автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Разработка режимов формирования металлозавалки в кислородном конвертере с применением композиционных материалов и исследование их влияния на технологические показатели выплавки стали

На правах рукописи

ШЕЛЯГОВИЧ АНДРЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

Разработка режимов формирования металлозавалки в кислородном конвертере с применением композиционных материалов и исследование их влияния на технологические показатели выплавки

стали

Специальность 05.16.02. «Металлургия черных, цветных и редких металлов»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2005

Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина"

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Ведущая организация - ОАО "Северсталь" (г. Череповец)

Защита диссертации состоится "24"ноября 2005 г. в J_5 часов на заседании диссертационного совета Д217.035.02 в Федеральном государственном унитарном предприятии "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина".

Адрес: 105005, Москва, 2-ая Бауманская ул., д.9/23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотека Федерального госудаственного унитарного предприятия "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина"

Евгений Христофорович Шахпазов

Петр Иванович Югов

доктор технических наук, профессор

Виктор Яковлевич Дашевский

Автореферат разослан

октября 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 217 кандидат технических наук старший научный сотрудник

£оо6- 4

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Кислородно-конвертерный процесс является основным сталеплавильным процессом в мировом производстве качественных сталей. Однако в последние годы в связи с прогрессирующим ростом дефицита и ухудшением качества стального лома использование его как основного материала-охладителя конвертерной ванны значительно затрудняет организацию их производства.

Применение негабаритного металлолома с низкими физическими характеристиками и повышенным содержанием таких элементов как: хром, никель, медь, сурьма, олово, мышьяк и др. закладывает при формировании структуры металлозавалки и в готовый расплав соответствующую "химическую информацию", что приводит к снижению технико-экономических показателей конвертерного процесса.

Решение проблем повышения качества выплавляемой стали, в т.ч. увеличение объема выпуска специальных марок - автолиста, канатной стали, металлокорда и ряда других, а также повышение технико-экономических показателей производства в современных условиях возможно при совершенствовании традиционного состава и разработки нового технологического режима формирования металлозавалки с применением класса первородных шихтовых материалов.

В свою очередь это привело к необходимости создания новых альтернативных материалов-охладителей на основе первородного сырья, с высокими физическими характеристиками, к числу которых относится композиционный материал Синтиком®.

Появление данного класса материалов, с новым комплексом металлургических свойств, потребовало проведения исследований процесса формирования металлозавалки в кислородном конвертере, определения оптимального технологического режима загрузки комплексной метаплошихты и расположения композиционного материала в ее слое. Известно, что именно качественные характеристики материалов-охладителей, их физико-химические свойства, способ загрузки и характер распределения в рабочем объеме сталеплавильного агрегата в значительной степени предопределяют ход конвертерной плавки, ее технико-экономические показатели, качество готового металла и степень воздействия на экосистему.

Таким образом, настоящая работа посвящена актуальной научно-технической проблеме - повышения качества и увеличения объемов выплавляемой конвертерной стали.

Цель работы. Исследовать зависимость процесса шихтообразования в рабочем объеме кислородного конвертера от состава метаплошихты, физических характеристик и последовательности загрузки материалов-охладителей. Установить влияние физико-химических свойств композиционного материала, режима формирования комплексной металлозавалки на основные процессы_и технико-экономические показатели выплавки конвертерной стал

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- построение и анализ физической модели процесса формирования металлозавалки в кислородном конвертере по традиционной технологии;

- расчет нового оптимального состава металлошихты с использованием композиционного материала Синтиком®;

- исследование режимов загрузки и формирования комплексной металлозавалки с различными физическими характеристиками;

- исследование физико-химических процессов, протекающих в слитке композиционного материала при его нагреве и плавлении;

- исследование механизма "зажигания" конвертерной плавки и особенностей плавления металлошихты для разных режимов шихтообразования;

- разработка методики предварительной оценки процесса шихтообразования в рабочем объеме кислородного конвертера;

- разработка технологических решений для совершенствования традиционной конвертерной технологии на основе комплексного анализа результатов физического моделирования и исследований металлургических свойств композиционного материала;

- проведение промышленной апробации и внедрение разработанных технологических режимов формирования комплексной металлозавалки.

Научная новизна исследовательской работы, отражающая значимость данной проблематики:

- впервые разработана физическая модель процесса формирования металлозавалки в рабочем объеме кислородного конвертера по традиционному технологическому режиму и режиму с применением композиционного материала Синтиком®;

исследовано влияние качественного состава и способов загрузки металлошихты на формирование структуры металлозавалки;

- впервые на основе моделирования установлена математическая зависимость процесса шихтообразования от физических свойств твердого материала-охладителя;

- исследованы особенности протекания окислительно-восстановительных реакций при плавлении синтикома и установлено их влияние на основные процессы и показатели конвертерной плавки;

- разработан алгоритм расчета параметров традиционного технологического режима шихтообразования;

- установлена зависимость технико-экономических параметров выплавки конвертерной стали от состава, качественных характеристик и технологического режима формирования металлозавалки.

Практическая ценность. На основе результатов исследований разработан, промышленно опробован и внедрен новый технологический режим формирования комплексной металлозавалки с использованием композиционного материала Синтиком® на металлургическом заводе "Хута

Катовице" (Польша), способствующий решению вопросов дефицита качественной металлошихты, повышения технико-экономических показателей производства, качества и объемов выплавки конвертерной стали, в т.ч. категории ВОСВ. Экономическая эффективность его внедрения составляет 4,82$/тонну стали.

Созданы методика и алгоритм расчета основных параметров процесса шихтообразования, которые позволяют прогнозировать физическую картину формирования металлозавалки в конвертере при разных технологических и производственных условиях, контролировать начальное положение кислородной фурмы относительно высшей точки твердой части металлошихты с целью предотвращения ее конструктивных повреждений.

Разработаны технологические рекомендации для внедрения нового режима формирования комплексной металлозавалки на большегрузных кислородных конвертерах.

На защиту выносятся следующие основные позиции научно-исследовательской работы:

- методика и результаты исследований физической модели процесса формирования металлозавалки в кислородном конвертере при использовании шихтовых материалов традиционного состава и с применением композиционного материала Синтиком®;

- новый усовершенствованный технологический режим формирования металлозавалки на основе применения класса композиционных материалов;

- результаты исследований влияния металлургических характеристик синтикома и нового режима шихтообразования на процессы "зажигания" конвертерной плавки, шлакообразования, кинетику окисления примесей металлошихты и железа, его потери;

- алгоритм расчета параметров традиционного конвертерного режима формирования металлошихты;

- результаты промышленных исследований влияния состава и разработанного режима формирования металлозавалки на ход конвертерного процесса, технологические показатели выплавки стали и экономическую эффективность внедрения в производство;

- технологические рекомендации для выбора режима формирования комплексной металлошихты.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались на Восьмом международном конгрессе сталеплавильщиков (г. Нижний Тагил, 2004 г.); семинарах лаборатории физической химии металлических расплавов ИМЕТ им. A.A. Байкова РАН; конференции аспирантов и молодых специалистов ИМЕТ им. A.A. Байкова РАН (2004г.).

Доклад по результатам настоящей научно-исследовательской работы удостоен диплома "Лучший доклад на восьмом международном конгрессе сталеплавильщиков" на секции конвертерное производство (г. Нижний Тагил, 2004 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 статьи и тезисы 3-х докладов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа общим объемом 211 страниц, в том числе 31 рисунок и 34 таблицы. Включает в себя введение, четыре главы, заключение, библиографический список из 69 наименований, 14 приложений объемом 27 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении содержатся предпосылки и обоснование актуальности работы, сформулированы цели и задачи, приведены основные результаты, определяющие ее научную новизну и практическую ценность.

Первая глава посвящена обзору литературных источников по теме диссертации, в ней ставятся цели и задачи исследовательской работы, определяются методы их решения.

Анализ современного состояния мировой и отечественной практики конвертерного производства показывает, что кислородно-конвертерный процесс сохранит свои позиции и в будущем. Основной тенденцией его развития является увеличение объема выплавки высококачественных конвертерных сталей ответственного назначения и особенно листового сортамента, к которым предъявляются особо высокие требования по чистоте выплавляемого металла. Жесткие требования к технологическим характеристикам готового металла ужесточают критерии подбора шихтовых материалов и их предварительной подготовки.

Традиционно в конвертерном процессе в качестве основного материала-охладителя используют стальной лом. Также применяют твердый передельный чугун и дополнительные охлаждающие добавки -железную руду, агломерат, металлизированные окатыши и др. Однако их использование в качестве основного охладителя конвертерной ванны вызывает ряд трудностей организационного и технологического хараюгера, приводит к повышению себестоимости выплавляемой стали.

В то же время за последние 10 лет появились проблемы связанные со стальным ломом, а именно стремительный рост дефицита и прогрессирующее ухудшение его качественных характеристик.

Современная практика показывает, что лом, поставляемый на металлургические предприятия, не соответствует предъявляемым к нему требованиям по содержанию таких элементов как, Сг, N1, Си, Аэ, БЬ, Бп, а также физическим свойствам. Наблюдается резкое сокращение доли оборотного лома, вследствие многократного переплава и новых методов обработки металла, например, микролегирование, в нем повышается содержание различных примесей. Их удаление при выплавке и дальнейшей обработке чрезвычайно затруднено или практически невозможно. Неудовлетворительные показатели по физическим свойствам связаны с

организацией сбора и качества подготовки металлолома в целом.

Особую роль физические характеристики стального лома играют при формировании металлозавалки в рабочем объеме конвертера. Сегодня в реальных производственных условиях используется в основном негабаритный металлолом с низкой насыпной плотностью 600+900 кг/м1. Поэтому, не смотря на меньшую массовую долю лома в шихте (20+25%), объем занимаемый им в конвертере существенно больше объема, занимаемого жидким чугуном. При этом формируется неравномерная, хаотичного структура из твердых материалов-охладителей. Нередко слой лома над уровнем твердожидкой ванной вызывает конструктивные повреждения кислородной фурмы вследствие ее удара о твердую шихту, что снижает производительность сталеплавильного агрегата.

В свою очередь все перечисленные выше факторы зачастую приводят к технологической нестабильности конвертерного процесса: увеличению массы шлака и значительным потерям железа с ним в виде оксидов и корольков, активному процессу окисления железа из состава металлошихты, как следствие, к его испарению из реакционной зоны и угару, повышенному газо- и дымообразованию, выбросам и т.п. Снижаются основные технико-экономические параметры плавки, показатели по чистоте выплавляемого металла, повышается нагрузка на экосистему. Следовательно, ограничивается производство высококачественной стальной продукции, прежде всего таких видов, как холоднокатаный низкоуглеродистый листовой прокат высоких категорий вытяжки и качества поверхности, ряда других марок.

Таким образом, проблемы дефицита стального лома, повышения качества и увеличения объемов выплавляемой конвертерной стали являются актуальными.

В сложившихся условиях их решение возможно при совершенствовании традиционного состава и технологического режима формирования металлошихты - этапов, предопределяющих ход и результаты конвертерного процесса, с использованием новых альтернативных материалов-охладителей на основе первородного сырья с высокими физическими характеристиками. К классу этих материалов относится синтетический композиционный материал Синтиком®

Синтиком® (далее - синтиком, композиционный материал) - новая разработка в области металлической шихты, выполненная инжиниринговой фирмой ООО "НПМП Интермет-Сервис" совместно с ЦНИИЧермет им. И.П. Бардина, ГТУ МИСиС, ИМЕТ им. A.A. Байкова РАН, при участии ОАО "Северсталь", ОАО "Тулачермет", ОАО "НЛМК" и др. Работа удостоена премии Правительства РФ в области науки и техники, дважды Дипломом с отличием и Золотыми медалями Всемирной выставки изобретений "Эврика-Брюссель".

Синтиком является универсальным материалом, включающим в себя первичные компоненты с известным составом, происхождением и

наследственностью, обладает всеми свойствами и преимуществами первородной шихты. Характеризуется постоянством массы и геометрических размеров, сложной индивидуальной двойственной металлургической природой, а также возможностями воздействия на ход окислительно-восстановительных процессов в сталеплавильных агрегатах. Является аналогом "чистого", габаритного, тяжеловесного лома.

Композиционный материал представляет собой слиток с геометрической формой в виде усеченной пирамиды (см. рис 1). Он изготовлен путем смешения жидкого доменного чугуна и минерального наполнителя, в данном случае в виде железорудных окатышей. Существует несколько марок данного материала, которые определяются долей содержания в нем наполнителя - СК10, СК15, СК20, СК25, и зависит от назначения и требований потребителя.

Желеюилеро.шекя Оксилы чирши железа

Рис. 1. Внешний вид и разрез слитка Синтиком®

Призводство данного материала требует минимальных дополнительных капиталовложений и в кратчайшие сроки может быть организовано на базе имеющихся в доменных цехах разливочных машин.

Производство синтикома и его использование как основного материала-охладителя конвертерной ванны способствует решению проблемы обеспечения сталеплавильного производства металлошихтой для выплавки высококачественных сталей специального массового назначения. Однако полностью исключать стальной лом из состава шихты не целесообразно, т.к. необходимо перерабатывать отходы собственного металлургического производства и других отраслей промышленности.

Особенности технологического процесса формирования металлозавалки в рабочем объеме конвертера не рассматривались очень давно, что связано, прежде всего, с отсутствием до 90-х годов 20 века дефицита стального лома любого типа. К тому же за историю существования конвертерной технологии проведено огромное количество научных исследований и накоплен "богатый" практический опыт, что в комплексе позволяет достаточно полно прогнозировать процессы, происходящие вданном сталеплавильном агрегате, в т.ч. и традиционный процесс шихтообразования.

