В статье приводится краткая история конвертерного производства, основные технические характеристики , особенности конвертерной плавки и требования к оборудованию.На примере существующего цеха рассмотрены его устройство, назначение основных механизмови машин. Подробно рассмотрены грузопотоки конвертерного цеха. Вцелом данный материал носит познавательный характер и будет полезна всем.
Впервые в мировой практике продувка чугуна кислородом была осуществлена инж. Н. И. Мозговым на машиностроительном заводе «Большевик» в г. Киеве в 1933 году. В период 1937 – 39 гг. в АН УССР была проведена серия опытов по продувке кислородом чугуна в ковшах с целью снижения содержания кремния, марганца и углерода. В 1944 г. продували чугун кислородом в конвертерах на Мытищинском машиностроительном заводе «Динамо», а за период 1944 – 52 годы экспериментировали продувку кислородом конвертеров вместимостью до 12,5 т различными способами: боковым, донным и подачей сверху. В 1945 г. был пущен первый кислородный конвертер на Тульском машиностроительном заводе, а в 1955 – 1957 гг. введены в строй конвертерные печи на Днепропетровском и Криворожском металлургических заводах.
Большой вклад в развитие кислородного способа производства стали внес коллектив ЦНИИЧМ под руководством акад. И. П. Бардина. В зарубежной практике начали применять кислород в конвертерном производстве в Австрии (фирма «Фёст») с 1949 г.
В последние годы кислородно-конвертерный способ получения стали стал ведущим, вытеснив ранее господствовавший мартеновский способ, и обеспечивает выплавку большей части мирового производства стали.
Первоначально предполагалось выплавлять в кислородных конвертерах рядовые углеродистые стали, в основном низкоуглеродистые для производства тонкого листа. Теперь этим способом выплавляют высокоуглеродистые и легированные стали, не уступающие мартеновской соответствующих марок. Он развивается такими прогрессирующими темпами, которых не знала сталеплавильная промышленность.
Увеличение производства стали будет происходить и дальше благодаря строительству новых мощных кислородно – конвертерных и электросталеплавильных цехов при полном прекращении строительства мартеновских печей.
Такое изменение структуры сталеплавильного производства диктуется значительными технико-экономическими преимуществами кислородно-конвертерного способа выплавки стали по сравнению с мартеновским: более высокая производительность на единицу выплавляемой стали, меньшие капитальные затраты, более благоприятные условия для механизации и автоматизации производственных процессов и совмещения процесса выплавки стали с ее непрерывной разливкой.
Развитие конвертерного способа производства стали идет по пути увеличения единичной вместимости конвертеров с одновременным повышением интенсификации работы и расширением сортамента выплавляемой стали.
Производительность большегрузного кислородного конвертера в несколько раз превышает производительность самых мощных мартеновских печей; например, производительность одного конвертера вместимостью 400 т превышает производительность 600-т мартеновской печи в 8 – 10 раз. Современный конвертерный цех с тремя-четырьмя конвертерами вместимостью по 400 т каждый, два-три из которых работают непрерывно, при автоматизации и механизации производства может выдавать плавки с циклом 35 – 40 мин, что соответствует производительности 12 – 20 млн. т в год.
При создании мощных кислородно-конвертерных цехов важно выбрать оптимальную вместимость агрегата, что решается технико-экономическими расчетами. С увеличением вместимости конвертеров показатели работы цеха улучшаютсяю
Лучшими технико-экономическими показателями обладают конвертеры вместимостью 400 т. Дальнейшее повышение вместимости конвертеров будет зависеть в значительной степени от создания высокопроизводительных машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).
В металлургии применяют несколько способов подачи кислорода в конвертер и ведения технологического процесса.
Способ продувки ванны кислородом сверху получил название кислородно-конвертерного; в настоящее время он применяется наиболее широко и обладает большой технологической гибкостью. Шихту (лом и жидкий чугун), загруженную в конвертер, подвергают продувке технически чистым кислородом через фурму, которая вводится сверху по оси конвертера. Изменением положения фурмы и давления кислорода можно в широких пределах управлять процессами расплавления шихты, усвоения кислорода расплавом, окисления фосфора и углерода, шлакообразования. Эффективность кислородно-конвертерного процесса зависит от решения следующего комплекса вопросов: улучшение подготовки лома и ускорение его завалки; сокращение длительности цикла плавки; интенсификация продувки с применением многоструйных фурм; освоение передела низкомарганцовистого чугуна; широкое применение систем автоматического управления плавкой и цехом в целом; усовершенствование газоочистки. К недостаткам способа относится невозможность увеличения доли металлолома в шихте, большой угар (до 13 – 19 %) и дымообразование при продувке.
