Источник://Журнал "Сталь",№1. 2005 г.с. 36-38

УДК 669.184

Секция «Конвертерное производство»

Кислородно-конвертерный процесс по-прежнему ведущий сталеплавильный процесс в мире (П. И. Югов, ЦНИИчермет). Мировое производство конвертерной стали в 2003 г. составило 610.7 млн. т, или 63,3 % общего объема. За последние годы производство стабилизировалось на уровне 83 % в ФРГ и в пределах 70 - 75 % в Японии, Франции. Великобритании, Бразилии, Южной Корее, Канаде и на Тайване, а в Австрии, Австралии, Бельгии, Люксембурге, Нидерландах доля конвертерной стали превышает 90 %. В мире работает 254 цеха с 700 конвертерами. Наибольшее число агрегатов в Китае — более 150, но только 13 из них имеют вместимость более 100 т. В Японии в 23 цехах из 31 установлены конвертеры вместимостью от 115 до 300 т, в США и ФРГ только в двух цехах (в каждой стране) работают агрегаты вместимостью более 100 т.

Основными технологическими направлениями дальнейшего развития конвертерного производства в мире признаны: предварительная обработка чугуна (десульфурация, десиликонизация, дефосфорация); обезуглероживание в конвертере чистого чугуна с минимальным количеством шлака путем продувки кислородом; отсечка шлака при выпуске металла из агрегата; внепечная обработка металла с вакуумированием, легированием и модифицированием.

Современные кислородные конвертеры оборудованы зондовой фурмой; устройствами для измерения уровня звукового давления, автоматического обнаружения и отсечения шлака, определения массы металла, оперативного измерения температуры, а также устройством для донного перемешивания ванны и системой подвески конвертера. Такие усовершенствования, как непрерывный анализ отходящего газа и измерение температуры ванны стали, новая система подвески с возможностью определения массы конвертера в ходе продувки, обеспечили новый скачок в развитии технологии.

Анализ мировой практики переработки лома в сталеплавильном производстве показывает, что наиболее эффективны комбинированные технологии с использованием дополнительных энергоносителей. При возрастающем производстве высококачественных чистых сталей происходит перераспределение доли лома между конвертерными агрегатами и электропечами, что обусловливает технологическую и технико-экономическую эффективность создания комплексного агрегата на базе конвертер-электропечь (электросталеплавильный конвертер). Основное стратегическое направление дальнейшего развития конвертерного процесса — это создание энерго- и ресурсосберегающих экологически чистых (с плазменным нагревом) сквозных технологий производства качественных сталей.

Природнолегированная чистая сталь транспортного назначения на НТМК выплавляется из ванадиевого чугуна (С. К. Носов, В. А. Синелышков, ОАО НТМК, ФГУП ЦНИИчермет) в 160-т конвертерах дуплекс-процессом, подвергается внепечной обработке на установке ковш-печь и циркуляционном вакууматоре и разливается непрерывным способом струей, защищенной от окисления на участке от сталеразливочного ковша до кристаллизатора. Для ускорения процесса использована чистая прокатная окалина и качканарские железорудные окатыши. Во втором конвертере перелитый в него металл-полупродукт переделывали по дутьевому и шлаковому режимам, обеспечивающим дефосфорацию металла и прекращение подачи кислорода при содержании углерода не более чем на 0,1 % меньше нижнего предела его марочного содержания. Это позволяло избежать значительного переокисления металла перед выпуском из конвертера.

Во время выпуска с отсечкой шлака в металл присаживали часть необходимого силикомарганца, ферросилиция (при необходимости науглероживатель) и ванадиевый шлак; металл продували аргоном через пробку в днище ковша. Это создавало благоприятные термодинамические и кинетические условия для легирования стали ванадием из шлака в ковше. Затем металл на установке ковш-печь при продувке аргоном обрабатывали специально наводимым шлаком, доводили по составу и температуре, вводили силикокалцийсодержащую порошковую проволоку и передавали на установку КН. При вакуумировании в течение 8-16 мин (в среднем 11 мин) при давлении в камере до 0,1 -0,4 МПа содержание водорода в металле перед разливкой уменьшалось до 1,0 — 1,8 ppm и достигалось в определенной мере углеродное раскисление при фактическом содержании в металле 0,002 - 0,005 % А1. После вакуумирования сталь в ковше обрабатывали силикокальцийсодержащей порошковой проволокой из расчета получения в готовом металле 0,001 - 0,002 % Са, продували аргоном без оголения зеркала металла в течение 5 мин и передавали на МНЛЗ. Легирование стали К76Ф ванадием из ванадиевого шлака, вводимого в металл во время выпуска из конвертера, обеспечило получение в готовом металле 0,042 -0,078 % V, что надежно гарантирует выполнение стандартной нормы 0,03 - 0,15 % по ГОСТ 51685-2000. Для увеличения износостойкости, контактно-усталостной прочности, конструкционной и эксплуатацинной надежности стали транспортного назначения, особенно в суровых климатических условиях, представляется целесообразным проведение работ по обеспечению производства термоупрочненных рельсов категории В по технологии, предусматривающей дальнейшее уменьшение содержания кислорода, фосфора и серы при содержании водорода не более 1.5 ppm и уточнение оптимального содержания алюминия.

