю.А. Механизм шлаковой эрозии Футеровки конвертеров// Сталь. 1990. N4.- С.25-29.

19. Айзатулов P.C. Использование шлакового Ферромарганца при выплавке стали в 160-т конвертерах// Изв. вуз. Черная металлургия. 1990. N2,- С.13-15.

20. Поволоцкий Д.Я., Токовой O.K., Урюпин Г.П. и др. Исследование поведения марганца при выплавке особомалоуглеродистой низкомарганцовистой стали в кислородном конвертере//Изв. вуз. Черная металлургия. 1986. N6.- С.26-29.

21. Технология производства стали в современных конвертерных цехах/Колпаков C.B., Старов Р.В., Смоктий В.В. и др.; Под общей ред. C.B. Колпакова,- М.: Машиностроение, 1991,- 464 с.

22. Дутлов С.А. Вечер В.Н., Завражин В.Д. Исследование поведения серы в кислородном конвертере по ходу кампании Футеровки// Тезисы докладов Всероссийской науч.-тех. конференции. Липецк. 1996.- С.59-61.

23. Волович М.И. Особенности шлакового режима конвертерной плавки чугунов с пониженным содержанием марганца// Изв. вуз. Черная металлургия. 1989. N8,- С.27-30.

24. Явойский A.B., Турлаев В.В. Наведение шлака при пульсирующей продувке низкомарганцовистого чугуна в конвертере// Сталь. 1983. N1. С.16.

25. Матвеев Д.С. Изучение процессов шлакообразования с участием Ферритов кальция применительно к технологии конвертерного передела низкомарганцовистых чугунов: Дисс. канд. техн. наук,- Москва,- 1981.- 145 с.

26. Катенин Б.Н., Смирнов Л.А., Зарвин Е.Я. Влияние марганца на окисленность кислородно-конвертерного металла //Изв. вуз. Черная металлургия. 1974. N8,- С.30-34.

27. В.Б. Охотский, A.A. Джусов, Л.И. Круглик. Окисленность стали с низким содержанием углерода// Технология производства стали в конвертерных и мартеновских цехах. Тематич. сборник науч. трудов. М.: Металлургия. 1989.- С.93-97.

28. Поволоцкий Д.Я. Раскисление стали,- М.: Металлургия, 1972 -208 с.

29. Климов Б.П., Поживанов A.M. и др. Оценка окисленности низкоуглеродистой стали// Изв. вуз. Черная металлургия. 1989. N11.- С.27-38.

30. Старков П.А., Никольский С.Н. и др. Окисленность конвертерной ванны при переделе низкомарганцовистого чугуна // Сталь. 1990. N4.- С.21-22.

31. Капранов А.Н., Явойский A.B., Тарновский г.А. Интенсификация окислительных и массообменных процессов в конвертерной ванне при воздействии пульсирующей кислородной струи// Изв. вуз. Черная металлургия. 1990. N7.- С.21-23.

32. Волович М.И., Калиногорская л.А. О поведении марганца при различных условиях конвертирования// Изв. вуз. Черная металлургия. 1990. N2.- С.17-19.

33. Волович М.И., Калиногорская Л.А. Особенности шлакового режима при различных условиях конвертирования чугунов с пониженным содержанием марганнца.// Изв. вуз. Черная металлургия. 1990. N6.- С.23-24.

34. Давыдов Ю.Н. Эффективность донного перемешивания при комбинированной продувке низкомарганцовистого чугуна в 350-т конвертерах// Сталь. 1996. N3.- С.20.

35. Хайдукова Е.В., Матвеев Д.Е. Комплексные Флюсы для конвертерного передела с комбинированной продувкой //Тез. докл. науч. -техн. конф. "Пятилетке труд и поиск молодых",- Липецк, 1983,- С.6-11.

36. Югов п.И., Давыдов ю.Н., Кулешов В.Д. и др. Интенсификация Формирования первичного шлака в 350-т конвертерах с комбинированной продувкой при переделе низкомарганцовистого чугуна// Сталь. 1996. N7.- С.15-18.