Технологический процесс производства стали в кислородных конвертерах требует большого количества мягкообожженной извести. Ее расход составляет порядка 80 кг на 1т стали. Обжиг известняка с целью получения конвертерной извести производят в обжиговых печах трех типов – шахтных, вращающихся барабанных и кипящего слоя. Для мощных кислородно – конвертерных цехов известь производят в специализированных известково-обжи-гательных отделениях, оснащенных вращающимися и шахтными обжиговыми печами.
Кратко рассмотрим другие кислородно-конвертерные процессы, имеющие ограниченное применение.
В процессе «Ротоверт» кислород подается фурмой, направленной на верхнюю часть параболоида поверхности ванны, а массо-перенос в ванне обеспечивается вращением конвертера вокруг вертикальной оси с частотой до 85 об/мин. Процесс пока не получил промышленного применения.
Роторный процесс предусматривает подачу кислорода двумя фурмами через отверстие в торце медленно вращающегося вокруг горизонтальной оси сталеплавильного агрегата (частота вращения до 4 об/мин). Применения этот способ не получил из-за низкой производительности.
Процесс Кал – До осуществляется в конвертере, вращающемся вокруг наклоненной под углом 17 – 20° к горизонту оси с частотой до 40 об/мин. Водоохлаждаемая фурма для подачи кислорода наклонена к зеркалу расплава под углом 3 – 5°. Широкого применения процесс не получил по причине малой производительности, повышенного расхода кислорода и больших капитальных затрат.
Кислородно-конвертерный процесс с донным дутьем заключается в продувке расплава через фурмы, установленные в днище конвертера, струями кислорода, окруженными кольцевыми струями защитного газа. Преимущество этого процесса заключается в повышении допускаемого содержания лома в шихте, увеличении выхода годного и, что самое главное, возможности установки этих конвертеров в существующих зданиях мартеновских и томасов-ских цехов при низких капиталовложениях. Недостатки конвертеров с донным дутьем: низкая стойкость футеровки днищ, невозможность остановить продувку на заданном содержании углерода, сложность конструкции днищ удорожание эксплуатации.
Производительность конвертерного цеха
При установке трех конвертеров из которых два постоянно работают, а один в ремонте 'продолжительность работы одного конвертера,:составит /„ = 365 – 0,66 сут в год.
Годовое количество плавок /одного конвертера пк == 1440/„//п (1440 – число минут в сутках).
Продолжительность плавки tn ориентировочно принимают в зависимости от вместимости конвертера
Годовая производительность двух работающих конвертеров, т
где kr — коэффициент, учитывающий потери жидкой стали в процессе разливки (при разливке на МНЛЗ kf = 0,95).
Основные грузопотоки цеха
В системе грузопотоков конвертерного цеха различают следующие основные линии: подачи и загрузки лома в конвертер; доставки и заливки жидкого чугуна; подачи, дозирования и загрузки сыпучих шлакообразующих материалов; подачи кислорода; доставки, дозирования, нагрева и подачи ферросплавов в сталеразливочные ковши; приема, транспортирования и разливки стали; уборки и переработки шлака.
Схема основных грузопотоков конвертерного цеха показана на рис. III.1. Металлолом подают железнодорожным транспортом в отделение / магнитных материалов и загружают в приемные бункера. Совки заполняют металлоломом магнитогрейферными кранами 28. Груженые совки взвешивают и устанавливают на скраповоз 1, подающий их на рабочую площадку или в загрузочный пролет. Завалку металлолома в конвертер 3 осуществляют загрузочной машиной 4.
Подачу и заливку жидкого чугуна в конвертер производят двумя способами, определяющимися типом применяемых миксеров – стационарных или передвижных.