В работе по оптимизации химического состава стали для изготовления рельсов с низкотемпературной надежностью А. А. Дерябин, УНМ. НКМК. НТМК) поставлена цель проанализировать опыт производства изделий типа НН на НКМК и НТМК и разработать рекомендации с тем, чтобы поднять уровень выполнения заказов. При статистической обработке данных о влиянии химического состава стали на физико-механические свойства и ударную вязкость рельсов при 20 и -60 °С использовали пакет Statistica 6.0 (2001 г.) с расширенными возможностями. Для НКМК массив включал полную информацию о рельсах НН, полученных из 111 плавок электростали. В результате перехода НТМК на производство рельсов из вакуумированной конвертерной стали в них существенно уменьшилось содержание кислорода, серы и азота, что, естественно, отразилось на свойствах при исследованных температурах. Для оптимизации химического состава стали взяли данные 1008 плавок за 2002 г., на которых отрабатывалась технология выплавки, и проанализировали зависимость между содержанием азота и ударной вязкостью при +20 и -60 °С. Полученные результаты однозначно показали необходимость увеличения в рельсах НН содержания ванадия до 0,07 - 0,10 %. Такая рекомендация наиболее перспективна для реализации на НТМК, где рельсовую сталь выплавляют в конвертерах дуплекс-процессом из ванадийсодержащего чугуна.

Исследование состава и источников поступления неметаллических включений, вызывающих образование контактно-усталостных дефектов в рельсах, проведено на НТМК (А. Б. Добужская, УИМ, ВНИИЖТ). С целью повышения качества комбинат перешел на производство рельсов из вакуумированиой конвертерной стали, разливаёмой на МНЛЗ. В результате удалось снизить остаточное содержание кислорода до 0,001 - 0,003 %, серы до 0,005 - 0,02 %, водорода до 0,5 — 2 ppm, количесгво и длину строчечных оксидных включений, а также улучшить практически все показатели металлургического качества рельсов (макро-структуру, качество поверхности, выход рельсов длиной 25 м, сортность). Во включениях обнаружены элементы, не входящие в состав раскислителей, в частности магний и титан. Сложный состав включений можно объяснить тем, что продукты реакций при введении различных раскислителей выделяются на присутствующих в стали включениях разного состава и происхождения. К ним относятся нитриды титана, мелкодисперсные частицы конвертерного шлака и огнеупорной футеровки. В связи со значительным уменьшением содержания остаточного кислорода в вакуумированном металле следует обратить внимание на усиление отрицательной роли сульфидов как жидкой фазы в образовании скоплений по капиллярному механизму коагуляции включений. На практике никогда не встречалось, чтобы в очагах разрушения рельсов были только чистые сульфиды. Однако превышение их доли в вакуумированном металле в 2 - 3 раза по отношению к оксидам будет способствовать образованию скоплений, а следовательно, загрязнению рельсов строчечными оксидами. Об этом свидетельствуют и обнаруженные строчки оксисульфидных включений в одном из изученных дефектов. По-этому необходимо принимать меры и по одновременному уменьшению содержания серы в стали. Загрязненность рельсов строчечными включениями — важная, но не единственная причина низкой эксплуатационной стойкости рельсов НТМК, которые имеют гораздо большую загрязненность оксидными включениями, а при полигонных испытаниях показывают заметно большую эксплуатационную надежность. В связи с этим в настоящее время более детально исследуется микроструктура рельсов НТМК.

