Технология производства стали в ОАО НЛМК

3 ДОМЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Цель доменного производства состоит в получении чугуна из железорудных материалов путём их переработки в доменных печах. Чугун представляет собой сплав железа с углеродом (содержание углерода более 2,14%) и другими примесными элементами и является исходным материалом для получения стали.

Исходным сырьём, подаваемым в доменную печь являются железорудных материалов, которые содержат железо в виде оксидов. В качестве железорудных материалов в доменных печах используют - агломерат, производимый в ОАО «НЛМК» и привозные окатыши, представляющие собой железорудный концентрат в виде сферических гранул. В качестве топлива используют металлургический кокс производства ОАО «НЛМК», а также привозной металлургический кокс. С целью снижения расхода кокса, в горн доменной печи (нижняя часть печи) с дутьём вдувают другие виды топлива, такие как природный газ, мазут и пылеугольное топливо.

Процесс производства чугуна состоит из следующих операций: приём шихтовых материалов (агломерат, окатыши, кокс, добавки) их дозировка и загрузка в доменную печь, доменная плавка, выпуск жидких продуктов плавки.

Прибывающие в доменный цех в специализированных железнодорожных вагонах или по системе конвейеров шихтовые материалы поступают в приёмные бункеры шихтоподачи. С помощью грохотов отделяют мелочь, после чего шихтовые материалы дозируют и загружают в печь сверху посредством скипового подъёмника или конвейера, укладывая послойно в колошниковой зоне. Бесперебойная, ритмичная загрузка шихтовых материалов в доменную печь в заданной последовательности и установленном количестве является основным условием ровного хода доменной печи. Современные доменные печи оснащаются бесконусными загрузочными устройствами, что позволяет наиболее оптимально, по сравнению с печами, оснащёнными двухконусным загрузочным устройством, распределять шихтовые материалы в печи и, как следствие, потреблять меньше кокса.

Суть доменного процесса состоит в восстановлении железа (металлизации) из его оксидов восстановительным газом, выделяющимся при сгорании топлива в горне печи, расплавлении металлизированного железа и удалении вредных примесей. Для обеспечения процесса горения в горн печи через специальные устройства (воздушные фурмы) непрерывно подаётся дутье – обогащённый кислородом воздух, нагретый в воздухонагревателях до температуры 1150-1250°С. В целях экономии кокса, через воздушные фурмы также подаётся природный газ.

Доменная печь работает по принципу противотока - навстречу опускающимся сверху шихтовым материалам снизу вверх движется поток раскалённых восстановительных газов, образующихся в горне печи в результате сжигания опустившегося в него кокса. Газ нагревает шихтовые материалы и одновременно частично окисляется, отнимая кислород от оксидов железа и восстанавливая их. Восстановленное железо расплавляется, науглероживается стекая в горн печи и превращается в чугун.

12

Окончательный состав чугуна устанавливается в горне печи при взаимодействии со шлаком, образующимся в доменной печи из пустой породы железорудных материалов и золы кокса. Взаимодействуя с чугуном, шлак поглощает основную часть серы, являющейся вредной примесью.

Жидкие продукты плавки – чугун и шлак выпускают в нижней части печи через специальные отверстия – летки.

Чугун разливают в чугуновозные ковши и транспортируют в Конвертерные цеха для переработки в сталь. Для поставки другим предприятиям часть чугуна разливают в небольшие слитки (чушки) на специальных разливочных машинах.

Доменное производство - безотходное. Наряду с чугуном в процессе доменной плавки образуются попутные продукты (шлак, доменный газ, колошниковая пыль), которые полностью перерабатываются и утилизируются.

Шлак сливают в шлаковые чаши, которые транспортируют в цех переработки металлургических шлаков (ЦПМШ) или перерабатывают в гранулированный шлак на установках придоменной грануляции.

Доменный газ отводится из печи через газоходы, расположенные в куполе печи. После очистки от пыли газ используется для нагрева дутья в воздухонагревателях доменных печей или как топливо в других подразделениях комбината, а также в котельных установках.

Колошниковая пыль, выносимая из печи и улавливаемая системой газоочистки, используется при производстве агломерата, тем самым возвращаясь в шихту для доменной плавки.

В состав доменного производства ОАО «НЛМК» входят два доменных цеха. В Доменном цехе №1 расположены печи №2,3,4,5, а в Доменном цехе №2 – печи №6, «Россиянка».

При строительстве доменной печи «Россиянка» применены самые современные инновационные технические разработки ведущих иностранных и российских инжиниринговых компаний. Некоторые технические решения являются уникальными не только в России, но и в мире.