Рисунок 1 – Схема грузопотоков
В первом случае чугун доставляют в ковшах чугуновозов 13 из доменного цеха в миксерное отделение IV и краном сливают в стационарный миксер 12. При необходимости чугун выдают из миксера в ковш самоходных чугуновозов 11, транспортирующих его в загрузочный пролет к конвертерам. Заливку чугуна производят заливочным краном 10. Во втором случае чугун подают передвижными миксерами 14 в отделение перелива IV, в котором осуществляют заполнение заливочных ковшей. Транспортирование ковшей в главный корпус производят самоходными чугуновозами 15, заливку чугуна – заливочными кранами 10.
Сыпучие материалы доставляют в шихтовое отделение // немагнитных материалов железнодорожным или автомобильным транспортом. Материалы из железнодорожных полувагонов 30 разгружают в приемные бункера 29 с последующей выдачей электровибрационными питателями. Подачу материалов в расходные бункера 9 конвертерного корпуса /// осуществляют наклонным конвейерным трактом 7 и реверсивными передвижными конвейерами 8. Система 6 весового дозирования и подачи, состоящая из вибропитателей, весовых дозаторов, конвейеров, промежуточных бункеров и течек, обеспечивает загрузку определенных порций шлакообразующих материалов в конвертер в процессе плавки.
Подачу технически чистого кислорода в конвертер производят машиной 5 через кислородную фурму. Снабжение осуществляется по магистрали из кислородного цеха.
Доставку ферросплавов в главный корпус цеха осуществляют автомобильным или железнодорожным транспортом в контейнерах либо используют конвейерный тракт подачи сыпучих материалов. В первом случае контейнеры с ферросплавами разгружают краном в расходные бункера 16. Взвешенные порции ферросплавов нагревают в камерных печах 17 и по течке 18 подают в сталеразли-вочный ковш на сталевозе. Во втором случае ферросплавы поступают в железнодорожных вагонах в отделение ферросплавов, непосредственно примыкающее к отделению сыпучих материалов. Из приемных бункеров ферросплавы выдают на ленточные конвейеры тракта подачи сыпучих материалов, заполняющие расходные бункера в главном корпусе.
В конвертерных цехах применяют два основных способа разливки – в изложницы, установленные на тележках, и на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Во всех случаях сталь сливают из конвертера в сталеразливочный ковш, установленный на сталевозе 19. По первому способу ковш со сталью передают сталевозом в отдельное разливочное отделение V или в разливочные пролеты, примыкающие к главному корпусу. Изложницы заполняют жидким металлом из ковша, перемещаемого разливочным краном 20 над составом 21 с изложницами. После затвердевания и полной кристаллизации слитков составы с изложницами подают локомотивом в стрипперное отделение VI для снятия прибыльных надставок и подрыва слитков с уширением кверху. Изложницы с уширением книзу снимают с тележек и направляют на подготовку к следующему наливу. Все операции выполняют стрипперным краном 22. Затем состав подают в нагревательное отделение VII обжимного стана, в котором слитки устанавливают в нагревательные колодцы, а состав с изложницами направляют на душирующую установку VIII. После охлаждения изложницы поступают в отделение IX чистки и смазки, а затем в отделение X подготовки составов, где осуществляют уборочные работы и установку на тележки поддонов, центровых, прибыльных надставок и т. д. Подготовленные составы вновь подают в разливочное отделение. Изложницы совершают замкнутый цикл работы и подготовки.
По второму способу сталеразливочный ковш подают сталевозом в отделение V непрерывного литья и устанавливают разливочным краном на стенд 23. Заготовки, получаемые на МНЛЗ 24, поступают в прокатный цех.
Шлак из конвертера сливают в ковш самоходного шлаковоза 2 и передают сначала в шлаковый пролет главного корпуса для перестановки чаши на уборочный шлаковоз 26, а затем направляют в шлаковое отделение XI для охлаждения и последующего дробления ударами бабы, поднимаемой краном 27. Переработанный шлак отгружают в отвал думпкарами 25.
Устройство конвертерных цехов
Рассмотрим'Конвертерный цех с двумя конвертерами вместимостью 300 – 350 т. В состав такого цеха входят главный (конвертерный) корпус и ряд отделений, тесно связанных с ним единым технологическим процессом и расположенных в отдельных зданиях. К ним относятся отделения: перелива чугуна, металлошихтовое, разливочное, шлаковое и дымососное. Кроме того, цех обслуживают вспомогательные отделения – раздевания слитков, охлаждения, чистки и смазки изложниц, подготовки составов.