В настоящее время отсуствие необходимого количества лома и появление композиционного материала с принципиально новым комплексом металлургических свойств создало основания для проведения

исследований процесса формирования комплексной металлозавалки. Известно, что состав шихты, физико-химические свойства материалов-охладителей, их способ загрузки и формирование структуры металлозавалки в значительной степени предопределяют механизм "зажигания" плавки, ход сталеплавильного процесса, особенности дутьевого режима, шлакообразование, баланс железа и его потери, процессы газо-, пылеобразования и воздействие на экосистему, а также качество выплавляемой стали.

Кислородный конвертер представляет собой "закрытый" сталеплавильный агрегат, который не позволяет визуально исследовать процессы, происходящие в его рабочем объеме. Поэтому для решения поставленных задач была разработана методика проведения исследований на базе теории физического моделирования. Она позволила создать и исследовать модели процессов загрузки и шихтообразования в рабочем пространстве агрегата. На их основе, с учетом результатов исследований металлургических свойств синтикома, изучить особенности протекания основных конвертерных процессов в зависимости от состава и режима шихтообразования. Найти решение проблем современной конвертерной технологии без существенного изменения традиционных технологических этапов подготовки и ведения плавки.

Вторая глава посвящена разработке методики, теории планирования эксперимента, организации проведения лабораторных и опытно-промышленных исследований.

Лабораторные исследования проводились на основе теории моделирования, для чего была разработана физическая модель изучаемого процесса с сохранением его физической природы и геометрического подобия. С целью оптимизации исследований, были составлены сопряженные материально-тепловые балансы, которые позволили определить марку композиционного материала и процентный состав комплексной металлозавалки для реальной действующей конвертерной технологии с сохранением базового технологического режима ведения плавки. В соответствии с этим были разработаны способы шихтообразования с использованием синтикома в составе традиционной металлошихты при различных способах его загрузки.

Для разработки оптимального режима формирования комплексной металлозавалки были проведены лабораторные исследования по изучению особенностей протекания окислительно-восстановительных реакций в слитке синтикома при его нагреве и плавлении, их влияния на основные процессы конвертерной плавки.

Разработка схемы и организация проведения опытно-промышленных плавок базировалась на результатах лабораторных исследований и предварительных рекомендациях сделанных на их основе. Промышленная апробация новых технологических режимов формирования металлозавалки осуществлялась в условиях конвертерного цеха

металлургического завода "Хута Катовице" (Польша) на 360000 кг кислородном конвертере с верхней подачей дутья.

Третья глава посвящена физическому моделированию процесса формирования металлозавалки, статистической обработке ее результатов, исследованию окислительно-восстановительных реакций, протекающих в слитке синтикома и влиянию нового режима шихтообразования на основные конвертерные процессы, разработке рекомендаций для проведения опытно-промышленных плавок.

Для исследований процесса формирования металлозавалки в рабочем пространстве кислородного конвертера было проведено физическое моделирование данного процесса для трех вариантов шихтообразования, где в качестве твердой составляющей метаплошихты использовали:

1. традиционный режим: 100% стальной лом; 2. опытный режим: замена 50% стального лома насинтиком (загрузка композиционного материала на днище конвертера под слой лома); 3. опытный режим: замена 50% стального лома на синтиком (загрузка композиционного материала на слой металлолома).

Традиционный состав шихты на заводе "Хута-Катовице": 280000 кг (77,78%) - жидкого чугуна; 80000 кг (22,22%) - стального лома.

Опытный вариант шихтообразования выбран согласно расчетам сопряженных материально-тепловых балансов процесса выплавки стали в кислородном конвертере, которые показали возможность использования до 50% синтикома марки СК15 в составе твердой металлозавалки взамен стального лома в пропорции 1:1 без изменения базового режима ведения плавки. Приведенная марка синтикома является аналогом стального лома по охлаждающей способности.

В ходе моделирования варьировали насыпными плотностями лома, характерными для существующих производственных условиях (600-И 800 кг/м3). Насыпная плотность композиционного материала СК15 ~2700 кг/м3. В качестве замены реальных шихтовых материалов, а именно жидкого чугуна, стального лома и синтикома, использовали соответственно воду с добавкой ЫаС1, пластилин с добавками наполнителя для уменьшения его плотности и парафин.

Для проведения исследований была построена физическая модель 360000 кг кислородного конвертера, объем которой меньше реального в 64000 раз с сохранением основных геометрических размеров и представляет собой прозрачный сосуд.

В качестве примера на рис. 2, 4, 6 представлены компьютерные модели технологических режимов шихтообразования, при которых насыпной вес стального лома составлял ~1000 кг/м3 (приведенная насыпная плотность является среднестатистической).

На основе результатов физического моделирования и их

статистической обработки получены регрессионные уравнения и построены графики (см.рис.3,5,7), описывающие зависимость изменения уровня твердожидкой ванны и высоты слоя стального лома от его физических характеристик (т.к. именно он является основным объектом исследования).

Моделирование традиционного режима шихтообразования (см.рис.2) показало, что физические свойства материала-охладителя определяют формирование структуры металлошихты в рабочем объеме сталеплавильного агрегата.

Высота слоя лома h = 2,5 м

Bbicoia слон лома 11 = 2,44 м

Уровень

1ВС[),|ОЖН,1К"Н ванны

h = 1,38 м

Рис. 2. Формирование металлозавалки по традиционной технологии А- стальной лом; Б - стальной лом, жидкий чугун

2,80

2,44

2,16

1,72 1,59 1,38

0.0 1 J 1—L_L_1 1 L i. i. J_ i i Moien.iian

ijo ija 1«. m и,: lío 17* ш 194 2« un zis ía> гм 242 24 141 гы. m

í i t ► 1 1 1 1 > • pea fi.ne»

900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 ¿700 1800 насыпная плотность лома, -3 высота слоя лома - данные физ.моделирование, м. *

высота уровня жидкого чугуна • данные физ.моделирования, м. изменение уровня жидкого чуг> на - расчетные жаченим, м изменение высоты слоя лома - расчетные шачення, м. полнномннальный (высота слоя лома - данные фн).моделирования, м) полиноминальный (высота уровня жидкого чугуна - данные фи».молелнрования, м)

Рис. 3. Зависимости изменения высот шихтовых материалов от насыпной плотности стального лома по традиционной технологии

Уравнения, описывающие изменения высоты уровня железоуглеродистого расплава и высоты слоя лома по традиционной технологии:

= 0,023053 - 0,036874 \Р -0,036398\н -0,0051X5\н + 0,010818\р +

ж/ч» пня юм а юмы I юча н>ма

+ 0,007184ч', -0,002711x1,

юмя| тома I 11

V =0,070043 + 0,050056 X +0,0718214 - 0,010945 X* - 0,008552 \2„

"имя Р«»|» н.»>п| юна 11 юиа1

где - ч"ю1и1 - высота слоя лома после заливки жидкого чугуна, м; Ум4.'ч,г... - высота уровня жидкого чугуна с учетом погруженного охладителя, м; хг - плотность лома, кг/м3; хн - высота слоя лома

7 7 ЮМ* ' ' Н1Ч4

до заливки жидкого чугуна, м.

Как показывает график, представленный на рис. 3, при использовании стального лома с физическими свойствами характерными для существующих производственных условий, т.е. с насыпной плотностью в интервале 600+1000 кг/м3, формируется высокая, неравномерная и хаотичная структура твердой металлозавалки, в т.ч. над уровнем ванны. Ее высота составляет до 40+45% от суммарной высоты твердой металлошихты. Использование стального лома с плотностью близкой к 1600 кг/м3 и выше обеспечивает формирование более равномерной и прогнозируемой структуры металлозавалки.

Рис. 4. Формирование металлозавалки по опытной технологии А-синтиком; Б-синтиком, лом; В-синтиком, лом, жидкий чугун; Г-синтиком, жидкий чугун (вид сверху)

При замене части металлолома на синтиком с загрузкой слитков на днище конвертера структура металлозавалки определяется физическими свойствами комплексной металлошихты (см. рис. 4).

Данный технологический режим, при использовании металлолома с аналогичными физическими характеристиками, способствует снижению ее суммарной высоты. При этом слитки синтикома на днище конвертера формируют плотный, равномерный, не проницаемый для лома слой. Однако над уровнем твердожидкой ванны также формируется хаотичная структура твердой комплексной металлошихты, состоящая преимущественно из лома и частично слитков синтикома (см. рис. 5).

2,30 f 2.04

* fe

S ?•

» 2

2 5

2 A IB

1,68 1.5« 1,40 IJ2 1,26

0,48

0,0

M !M 114 111 ÏM 1M 144 :<4

модпьнаи

700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600

Kl

насыпная илогность лома, 3 ■> Им сот j слоя ломя - данные фи* ¡но (елировяния, и. M

о Высота уровня жичкого чугуна - лянныс фиг.молглнроеамня, м. И-вмеиение уровня жидко! о чугуна - расчетные шячения, м Изменение высоты слоя ломя- расчетные шячения, м Ишсиеиие высоты слои сиишкомя.

Полиноминяльный (высо1Я с !Оя лома • данные фи? моделирования, м) Палиномнкяльный (высота уровня жидкого чугуна - данные физ.молелировання. м)

Рис.5. Зависимости изменения высот шихтовых материалов от насыпной плотности лома по опытной технологии (синтиком на днище конвертера) Уравнения, описывающие изменения высоты уровня железоуглеродистого расплава и высоты слоя лома по опытной технологии с загрузкой синтикома на днище конвертера:

\н = 0,065895 - 0,068099 \н + 0,056742 \Р - 0,002422 \„ - 0,020705 \и •

ж,'ч* I * на .мча 1 юш юна w«u I

- 0,014536 V + 0,000253 xj,

(2)

\ = 0,031151 +0,016089х -0.027438\ р + 0.011461 \ н + 0.005905Х"

юча юча! мча юча1 ючи

В зависимости от насыпной плотности лома и структуры слоя твердой металлошихты с днища конвертера сквозь пустоты в ее объеме всплывают слитки синтикома, ввиду различия истинных плотностей материалов

(железоуглеродистого расплава и композиционного материала). Это вызывает колебание уровня твердожидкой ванны. С увеличением плотности стального лома более 1150 кг/м3 суммарная высота металлозавалки снижается.

Режим с загрузкой синтикома на слой лома обеспечивает формирование более компактной структуры комплексной металлозавалки при его меньших насыпных плотностях, по сравнению с традиционным. Он способствует максимальному погружению кусков лома в объем железоуглеродистого расплава за счет эффекта их "подпрессовки" в процессе загрузки композиционного материала, с последующим формированием равномерного, плотного "защитного" слоя из слитков синтикома (см. рис. 6).

Bi.icoia сдоя .¡ома h= 1,24 ч

Вые» i а слоя лома и синтикома h = 1,28 м

Высота слоя охлади Iелей h = 1,7 м

Уровень I вердожидкон g ванны h = 1,62 м р

Рис. 6. Формирование металлозавалки по опытной технологии А-стальной лом; Б-лом, синтиком; В-лом, синтиком, жидкий чугун; Г- лом, синтиком, жидкий чугун (вид сверху)

Представленный на рис. 7 график показывает, что при насыпной плотности лома до 880 кг/м3 над уровнем ванны формируется слой комплексной металлошихты, который преимущественно состоит из слитков синтикома. С увеличением насыпной плотности лом полностью погружается в железоуглеродистый расплав, синтиком равномерно распределяется на поверхности твердожидкой ванны.

Данный режим шихтообразования по результатам моделирования является оптимальным не только с позиций рационального использования рабочего объема сталеплавильного агрегата и возможности переработки традиционного металлического лома, но и создания новых условий для протекания основных процессов конвертерной плавки, прежде всего процесса ее "зажигания".

1,81 1,62 1,53

S í'

i % MI

■ s

i i

£

1,07

5 i

я г o,9i

Se

a a

* 0,8

0,0

О

0,040 й° —"

о d 1 а 8 е- " t о- 5 <

V

1 -

1 А. * ~с

I

0

- М01СЛЫ1ЯЯ

100 10« 116 124 IJ2 140 148 136 IM 172 ISO I«« 196 2<M 212 220 22« 2» 244 292

+ _ реазьная

700 800 900 1000 11 НО 1200 1300 1400 1500 1600

Kl

- насыпная плотность лома, j

q Высота слоя лома - данные физ.молелирования, м. м . Высота уровня жнлкого чугуна - данные физ.модслировання, м. ф Изменение уровня жидкого чугуна - данные физ.молелирования, ч. Изменение высоты слоя лома - расчетные значения, м. Полиноминальный (высота слоя лома -данныефиз.моделирования, м) Молиномннальный (высота уровня жнлкого чугуна • данные физ.молелирования, м)

Рис. 7. Зависимости изменения высот шихтовых материалов от насыпной плотности лома по опытной технологии (синтиком на слой металлолома) Уравнения, описывающие изменения высоты уровня железоуглеродистого расплава и высоты слоя лома по опытной технологии с загрузкой синтикома на слой стального лома:

> и = 0,49507 + 0,025626 \р

А/-11ПИ1

-0,010801 - 0,00145 \

ктя) ю>ш

\ = 0,036618 + 0,008156 \ + 0,021071 х

" IA4I4 Ш1А I1

+ 0,020966 \„ - 0,002533\н - 0,003309 \г

4J юча! .ючи

1

+ 0,001242 \ „ -0,005964 ч,

(3)

Согласно проведенным исследованиям, при традиционном режиме формирования металлозавалки "зажигание" конвертерной плавки осуществляется в локальных зонах на поверхности лома. Однако ввиду их хаотичного расположения в объеме твердой металлошихты начало конвертерного процесса зачастую характеризуется нерациональным расходом кислорода дутья и увеличением времени "зажигания" плавки. Процесс плавления в локальных зонах начинается преимущественно за счет химического тепла окисления железа. Об этом свидетельствует активное выделение бурого дыма, состоящего до 90% из оксидов железа Выделяющаяся в результате протекания экзотермических реакций тепловая энергия передается материалу и постепенно расплавляет его (см. рис. 8).

