УДК 669.184.244.66:669.184.24
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ КИСЛОРОДНОЙ ФУРМЫ И ДУТЬЕВОГО РЕЖИМА КОНВЕРТЕРНОЙ ПЛАВКИ В ККЦ ПАО «МК «АЗОВСТАЛЬ» *
© Сущенко Андрей Викторович1, канд. техн. наук; Цкитишвили Энвер Омаревич2, канд. техн. наук, ген. директор; Сидорчук Роман Сергеевич2, начальник технологического управления; Лигус Николай Николаевич2, начальник конвертерного цеха; Орличенко Михаил Павлович2, начальник сталеплавильного отдела технического управления
1 Приазовский государственный технический университет. Украина, Донецкая обл., г. Мариуполь. E-mail: sushchenko.andrei@gmail.com
2 ПАО «МК «АЗОВСТАЛЬ». Украина, Донецкая обл., г. Мариуполь Статья поступила 31.07.2013 г.
Разработаны, опробованы и внедрены в производство в конвертерном цехе ПАО «МК «АЗОВСТАЛЬ» (входящем в ООО «Метин-вест холдинг») новые конструкции наконечников кислородных фурм и дутьевые режимы конвертерной плавки, обеспечивающие улучшение технико-экономических показателей выплавки стали в различных шихтовых и производственных условиях работы цеха.
Ключевые слова: управление конвертерной плавкой; дутьевой режим; кислородная фурма; сопловой блок; оптимизация; парк фурм; технико-экономические показатели.
о МЕТ1НВЕСГ
ПАО «МК «азовсталь»
80 лет
В конвертерном цехе ПАО «МК «АЗОВСТАЛЬ» длительное время в качестве основной применялась кислородная фурма (далее по тексту -базовой конструкции), которая была разработана совместно со специалистами ПГТУ и внедрена в производство в 1995 г. [1, 2]. Фурма достаточно успешно использовалась до 2009 г. при выплавке стали, в том числе специального назначения [3].
Период 2009-2010 гг. В связи с внедрением технологии азотной раздувки высокомагнезиального шлака на футеровку конвертера и увеличением продолжительности ее кампаний, а также изменением шихтовых и производственных условий работы цеха к концу 2009 - началу 2010 г. ухудшились процессы шлакообразования, дефос-форации и десульфурации металла в конвертере, увеличилась интенсивность заметалливания оборудования. В связи с этим была поставлена задача разработки кислородной фурмы новой конструкции, позволяющей улучшить технико-экономические показатели (ТЭП) конвертерных плавок в сложившихся условиях работы цеха. При этом новая фурма должна была также повысить эффективность азотной раздувки модифицированного высокомагнезиального шлака на футеровку агрегата (в ККЦ МК «АЗОВСТАЛЬ», как и на
* В работе принимали участие: А.С.Гриценко, А.В.Трусов, А.А.Кученев, А.А.Конашевич.
большинстве зарубежных предприятий, для продувки плавки кислородом и для раздувки шлака азотом используется одна и та же фурма).
На основе анализа ТЭП и наблюдений за ходом продувки плавок было установлено, что дутьевой режим процесса с использованием кислородной фурмы базовой конструкции заметно смещен (от оптимального) в сторону «жесткой» продувки. На большом количестве плавок наблюдались замедленное шлакообразование в начальный период продувки и чрезмерное «свертывание» шлака в период преимущественного обезуглероживания расплава, что сопровождалось интенсивным выносом мелких капель металла, заметалливанием стволов фурм, горловины конвертеров и нижних ступеней охладителей конвертерных газов (ОКГ). В наибольшей степени отмеченная тенденция имела место при работе в заключительный период кампании по футеровке, на плавках с более «горячей» шихтовкой, при пониженном содержании Мп и в чугуне, применении БЖР и т.п. В отдельные периоды стойкость кислородных фурм до снятия для очистки от шлако-металли-ческой настыли («до заметалливания») снизилась до 5-7 плавок, что затрудняло выполнение цехом производственного плана. При вынужденном
Л.А.Котельников, А.С.Кучерявенко, Р.В.Кузенков,
«умягчении» продувки в указанных случаях за счет дутьевого режима (снижения расхода кислорода через фурму Уо2 и дополнительного увеличения рабочей высоты продувки Яф,р) имели место увеличение длительности операции и ухудшение перемешивания нижних объемов металла в ванне, затруднялось управление процессом. В результате был сделан вывод о необходимости «умягчения» сверхзвуковых кислородных струй с дополнительной возможностью увеличения коэффициента «жесткости» дутья (<<ж,д), в том числе для эффективного разбрызгивания шлака азотом на футеровку агрегата.