Жидкий чугун поступает в конвертерный цех в передвижных миксерах вместимостью 420 и 150 т. Первые служат для доставки чугуна по внутризаводским путям из доменного цеха в конвертерный, вторые – по железнодорожной магистрали с соседнего завода. В отделении перелива чугун из миксеров сливается в заливочные ковши, которые самоходными чугуновозами грузоподъемностью 350 т по чугуновозной траншее подаются в главный корпус. Здесь же выполняются вспомогательные операции – взвешивание металла на платформенных весах, взятие проб и замер температуры жидкого чугуна. Отделение оборудовано системами удаления газов и графита. Помимо специализированного отделения, в главном корпусе предусмотрен участок перелива чугуна из передвижных миксеров в заливочные ковши.
Шихтовое отделение магнитных материалов предназначено для приема и хранения шестисуточного запаса лома, заполнения еов-ков, их взвешивания и установки на скраповоз. Лом доставляют железнодорожным транспортом и разгружают в пять приемных бункеров. Разгрузочные и погрузочные операции выполняют четырьмя магнито-грейферными кранами грузоподъемностью 15/15 т, перемещение совков – краном грузоподъемностью 180/50 т, разворот порожних и груженых совков – краном с поворотной тележкой грузоподъемностью 190 т. Взвешивают лом на двух платформенных весах. Шихтовое отделение связано с главным корпусом скраповозной эстакадой закрытого типа, по которой скраповоз доставляет груженые совки непосредственно на рабочую площадку конвертеров.
Отделение сыпучих материалов представляет собой приемно-загрузочную станцию конвейерного тракта подачи шлакообразую-щих материалов в главный корпус. Материалы доставляют в отделение автосамосвалами и разгружают в восемь приемных бункеров вместимостью 116м3 каждый. Наклонный конвейерный тракт, по которому материалы поступают из шихтового отделения в расходные бункера главного корпуса, образован двумя параллельными ленточными конвейерами длиной по 48 м, помещенными в закрытую галерею. Для уменьшения выделения пыли при транспортировании извести предусмотрен предварительный отсев мелочи. Отделение снабжено системой удаления пыли и сбора мелочи и пыли в отдельный бункер с их отгрузкой цементовозом.
План и разрез главного корпуса цеха с двумя конвертерами вместимостью 300 – 350т приведены на рис. III.2.
Корпус разделен на семь пролетов: конвертерный /, загрузочный //, шлаковый ///, подготовки ковшей IV, сыпучих материалов V, котлов-охладителей VI и энергетический VII. В конвертерном пролете выделен технологический участок IX подготовки ферросплавов, а в загрузочном пролете – участок VIII перелива чугуна.
Самоходные чугуновозы 16 перемещаются по двум параллельным путям чугуновозной траншеи, идущей из отделения перелива чугуна в загрузочный пролет 77 главного корпуса. Подачу заливочных ковшей вместимостью 350 т и слив чугуна в конвертер 13 осуществляют заливочными кранами 6 грузоподъемностью 400 + + 100/20 т. Переливать из передвижного миксера в заливочный ковш можно непосредственно в загрузочном пролете на участке VIII, для чего предусмотрен тупиковый железнодорожный путь 29, стенд 4 для заливочного ковша и передвижной вытяжной зонт 5.
Скраповоз 10 перемещается по рельсовому пути, проложенному по скраповозной эстакаде 9 и по рабочей площадке конвертерного пролета 1. Снятие груженых совков со скраповоза, их установку на стеллаж, перемещение и загрузку лома в конвертер выполняют загрузочными машинами 7 полупортального типа, захватывающими одновременно два совка вместимостью по 50 м3 каждый. Грузоподъемность машины составляет 2 X 130 т.
Плавки из конвертеров выдаются в сталеразливочные ковши, установленные на сталевозах 26, которые по путям, уложенным в сталевозных траншеях, перемещаются в разливочное отделение. Шлак из конвертера сливается в ковши самоходных чугуновозов 15 и передается в шлаковый пролет ///, в котором ковши со шлаком переставляются на уборочные шлаковозы, подаваемые локомотивом в шлаковое отделение. Для замены самоходных чугуновозов и сталевозов предусмотрена передаточная тележка 24. Основное оборудование шлакового пролета – краны 27 литейного типа грузоподъемностью 180/50 т и стенды 17 для установки шлаковых ковшей.