В зоне взаимодействия струй кислорода и лома температура пленки расплавившегося металла весьма высока и достигает температуры кипения железа, составляющей -2730 °С, при этом значения мгновенных

температур "пузырьков" в активном слое металла достигают 4150 °С. Постепенно эта зона плавления перемещается вниз до самых низких слоев шихты, расположенных на границе с твердожидкой ванной. Отсутствие раннего процесса шлакообразования и концентрация зон плавления на поверхностных слоях лома приводит к их перегреву, интенсификации процессов окисления железа, его испарению и угару с потоками не усвоившегося кислорода и отходящих газов. В свою очередь это снижает выход жидкой стали.

Зона 02 Ро п пары железа 1СЫ02Ь2{СО} и Эр экзотермические реакции

2[Ре] +{02)=2(Ре0) 4(Ре0)-»-{0г}=2(Рег03) А Б

Рис. 8. Процесс взаимодействия кислорода дутья с металлошихтой в момент "зажигания" конвертерной плавки по традиционной

технологии

А- подача кислорода дутья; Б - механизм взаимодействия струй кислорода с ломом При работе на комплексной металлозавалке с загрузкой синтикома на слой лома "старт" плавки осуществляется в более раннем температурной режиме, прежде всего, за счет того, что основа композиционного материала имеет более низкую температуру плавления по сравнению со стальным ломом. Слитки синтикома с локальными зонами на их поверхности достаточно равномерно распределяются на поверхности твердожидкой ванны, увеличивая полезную площадь их взаимодействия со струями кислорода и повышая степень их усвоения (см. рис. 9).

[СМ 02)*2|СО)

_ - Поры (СО) Г^Ж^^ГШШъ.

Региона О^Оз

жиЭкчм рпгплпй

2[Ре] ♦{02}=2(Ре0) 4(Ре0М0Л*2(Ре,0,) и ар экзотермические реакции

(РеОЫСОЫГеМСО,)

(Ре203и*1С]«=2(Ре0МС0} (РеО^Аа^ТРеЫСО)

А Б

Рис. 9. Процесс взаимодействия кислорода дутья с комплексной металлошихтой в момент "зажигания" конвертерной плавки А - подача кислорода дутья; Б - механизм взаимодействия струй кислорода с комплексной металлошихтой

Синтиком® относится к классу материалов для сталеплавильного производства с принципиально новым комплексом металлургических

свойств, изучение которых позволило установить их влияние на основные процессы конвертерной плавки.

Исследования основных физико-химических процессов, протекающих при нагреве и плавлении слитка композиционного материала, а именно особенностей кинетики обезуглероживания его основы и восстановления оксидов железа наполнителя, проводились в лабораторных условиях в печи Таммана в защитной среде аргона по результатам анализов проб газа и металла. На основе этого были получены зависимости скорости окисления углерода и степени восстановления оксидов железа в слитке во временном интервале от температуры (см. рис. 10).

0J

0.1

N \V VV ГТ

/ $ ^ \ N

\ \\ \ ^

\Г S. Is \ ■Л \ N

^

** NX \W \

.«и < Л\ч VO \\\ N \

0.7

0,6

»III) 400 1000 1100 120« 1300 1400 1500 1600 Г, °<

-»- d|C |/<ll - скорость обезуглероживания, %/мин; i-1. „ .явление чугуна (тверлофа шос

-«- сюиень восоановления желсм, ел. L—I окиЬепне |Si| и |Мп| чугуна);

□ - (смперамрнмй интервал процессов окнг 1ення П - п |авление ч\ни (окисление углерода и восстановления ок-сикш желем |Si| и |Мп| жнлк-ою чугуна);

(ЖММ620Ч ); LJ- "лавленне okai ышей, жи жни ч.чуи

Рис. 10. Физико-химические процессы, протекающие при нагреве и плавлении слитка синтикома

Как показывает график, процесс окисления углерода в композиционном материале начинается при достижение термодинамической системой температуры 700-т-800°С, протекает с высокими скоростями за счет использования собственного конденсированного кислорода, т.е. из состава оксидов железа наполнителя. При этом максимальные скорости окисления углерода достигают значений 0,26 и 0,17%/мин в интервале температур 1200-И 600°С, что соответствует скорости обезуглероживания в ванне кислородного конвертера (0,2-ь0,6% в зависимости от интенсивности дутья).

Уравнение, связывающее скорость окисления углерода с составом отходящих газов, выглядит следующим образом:

d[C]/dt = 0,48184х ({СО}+{СО2})/(Ю0-{СО}-{СО2}) (4)

Степень восстановления оксидов железа, входящих в состав наполнителя композиционного материала, определяется по изменению содержания кислорода согласно формуле:

^2 <ис\) " ^2 (кои)

1ч=-б~ ---(5)

2 (нс»>

где 02(ии)- исходное содержание кислорода в оксидах железа, кг;

О - конечное содержание кислорода в оксидах железа, кг.

Одновременно раннее окисление углерода и других примесей железоуглеродистой основы интенсифицируют процессы восстановления оксидов железа наполнителя синтикома. При этом общая степень его восстановления достигает ~90%. Железо, полученное в результате этих реакций, дает дополнительное увеличение выхода жидкой стали.

Таким образом, на основе проведенных исследований установлено, что процесс плавления синтикома сопровождается активным окислением примесей чугуна и, прежде всего углерода, процентное содержание которого в десятки раз превышает его содержание в ломе. Раннее и непрерывное образование монооксида углерода снижает окислительную способность атмосферы агрегата, восстановление оксидов железа и окисление других активных примесей обеспечивают ранний процесс формирования активного шлака. Следовательно, высокие скорости окисления углерода композиционного материала позволяют заменять им стальной лом, при этом общее время продувки будет соответствовать традиционному конвертерному режиму.

Процесс восстановления оксидов железа наполнителя синтикома является эндотермическим и в результате его протекания происходит охлаждение реакционной зоны и снижение ее температуры (см. рис. 9). Плавящаяся на поверхности синтикома пленка жидкого чугуна и оксидов железа непрерывно перемешивается пузырьками монооксида углерода, образующегося по реакции (Ре203)+[С] и (РеО)+[С]. Интенсивность перемешивания понижает температуру в зоне взаимодействия струй кислорода и синтикома, ускоряет перенос тепла внутрь слитка. Это способствует его расплавлению и снижению температуры в зонах плавления. Таким образом, учитывая меньшую общую поверхность слитка синтикома и температуру его плавления, более интенсивный отвод тепла и меньшее окислительное воздействие атмосферы агрегата, это способствует снижению степени окисления железа металлошихты, его угара и испарения. Активное протекание окислительно-восстановительных реакций в слитке синтикома дает дополнительный прирост первородного железа. Как результат повышение выхода стали.

Таким образом, разработанная методика и результаты проведенных исследований позволили найти технологическое решение для оптимизации современного кислородно-конвертерного процесса. Оно заключается в разработке нового режима шихтообразования на основе использования класса альтернативных материалов-охладителей - композиционного материала Синтиком®. Его металлургические свойства в комплексе с оптимальным режимом загрузки и расположения в слое комбинированной

металлозавалки обеспечивают, прежде всего, изначально низкое процентное содержание в металошихте примесей Сг, N1, Си и др. Создают наиболее благоприятные физико-химические условия для зарождения и протекания процессов "зажигания" конвертерной плавки и шлакообразования, окисления примесей и железа металлошихты. Разработанная технология позволяет повысить технико-экономические показатели конвертерного процесса, прежде всего выход жидкой стали и качество выплавляемого металла, а также более рационально использовать железосодержащее сырье практически без предварительной подготовки с максимальной степенью эффективности.

На основе физического моделирования разработан алгоритм расчета основных параметров процесса формирования металлозавалки для технологии, где в качестве материала-охладителя используется 100% стальной лом или другой материал, в т.ч. синтиком. Расчет позволяет прогнозировать физическую картину шихтообразования в рабочем объеме сталеплавильного агрегата для разных технологических и производственных условий конвертерного цеха.

Четвертая глава диссертационной работы содержит описание основных этапов опытно-промышленных исследований, их технический анализ и статистическую обработку.

Для подтверждения результатов и рекомендаций, сделанных в ходе физического моделирования, проведены опытно-промышленные исследования режимов формирования металлозавалки по традиционной технологии и технологии с использованием композиционного материала. Партия синтикома массой 1050000 кг была поставлена с ОАО Липецкий металлургический завод "Свободный Сокол". В качестве наполнителя основы использовались железорудные окатыши производства Лебединского ГОКа. Химический состав и основные характеристики композиционного материала приведены в табл. 1 и 2.

Таблица 1

Химический состав синтиком марки СК15, % масс.

1еО ,'еоб|Ц ЯК) СаО С VIП Р Прочие

0,2-0,4 10,9-16,1 88,1 -91,6 0,6-1,4 0,1-0,4 3,6-4,0 0,3-1,1 0,1-0,4 0,03-0,06 0,01-0,04 0,1-0,3

Таблица 2

Основные характеристики композиционного материала Синтиком®

Марки Содержание ком иомен г «в, % П.10!Н0С1Ь, К! /клб.м Насыпная плотность, кг/куб.м 1 Масса, | КГ |

Ч) |)Н шерлые OKiic.iHie.iH

(К 15 85±2,5 15+2 „5 57<М>г5900 2700*3100 8-10 |

В ходе промышленных исследований отработаны три режима формирования металлозавалки: с загрузкой синтикома на днище конвертера, в середину между слоями лома - нижним и верхним, сверху - на слой лома. Замена лома синтикомом велась поэтапно, начиная с 5000 кг, с постепенным увеличением его доли на 5000-И 0000 кг на плавку.

Обработка результатов массивов традиционных и опытно-промышленных плавок представлена в табл. 3.

Таблица 3

Основные параметры конвертерной плавки

Наименование Кд. Опытные 1 ралшионные Л

пока >атс.1я измереиеия плавки плавки

Входные параметры

Масса жидкого чугуна кг 278040 280140 -2100

( умчарный расход лома К1 52390 77430 -25040

Масса синтикома кг 25000 - +25000

Выходные марачефы

( «держание ( uria.ui % 0,04-0.05 0,04-0.05 -

( одгржанис У1п в cia.ni % 0,06-0.07 0,06-0,11 -

('(чержанне 1' и ciii.ni % 0,009-0.022 0,009-0,018 -

С одержанне N и cia.ni % 0,014-0.026 0,015-0.026 -

(КсО) % 22,12 21,74 +038

Основность шлака сл. 3,37 436 -0.9

Выхо1! пали % 90,57 89.46 + 1,11

По данным технологического отдела конвертерного цеха завода "Хута Катовице" при работе по традиционной технологии, на имеющемся металлоломе, выход стали в среднем составляет 89,46%. На опытно-промышленных плавках данный параметр равен 90,57%. При этом необходимо отметить, что изначально содержание железа в шихте по опытной технологии было меньше в среднем на 3760 кг (-0,5% от массы металлозавалки).

Увеличение выхода жидкой стали подтвердило результаты исследований физико-химических процессов, проходящих в синтикоме при его нагреве и плавлении, а именно полное и высокоинтенсивное протекание реакций окисления примесей матрицы и восстановления оксидов железа наполнителя результатом которых является прирост чистого первородного железа. Изменение выхода жидкой стали от расхода композиционного материала представлено на рис. 11 .А.

Обработка результатов массива опытных плавок указывает на увеличение выхода жидкой стали, что напрямую связано со снижением доли стального лома в составе металлошихты. С увеличением процентного содержания синтикома в составе металлозавалки до оптимального (до -45+50% от массы твердой шихты) обеспечивается сокращение суммарных потерь железа за счет снижения массы окислившегося железа металлошихты и параллельного активного протекания процессов восстановления оксидов железа наполнителя синтикома.

Среднестатистические значения массивов плавок по содержанию закиси железа в шлаке показали их идентичность. На традиционных плавках количество РеО в шлаке составило 21,74%, на опытно-промышленных - 22,12% (средний расход синтикома по массиву составлял 25000 кг на плавку или -31%).

Изменение содержания закиси железа от массового расхода синтикома на плавку представлено на рис. 11.Б. Как показывает график, при оптимальном режиме шихтообразования содержание закиси железа в шлаке снижается до 18%. Это также объясняется выводом из состава металлошихты большей части легковесного легкоокисляемого стального лома и снижением активности процессов окисления железа.

