УДК 669.187.25
КОМПЛЕКС ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
И ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ СНИЖЕНИЯ
ЭНЕРГО- И МАТЕРИАЛОЕМКОСТИ ПРОЦЕССА ВЫПЛАВКИ
СТАЛЬНОГО ПОЛУПРОДУКТА В СОВРЕМЕННЫХ ДСП
© Зуев Михаил Васильевич1; Бабенко Анатолий Алексеевич2, д-р техн. наук ; Бурмасов Сергей Петрович3; Житлухин Евгений Геннадьевич1; Ушаков Максим Владимирович1; Белёв Александр Александрович1; Мурзин Александр Владимирович1; Степанов Александр Игоревич1, канд. техн. наук; Селиванов Евгений Николаевич2; Спирин Сергей Андреевич2
1 ОАО «Северский трубный завод». Россия, г. Полевской Свердловской обл., e-mail: ushakovmv@stw.ru
2 ФГБУН Институт металлургии УрО РАН. Россия, г. Екатеринбург, e-mail: ntm2000@mail.ru
3 ФГАОУ ВПО «УрФУ им. первого Президента России Б.Н.Ельцина». Россия, г. Екатеринбург, e-mail: gag@mtf.ustu.ru Статья поступила 15.04.2014 г.
СЕВЕРСКИЙ
ТРУБНЫЙ ЗАВОД
Описаны разработка и освоение технологического приема формирования по периодам плавки в ДСП магнезиальных шлаков рационального состава. Разработан и внедрен комплекс технических приемов повышения эффективности работы ДСП.
Ключевые слова: дуговая сталеплавильная печь; магнезиальные шлаки; вязкость шлака; вспенивание шлака.
В настоящее время одной из основных тенденций улучшения технологических и технико-экономических показателей в электросталеплавильном производстве является выплавка стали в современных ДСП под магнезиальными шлаками [1-3]. Эта технология обеспечивает увеличение стойкости футеровки печи благодаря снижению агрессивного воздействия шлака на огнеупоры и повышению эффективности использования энергии дуги из-за раннего формирования устойчивой шлаковой пены. По данным авторов статьи [3], работа под магнезиальными шлаками снижает расход энергии на 3-10%, а огнеупоров на 25-63%.
К важнейшим свойствам шлака, которые влияют на его вспениваемость, относят химический состав, основность, вязкость, поверхностное натяжение и наличие взвешенных твердых частиц, которые могут являться центрами зарождения газовых пузырей и стабилизировать пену. Для определения оптимального состава шлака, обеспечивающего его вспенивание, авторы [2, 3] рекомендуют использовать те составы, которым на диаграммах фазовых превращений соответствуют области с магнезиальным вюститом и ларнитом. Такие шлаки будут не только хорошо вспениваться при вдувании углерода, но также будут полностью совместимыми с магнезиальными огнеупорами.
В период освоения технологии выплавки стали в 135-т ДСП ЭСПЦ ОАО «СТЗ» в качестве основного шлакообразующего материала использовали известь. Шлаковый режим плавки предусматривал при общем расходе извести на плавку 5 т ее присадку в два приема: 2,5 т - при достижении расхода электроэнергии 6 МВт-ч и 2,5 т - при израсходовании 19 МВт-ч. В эти периоды плавки в ванну ДСП вводили углеродсодержащий материал - антрацит в количестве 1,1 т и 0,9 т соответственно.