Комплекс доменной печи «Россиянка» включает в себя непосредственно доменную печь (полезным объёмом 4291 м3, мощностью 3,4 млн. тонн чугуна в год или 9450 тонн в сутки), литейный двор с современными бетонными желобами для выдачи продуктов плавки и системой аспирации, блок из трёх воздухонагревателей безшахтного типа, участок приёма и разгрузки сырья и топлива, участок шихтоподачи, участок подготовки и вдувания пылеугольного топлива, газоочистку грязного доменного газа, электровоздуходувную станцию, главную понизительную подстанцию, приточные, аспирационные и насосные станции, участок производства фракционированного щебня.

14

4 СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Основной задачей сталеплавильного производства является получение из чугуна и металлического лома стали, которая в виде товарных слябов (металлических заготовок прямоугольного сечения) может реализовываться потребителю или подвергаться дальнейшему переделу на стане горячей прокатки (прокату в лист и рулоны различных сечений и механических свойств). Сталь – сплав железа с углеродом и другими химическими элементами, отличающийся от чугуна меньшим содержанием углерода (до 2,14 %) и обладающий высокой пластичностью при высоких температурах, способностью при нагреве коваться, прокатываться.

ВОАО «НЛМК» сталь производят конвертерным способом, представляющим собой передел жидкого чугуна в сталь без затраты топлива и основанным на удалении (окислении) примесей (углерода, кремния, марганца, фосфора, серы) за счёт продувки жидкого чугуна кислородом и перевода этих примесей в шлак или газообразную фазу. После окисления примесей, из металлического сплава удаляют растворенный в нем кислород, вводят легирующие элементы и получают сталь заданного химического состава.

Процесс производства стали состоит из следующих операций: подготовка исходных (шихтовых) материалов и загрузка их в конвертер, выплавка стали в конвертере, выпуск расплава из конвертера, внепечная обработка жидкой стали, разливка стали, обработка поверхности слябов.

Исходными материалами при производстве стали являются жидкий чугун, твёрдая металлическая шихта, шлакообразующие материалы, а также раскислители, легирующие материалы.

Жидкий чугун поступает в чугуновозных ковшах из доменных цехов. В Конвертерном цехе №1 (КЦ-1), в зависимости от химического состава чугуна, его переливают в чугунозаливочный ковш либо миксер, предназначенный для временного хранения жидкого чугуна и выравнивания его химического состава и температуры, в Конвертерном цехе №2 (КЦ-2) – в чугунозаливочный ковш. Жидкий чугун из миксера выпускают в чугунозаливочный ковш. При производстве стали с ограничениями по массовой доле серы, а также при переработке чугуна с повышенной массовой долей серы, чугун в чугунозаливочном ковше перед заливкой в конвертер обрабатывают на установке десульфурации чугуна.

Вкачестве твёрдой металлической шихты используют переработанный металлический лом и отходы, металлизованные окатыши или брикеты, твёрдый чушковый чугун, поступающие из Копрового цеха.

Выплавка стали осуществляется в конвертере, представляющим собой поворачивающийся на цапфах стальной сосуд грушевидной формы, футерованный изнутри огнеупорным кирпичом и снабжённый лёткой для выпуска стали и отверстием сверху (горловиной) для ввода в полость конвертера кислородной фурмы, отвода газов, заливки чугуна, загрузки металлического лома и шлакообразующих, слива шлака.

Загрузку конвертера обычно начинают с завалки металлического лома. Ме-

таллический лом загружают в наклонённый конвертер из специальных совков через горловину с помощью завалочной машины. Затем в конвертер заливают жидкий чугун. После этого конвертер поворачивают в вертикальное положение, опускают в него кислородную фурму и начинают продувку технически чистым кислородом,

16

одновременно добавляя шлакообразующие материалы (главным образом, известь и/или доломит). Правильно организованный режим продувки обеспечивает хорошую циркуляцию металла, его перемешивание со шлаком и способствует повышению скорости окисления содержащихся в чугуне примесей.

По достижении заданного содержания углерода в конвертерной плавке продувку прекращают, кислородную фурму поднимают, конвертер наклоняют и расплав через летку выпускают в сталеразливочный ковш, где он подвергается дальнейшей обработке: раскислению, легированию, усреднительной продувке аргоном для обеспечения равномерного распределения химических элементов стали по объёму ковша. Во время выпуска металла в сталеразливочный ковш присаживают раскислители, ферросплавы и легирующие материалы, обеспечивающие получение расплава с химическим составом, близким к среднему составу для данной марки стали. Шлак сливают через горловину конвертера в шлаковую чашу, установленную на шлаковозе под конвертером, наклоняя конвертер в противоположную от летки сторону.

После окончания выпуска расплава сталеразливочный ковш транспортируют на установки внепечной обработки стали, где жидкая сталь проходит обработку на специализированных агрегатах: установках доводки металла (УДМ), агрегатах циркуляционного вакуумирования (АЦВ), агрегатах «печь-ковш» (АПК).