3 :

/

т

9«. 54 91,05 90,58

84 55 89,86 89.99 аа т

Т; - -

- у t у у у

26 25 24 j?2j ~ 22 ¿21 ~~2U 14 18 17

/ 2 4,75

/ В 24,2J 23.29

-

/

/2 11,83 - 20,3.1

/ / /

. 18,44 18,52

la В

5000 10000 IS000 25000 35000 40000 -15000 Масс» сшпикоча в Mei л.мошнмс, ki

5000 10000 15000 2500(1 35000 40000 45000

Масса синшкома в мешл.юшнме, км

Рис. 11. Изменение выхода стали (А) и содержания закиси железа в шлаке (Б) в зависимости от расхода синтикома на плавку

Однако в реальных производственных условиях содержание закиси железа в шлаке зависит не только от расхода синтикома на плавку, но и от физических характеристик металлома и расхода кислорода. Абсолютное содержание (FeO) зависит от массы шлака, которая изменяется в пределах от 6 до 10% от массы металлозавалки, а также от технических условий ведения конвертерной плавки.

Наряду с этим на промышленных плавках произошло некоторое снижение основности шлака в среднем с 4,36 до 3,37. Это объясняется сокращением расхода извести с 10700 кг до 9800 кг на плавку и более высоким содержанием кремния в композиционном материале по сравнению с ломом. Однако снижение основности шлака не повлияло на степень дефосфорации расплава. Содержание фосфора и серы на опытных плавках идентично их содержанию на традиционных плавках. Фосфор на уровне - 0,013%, сера - 0,019% (см. табл. 3).

Средний расход кислорода при замене части стального лома синтикомом составлял 17116 м3 на плавку. Данный показатель является общим и включает в себя не только расход кислорода на продувку плавок, но и количество кислорода затраченное на их додувки.

Усредненный расход кислорода по всему массиву опытных плавок и содержанию кислорода в металле на уровне 808 ррш являются приемлемыми величинами для конвертеров номинальной садкой 350000-^370000 кг, в частности для технологии завода "Хута Катовице".

Сопоставление среднестатистических данных массива по содержанию углерода в расплаве по окончании продувки для плавок с использованием

в шихте сиитикома и без него указывает на идентичность данных параметров (см. табл. 3), не смотря на повышенное содержание углерода в шихте по опытной технологии. Это подтверждает результаты исследований кинетики обезуглероживания слитка синтикома, а именно раннее и полное протекание данного процесса с высокими скоростями.

Средняя температура стали на плавках с заменой части стального лома синтикомом идентична традиционной технологии и составила 1655°С, что является технологически приемлемым с позиций ее разливки на УНРС.

Содержание Сг, М, Си в расплаве в пределах, представленных в табл.4 позволяет получать стали категории ВОСВ.

Таблица 4

Содержание элементов, %

Сг N1 Си

0,005+0,014 0,001+0,007 0,016+0,043

Для подтверждения результатов физического моделирования при выходе на заданный режим шихтообразования (45+-50% синтикома от массы твердой металлошихты) были опробованы различные варианты загрузки материалов-охладителей и проведен их анализ с целью определения оптимального способа формирования комплексной металлозавалки.Основные показатели конвертерной плавки в зависимости от способа загрузки синтикома приведены в табл.5 и рис.12 А,Б.

Таблица 5

Химический состав металла по окончании продувки в зависимости от способа загрузки синтикома

Способ загружи Химический состав, %

С Мп Р в

Под слой лома 0,05 0,07 0,022 0,026

Между слоями лома 0,04 0,07 0,016 0,017

Ня слой лома 0,04 0,06 0,012 0,013

Рис. 12. Изменение выхода стали (А) и содержания закиси железа в шлаке (Б) в зависимости от режима загрузки синтикома

На основе проведенного комплексного исследования оптимальным вариантом шихтообразования, при котором по совокупности основных показателей конвертерной плавки обеспечивается, прежде всего, увеличение выхода стали, повышение дефосфорирующей способности шлака и требуемая его окисленность - является загрузка композиционного материала Синтиком® на слой стального лома.

По результатам промышленных исследований выполнен сравнительный анализ баланса железа для традиционного режима шихтообразования и режима с использованием композиционного материала (в среднем по массиву опытно-промышленных плавок). С учетом поставленных перед исследованием задач также проведен анализ баланса железа для технологии с заменой 50% металлолома на синтиком с его загрузкой на слой лома. Основные технологические параметры баланса железа представлены в табл. 6.

Таблица 6

Технологические параметры баланса железа

Технологические нарами ры Ед 1ралиниониая ишерении технолошя Опытная 114ни. им ни (по массив;) Опытам iex HO.IOI им (chin и ком на слой лома)

Масса жидкою чмуна ■ 280140 278040 2780000

Масса стальною.шчн i 77432 52390 40000

Масса сингикоча i 25000 40000

Жслею В III ИХ ГС Т/% 1 340871,3 / 95,3 337107,9 / 94,8 338569,9 / 94.6

Масса шлака Г/% 1 24448,5 / 6,8 23844Л / 6,7 24108.2 / 6,7 13436.8 / 3,9

Потерн желе 1а 'Г/% 23208,3 / 6,8 16049,8/ 4,8

Выход жилкой о ял и i 318130 321460 325540

Графически баланс железа для традиционной конвертерной технологии и опытно-промышленных плавок в условиях завода "Хута-Катовице" представлен на рис.14.

1рял11|ионняя Опытная технология Оныпшя lexiiojroi ми

■ схншнния (но MJKTHRV) (С11НГИКОЧ ня слои лома)

93,2 ' 95,3 96,1

■ желехо н аяли В желио н шлаке ■ желето в пнле корольков

■ ЖС.1СЮ в сос1авс ныли □ технолотчсскис потерн

Рис. 14. Баланс железа

Как показывают диаграммы, приведенные на рис. 14, основным преимуществом технологии с применением композиционного материала является сокращение суммарных потерь железа на -2,0% и, прежде всего снижение потерь железа с пылью. При этом новый режим

шихтообразования способствует снижению потерь на 2,9% по сравнению с традиционной технологией. Это указывает на то, что использование композиционного материала взамен части лома создает наиболее оптимальные физико-химические условия для протекания основных конвертерных процессов и позволяет повысить показатели плавки.

Другие статьи потерь железа определяются технологическими режимами ведения конвертерной плавки и производственными возможностями цеха. При выполнении данного анализа они приняты постоянными величинами.

Таким образом, по результатам опытно-промышленных исследований на заводе "Хута Катовице" (Польша) внедрен технологический режим формирования комплексной металлозавалки с использованием композиционного материала Синтиком® в составе твердой части металлошихты.

При объеме производства 5 млн. тонн стали в год использование синтикома с расходом -31% от массы твердой металлошихты взамен стального лома в весовом соотношении 1:1 позволит получать дополнительно 55500 тонн стали за указанный период, при этом прибыль составит 3,95 доллара/тонну стали. Годовая прибыль -19,76 млн. долларов США.

Технологический режим с загрузкой синтикома на слой металлолома с его расходом 50% от массы твердой металлошихты позволит дополнительно получать 79500 тонн стали в год. Прибыль составит 4,82 долларов/тонну стали, годовая - 24,41 млн. долларов США.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Впервые разработана физическая модель процесса формирования металлозавалки в кислородном конвертере при использовании металлошихты традиционного состава и с применением композиционного материала Синтиком®.

2. Моделирование различных технологических режимов шихтообразования показало, что основными параметрами, определяющими структуру металлозавалки, являются состав, физико-химические свойства и способ загрузки шихтовых материалов.

3. По результатам моделирования получены математические зависимости, описывающие влияние физических свойств материалов-охладителей на формирование металлозавалки.

4. Установлено, что технологический режим с заменой 50% стального лома на синтиком с его загрузкой на слой металлолома обеспечивает равномерную, компактную и прогнозируемую укладку металлошихты.

5. Доказано, что тех нологические свойства синтикома при разработанном режиме шихтообразования создают оптимальные термодинамические условия для "зажигания" конвертерной плавки, обеспечивают

интенсификацию процессов плавления и шлакообразования, уменьшение испарения и угара железа, увеличение выхода годного металла при меньшем содержании железа в металлошихте по сравнению с традиционной технологией.

6. Разработан алгоритм расчета основных параметров процесса шихтообразования для разных технологических и производственных условий.

7. Доказано, что режим формирования комплексной металлозавалки с загрузкой композиционного материала на слой металлолома способствует увеличению выхода стали, обеспечивает требуемое содержание Сг, N1', Си, Р и Б, снижение нагрузки на экосистему, позволяет увеличить объем производства и расширить сортамент высококачественных сталей с жестко регламентированным химическим составом.

8. Установлено, что синтиком марки СК15 является высокотехнологичным материалом, позволяет заменять стальной лом в весовом соотношении 1:1 с сохранением дутьевого режима конвертерной плавки. Его использование решает проблему обеспечения сталеплавильного производства металлошихтой требуемого качества.

9. Разработаны технологические рекомендации по выбору режима формирования металлозавалки с использованием синтикома.

10. Экономическая эффективность при использовании режима формирования комплексной металлозавалки с загрузкой композиционного материала Синтиком® на слой стального лома составляет 4,82 доллара/тонну стали.

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

1. Дорофеев Г.А., Руднев C.B., Шахпазов Е.Х., Кашин В.И., Шелягович A.B. Моделирование процесса формирования твердой металлозавалки в кислородных конвертерах при использовании различных комбинаций шихтовых материалов //Труды восьмого международного конгресса сталеплавильщиков. Секция конвертерного производства стали. - Н. Тагил, 18-22 октября 2004г. - С. 116-119

2. Дорофеев Г.А., Руднев C.B., Павлов В.В., Кашин В.И., Шелягович A.B. Закономерности окисления примесей при нагреве и плавлении композиционных материалов типа Синтиком® //Труды восьмого международного конгресса сталеплавильщиков. - Н. Тагил, 18-22 октября 2004г. - С. 576-578.

3. Дорофеев Г.А., Гребенников B.C., Шелягович A.B., Ларин A.B. Получение комплексных синтетических материалов для сталеплавильного производства с использованием разливочной машины чугуна //Труды

восьмого международного конгресса сталеплавильщиков. - Н. Тагил, 18-22 октября 2004г. - С. 610-611.

4. Шахпазов Е.Х., Дорофеев Г.А., Шелягович A.B., Руднев C.B. Влияние композиционных материалов класса Синтиком на потери железа при выплавке конвертерной стали // Металлург. - 2005. - № 7. - С.34-35.

5. Шахпазов Е.Х., Дорофеев Г.А., Шелягович A.B., Руднев C.B. Влияние композиционных материалов класса Синтиком на основные технологические показатели выплавки стали в большегрузных кислородных конвертерах // Металл, оборудование, инструмент. - 2005. -май-август. - С.26-29.

6. Шахпазов Е.Х., Шелягович A.B., Дорофеев Г.А. Влияние состава и качественных характеристик металлошихты на технологические показатели выплавки конвертерной стали // Металлург.- 2005. - №9. -С. 47-48.

Подписано в печать 18.10.05. Формат60х84 1/16 Бумага офсетная. Усл.печ.л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ X» 159 Отпечатано в ООП УИТ ОАО "Тулачермет"

»2051*

РЫБ Русский фонд

2006-4 22863

Введение.

Глава 1. Литературный обзор.

1.1. Современное состояние кислородно-конвертерного процесса.

1.2. Шихтовые материалы для выплавки стали в кислородных конвертерах.

1.3. Стальной лом — основной материал - охладитель конвертерной плавки.

1.3.1. Виды стального лома и источники его образования.

1.3.2. Исследование состояния металлофонда для сталеплавильного производства.

1.3.3. Исследование причин ухудшения качества лома и сокращения объемов его поступления.

1.3.4. Современные способы подготовки металлолома к плавке.

1.3.5. Баланс железа при выплавке стали в конвертере.

1.4. Общие сведения о композиционном материале Синтиком®.

1.4.1. Состав и применяемые варианты синтикома.

1.4.2. Технология изготовления композиционного материала.

1.4.3. Технологические характеристики синтикома. Особенности и преимущества композиционного материала по сравнению с традиционными видами металлошихты.

1.4.4. Экологические свойства композиционного материала.

1.4.5. Опыт применения синтикома в конвертерной плавке.

1.5. Выводы.

Глава 2. Методика проведения исследований.

2.1. Методика проведения лабораторных исследований -физическое моделирование.

2.1.1. Физическое моделирование режимов формирования металл озавалки.

2.1.2. Планирование эксперимента.

2.1.3. Методика проведения исследований физико-химических свойств синтикома.

2.2. Методика и условия проведения опытно-промышленных исследований.

Глава 3. Физическое моделирование процесса формирования металлозавалки.

3.1. Оценка возможности проведения физического моделирования изучаемого процесса.

3.2. Расчет основных параметров построения физической модели.

3.3. Исследование физических моделей процесса формирования металлозавалки.

3.3.1 Оценка погрешностей измерений.

3.4. Статистическая обработка результатов эксперимента. Доказательство адекватности физической модели.

3.5. Теоретическое исследование результатов эксперимента.

3.6. Исследование физико - химических процессов, протекающих при нагреве и плавлении синтикома.

3.7. Исследование механизма «зажигания» конвертерной ^ плавки и особенностей поведения железа в начальный момент плавления твердых материалов-охладителей при различных вариантах шихтообразования.

- 3.8. Разработка алгоритма расчета основных параметров традиционного технологического режима шихтообразования.

3.9. Выводы.

Глава 4. Опытно-промышленные исследования режимов формирования металлозавалки с применением композиционного материала

Синтиком®.

И 4 4.1. Этапы опытно-промышленных исследований режимов формирования металлозавалки и их технический анализ.

4.2. Обработка результатов промышленных исследований.