Реализация двухстадийного режима присадки извести обеспечила формирование шлаков окислительного периода основностью 2,3, содержащих в среднем 28,6% СаО, 25,7% FeO и 4,3% MgO. Шлаки такого состава, обладая достаточно высокими рафинирующими свойствами, оказывают высокое агрессивное воздействие на огнеупорную футеровку печи. При среднем содержании углерода 0,07% и марганца 0,10% в металле перед выпуском плавки концентрация фосфора в нем не превышала 0,017% при среднем содержании 0,005%. Реализованный шлаковый режим плавки с использованием извести из-за высокого содержания оксидов железа (на 47% плавок концентрация FeO превышала 25,0%) и низкого содержания оксида магния (его концентрация на 71% плавок не превышала 5%), обеспечил стойкость футеров-
Таблица 1. Химический состав шлаков и температура металла по периодам плавки
Момент отбора проб Содержание компонентов, мас. % СаО/ SiO2 Температура
СаО MgO MnO FeO металла, °С
По расплавлении 22,0 9,7 7,3 3,68 5,6 31,4 0,27 2,3 1587
Перед выпуском 18,2 8,2 10,0 3,2 5,4 34,4 0,20 2,2 1662
о
10 -
9 -
н
3 л Ср н X си 3 X
о «
8 -
1500
ки ДСП за кампанию из 709 плавок. 12
При этом расход электроэнергии находился на уровне 395 кВт-ч/т, извести гк 11 _ 42,4 кг/т, антрацита 16,9 кг/т, кислорода 42,5 м3/т, природного газа 4,0 м3/т. Расход же огнеупорных материалов достиг 9,95 кг/т, что связано с низким содержанием МgO в шлаке.
В то же время ведение плавок в современных ДСП под магнезиальными шлаками является одним из перспективных способов повышения эффективности производства. Однако смещение магнезиальных шлаков в область пересыщения MgO часто сопровождается ухудшением рафинирующих свойств шлаков и технико-экономических показателей процесса. Задача состоит в формировании магнезиальных шлаков, обладающих низким агрессивным воздействием на огнеупорную футеровку ДСП, сохраняющих высокие рафинирующие свойства и обеспечивающих формирование устойчивой шлаковой пены. Для решения этой задачи был выполнен комплекс теоретических и экспериментальных исследований.
Влияние температуры металла, основности и окисленности шлаков на концентрацию насыщения оксидом магния определяли на опытных плавках отбором проб металла и шлака и замером температуры стали по расплавлении и перед выпуском плавки. Усредненные значения химического состава шлака и температуры металла по периодам плавки приведены в табл. 1.
Для определения концентрации насыщения шлаков оксидом магния использовали известную модель [4]
= - 2825/Г + 2,7 + 0,0165(БЮ2) + + 0,012(А1203) + 0,0013(Р205) - 0,0128(Са0) -- 0,0056(Бе0)Е - 0,011(Мп0), (1)
где Т - температура, К; (ЯЮ2) ... (Мп0) - концентрация компонентов в шлаке, %, адаптированная по известным экспериментальным данным к реальной оксидной системе [5]:
^0)нэакссп = 0,922^0)/^ + 2,714, (2)
где (Mg0)нрCсч - расчетная концентрация насыщения шлаков оксидом магния, % (по модели [4]).
РеО = 20%, В = 2,0 РеО = 30%, В = 2,0 РеО = 40%, В = 2,0 РеО = 20%, В = 2,5 РеО = 30%, В = 2,5 РеО = 40%, В = 2,5 РеО = 20%, В = 3,0 РеО = 30%, В = 3,0 РеО = 40%, В = 3,0
1550
1600 1550 Температура, °С
1700
Влияние температуры ванны, окисленности и основности шлака на концентрацию насыщения оксида магния
Используя экспериментальные данные, полученные на опытных плавках, оценили влияние температуры металла, основности и окисленности шлака на концентрацию насыщения Mg0. Результаты моделирования приведены на рисунке.
Видно, что концентрация насыщения шлака Mg0 определяется преимущественно температурой и основностью шлака, зависимость от окисленности шлака незначительная, особенно в области низких температур и высокой основности. Причем роль основности шлака в достижении концентрации насыщения наиболее сильно проявляется при высокой температуре.
Рафинирующие свойства высокомагнезиальных шлаков оценивали по равновесной концентрации фосфора [Р]р под шлаками известного состава и полноте протекания реакции окисления фосфора [Р]ф/[Р]р за плавку. Равновесную концентрацию фосфора в металле под магнезиальными шлаками определяли с использованием модели, описанной в работе [5]. Результаты моделирования влияния степени насыщения (Mg0)ф/(Mg0)н шлаков окислительного периода оксидом магния на рафинирующие свойства приведены в табл. 2.