37. Третьяков Е.В., Дидковский В.К. Шлаковый режим кислородно-конвертерной плавки,- М.: Металлургия. 1972 144 с. Утков В.А. Высокоосновной агломерат - м.: Металлургия. 1977 -156 с.

38. Смирнов Л. А. , Климасенко Л. С., Донской С. А. Передел маломарганцовистого чугуна в 100-т конвертерах// Сталь. 1970. N3.-С.218-221.

39. Hardy С.W, Owen A.J. Development of refractory linings to meet operational requirements in oxygen vessels// Proceedings of a conference of The Metal Society.- London.- 1978.-P.123-135.

40. Бигеев В.А., Казатин К.В. Математическая модель технологии конвертерной плавки с обновлением шлака// Изв. вуз. Черная металлургия. 1998. N3.- С.21-23.

41. Рогачев И.П., Кривко Е.М. и др. Применение шлака производства силикомарганца и металло-концентрата при выплавке стали в конвертере// Сталь. 1987. N2,- С.29-31.

42. Демидов К.н. Конвертерный передел низкомарганцовистого чугуна с использованием шлака от выплавки силикомарганца// Сталь. 1985. N10,- С.25-27.

43. Смирнов Л.А., Демидов K.H. Использование марганец-содержащего шлака при производстве стали из низкомарганцовистого чугуна// Сталь. 1989. N4,- С.19-20.

44. Кривко Е.М. Теория и практика использования технологических отходов, нетрадиционных материалов и продуктов их переработки в сталеплавильном производстве. Автореферат дисс.канд. техн. наук.- Москва.- 1990.- 34 с.

45. Бойченко Б.М. и др. Улучшение теплового и шлакового режимов в кислородных конвертерах при использовании отходов силумина// Технология выплавки конвертерной и мартеновской стали М.: Металлургия. 1985. - С.22-27.

46. Демидов К.H., Смирнов Л.А., Челпан С.М. и др. Применение использованной футеровки электролизеров производства алюминия для шлакообразования в кислородных конвертерах// Сталь. 1982. N4.- С.21-22.

47. Брагинец Ю.Ф., Пустовой E.H., Тартаковский A.C. и др. Производство конвертерной стали с использованием алюминийсодержа-щих отходов// Сталь. 1988. N7.- С.24-25.

48. Яновский И.Л. Применение известково-марганцовистых Флюсов в кислородных конвертерах// Бюллетень ЦНИИЧМ. 1970. N22,-С.31-32.

49. Маринин A.B. и др. Использование синтетических шлакообразующих материалов в 130-т конвертерах// Сталь. 1971. N2.-С.114-118.

50. Шепель Б.А. Разработка технологии получения ожелезненной извести во вращающихся печах. Дисс. канд. техн. наук.- Липецк.-1991,- 130 с.

51. Геберт В, Штегер П.Л., Гоулд Л.П. Комплексные решения по экологии улучшают работу и повышают доходность предприятия// Сталь. 1999. N11.- С.74-77.

52. Дидковский В.к., Курилов Л.И. и др. Опыт производства и применения конвертерных Флюсов на базе свежеобожженной извести// Тез. докл. науч.-техн. конФ. "Совершенствование шлакового режима кислородно-конвертерной плавки".- Липецк. 1978.-С.27-29.

53. Дежемесов A.A. Технологические основы получения комплексных Флюсов методом вакуумной агломерации: Дисс. канд. техн. наук.- Липецк,- 1983,- 177 с.

54. Баптизманский В.И. Теория кислородно-конвертерного процесса -М.: Металлургия. 1975 375 с.

55. Тепловая работа кислородных конвертеров/ Баптизманский В. H. , Бойченко Б.М., Черевко В.П.- М.: Металлургия, 1988.- 172 с. Кочо B.c. и др. Материальный и тепловой балансы кислородно-конвертерной плавки// Изв. вуз. Черная металлургия. 1966. N8. С.50-55.

56. Металлургия стали: учебник для вузов/Явойский В.И., Кряковс-кий Ю.В. Григорьев В.П. и др. М.: Металлургия, 1983.-584 с.