4.3. Исследование оптимального технологического режима формирования комплексной металлозавалки.

4.4. Баланс железа при различных вариантах шихтообразования.

4.5. Основные технологические рекомендации.

4.6. Выводы.

Кислородно-конвертерный процесс в настоящее время является основным сталеплавильным процессом в мировом производстве качественных сталей. Его приоритетное развитие объясняется, прежде всего, его существенными технико-экономическими преимуществами в сравнении с другими сталеплавильными процессами.

Традиционно основную часть металлической шихты при выплавке стали в кислородном конвертере составляет жидкий чугун, являющийся источником физического и химического тепла в рабочем объеме конвертера. В качестве основного материала-охладителя конвертерной плавки преимущественно используется стальной лом. Применяют и дополнительные охлаждающие добавки (твердые окислители) - железную руду, агломерат, железорудные окатыши. Однако их использование в качестве основного охладителя плавки вызывает ряд трудностей организационного и технологического характера.

Роль металлического лома как основного материала-охладителя предопределена не только его технологическими характеристиками как шихтового материала, но и тем, что лом представляет собой отходы, образующиеся на предприятиях и в организациях всех отраслей промышленности в процессе производства и обработки металла, а также вследствие замены оборудования по мере морального и физического износа.

За историю существования кислородно-конвертерного процесса проведено огромное количество научных исследований и накоплен богатый практический опыт. Его развитию способствовали научные разработки таких исследователей, как: В.И. Явойский, В.И. Баптизманский, Н.П. Лякишев, C.B. Колпаков, П.И. Югов, Е.Х. Шахпазов, С.Г. Афанасьев, JI.A. Смирнов, A.M. Бигеев, Р.В. Старов, P.C. Айзатулов, В.В. Смоктий, а также ряд других российских и зарубежных исследователей, большинство из которых продолжают научно-исследовательские работы в области конвертерного производства. Однако во многом эти работы посвящены процессам, происходящим в конвертерной ванне, а именно процессу продувки, как главного рабочего механизма при производстве стали, и гидродинамике сталеплавильной ванны.

Несмотря на все многообразие исследований, остаются слабо изученными отдельные вопросы кислородно-конвертерной технологии. В частности до настоящего времени не уделялось должного внимания вопросам формирования металлозавалки, загрузке шихтовых материалов и характеру их распределения в рабочем объеме конвертера. Однако известно, что эти этапы в значительной степени предопределяют ход сталеплавильного процесса, технико-экономические показатели и качество выплавляемой стали. Во многом это связано с отсутствием до 90-х годов 20 века дефицита стального лома любого типа и технология с его использованием в качестве основного материала-охладителя конвертерной ванны являлась наиболее оптимальной.

На сегодняшний день вопросы обеспечения потребностей сталеплавильного производства металлошихтой имеют особое значение и волнуют не только российских, но и металлургов промышленно развитых стран (США, Германия, Япония и др.). Прежде всего, они связаны с сокращением доли «чистого» стального лома, его количественным дефицитом и прогрессирующим ухудшением качественных характеристик. Огромное количество публикаций и работ посвящено проблемам состояния металлофонда для сталеплавильного производства и в частности для технологий обеспечивающих производство высококачественных сталей.

Практика сегодняшнего дня показывает, что лом, поставляемый на металлургические предприятия, не соответствует предъявляемым к нему требованиям по содержанию таких элементов как, Сг, Си, Аэ, 8Ь, Бп, а также физическим свойствам. Наблюдается резкое сокращение доли оборотного лома, в котором вследствие многократного переплава и новых методов обработки металла, например, микролегирование, повышается содержание различных примесей, способствующих снижению эксплуатационных свойств стали. Их удаление при выплавке и дальнейшей обработке чрезвычайно затруднено или практически невозможно. Неудовлетворительные показатели по физическим свойствам связаны с организацией сбора и качества подготовки металлолома в целом. Одним из факторов влияющим на снижение доли качественного оборотного лома является возрастание доли непрерывной разливки стали на металлургических предприятиях.

Особую роль играет стальной лом при формировании металлозавалки в рабочем объеме кислородного конвертера. Сегодня в реальных производственных условиях используется в основном негабаритный стальной лом с малой насыпной плотностью (600-И ООО кг/м3). Поэтому, не смотря на меньшую массовою долю металлического лома в шихте (20-=-25%), объем занимаемый им в кислородном конвертере существенно больше объема, занимаемого жидким чугуном. Образование высокого, хаотичного слоя из твердых материалов-охладителей над твердожидкой ванной приводит в начальный момент плавки к интенсификации процесса окисления железа из состава металлошихты и, как следствие, к его испарению из реакционной зоны и угару, прежде всего «в пыль», снижая тем самым выход жидкого металла и ухудшая экологическую обстановку. Нередко слой лома над твердожидкой ванной вызывает конструктивные повреждения кислородной фурмы, вследствие ее удара о твердую шихту, что снижает производительность сталеплавильного агрегата.

В металлургической практике существует ряд технологий по подготовке лома, которые во многом способны решать проблемы о которых сказано выше. Прежде всего, это первичное измельчение крупных негабаритных кусков лома, окускование мелочи, брикетирование и металлургический способ подготовки лома. Однако большинство предприятий не способно использовать данные технологии. Их внедрение отразиться на себестоимости готовой продукции, т.к. ценовая политика на сегодняшний день очень «чувствительна» по отношению к нововведениям.

В свою очередь все перечисленные выше факторы зачастую приводят к технологической нестабильности конвертерного процесса: увеличению массы шлака и значительным потерям железа с ним в виде оксидов и корольков, повышенному газо- и дымообразованию, выбросам и т.п. Снижаются основные технико-экономические параметры плавки, показатели по чистоте выплавляемого металла, повышается нагрузка на экосистему. Следовательно, ограничивается производство высококачественной стальной продукции, прежде всего таких видов, как холоднокатаный низкоуглеродистый листовой прокат для автомобильной промышленности высоких категорий вытяжки и качества поверхности, ряда других марок. Существующая на мировом рынке стали жесткая конкуренция требует повышения конкурентоспособности отечественного металла. Выплавка в условиях кислородно-конвертерного процесса «рядовых» марок сталей делает данную технологию не рентабельной с позиций высоких затрат на шихтовые материалы («первородное» сырье).

Таким образом, проблемы дефицита стального лома, повышения качества и увеличение объемов выплавляемой конвертерной стали на сегодняшний день являются актуальными.

В сложившихся условиях их решение возможно при совершенствовании традиционного состава и технологического режима формирования металлошихты - этапов предопределяющих ход и результаты конвертерного процесса, с использованием альтернативных материалов-охладителей на основе первородного сырья, с высокими физическими характеристиками взамен металлического лома.

К классу этих материалов относятся твердый чугун, железо прямого восстановления, горячепрессованное железо и др. Однако, как показал опыт, объемы использования данных материалов весьма ограничены в связи с достаточно высокой стоимостью, специальными требованиями к их хранению и транспортировке, а также технологическими особенностями использования в плавке.

Следовательно, работы по созданию и применению новых альтернативных наиболее технологичных видов металлошихты также являются актуальными при решении проблем производства высококачественных сталей.

К числу таких материалов относится новый синтетический композиционный материал Синтиком®. Это новая разработка в области металлической шихты, выполненная инжиниринговой фирмой ООО «НПМП «Интермет-Сервис» совместно с ЦНИИЧермет им. И.П. Бардина, ГТУ V

МИСиС, ИМЕТ им. A.A. Байкова РАН, при участии ОАО «Северсталь», ОАО «Тулачермет», ОАО «HJIMK» и др. Работа удостоена премии Правительства РФ в области науки и техники, дважды Дипломом с отличием и Золотыми медалями Всемирной выставки изобретений «Эврика-Брюссель». Синтиком® новый универсальный композиционный материал, включающий в себя первичные компоненты с известным составом, происхождением и наследственностью, обладает всеми свойствами и преимуществами первородной шихты. Характеризуется, прежде всего, постоянством геометрических размеров, сложной индивидуальной двойственной металлургической природой, минимально возможной степенью загрязнения примесями, гарантированным, стабильным и заранее заданным химическим составом, а также механизмом воздействия на ход восстановительно-окислительных процессов в сталеплавильных агрегатах. Производство синтикома требует минимальных дополнительных капиталовложений и в кратчайшие сроки может быть организовано на базе имеющихся в доменных цехах разливочных машинах.

Создание данного материала способствует решению проблемы обеспечения сталеплавильного производства чистыми первородными шихтовыми материалами с заранее известными стабильными физическими характеристиками. Однако полностью исключать стальной лом из состава шихты не целесообразно, т.к. необходимо перерабатывать отходы собственного металлургического производства и других отраслей промышленности. Переход на 100% замену лома альтернативными видами металлошихты неминуемо потребует внесения корректировок в традиционную технологию ведения конвертерной плавки. Тем не менее, имеющийся промышленный опыт использования синтикома в составе металлошихты показал, что даже относительно небольшое его процентное содержание в составе твердой части шихты (~20^-25%) способно внести качественные изменения в технологические параметры выплавки стали.

Таким образом, отсутствие необходимого количества «качественного» стального лома и появление класса альтернативных материалов-охладителей с новым комплексом металлургических свойств привело к необходимости проведения исследований процесса формирования металлозавалки в объеме конвертера, определения оптимального состава и технологического режима загрузки комплексной металлошихты, а также расположения композиционного материала в ее слое. Известно, что именно качественные характеристики материалов-охладителей, их физико-химические свойства, способ загрузки и характер распределения в рабочем объеме сталеплавильного агрегата в значительной степени предопределяют ход конвертерной плавки, технико-экономические параметры процесса, качество готового металла и степень воздействия на экосистему. Изучение этих вопросов также важно, как и исследование режимов продувки конвертерной ванны.

Цель работы - исследовать зависимость процесса шихтообразования в рабочем объеме кислородного конвертера от состава металлошихты, физических характеристик и последовательности загрузки материалов-охладителей. Установить влияние физико-химических свойств композиционного материала, режима формирования комплексной металлозавалки на основные процессы и технико-экономические показатели выплавки конвертерной стали.

Объектом исследования является процесс формирования металлозавалки в рабочем объеме кислородного конвертера.

Предмет исследования - влияние состава, «качественных» характеристик и способа загрузки металлошихты на процесс шихтообразования и технико-экономические показатели выплавки конвертерной стали.

Кислородный конвертер представляет собой «закрытый» сталеплавильный агрегат, который не позволяет визуально исследовать процессы, происходящие в его рабочем объеме. Поэтому для достижения поставленной цели была разработана методика проведения исследований на базе на теории физического моделирования.

В ходе настоящей работы решались следующие задачи:

- построение и анализ физической модели процесса формирования металлозавалки в кислородном конвертере по традиционной технологии;

- расчет нового оптимального состава металлошихты с использованием композиционного материала Синтиком®;

- исследование режимов загрузки и формирования комплексной металлозавалки с различными физическими характеристиками;

- исследование физико-химических процессов, протекающих в слитке композиционного материала при его нагреве и плавлении;

- исследование механизма «зажигания» конвертерной плавки и особенностей плавления металлошихты для разных режимов шихтообразования; разработка методики предварительной оценки процесса шихтообразования в рабочем объеме кислородного конвертера;

- разработка технологических решений для совершенствования традиционной конвертерной технологии на основе комплексного анализа результатов физического моделирования и исследований металлургических свойств композиционного материала;

- проведение промышленной апробации и внедрение разработанных технологических режимов формирования комплексной металлозавалки.

Научная новнзна исследовательской работы, отражающая значимость данной проблематики: ^

- впервые разработана физическая модель процесса формирования металлозавалки в рабочем объеме кислородного конвертера по традиционному технологическому режиму и режиму с применением композиционного материала Синтиком®;

- исследовано влияние «качественного» состава и способов загрузки металлошихты на формирование структуры металлозавалки;

- впервые на основе моделирования установлена математическая зависимость процесса шихтообразования от физических свойств твердого материала-охладителя; исследованы особенности протекания окислительно-восстановительных реакций при плавлении синтикома и установлено их влияние на основные процессы и показатели конвертерной плавки; разработан алгоритм расчета параметров традиционного технологического режима шихтообразования;

- установлена зависимость технико-экономических параметров выплавки конвертерной стали от состава, «качественных» характеристик и технологического режима формирования металлозавалки.

Практическая ценность. На основе результатов исследований разработан, промышленно опробован и внедрен новый технологический режим формирования комплексной металлозавалки с использованием ' композиционного материала Синтиком® на металлургическом заводе «Хута

Катовице» (Польша), способствующий решению вопросов дефицита качественной металлошихты, повышения технико-экономических показателей производства, качества и объемов выплавки конвертерной стали, в т.ч. категории ВОСВ. Экономическая эффективность его внедрения составляет 4,82 $/тонну стали.

Созданы методика и алгоритм расчета основных параметров процесса шихтообразования, которые позволяют прогнозировать физическую картину формирования металлозавалки в конвертере при разных технологических и производственных условиях, контролировать начальное положение кислородной фурмы относительно высшей точки твердой части металлошихты с целью предотвращения ее конструктивных повреждений.

Разработаны технологические рекомендации для внедрения нового режима формирования комплексной металлозавалки на большегрузных 4 кислородных конвертерах.