Таблица 2. Влияние степени насыщения шлака оксидом магния на его рафинирующие свойства
1 , °С мет В (БеО), % [Р]ф, % [Р]р, % [р]ф/[р]р
0,8 1662 2,0 23,3 0,0052 0,0046 1,1
1,2 1660 2,3 25,0 0,0053 0,0039 1,4
Таблица 3. Химический состав проб шлаков, использованных при измерении вязкости
Номер пробы шлака Момент отбора пробы Содержание компонентов в шлаках, % СаО/ ^
8Ю2 БеО Р2О5 МпО СаО М^ А12О3 8
1 По расплавлении 15,1 23,0 0,89 4,6 46,2 2,9 2,2 0,18 3,1
2 По расплавлении 14,5 22,0 0,85 4,4 44,2 7,1 2,1 0,17 3,1
3 По расплавлении 14,0 21,3 0,83 4,3 42,8 10,1 2,0 0,17 3,1
4 По расплавлении 13,2 30,7 0,34 9,5 29,7 7,2 5,5 0,14 2,2
5 Перед выпуском 13,7 23,9 0,87 4,3 46,5 3,9 2,1 0,18 3,4
6 Перед выпуском 13,2 23,0 0,84 4,2 44,9 7,2 2,0 0,17 3,4
7 Перед выпуском 12,8 22,2 0,81 4,0 43,3 10,4 2,0 0,17 3,4
8 Перед выпуском 12,0 30,7 0,28 8,8 26,5 10,0 5,4 0,09 2,2
Таблица 4. Вязкость опытных образцов шлака в зависимости от температуры металла, окисленности шлака и степени его насыщения MgO
Периоды плавки Номер образца шлака мег (БеО), % В шл. ^О)н, % (М8О)ф/ (М^)н П, Па-с
1 1500 23,0 3,1 6,1 0,48 0,71
1550 23,0 3,1 6,4 0,45 0,32
2 1500 22,0 3,1 6,5 1,10 0,88
Плавление 1550 22,0 3,1 6,9 1,04 0,46
3 1500 21,3 3,1 6,9 1,57 0,78
1550 21,3 3,1 7,3 1,48 0,24
4 1500 30,7 2,2 7,6 0,94 0,06
1550 30,7 2,2 8,0 0,88 0,05
5 1570 23,9 3,4 6,4 0,51 0,20
1600 23,9 3,4 6,6 0,59 0,09
6 1570 23,0 3,4 6,7 1,09 0,29
Окислительный 1600 23,0 3,4 7,0 1,05 0,12
7 1570 22,2 3,4 7,2 1,41 0,39
1600 22,2 3,4 7,4 1,41 0,24
8 1570 30,7 2,2 8,7 1,18 0,05
1600 30,7 2,2 9,0 1,14 0,047
Из табл. 2 видно, что шлаки окислительного периода, приближающиеся по составу к области насыщения MgO, обладают высокими рафинирующими свойствами и сохраняют их в области пересыщения MgO при более высоком уровне окисленности, однако полнота протекания реакции окисления фосфора в этой области характеризуется повышенным отклонением системы шлак-металл от равновесия.
Известно, что вспени-ваемость шлака во многом зависит от его вязкости и плотности [6]. Для исследования влияния окис-ленности и основности магнезиальных шлаков различной степени насыщения оксидами магния на их вязкость были использованы промышленные шлаки, отобранные в момент расплавления и в конце окислительного периода перед выпуском металла из печи. Химический состав проб шлака приведен в табл. 3.
В пробах шлаков 2, 3, 6 и 7 концентрации насыщения и пересыщения оксидной системы MgO получали присадками в шлак химически чистого оксида магния. Вязкость шлаков измеряли на вибрационном вискозиметре. Результаты измерения вязкости опытных образцов шлака приведены в табл. 4.
Шлак 1 периода плавления, формируемый в области с низким содержанием оксида магния (2,9%) (см. табл. 3), умеренной окисленности (23% БеО) и высокой основности (3,1), характеризуется достаточно высокой вязкостью, достигающей 0,71 Па-
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.