Современные разработки и направления совершенствованием дутьевых режимов и устройств рассмотрены для условий работы конвертерных цехов ОАО ЗСМК (А. В. Мокринский, ЗСМК. СГИУ). Показано. что конструкции двухпоточных наконечников верхней фурмы в комплексе с усовершенствованной системой подвода технологических газов должны обеспечивать:

• оптимальное перераспределение вдуваемого в конвертер кислорода между металлом, шлаком и отходяшим газом и, следовательно, обеспечивать оптимальный режим шлакообразования без возникновения интенсивных выбросов и выносов;
• дожигание выделяющегося СО до СО2 с увеличением приходной части теплового баланса плавки без повышенного локального износа футеровки агрегата;
• исключение образования на стволе фурмы шлакометаллической настыли как в ходе продувки, так и в период использования фурмы для раздувки подготовленного конечного шлака азотом с целью повышения стойкости футеровки конвертера;
• предотвращение чрезмерного переокисления металла и шла-ка в случае вынужденного глубокого передува ванны для повышения температуры металла или уменьшения в нем содержания серы и фосфора.

В. Б. Охотский в работах "Гидродинамика продувки сталеплавильной ванны под уровень" и "Эмулъгирование шлака в металл при продувке ванны" отметил, что в конвертерном производстве стали с особо низким содержанием углерода применяется донная и боковая (под уровень) кислородная и аргонокислородная продувка. При этом возникают всплески металла и шлака, вызывающие потери металла и локальный износ футеровки. По результатам исследований составлены модели образования всплесков металла и шлака и модель процесса эмульгирования шлака при барботаже в системе металл - шлак. Расчеты по моделям и экспериментальные данные находятся в хорошем соответствии.

Разработана автоматизированная технология для получения коррозионно-стойких сталей методом газокислородного рафинирования (Ю. В. Садовник, НМетАУ, ППКИ "Металлургавтоматика"). которая отличается от распространенной на Западе технологии аргоно-кислородного рафинирования (АСЮ-процесс) специальным изменением конструкции конвертера, подачей в первый период продувки только кислорода (без нейтрального газа). использованием природного газа для охлаждения донных дутьевых устройств и футеровки прифурменной зоны и непрерывным изменением окислительного потенциала дутья путем варьирования соотношения расходов кислорода и нейтрального газа во втором периоде продувки. Разработанный автоматизированный комплекс по газокислородному рафинированию (ГКР) коррозионно-стойких сталей прошел широкую промышленную апробацию на агрегатах вместимостью 5 и 60 т. По основным технико-экономическим параметрам процесс превосходит известные аналоги комбинированных способов производства таких сталей. Качество готовой металлопродукиии в процессе ГКР соответствует лучшим мировым достижениям.

О рациональных способах использования композиционных материалов. в частности синтикома. в конвертерной плавке сообшил Г. А. Дорофеев (ООО "НПМП Интермет-Сервис", ИМЕТ РАН).

Первая современная установка десульфурации в России (А. Г. Выдрин. Almamet) построена в конвертерном цехе НТМК. Она предназначена для уменьшения содержания серы в полупродукте после первой ступени передела ванадийсодержашего чугуна дуплекс-процессом и нуждается в постоянном снабжении ее качественными реагентами-десульфураторами, в частности магнием, производство которого сконцентрировано в Пермской области и базируется на Верхнекамском месторождении калиево-магниевых солей.

Разработаны термодинамические основы процесса глубокого обезуглероживания расплава железа с помощью водокислородного дутья в конвертере (А. И. Бигеев, В. А. Бигеев, МГТУ). Установлено, что применяя водокислородное дутье, уже на стадии рафинирования металла в конвертере можно получить концентрацию углерода до 0,0005 % и менее.

Исследована кинетика испарения цинка с поверхности горячеоцинкованного листа в вакууме и инертном газе при температурах, близких к температуре плавления цинка (Д. А. Романович, МИСиС). Показано, что скорость испарения цинка с поверхности оцинкованного листа в вакууме значительно меньше, чем скорость испарения цинка при тех же условиях. Испарение цинка в вакууме из пор происходит со скоростью в 2 - 5 раз меньшей, чем с открытой поверхности. Скорость испарения покрытия в потоке газа на два порядка ниже, чем в вакууме.