Технологией производства предусмотрена подача в сталеразливочные ковши ферросплавов в твердом нагретом и жидком состояниях. Ферросплавы готовят на специализированном участке IX
В главный корпус ферросплавы определенной кусковатости подают автомобильным транспортом в саморазгружающихся контейнерах. Мостовым краном через окно в рабочей площадке контейнеры поднимают и разгружают в расходные бункера /, попарно снабженные весовыми дозаторами. Расплавляют ферросплавы^ трех индукционных печах 2. Жидкие ферросплавы выпускают из печи в ковш тележки, снабженной весоизмерительным устройством, транспортируют к конвертеру и сливают по футерованной течке в сталеразливочный ковш. Твердые ферросплавы нагревают в восьми нагревательных печах 3 вместимостью 3 т каждая и транспортируют автопогрузчиком к весам-дозаторам. Весовую порцию ферросплавов направляют в сталеразливочный ковш по системе течек 11
Для расплавления алюминия, подаваемого в сталеразливочный ковш, используют индукционные печи 8. Для обслуживания стале-выпускного отверстия и взятия проб металла из конвертера служат самоходные площадки 12 и 14, перемещающиеся по рельсовым путям на рабочей площадке.
В пролете IV подготовки ковшей ремонтируют футеровку ста-леразливочных ковшей. Основное оборудование пролета – механизированные стенды 22 для поворота ковшей, машины 18 для ломки футеровки, трехместный стенд 28 для ремонта и кладки футеровки, стенды 23 и 17 для установки сталеразливочных, заливочных и шлаковых ковшей, стенды 21 для сушки сталеразливочных ковшей, механизированный стеллаж 19 для наборки стопоров и сушило 20. Пролет обслуживают краны 25 литейного типа грузоподъемностью 125/30 т.
В пролете VI расположены котлы-охладители отходящих конвертерных газов 33 с системой трубопроводов, в энергетическом пролете VII – оборудование для очистки газов 37 и панели систем управления электроприводами.
Здание разливочного отделения разделено на два однотипных разливочных пролета, в которых сталь разливают в изложницы, установленные на тележках. Подачу сталеразливочных ковшей со сталью на сталевозах из конвертерного корпуса осуществляют по двум сталевозным траншеям, проложенным перпендикулярно пролетам. Для ведения разливки вдоль каждого пролета устроены разливочные площадки, оборудованные передвижными консольно-поворотными кранами. В каждом пролете установлено по два разливочных крана грузоподъемностью 450 + 100/20 т. Для подачи и отправки составов с изложницами вдоль пролетов проложены рельсовые пути с торцовыми и центральными въездами в здание. Вспомогательное оборудование состоит из стендов для установки шлаковых и сталеразливочных ковшей, установок для разогрева и охлаждения ковшей.
В шлаковом отделении осуществляют первичную переработку конвертерного шлака. Состав чугуновозов подают локомотивом на эстакаду и кантованием ковшей шлак выливают на открытые площадки. После охлаждения водой шлак разрабатывают рыхлителями и бульдозерами на базе гусеничных тракторов. Для погрузки и транспортирования шлака в отвал используют экскаваторы и автосамосвалы.
В цехе с конвертерами вместимостью 300 – 350 т в системе подачи чугуна применяются передвижные миксеры и самоходные чугуновозы, широко используется автомобильный транспорт для транспортирования сыпучих материалов, ферросплавов и применяются автоматизированные системы управления технологическим процессом и производством – АСУ ТП и АСУП.
Кислородно-конвертерный цех завода «Азовсталь» с конвертерами вместимостью 350 т оборудован стационарными миксерами и машинами непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).
Отличительной особенностью цеха является: вынос операций по скачиванию шлака из чугуновозных ковшей в специальное шлакоскачивающее отделение; использование конвейерного тракта для доставки сыпучих материалов и ферросплавов; наличие участка внепечной обработки стали. Предусмотрена возможность установки на второй очереди строительства еще одного конвертера и двух МНЛЗ.