На данных агрегатах обеспечивается:

-равномерное распределение химических элементов в объёме расплава, усреднение по температуре, удаление неметаллических включений - путём продувки жидкой стали аргоном (УДМ, АПК);

-корректировка химического состава стали (УДМ, АПК, АЦВ);

-модифицирование неметаллических включений - придание включениям необходимой формы для снижения их влияния на свойства металла (УДМ, АПК);

-удаление газов из расплава (АЦВ);

-вакуумное обезуглероживание металла, для производства стали с особонизким содержанием углерода (автолистовая, электротехническая) (АЦВ).

При получении заданной температуры и требуемого химического состава жидкой стали, сталеразливочный ковш с расплавом передают на установку непрерывной разливки стали (УНРС), где сталь разливают в слябы. Затвердевший сляб поступает на установку газовой резки, где специальные резаки смесью природного газа и кислорода разрезают его на куски заданных размеров. Отрезанные слябы при помощи роликового конвейера (рольганга) подают на склад слябов, где они проходят контроль качества и обработку поверхности, в том числе и на машине огневой зачистки слябов, обеспечивающую удаление выявленных поверхностных дефектов.

Готовые слябы отгружают потребителям или передают на стан горячей прокатки Производства горячего проката для дальнейшей обработки.

Сталеплавильное производство ОАО «НЛМК» состоит из двух Конвертерных цехов: Конвертерного цеха №1 (КЦ-1) и Конвертерного цеха №2 (КЦ-2). КЦ-1 оснащён тремя конвертерами номинальной ёмкостью по 160 тонн, двумя высокопроизводительными УНРС криволинейного типа и двумя УНРС вертикального типа. В состав оборудования КЦ-2 входят три конвертера номинальной ёмкостью по 300 тонн, четыре УНРС криволинейного типа и одна – радиального типа.

18

5 ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Назначением прокатного производства является получение металла требуемой формы, с необходимой структурой и свойствами.

Одним из эффективных способов придания металлу необходимой формы является его прокатка – процесс пластического деформирования исходной заготовки между вращающимися в противоположные стороны валками, в результате чего происходит последовательное уменьшение толщины заготовки при одновременном увеличении её длины и ширины. Формирование необходимой структуры и свойств металла происходит за счёт разрушения при прокатке его первичной литой структуры и образования вместонеё более плотнойимелкозернистойструктуры,обуславливающейповышениекачестваметалла.

Прокатку выполняют на прокатных станах, состоящих из одной или нескольких последовательно расположенных рабочих клетей, представляющих собой станины, в которых размещены прокатные валки.

В зависимости от температуры различают холодную и горячую прокатку. При горячей прокатке исходная заготовка (сляб) задаётся в клети прокатного стана в нагретом до температуры около 1250°С состоянии, при холодной – исходная заготовка (горячекатаный подкат)нагреву не подвергается.

Преимуществами горячей прокатки по сравнению с холодной является то, что металл при нагреве становится менее прочным и легче поддаётся обработке, а после горячей прокатки остаётся пластичным и не требует отжига.

С уменьшением толщины полосы до определённой величины горячая прокатка сопровождается быстрым остыванием металла, ростом сопротивления деформации и увеличением отходов металла в окалину из-за неизбежных частых подогревов. Поэтому полосу тоньше 1,5 мм в горячем состоянии прокатывать сложно, и тонкие полосы, как правило, получают холодной прокаткой. Холодная прокатка позволяет получать холоднокатаный прокат, толщиной до нескольких микрон, превосходного качества: с высокой точностью размеров, отличной отделкой поверхности, хорошими физическими и механическими свойствами. При холодной прокатке металл упрочняется (наклёпывается), в связи с этим для восстановления пластических свойств приходится проводить отжиг. Технология производства холоднокатаного проката включает большое число переделов, требует применения сложного и многообразного оборудования.

Прокатное производство ОАО «НЛМК» представлено Производством горячего проката (ПГП), Производством холодного проката и покрытий (ПХПП), Производством динамной стали (ПДС), Производством трансформаторной стали (ПТС).

5.1 Производство горячего проката

Основной задачей Производства горячего проката (ПГП) является получение горячекатаного проката, являющегося товарной продукцией ОАО «НЛМК», отгружаемой потребителю,атакжезаготовкой (подкатом)впроизводстве холоднокатаного проката.

Производство горячекатаного проката на комбинате осуществляется на непрерывном широкополосном стане 2000.

В качестве исходной заготовки на стане 2000 используют непрерывнолитые слябы, поступающие из Конвертерных цехов №1 и №2. Процесс горячей прокатки состоит из следующих этапов: нагрев сляба, прокатка сляба в «черновой» группе клетей, прокатка раската в «чистовой» группе клетей, охлаждение металла водой, смотка полосы в рулоны.

20