С целью повышения стойкости футеровки конвертеров в пос-ледние годы в качестве МgО-содержащего флюса в ОАО "Север-сталь", ОАО НТМК и ОАО ЗСМК получил распространение ожелезненный известково-магнезиальный флюс (ИМФ-30), а в ОАО ММК — ожелезненный доломит (К. Н. Демидов, ГНЦ УИМ). В ИМФ-30 содержится 48 - 52 % СаО и 28 - 35 % М§О. Оксиды кальция флюса под действием атмосферной влаги при транспортировке и перегрузке гидратируют, что снижает их прочность, увеличивает долю мелочи и приводит к насыщению водородом. Кроме того, из-за малого содержания во флюсе оксидов магния высокое содержание их в шлаке достигается только на конечной стадии продувки, поэтому в начале продувки действует агрессивно на футеровку. С целью устранения этих недостатков пред- ложен ожелезненный флюс (ФОМ) с высоким содержанием оксидов магния и малым количеством оксидов кальция. В конвертерах НТМК флюс ФОМ используется только на конечной стадии кампании конвертеров. чтобы не уменьшить срока службы футеровки. Сравнение результатов. полученных при применении ФОМ в конвертерной плавке ОАО "Северсталь" и ОАО НТМК, показало, что большая окисленность конечных шлаков наряду с высокой температурой выпуска плавок. связанных с сортаментом выплавляемых сталей в ОАО "Северсталь", позволяет успешно использовать ФОМ. содержащий 80 - 90 % оксидов магния.

В ОАО ЕМЗ с целью повышения производительности конвертерного цеха предусмотрена одновременная работа трех агрегатов. Кроме того. достигается более длительный межремонтный период благодаря значительному повышению стойкости футеровки (Е. Н. Дымченко). В рабочей футеровке конвертера используются периклазоуглеродистые изделия вместо безобжиговых периклазовых огнеупоров на смоляной связке. Дифференцированная схема с применением огнеупоров ООО "Далмонд Рефрэкториз групп" обеспечивает равную стойкость всех зон.

Исследованы стадии износа периклазоуглеродистых огнеупоров в шлаковом поясе конвертера (Б. М. Бойченко, ОАО "ДМЗ им. Петровского", НМетАУ). Выявлены закономерности износа периклазоуглеродистых огнеупоров в шлаковой зоне. позволившие описать механизм их ассимиляции конвертерными шлака-ми. Результаты измерений к расчетов подчеркивают определяющую роль в этом процессе активности оксидов железа.

Изучены стадии износа периклазоуглеродистых огнеупоров в горловине конвертера (В. И. Пишида. НМетАУ. ОАО "ДМЗ мм. Петровского"). С привлечением рентгеноструктурного и петрографического анализов рассмотрены основные физико-химические процессы, протекающие в таких огнеупорах на фенольной связке при службе в конусной части. Регламентация этих процессов способствует дальнейшему совершенствованию технологии конвертерной плавки и изготовления огнеупоров.

Проанализирован износ сталевыпускного отверстия кисло-родных конвертеров (В. И. Пищида, ОАО "ДМЗ им. Петровского"). В конвертерном цехе обеспечен высокий уровень стойкости леточных узлов — 230 - 250 плавок. Стабильность их работы достигнута в условиях использования периклазоутлеродистых огнеупоров, обеспечения гладкой внутренней поверхности канала, вытекания стали без крупнопульсационных завихрений и заметных потерь напора, а также благодаря движению струи строго по вертикали на большей части длительности выпуска. Дальнейшего повышения стойкости леточных узлов ожидают в результате исключения попадания переокисленного шлака в летку и ремонта ее узла с помощью бура и установки леточных огнеупорных катушек, у которых введенный по оси летки стержень снимается.

Рассмотрено влияние технологических параметров на свойства торкрет-массы для промежуточных ковшей (Е. И. Поспелова, ОАО "Комбинат "Магнезит"). В настоящее время используются три вида масс — ПТМС, ПТМС-1 и ПТМС-2 для расходной футеровки, которые изготавливают на двух специализированных технологических линиях производительностью по 1000 т в месяц. В первых двух массах используется дорогостоящее импортное связующее, третья масса — со связующим собственного изготовления. Отмечено, что преимущество в будущем принадлежит массе ПТМС-2, так как сокращение затрат у производителя при высоком качестве продукции ведет к снижению затрату потребителя.

П. И. Юргов ФГУП ЦНИИчермет