57. Топливо, огнеупоры и металлургические печи/ Вагин А.А., Кри-вандин В.А., Прибытков И.А., Перлов Н.И.- М.: Металлургия, 1978. 432 С.

58. Gberbach М., Seeger М. and Stusser D. Lining performance in top and bottom blown converters in Europe. Proceedings of a conference of The Metal Society.- London.- 1978.- P.141-151.

59. Металлургия стали/Явойский В.И., Левин С.Л., Баптизманский

60. B.И. и др. М.: Металлургия.- 1973. - 584 с.

61. Банненберг Н., НаэФе Г., Умланд П. Износ огнеупоров в основных Футеровках конвертеров// Черные металлы. 1998. N2.1. C.35-40.

62. Бигеев A.M. Металлургия стали: Учебник для вузов.- М.-. Металлургия . 1988.- 480 С.

63. Anderson D. Final summary report. Procedures to minimise iron losses to steel plant waste gas cleaning system. British Steel Teesside Technology Center.- 1995.- P.1-30.

64. Leonard R.J., Herron R.H. Dolomite additions required to saturate BOF-slags with MgO.- Open Hearth Proceedings, 1977, v.60, P.127-133.

65. Savioli F. Refractories for oxygen steelmaking: where now?.-Proceedings of a conference of The Metal Society.- London.-1978.- P.155-157.

66. Лифшиц G.И. и др. Работа конвертеров с верхним кислородным дутьем на магнезиальных шлаках// Сталь. 1966. N8.-С.693-696.

67. Жердев А.В. и др. Выплавка малосернистого передельного чугуна// Металлург. 1966. N3.- С.3-7.

68. Кутдусова Х.Ш. и др. Использование доломита в конвертерной плавке// Сталь. 1987. N5.- С.30-31.

69. Мюнхенберг В., Обет К., Ман Г., Нолле Д. Микроструктура кислородно-конвертерных шлаков// Черные металлы. 1981. N9, С.20-23.

70. Огнеупоры и Футеровки/Асаи к. , Оба X. и др. Пер. с японок. Жужи с.И. и Крылова Б.В. п/р Кайнаровского И.О. М. : Металлургия, 1976.- 416 с.

71. Feuerfeste Werkstoffe und ihre Merkmale. Basis: Deutsch-englische Fassung, Stand 1989. Didiei—Werke AG, Wiesbaden, Germany, 1994.- 102.

72. Вельдман O.A. и др. Методика определения шлакоустойчивости огнеупора// Огнеупоры. 1984. N2,- С.6-7.

73. Якушев В.К. Процессы разрушения футеровок тепловых агрегатов Алма-Ата: Наука. 1987- 208 с.

74. Азгальдов Г. Г. , Райхман Э.П. О квалиметрии. Издание стандартов 1972 - 172 с.

75. Гольдштейн Н.Л. Краткий курс теории металлургических процессов Свердловск. 1961 - 334 с.

76. Rech R. , Vicha J., Hricov H. //Hutnicke listy 1998, c. 7-8.-S:15-23.

77. Pouziti dolomiteckeho vapna pri mimopecni rafinaci oceli. J. Melecky. Vyroba oceli kyslikovymi pochody, teorie a praxe //Sborn. predn. celost. konf., Roznov pod Radhostem, 1998, S. 55-59.

78. Бигеев A.M., Колесников Ю.А. Основы математического описания и расчеты кислородно-конвертерных процессов производства стали М.: Металлургия. - 1970 - 232 с.

79. Дорошенко В.А. и др. О шлакообразовании в сталеплавильных процессах// Изв. вуз. Черная металлургия. 1993. N4.-С.11-15.

80. Melecky J. Moznosti pouziti vapennych briket pri vyrofoe oce-ly.- Hutnik.- 1986,- t. 36.- N 12.- S.432-437. Умрихин ELB. Интенсификация металлургических процессов вдуванием порошкообразных материалов М.: Металлургиздат. 1972 - 102 С.

81. Костенецкий O.H. Расчет охладителей кислородно-конвертерной плавки// Изв. вузов. Черная металлургия. 1964. N2.- С.64-72. Дзе Д. Конвертерное производство стали М. .-Металлургия.1971 295 с.