При создании новой конструкции соплового блока кислородной фурмы использовались теоретические положения и математическая модель макрокинетики кислородно-конвертерной плавки, а также алгоритм оптимизации дутьевых режимов и устройств кислородных конвертеров [4, 5]. При этом для определения характерных размеров реакционных зон (РЗ) использовали известные полуэмпирические зависимости [6-8], а для оценки параметров зон взаимодействия сверхзвуковых струй азота со шлаковым расплавом при его раз-дувке на футеровку - полуэмпирические выражения, приведенные в [9]. В результате численного моделирования было получено, что для «умягчения» кислородной продувки плавки при условии сохранения интенсивности (мощности) перемешивания металлической ванны (для устранения в ней нижних плохо перемешиваемых зон) целесообразным является увеличение относительной площади сечения РЗ Ррз = (ОрзАОв)2 на «5-10% при сохранении относительного заглубления дутьевых струй в расплав = Нрз/Нв, на уровне, характерном для базовой фурмы (Нрз, Брз - глубина и диаметр РЗ; Нв, Бв - глубина и диаметр конвертерной ванны в спокойном состоянии). Для этого было предложено использовать в качестве основных продувочных сверхзвуковые конические сопла Лаваля новой конструкции (с увеличенным углом раскрытия диффузора у = 30-40°) [2, 10] при одновременном увеличении диаметра минимального сечения сопел (^тт) до 47,5-48,0 мм. Такие сопла об-
ладают повышенной стойкостью к эрозийному износу. Истекающие из них сверхзвуковые струи имеют увеличенную радиальную составляющую скорости, что позволяет увеличить площадь РЗ и интенсифицировать процесс шлакообразования, а также обеспечить более направленное разбрызгивание шлака на футеровку в процессе его азотной раздувки. При этом расширение диапазона регулирования параметров продувки достигается благодаря увеличению и наличию определенного «запаса» давления кислорода перед соплами фурмы (на «0,5 бар). При необходимости увеличение уровня заглубления струй в расплав и интенсивности разбрызгивания шлака на футеровку конвертера обеспечивается увеличением расхода дутья через фурму, а также снижением высоты продувки в пределах оптимальных диапазонов регулирования.
Опытно-промышленные испытания пяти фурменных наконечников новой конструкции были проведены в мае-июне 2010 г. на обоих конвертерах (К): на К1 при текущей стойкости футеровки Лф « 2700-3900 плавок и на К2 при Лф « 800-1000 плавок. Средняя стойкость фурм до заметалли-вания Zзам составила 86 плавок (средняя по отдельным фурмам: 57, 63, 70, 86 и 156 плавок), что повысило соответствующий показатель для базовых фурм более чем в 5 раз. Средняя стойкость опытных наконечников до выхода из строя Zн составила 111 плавок (63, 86, 113, 139, 156 плавок), что было примерно в 1,3 раза выше средней стойкости базовых фурменных наконечников в указанный период работы цеха. На рис. 1 приведена динамика состояния торцевой части одного из опытных наконечников в процессе эксплуатации. Был отмечен значительно меньший эрозийный износ выходных участков продувочных сопел.
При использовании опытных фурм имело место заметное улучшение процесса шлакообразования в целом, продувка протекала более
Рис. 1. Опытный наконечник № 87
фурменный ствол; б - после 117 плавок
в процессе эксплуатации на фурме № 9: а - до установки на и первой очистки от настыли; в - после снятия головки со ствола фурмы (139 плавок)
стабильно и более управляемо, улучшились процессы рафинирования металла в конвертере, существенно снизилась интенсивность заметалли-вания горловины конвертеров и кессонов ОКГ. Уменьшились простои по замене фурм и обработке горловины агрегатов. Было также установлено, что при реализации технологии раздувки конечного шлака азотными струями на футеровку опытные фурмы позволяют осуществлять более направленный поток шлака на стены конвертера и заметно уменьшить размер летящих частиц шлака, что способствует образованию на футеровке более равномерного шлакового гарнисажа.
Для сравнительной оценки технологических показателей работы фурм с наконечниками новой и базовой конструкций были обработаны данные массивов опытных и сравнительных плавок, проведенных на К1 при его работе во вторую половину кампании по футеровке, т.е. в условиях, наименее благоприятных для протекания процесса шлакообразования. При формировании массивов были взяты все плавки указанного периода с однотипной шихтовкой (проведенные без обработки на вакууматоре), где был выполнен химический анализ металла и шлака после продувки. Осредненные показатели по массивам опытных (А) и сравнительных (Б) плавок представлены в табл. 1. Приведение показателей указанных массивов плавок к одинаковым шихтовым условиям по тепловому балансу осуществлялось через тепловые эквиваленты, выраженные в удельном расходе жидкого чугуна, по стандартной методике ИЧМ и типовой инструкции Минчермета СССР [6, 11]. Основность шлака Вш рассчитывалась с учетом содержания в нем MgO и Р2О5. Коэффициент дефосфорации металла в конвертере (кР) спределялся с учетом содержания фосфора во всех компонентах металлошихты. При использовании фурменных наконечников новой конструкции имели место: 1) улучшение процесса дефосфорации металла в конвертере; 2) тенденция к повышению содержания С и Мп в металле после продувки при снижении содержания БеО в конечном шлаке; 3) улучшение теплового баланса конвертерных плавок, эквивалентное снижению удельного расхода жидкого чугуна в металлоших-те плавки на Дтч,экв = 10-13 кг/т стали; 4) тенденция сокращения длительности продувки плавки, что связано с увеличением среднего минутного расхода кислорода на продувку. Исследования влияния работы фурм на выход жидкого металла и удельный расход металлошихты (МШ) показали, что при использовании фурм с сопловым бло-
Таблица 1. Осредненные показатели по массивам
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.