Планировка цеха обеспечивает независимость и исключает пересечение основных грузопотоков, осуществляемых цеховыми рельсовыми машинами, кранами и железнодорожным транспортом. Представляет интерес устройство шихтовых отделений и конвейерная система. Шихтовое отделение немагнитных материалов своем составе три взаимосвязанных отделения: сыпучих материалов, ферросплавов и дробильное. Материалы поступают в отделения в железнодорожных полувагонах по сквозному и двум тупиковым путям и разгружаются в приемные бункера. Ферросплавное и дробильное отделения связаны конвейерами, обеспечивающими подачу ферросплавов на дробление и последующую загрузку расходных бункеров дроблеными ферросплавами. Сушку ферросплавов производят в барабанных сушилах. Отделения сыпучих материалов и ферросплавов обслуживаются мостовыми кранами. Подача сыпучих материалов и ферросплавов из шихтового отделения немагнитных материалов в расходные бункера главного корпуса цеха осуществляется конвейерным двухниточ-ным трактом, состоящим из горизонтальных ленточных конвейеров, перегрузочных узлов и наклонных конвейеров. Участок вне-печной обработки стали в ковшах оснащен порционным вакуума-тором, электропечью для выплавки синтетических шлаков с системой подачи и дозировки плавильных материалов, комплексными установками для внепечной обработки стали, каждая из которых состоит из машин для продувки стали аргоном, подачи металлической сечки с целью охлаждения металла и устройств для замера температуры и набрасывания теплоизоляционного материала на поверхность металла в ковше. Вакууматор обслуживает отдельный сталевоз.
В отделении непрерывного литья заготовок (ОНЛЗ) параллельно расположены три слябовые МНЛЗ криволинейного типа. Ковши со сталью после внепечной обработки подаются и устанавливаются на сталеразливочные стенды литейными кранами грузоподъемностью 450 + 100/20 т. Полученные слябы частично складируются на стеллажах уборочными кранами, а основная масса подается тележкой-рольгангом к приемным рольгангам отделения отделки и складирования слябов. Отделение оборудовано машинами огневой и выборочной зачистки слябов, системой рольгангов, стеллажами, манипулятором-кантователем, раскладчиком и т. д.
В новом конвертерном цехе Череповецкого металлургического комбината (ЧерМК) с агрегатами вместимостью 350 т оригинальным является линейное размещение конвертерного цеха и прокатного широкополосного стана горячей прокатки 2000, представляющих собой единый производственный комплекс (рис. II 1.3).
Центральное расположение МНЛЗ в пролете позволяет разместить основное оборудование участка ремонта промежуточных ковшей вне зоны транспортировки ковшей с жидкой сталью и шлаком, улучшить условия доставки материалов и уборки отходов производства, а также упростить подачу любых заготовок на склад широкополосного стана.
Чугун из доменного цеха в конвертерный подают в 600 т ковшах миксерного типа по железнодорожным путям. Заливочные ковши установлены на две самоходные тележки, передвигающиеся по железнодорожным путям.
Участок перелива чугуна изолирован от загрузочного пролета и оборудован системой графитоулавливания, что способствует обеспечению нормальных условий труда рабочих. Металлолом доставляют железнодорожным транспортом. Самосвалы разгружаются в совки. Для подачи скрапа в конвертеры используют совки вместимостью 100 м3. Для уборки шлака от конвертеров до отделения первичной переработки используют самоходные тележки с ковшами 29м3.
Подача сыпучих материалов и ферросплавов в конвертерный цех осуществляется автотранспортом до приемных бункеров, а затем системой ленточных конвейеров – в расходные бункера.Ферросплавы после прокаливания в печи по течкам поступают в сталеразливочный ковш или конвертер.
Процессом плавки управляет ЭВМ с использованием показателей, получаемых от системы датчиков. Для подготовки сталераз-ливочных ковшей к плавке в ковшевом пролете предусмотрены установки («Орбита») для набивки ковшей, устройства для сушки и торкретирования футеровки ковшей, а также выделен участок сборки шиберных затворов.
Отличительной особенностью нового конвертерного цеха является широкое применение автомобильного транспорта, позволяющего интенсифицировать перевозку груза. Технологическая схема цеха обеспечивает гибкую перестройку производства при освоении новых процессов выплавки стали.