На защиту выносятся следующие основные позиции научно-исследовательской работы:

- методика и результаты исследований физической модели процесса формирования металлозавалки в кислородном конвертере при использовании шихтовых материалов традиционного состава и с применением композиционного материала Синтиком®;

- новый усовершенствованный технологический режим формирования металлозавалки на основе применения класса композиционных материалов;

- результаты исследований влияния металлургических характеристик синтикома и нового режима шихтообразования на процессы «зажигания» конвертерной плавки, шлакообразования, кинетику окисления примесей

Ф металлошихты и железа, его потери;

- алгоритм расчета параметров традиционного конвертерного режима формирования металлошихты;

- результаты промышленных исследований влияния состава и разработанного режима формирования металлозавалки на ход конвертерного процесса, технологические показатели выплавки стали и экономическую эффективность внедрения в производство;

- технологические рекомендации для выбора режима формирования комплексной металлошихты.

Достоверность результатов проведенных исследований обеспечивается с помощью применения апробированных методик измерения и обработки данных. Обоснованность полученных резельтатов, выдвинутых положений, выводов и рекомендаций, сделанных в настоящей работе, подвержена результатами физического моделирования изучаемого процесса и опытно-промышленными исследованиями. Достоверность результатов промышленной апробации новых технологических режимов формирования металлозавалки подтверждена техническим отделом конвертерного цеха завода «Хута-Катовице», сотрудниками «НПМП Интермет-Сервис» (Россия) - разработчики данного материала, которые осуществляли полное техническое сопровождение работы, а также сотрудниками Ченстоховского Политехнического института (Польша), принимавших участие в исследованиях и обработке результатов плавок.

Апробация работы: Основные положения и результаты исследований докладывались на Восьмом международном конгрессе сталеплавильщиков (г. Нижний Тагил, 2004 г.); семинарах лаборатории физической химии металлических расплавов ИМЕТ им. A.A. Байкова РАН; конференции аспирантов и молодых специалистов ИМЕТ им. A.A. Байкова РАН (2004 г.).

Доклад по результатам настоящей научно-исследовательской работы удостоен диплома «Лучший доклад на восьмом международном конгрессе сталеплавильщиков» на секции конвертерное производство (г. Нижний Тагил, 2004 г.).

Публикации: По теме диссертации опубликовано 3 статьи и тезисы 3-х докладов.

Структура н объем работы. Диссертационная работа общим объемом 211 страниц, в том числе 31 рисунок и 34 таблицы. Включает в себя введение, четыре главы, заключение, библиографический список из 69 наименований, 14 приложений объемом 27 страниц.

4.6. Выводы

1. На опытно-промышленных плавках использовался материал Синтиком® марки СК15, произведенный российским ОАО «ЛМЗ «Свободный Сокол», отличающийся пониженным содержанием серы и фосфора и повышенным содержанием углерода.

2. В ходе исследований композиционный материал использовали в комбинации с самыми различными видами металлошихты - от легковесного до тяжеловесного лома, значительно отличающихся друг от друга своими свойствами при различном соотношении их долей в твердой металлозавалке. Доказано, что качественные характеристики металлошихты, способ их загрузки и режим формирования металлозавалки предопределяют ход сталеплавильного процесса и основные технико-экономические показатели.

3. Установлено, что Синтнком® может применяться в комбинации с различными шихтовыми материалами без каких-либо ограничений. Подтверждена технологичность материала, его пожаро- и взрывобезопасность.

4. Опробованы различные способы формирования твердой металлозавалки - с загрузкой материала Синтиком® на днище конвертера, в середину между слоями лома - нижним и верхним, сверху - поверх лома. Установлено, что при доле синтикома в составе металлошихты от 5 до 30 тонн на плавку или 6,25-^37,5% от массы твердых материалов-охладителей способ подачи композиционного материала не оказывает существенного влияния на технологические показатели выплавки стали ввиду его относительно малого процентного содержания. При доле синтикома в твердой металлозавалки выше 45% или 35000 кг оптимальным является технологический режим формирования металлозавалки с загрузкой данного р материала на слой стального лома, при этом значительно повышаются технологические показатели плавки. Это прямо подтверждает выводы о прямом влиянии процентного состава и режима формирования металлозавалки, с учетом нового комплекса металлургических (физико-химических) свойств композиционного материала, на зарождение и протекание основных процессов конвертерной плавки, как результат на технико-экономические параметры выплавки стали.

5. Отработаны технологические режимы ведения плавки с применением в составе твердой части металлозавалки до 50% материала Синтиком® с сохранением основных параметров дутьевого режима, что подтверждает расчеты сопряженных материально-тепловых балансов. Продувка ванны на всех опытно-промышленных плавках проходила

Щ спокойно без выбросов и всплесков. Увеличение его содержания выше 50% от массы твердой металлошихты требует корректировки дутьевого режима.

6. Продолжительность продувки на опытно-промышленных плавках с применением нового материала в среднем составила 17,39 минут при расходе кислорода на плавку 17116 м3. Удельный расход кислорода равен в среднем 0,053 м3/кг стали и соответствует традиционной технологии.

7. На проведенных плавках достигнута высокая степень дефосфорации расплава, что позволило выплавлять стали со средним содержанием фосфора 0,0135%. Обращает на себя внимание, что указанное значение получено при высоком содержании фосфора в исходном чугуне (0,10-0,105%), и меньшей основности конечного шлака на сравнительных плавках — 3,37 вместо 4,36.

8. Среднее содержание углерода в металле по окончании продувки при использовании синтикома соответствовало значениям традиционных плавок - 0,04+0,05%, несмотря на замену лома композиционным материалом, основой которого служит передельный чугун. Этот факт имеет особое значение и подтверждает, что окисление углерода в синтикоме происходит со скоростью, близкой к скорости обезуглероживания жидкого чугуна.

9. Несмотря на широкие пределы изменения расхода материала Спитаком® 6,25 + 57,45% или 5000 + 45000 кг на плавку, достигнуто стабильное содержание углерода — 0,04% и необходимая температура стали (1653,5 °С). Эти данные подтверждают с одной стороны равенство охлаждающих эффектов стального лома и синтикома марки СК15, а с другой стороны указывают на полное восстановление оксидов железа в композиционном материале углеродом, кремнием, марганцем и фосфором независимо от его относительной доли в твердой металлозавалке.

10. Полученный металл по окончании продувки имеет высокую чистоту по содержанию Сг, Си, а также Аб и Бп, что снимает ограничения с возможного марочного сортамента сталей выплавляемых на заводе «Хута Катовице», делая реальным производство листового проката, в т.ч. ВОСВ.

11. Средний выход жидкой стали на опытно-промышленных плавках увеличился с 89,46 до 90,57% по сравнению с традиционными, что свидетельствует о значительном снижении степени окисления железа и его угара «в пыль» за счет использования композиционного материала в составе шихты кислородного конвертера.

12. Анализ баланса железа показал, что использование синтикома обеспечивает увеличение выхода стали при изначально меньшем содержании железа в металлошихте в среднем на 3758,56 кг (~0,5%) от массы железа в металлошихте. Основным преимуществом технологии с применением композиционного материала является сокращение суммарных потерь железа на 2,05% и, прежде всего снижение потерь железа с пылью. Режим с загрузкой синтикома на слой лома способствует их снижению на 2,82% по сравнению с традиционной технологией. Это указывает на то, что использование композиционного материала взамен части лома, при оптимальном режиме шихтообразования, создает наиболее оптимальные физико-химические условия для протекания основных конвертерных процессов, позволяет повысить показатели плавки, снизить нагрузку на экосистему.

13. Расход извести на плавку, несмотря на замену лома композиционным материалом основу которого составляет передельный чугун, сократился с 10700 до 9800 кг без ухудшения процесса дефосфорации.

14. Опытно-промышленные испытания доказали влияние синтикома на формирования металлозавалки, а именно способствует снижению ее суммарной высота и высоты слоя твердых охладителей над уровнем твердожидкой ванны. При работе по традиционной технологии в условиях конвертерного цеха завода «Хута-Катовице» в момент зажигания плавки высота фурмы относительно днища конвертера составляет в среднем 4ч-4,4 м при насыпном весе лома -1000 кг/м3. При проведении опытно-промышленных испытаний для технологии с заменой 50% лома на композиционный материал, основываясь на результатах моделирования, высота фурмы относительно днища конвертера составляла в среднем 3,5-^3,6 м, с сохранением основных параметров дутьевого режима.

15. Применение композиционного материала Синтиком позволяет использовать низкосортный лом без ухудшения ТЭП плавки. Данное обстоятельство подтверждается опытными плавками на которых использовался тяжеловесный и легковесный лом без предварительной их л подготовки. Средняя его насыпная плотность составляла <900-1000 кг/м , который характеризуется как лом невысокого качества.

16. На основе настоящей научно-исследовательской работы разработаны основные технологические рекомендации, которые позволят при работе на большегрузных кислородных конвертерах выбрать необходимый режим формирования металлозавалки с использованием композиционного материала Синтиком®.

17. По результатам промышленных исследований на заводе «Хута Катовице» (Польша) внедрен технологический режим формирования металлозавалки с использованием композиционного материала Синтиком® в составе твердой части металлошихты. При объеме производства 5 млн. тонн стали в год использование синтикома в составе металлозавалки взамен стального лома в весовом соотношении 1:1 по массиву позволит получать дополнительно 55500 тонн стали за указанный период, что принесет дополнительную прибыль 3,95 доллара/тонну стали. Годовая прибыль в этих условиях составит 19,76 млн. долларов США.

Технологический режим с загрузкой синтикома на слой металлолома позволит дополнительно получать 79500 тонн стали в год. Прибыль составит 4,82 долларов/тонну стали, годовая прибыль - 24,11 млн. долларов США.

По результатам проведенной работы получен акт внедрения настоящей разработки и расчет технико-экономической эффективности ее использования в условиях реального производства.

А/к ООО "Научно-производственное малое предприятие

ШК^с Интермет-Сервис"

Россия, ЗС0012, гЛула, Ул. М.Тср:за,18, сфис!5 Тел. (0372) 33-26-57,33-17-93. Факс (0372) 33-26-57 Е-гааП: imsk@tula.Ret

Свидетельство о госаккредитации научной организации Ка 3211 от 17.10.01)

ОГРН1027100969703 ШШ 7105020399 КПП710701001

Утверждаю ч»

Е^Н^щ^льный директор пвШ^Щэ^МП Интермет-Сервис» е г"рУГ.'.' . ¡г |уУ| 11

Дорофеев Г.А.

ЬжМкля 2004 г. внедрении научио-исследовательской работы

Разработка режимов формирования металлозавалки в кислородном конвертере с применением композиционных материалов и исследование их влияния на технологические показатели выплавки стали»

В 2003 году в кислородно-конвертерном цехе металлургического завода «Хута Катовице» (Польша, г. Катовице) «НПМП Интермет-Сервис» (Россия, г. Тула) проведены опытно-промышленные исследования влияния композиционного материала Синтиком® в составе традиционной металлошихты на формирование структуры металлозавалки. Изучена зависимость технико-экономических показателей конвертерного процесса и качества выплавляемой стали от состава и режима шихтообразования.

Результаты исследований показали, что применение синтикома в составе твердой металлозавалки способствует увеличению выхода жидкой стали, снижению степени суммарных потерь железа и его угара с дымом, нагрузки на экосистему, повышению чистоты выплавляемого металла по содержанию цветных металлов, фосфору и сере с сохранением традиционного дутьевого режима. Установлено, что оптимальным режимом формирования комплексной металлозавалки является режим с загрузкой синтикома на слой стального лома.

Представленная разработка позволяет решить проблемы дефицита качественной металлошихты, расширить сортамент и объем выплавляемых конвертерных сталей, в т.ч. перейти к производству сталей для листового проката (категории ВОСВ), на металлургических предприятиях, располагающих необходимыми производственными мощностями. Настоящая технология может быть внедрена на Российских металлургических предприятиях: ОАО «Северсталь», ОАО «НЛМК», ОАО «ММК».

Технический директор

Заместитель генерального директора по экономике

Д.А. Совков

Утверждаю

Генеральный директор

Q^dyQMn Интермет-Сервис» Дорофеев Г.Л.

Технико-экономическая эффективь

CEPBl'C^ материала Синтиком® марки СК15 в сос¥гше=?й5рдой металлозавалки взамен ания композиционного части стального лома

Затраты

Стоимость шихтовых материалов на тонну стали, $ 240,04 240,25 241,18

А стоимости шихтовых материалов, $ - + 0,21 +1,14

В м х од н м с 11 а р а м c i р м

Выход стали, % 89,46 90,57 91,05

Д тали, % - + 1,11 + 1,59

Годовой объем производства, т 5000000 5055500 5079500

Д годовой производительности, т - + 55000 + 79500

Выпуск дополнительной товарной продукции, млн.$ / год - + 20,81 + 29,81

Увеличение прибыли, млп.$ / год - + 19,76 + 24,11

Увеличение прибыли, $/т стали - + 3,95 + 4,82

Материалы (статьи) Входные параметры Цена, S/T

Масса, т/%

Традиционная технология Опытная технология - без учета способа загрузки синтикома (по массиву) Опытная технология с загрузкой синтикома на слой лома

Жидкий чугун (но себестоимости) 280,14/78,4 278,04/78,2 278,0/77,6 214

Стальной лом 77,43/21,6 52,39/14,7 40,0/11,2 190

Синтиком4'марки СК15 - 25,0/7,1 40,0/11,2 243

Ферросплавы 2,7/1 2,7/1 2,7/1 630

Цена литой заготовки, $/т

375

Технический директор C.B. Руднев

Заместитель генерального ^ директора по экономике Д-Л. Совков

1. Впервые разработана физическая модель процесса формирования металлозавалки в кислородном конвертере при использовании металлошихты традиционного состава и с применением композиционного материала Синтиком®.

2. Моделирование различных технологических режимов шихтообразования показало, что основными параметрами, определяющими структуру металлозавалки, являются состав, физико-химические свойства и способ загрузки шихтовых материалов.

3. По результатам моделирования получены математические зависимости, описывающие влияние физических свойств материалов-охладителей на формирование металлозавалки.

4. Установлено, что технологический режим с заменой 50% стального лома на синтиком с его загрузкой на слой металлолома обеспечивает равномерную, компактную и прогнозируемую укладку металлошихты.

5. Доказано, что технологические свойства синтикома при разработанном режиме шихтообразования создают оптимальные термодинамические условия для «зажигания» конвертерной плавки, обеспечивают интенсификацию процессов плавления и шлакообразования, уменьшение испарения и угара железа, увеличение выхода годного металла при меньшем содержании железа в металлошихте по сравнению с традиционной технологией.

6. Разработан алгоритм расчета основных параметров процесса шихтообразования для разных технологических и производственных условий.

7. Доказано, что режим формирования комплексной металлозавалки с загрузкой композиционного материала на слой металлолома способствует увеличению выхода стали, обеспечивает требуемое содержание Сг, Ыц Си, Р и 8, снижение нагрузки на экосистему, позволяет увеличить объем производства и расширить сортамент высококачественных сталей с жестко регламентированным химическим составом.

8. Установлено, что синтиком марки СК15 является высокотехнологичным материалом, позволяет заменять стальной лом в весовом соотношении 1:1 с сохранением дутьевого режима конвертерной плавки. Его использование решает проблему обеспечения сталеплавильного производства металлошихтой требуемого качества.

9. Разработаны технологические рекомендации по выбору режима формирования металлозавалки с использованием синтикома.

10. Экономическая эффективность при использовании режима формирования комплексной металлозавалки с загрузкой композиционного материала Синтиком® на слой стального лома составляет 4,82 доллара/тонну стали.

1. Черная металлургия России на фоне мирового рынка. A.M. Седых, О.В. Юзов, С.З. Афонин. 2-е изд., перераб. и доп. М.: ЗАО «Издательство «Экономика», 2003 — С. 256.

2. Некрасов В.М. Развитие металлургии на современном этапе// Труды седьмого конгресса сталеплавильщиков. М.: Черметинформация, 2003. - С. 22-31.

3. Сталь на рубеже столетий / Под. науч. ред Ю.С. Карабасова. — МИСиС. 2001 - С. 664.

4. Айзатулов P.C., Протопопов Е.В., Соколов Г.А. Высокоэффективная комплексная технология конвертерной плавки в современных условиях. // Труды шестого конгресса сталеплавильщиков. М.: Черметинформация, 2001.-С. 48-50.

5. Шахпазов Е.Х., Собкин С.И., Бондаренко В.А., Анохин А.И. и др. Производство кислородно-конвертерной холоднокатаной стали марки 08Ю для автомобильного листа // Экспрессинформация. Сер. Сталеплавильного пр-ва. Выпуск 5. М., 1975.

6. Шахпазов Е.Х., Свяжин А.Г. Чистая сталь преимущественно кислородно-конвертерным процессом // Тез. докл. Перв. Всесоюз. Конф. «Совершенствование металлургической технологии в машиностроении». -Волгоград, 1990.

7. Тепловая работа кислородных конвертеров. Баптизманский В.И., Бойченко Б.М., . Черевко В.П. М.: «Металлургия», (Проблемы сталеплавильного производства), 1988-С. 174.

8. Металлолом в шихте кислородных конвертеров. Баптизманский В.И., Бойченко Б.М., Третьяков Е.В. М.: «Металлургия», 1982 С. 136.

9. Металлургия стали. Теория и технология плавки стали. Бигеев A.M., Бигеев В.А. Учебник для вузов, 3-е изд. Перераб. и доп. Магнитогорск: МГТУ, 2000 С. 544.

10. Воскобойников В.Г., Еднерал Ф.П., Кудрин В.А., Якушев A.M. Общая металлургия. М., «Металлургия», 1973 С. 462.

11. Шахпазов Е.Х., Поживанов A.M., Арсентьев И.В. и др. Выплавка низкоуглеродистой конвертерной стали с использованием в качестве охладителя металлизованных окатышей. Бюл. Ин-та Черметинформация. №6, 1987.

12. Кудрявцев B.C., Пчелкин С.А. Металлизированные окатыши. М.: «Металлургия», 1974.

13. Шахпазов Е.Х., Антипов В.Г., Тишаев С.И., Вяткин Ю.Ф., Свяжин yft А.Г., Чистая сталь. Возможности перспективы. Физико-химические основыметаллургических процессов (часть 1), 1991.

14. Тепловая работа кислородных конвертеров. Баптизманский в.И., Бойченко Б.М., Черевко В.П. М.: «Металлургия», (Проблемы сталеплавильного производства), 1988 С. 174.

15. Энциклопедический словарь по металлургии. Том 1 / Глав. ред. Н.П. Лякишев. М.: «Интермет Инжиниринг». - 2000.

16. Шахпазов Е.Х., Зинченко С.Д. Выплавка чистой стали в большегрузных конвертерах. Бюл. Ин-та Черметинформация. № 7, 1990.

17. Шахпазов Е.Х., Поживанов A.M., Рябов В.В. и др. Получение качественной низкоуглеродистой стали с низким содержанием цветных металлов. М.: «Металлургия», № 4, 1982.

18. Гузенко С.А., Шахпазов Е.Х. Производство особочистой стали: рациональные рафинирующие технологии. Современные проблемы металлургического производства // Сборник трудов, 2002.

19. Гудим Ю.А., Галян B.C. Проблемы сбора и подготовки лома для отечественных электросталеплавильных цехов // Сталь. 1999. - № 12. -С. 26-28.

20. Дорошенко Н.В. Проблемы использования запасов амортизационного лома в металлургическом производстве // Сталь. -1999. -№3.-С. 71-74.

21. Кряковский Ю.В., Явойский В.И., Григорьев В.П. и др. Металлургия стали. М.: Металлургия, 1983. С. 582.

22. Иоффе В.Г., Климов Б.П., Климов Jl.Yl.il Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1978, №3.-С. 176-180.

23. Юзов О.В., Чаплыгин В.А., Шлеев А.Г. .// Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1977, №3.-С. 177-181.

24. Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев A.M. Общая металлургия: Учебник для ВУЗов — 4-е изд., перераб. и доп. М.,f «Металлургия», 1981. С. 480.

25. Бигеев A.M. Металлургия стали. Учебник для ВУЗов, 2-е изд. перераб. и доп. М: Металлургия, 1988. - С. 480.

26. Дорофеев Г. А., Афонин С. 3. Перспективы производства и использования синтикома, представляющего новое поколение шихтовых материалов для производства стали. // Труды пятого конгресса сталеплавильщиков. М.: Черметинформация, 1999. - С. 25 -30.

27. Руднев C.B. Определение закономерности изменения скорости окисления углерода при нагреве и плавлении различных видов синтикома // Известия ТулГУ. Научные основы решения проблем металлургических производств. Выпуск 2. Тула, 2002. - С. 117 - 123.

28. Шихтовая заготовка для сталеплавильного передела. / Дорофеев Г.

29. А., Пухов А. П., Белкин А. С., Ивашина Е. Н., Макуров А. В., Ситнов А. Г.1. Патент РФ № 2075520.

30. Композиционная шихта для выплавки стали. / Дорофеев Г. А.,

31. Афонин С. 3., Уткин Ю. В., Макуров А. В. Патент РФ № 2044061.

32. Чушка для металлургического передела. / Дорофеев Г. А., Афонин С. 3., Макуров А. В., Ситнов А. Г. Патент РФ № 2087546.

33. Композиционная шихта для выплавки стали. / Дорофеев Г. А., Афонин С. 3., Макуров А. В., Ситнов А. Г. Патент РФ № 2092571.

34. Композиционная шихта для металлургического передела. / Дорофеев Г. А., Афонин С. 3., Макуров А. В., Ситнов А. Г. Патент РФ № 2094478.

35. Шихтовая заготовка для металлургического передела. / Дорофеев Г. А., Афонин С. 3., Ситнов А. Г. Патент РФ № 2092573.

36. Шихтовая заготовка для металлургического передела и способ ее получения. / Дорофеев Г. А., Тамбовский В. И., Макуров А. В., Ситнов А. Г., Белобрагин С. В., Панфилов А. Н. Патент РФ № 2089331.

37. Дорофеев Г. А., Воробьев А.Г. Перспективы развития производства и использования в сталеплавильном производстве композиционного шихтового материла «Синтиком®». // Труды седьмого конгресса сталеплавильщиков. М.: Черметинформация, 2003. - С. 69 — 74.

38. Отраслевой каталог. Продукция черной металлургии. Чугун. ЦНИИ информации и технико-экономических исследований черной металлургии, 1988.-С. 12.

39. Теплофизические свойства топлив и шихтовых материалов черной металлургии. Справочник. М.: Металлургия, 1982. - С. 150.

40. Дорофеев Г. А., Уткин Ю. В., Афонин С. 3. Новые виды металлошихты для сталеплавильного производства типа синтиком и их особенности. // Труды третьего конгресса сталеплавильщиков. М.: Черметинформация, 1997. - С. 32 - 35.

41. Разливочная машина для получения шихтовой заготовки. / Дорофеев Г.А., Тамбовский В.И., Гришин И.Ф., Ситнов А.Г., Панфилов А.Н. Патент РФ № 2075367.

42. Способ получения шихтовой заготовки / Дорофеев Г.А., Афонин С.З., Макуров А. В. Патент РФ № 2113503.

43. Способ получения полуфабриката для металлургического передела./ Дорофеев Г. А., Тамбовский В. П., Макуров А. В., Жбанова А. В. Патент РФ №2127651.

44. Способ получения шихтовой заготовки и устройство для его осуществления. / Дорофеев Г. А., Тамбовский В. И., Макуров А. В., Ситнов А. Г., Попов А. Б. Патент РФ № 2088374.

45. Борнацкий И.И. Физическая химия основного мартеновского процесса. М., Металлургиздат, 1961 - С. 292.

46. Меджибожский М.Я. Основы термодинамики и кинетики сталеплавильных процессов. Киев-Донецк: Вища шк. Головное изд-во, 1986 -С. 280.

47. Баптизманский В.И. Механизм и кинетика процессов в ¿г конвертерной ванне. М., Металлургиздат, 1960 - С. 285.

48. Явойский В.И., Дорофеев Г.А., Повх И.Л. Теория продувки сталеплавильной ванны. М., «Металлургия», 1974 С. 495.

49. Глинков М.А. Тепловая работа сталеплавильных ванн. М., «Металлургия», 1970 С. 408.

50. Зарвин Е.Я., Чернятевич А.Г., Волович М.И. Изучение процесса продувки конвертерной ванны с использованием фотосъемки // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1974. №12. - С. 33-37.

51. Чернятевич А.Г., Зарвин Е.Я. К вопросу моделирования кислородно-конвертерного процесса // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1978. №4.-С. 40-45.

52. Чумаков С.М., Филатов М.В., Зинченко С.Д., Лятин А.Б. Состояние и перспективы развития конвертерного производства ОАО «Северсталь». // Труды шестого конгресса сталеплавильщиков. М.: Черметинформация, 2001.-С. 41 -44.

53. Логические основания планирования эксперимента. Налимов В.В., Голикова Т.Н. 2-е изд., перераб. и доп. М., «Металлургия», 1980. С. 152.

54. Горский В.Г., Адлер Ю.П. Планирование промышленных экспериментов. М., «Металлургия», 1978. С. 112.

55. Таблицы планов экспериментов для факторных и полиномиальных моделей (справочное издание). Бродский В.З., Бродский Л.И., Голикова Т.Н., М., «Металлургия», 1982. С. 752.

56. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Методы планирования эксперимента. Пер. с англ. — М.: Мир, 1981.-С. 520.

57. Моделирование // БСЭ. 2-е изд. М.1954. - Т. 28. - С. 29-30.

58. Подобия теория // БСЭ. 2-е изд. М.1954. - Т. 33. - С. 424-425.

59. Зажигаев Л.С., Кишьян A.A., Романиков Ю.И. Методы планирования и обработки результатов физического эксперимента. М.,р Атомиздат, 1978. С. 232.

60. Цветов Э.И. Методические погрешности статистических измерений. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1984. - С. 144.

61. Организация эксперимента. Часть 2 / Под ред. С.А. Головина. Тула -ТулГУ, 2000.-С. 52.

62. Гмурман В.Е. Руководство к решению задач по теории вероятностей и математической статистике. М.: Высшая школа, 1979. С. 400.

63. Баптизманский В.И., Охотский В.Б., Бойченко Б.М. и др. Производство стали в кислородно-конвертерных и мартеновских цехах. Тематический отраслевой сборник. М.: Металлургия, 1978, №7. С. 5-10.

64. Явойский В.И., Ойкс Г.Н., Меджибожский В.Я., Левин С.Л. и др.

65. Металлургия стали. М.: Металлургия , 1973. С. 816.

66. Борнацкий И.И., Михневич В.Ф., Яргин С.А. Производство стали. -М.: «Металлургия», 1991. С. 400.

67. Гольдштейн H. Jl. Краткий курс теории металлургических процессов. Гос-е научно-техническое пр-во литературы по черной и цветной металлургии. Свердловское отд-е. Свердловск. 1961. С. 336.

68. Морозов А. Н. Современное производство стали в дуговых печах. Ч.: Металлургия, 1987.-С. 175.

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

70. Математическое описание и расчеты сталеплавильных процессов. Ученое пособие для вузов. Бигеев A.M.: Металлургия, 1982. С. 160.

71. Производство стали (Расчеты) / Под. ред. Г.Н. Ойкса. Москва, 1960. -С. 320.

72. Расчет материального и теплового баланса выплавки стали нотрадиционной технологии

73. Состав металлических шихтовых материалов, кг

74. Суммарная масса металлошихты, кг 3600001. Стальной лом 800001. Жидкий чугун 280000

75. Состав металлических шихтовых материалов, %1. Стальной лом 22,22221. Жидкий чугун 77,7778

76. Химический состав шихтовых материалов, % Стальной лом1. С 51 Мп Р Б РеО БЮ2 Ре0,15 0,15 0,25 0,04 0,05 0,7 1,05 97,611. Жидкий чугун1. С 51 Мп Р 5 РеО 5Ю2 Ре4,64 0,309 0,143 0,098 0,019 0 0 94,791

77. Состав металлошихты, кг Стальной лом

78. С 51 Мп Р 5 РеО 5Ю2 Ре Итого120 120 200 32 40 560 840 78088 800001. Жидкий чугун

79. С 51 Мп Р Б РеО 5Ю2 Ре Итого12992 865,2 400,4 274,4 53,2 0 0 265415 2800001. Баланс железа

80. Поступило железа металлического с шихтой, кг 343503

81. Поступило железа из оксидов с шихтой, кг 436,8

82. Всего поступило железа, кг 343940 Степень окисления железа:до РеО, % 1,3до Ре203,% (+прочие потерн) 6,1

83. Окислено железа в шлак, кг 4471,21

84. Окислено железа в дым, кг 20980,3

85. Перешло железа в расплав, кг 318488254521. С 51 Мп Р 5 Ре0,042 0 0,073 0,013 0,0184 99,85

86. Масса полученного расплава, кт 318956 С шихтой внесеноуглерода, кг 13112кремния, кг 985,2марганца, кг 600,4фосфора, кг 306,4серы, кг 93,2 Осталось в расплавеуглерода, кг 133,962кремния, кт 0марганца, кг 232,838фосфора, кг 42,7401серы, кг 58,688

87. Проверка по массе расплава 318956 Окислено за период плавки, кгуглерода, кг 12978кремния, кг 985,2марганца, кг 367,562фосфора, кг 263,66

88. Перешло серы в шлак, кг 34,512

89. Масса углеродсодержащего материала на плавку, кг О

90. Химический состав углеродсодержащего материала,1. С 951. Прочие 5

91. Всего окислено углерода из шихты, кг12978

92. Масса кислорода на образование оксида/масса оксида, кг1. С до СО 17304,1 / 30282,151 до Б ¡02 1125,94 / 2111,14

93. Мп до МпО 106,927 / 474,489

94. Р до Р205 340,206 / 603,8661. Поступило в шлак, кг 1. БЮ2 2951,141. СаО 01. МпО 474,4891. Р205 603,8661. РеО 5732,331. Л1203 01. Б 34,512

95. Прочих соединений Основность шлака Необходимое количество СаО, кг Химический состав извести и известняка, %23,3481. СаО С02 Прочиеизвесть 86 0 14известняк 51 35 144,3 12689,9100 % СаО поступило из извести 0 % СаО поступило из известняка

96. Из извести поступило СаО, кг 12690

97. Из известняка поступило СаО, кг 0

98. Всего поступило СаО с сыпучими, кг 12690

99. Расход извести на плавку, кг 14756

100. Расход известняка на плавку, кг 0

101. В шлак дополнительно внесено компонентов, кг 2065,8

102. В газовую фазу из известняка поступило С02 в количестве, кт 01. Масса шлака, кт 24552

103. Б&занс кислорода Общая потребность в кислороде наокисление примесей, кг 29130

104. Внесено кислорода с металлошихтой, кг 123,2

105. Необходимое количество 02 на плавку, кг29007

106. Поступило, кг Получено, кг

107. Стального лома 80000 Металла 318956,2974

108. Жидкого чугуна 280000 Шлака 24552,05097

109. Извести 14756 СО 30282,08951. Известняка 0 С02 0

110. Кислорода 29007 Fe203 29971,87943

111. Итого 403762 Итого 403762,31731. Приход тепла

112. Температура жидкого чугуна, С 1380

113. Физическое тепло жидкого чугуна, МДж 354619 Тепло внесенное экзотермическими реакциями, МДж1. С до СО 1195281. Si до Si02 265711. Мп до МпО 2572,91. Fe до Fe203 1542051. РедоРеО 211491. Р до Р205 6404,3

114. Степень дожигания СО до С02, % 8

115. Масса СО окисляемого до С02, кг 2422,6

116. Расход кислорода на дожигание, кг 1380,9

117. Масса С02 образовавшаяся в результатедожигания, кг 3803,4

118. Максимально возможное кол-во тепла отдожигания, МДж 24468

119. Степень полезного использования тепладожигания, % 20

120. Кол-во тепла от дожигания переданное вванне, МДж 4893,6

121. Теплота шлакообразования, МДж 95261. Расход тепла

122. Температура металла перед выпуском, С 1680

123. На нагрев металла, МДж 4690811. Температура шлака, С 1680

124. На нагрев шлака, МДж 56565 На разложение оксидов железа, МДж1. Fe203 до Fe 01. РеОдоРе 2066,111а разложение известняка, МДж 0

125. Температура отходящих газов, С 1600

126. Суммарное количество СО и С02, кг 31663 На нагрев отходящих газов (смеси СО и1. С02), МДж 59906

127. Масса дополнительно введенного 02, кг О

128. На нагрев кислорода, МДж О

129. Суммарный приход тепла, МДж 699469

130. Суммарный расход тепла, МДж 5876191. Тепловые потери, % 51. Тепловые потери, МДж29381

131. Приход тепла, МДж Расход тепла, МДж

132. Физическое тепло жидкого чугуна 354619 На нагрев металла 469081,4

133. Тепло, внесенное экзотермическими реакциями На нагрев шлака 56564,9

134. С до СО 119528 На разложение оксидов железа

135. Si до S¡02 26571 Ре203 до Ре 0

136. Мп до МпО 2572,9 РеО до Ре 2066,1

137. Fe до Fe203 154205 На разложение известняка 0

138. Fe до FeO 21149 На нагрев отходящих газов (смеси СО и С02) 59906,3

139. Р до Р205 6404,3 На нагрев кислорода 0

140. СО до С02 4893,6 Тепловые потери 29380,9

141. Теплота шлакообразования 9526

142. Итого 699469 Итого 616999,6

143. Расход сторонней тепловой энергии, МДж Потери при передаче сторонней энергии, % Расход сторонней тепловой энергии, МДж / кВт-ч

144. Расход сторонней энергии на 1 т стали, кВт-ч/т стали

145. Расход сторонней энергии на 1 т мсталлошнхты, кВт-ч/т-82469 О-82469 -71,82 -63,63-22908

146. Расчет материального и теплового баланса выплавки стали с использованием сиитикома (расход синтикома средний по массиву)

147. Состав металлических шихтовых материалов, кг

148. Суммарная масса металлошихты, кг 3600001. Стальной лом 550001. Жидкий чугун 2800001. Синтиком СК15 25000

149. Состав металлических шихтовых материалов, %1. Стальной лом 15,2781. Жидкий чугун 77,7781. Синтиком СК15 6,9444

150. Химический состав шихтовых материалов, % Стальной лом1. С Мп Р Б РеО БЮ2 Ре0,15 0,15 0,25 0,04 0,05 0,7 1,05 97,611. Жидкий чугун1. С Б! Мп Р 5 РеО БЮ2 Ре4,64 0,309 0,143 0,098 0,019 0 0 94,7911. Синтиком СК15

151. С Мп Р Б Ре203 РеО Б ¡02 СаО МпО Ремет Рсобщ Прочие3,83 0,72 0,031 0,032 0,014 13,57 0,29 0,8 0,025 0 80,625 т 90,35 0,0632

152. Состав металлошихты, кг Стальной лом

153. С Мп Р Б РеО 5Ю2 Рс Итого82,5 82.5 137,5 22 27,5 385 577,5 53686 550001. Жидкий чугун

154. С 51 Мп Р Б РеО Б ¡02 Ре Итого12992 865,2 400,4 274,4 53,2 0 0 265415 2800001. Синтиком

155. С Б! Мп Р Б Ре203 РеО БЮ2 СаО МпО Ремет Прочие Итого957,5 180 7,75 8 3,5 3392,5 72,5 200 6.25 0 20156 15,8 250001. Баланс железа

156. Поступило железа металлического с шихтой, кг 339257

157. Поступило железа из оксидов с шихтой, кг 2731,6

158. Всего поступило железа, кг 341988 Степень окисления железа:до РеО, % 1,2до Ре203,% 5,7

159. Окислено железа в шлак, кг 4103,9

160. Окислено железа в дым, кг 19493

161. Перешло железа в расплав, кг 318391

162. Химический состав металла по расплавлении, %1. С 5! Мп Р Б Ре0,042 0 0,073 0.013 0,0184 99.853

163. Масса углеродсодержащего материала на плавку, кг

164. Химический состав углеродсодержащего материала,1. Прочие 5

165. Всего окислено углерода из шихты, кг 13898

166. Масса кислорода на образование оксида/масса оксида, кг1. С до СО 18531 / 32429

167. Si до S¡02 1288,8 / 2416,51. Мп до МпО 91,02 / 403,91. Р до Р205 337,64 / 599,321. Поступило в шлак, кг 1. SÍ02 3194 1. СаО 6,25 1. МпО 403,9 1. Р205 599,32 1. FeO 5261,4 1. Л1203 0 1. S 25,53 1. Прочих соединений 15,8 1. Основность шлака 3,3

168. Необходимое количество СаО, кг 10534

169. Химический состав извести и известняка1. СаО С02 Прочиеизвесть 86 0 14известняк 51 35 14100 % СаО поступило из извести 0 % СаО поступило из известняка Из извести поступило СаО, кг 10534

170. Из известняка поступило СаО, кг 0

171. Всего посту пило СаО с сыпучими, кг 10534

172. Расход извести на плавку, кг 12249

173. Расход известняка на шавку, кг О

174. В шлак дополнительно внесено компонентов,кг 1714,8

175. В газовую фазу из известняка поступило С02в количестве, кг1. Масса шлака, кг1. Баланс кислорода

176. Общая потребность в кислороде на окисление примесей, кг

177. Внесено кислорода с мсталлошихтой, кг Необходимое количество кислорода на плавку, кгО2175529760 1118,4 28642

178. Поступило, кг Получено, кг

179. Стального лома 55000 Металла 318859

180. Жидкого чугуна 280000 Шлака 217551. Синтикома 25000 СО 324291. Извести 12249 С02 01. Известняка 0 Ре203 278481. Кислорода 28642 1. Итого 400890 Итого 4008901. Приход тепла

181. Температу ра жидкого чугу на, °С 1380

182. Физическое тепло жидкого чугуна, МДж 354619 Тепло внесенное экзотермическими реакциями, МДж1. С до СО 128001до 5Ю2 304141. МпдоМпО 2190,21. Ре до Ре203 1432761. РедоРеО 194111. Р до Р205 6356

183. Степень дожигания СО до С02, % 8

184. Масса СО окисляемого до С02, кг 2594,3

185. Теплота шлакообразования, МДж 10080 Расход тепла

186. Температура металла перед выпуском, С 1680

187. На нагрев металла, МДж 4689381. Температура шлака, С 1680

188. На нагрев шлака, МДж 50121 На разложение оксидов железа, МДж1. Fc203 до Fe FeO до Fe

189. На разложение известняка, МДж Температура отходящих газов, С Суммарное количество СО и С02, кг На нагрев отходящих газов (смеси СО и С02), МДж

190. Масса дополнительно введенного кислорода, кг11а нагрев кислорода, МДж Суммарный приход тепла, МДж Суммарный расход тепла, МДж Тепловые потери, %17454 1687,9 О1600 33908641530 0699589 602355 530118

191. Приход тепла, МДж Расход тепла, МДж

192. Физическое тепло жидкого чугуна 354619 На нагрев металла 468938,4

193. Тепло внесенное экзотермическими реакциями На нагрев шлака 50120,7

194. С до СО 128001 На разложение оксидов железадо ВЮ2 30414 Ре203 до Ре 17454,4

195. Мп до МпО 2190,2 РеО до Ре 1687,9

196. Ре до Ре203 143276 На разложение известняка 0

197. Ре до РсО 19411 На нагрев отходящих газов (смеси СО и С02) 64153,2

198. Р до Р205 6356 На нагрев кислорода 0

199. СО до С02 5240,5 Тепловые потери 30117,7

200. Теплота шлакообразования 10080

201. Итого 699589 Итого 632472,3

202. Расход сторонней тепловой энергии, МДж -67116

203. Потери при передаче сторонней энергии, % 0

204. Расход сторонней тепловой энергии, МДж /кВт-ч -67116 /

205. Расход сторонней энергии на 1 т стали, кВт-ч/тстали -58,47

206. Расход сторонней энергии на 1 тметаллошихты, кВт-ч/т -51,79-18643