Глава 7 конвертерные цехи
За короткий срок со времени возникновения (1952—1953 гг.) кислородно-конвертерный процесс благодаря высоким технико-экономическим показателям стал ведущим сталеплавильным процессом, . на долю которого приходится большая часть мировой выплавки стали. Наиболее распространен процесс с верхней продувкой; в конвертерах с донным дутьем выплавляют около 10% кислородно-конвертерной стали. Первые кислородно-конвертерные цехи, (в дальнейшем для краткости будем называть их конвертерными) строились с конвертерами емкостью от 30 до 100 т, в настоящее время их емкость достигает 350—400 т; подобные цехи являются наиболее высокопроизводительными сталеплавильными цехами.
Основными линиями системы грузопотоков конвертерного цеха являются: доставка и заливка жидкого чугуна, доставка и загрузка лома; доставка и загрузка в конвертер сыпучих материалов; доставка и загрузка в ковш ферросплавов зачастую с их нагревом или расплавлением; транспортирование ковшей с жидкой сталью; разливка и уборка слитков или литых заготовок; уборка шлака; доставке Материалов для ремонта конвертеров и другого оборудования и уборка мусора. Компоновка основных линий грузопотоков взаимное расположение и число отделений цеха, планировка главного здания в существующих цехах отличаются большим разнообразием. Во многом это объясняется тем, что опыт эксплуатации конвертерных цехов непродолжителен и по мере его накопления планировочные решения продолжают совершенствоваться; объясняется это и тем, что во многих зарубежных конвертерных цехах применены вынужденные проектные решения, поскольку они строились в условиях стесненной площади, сложившихся грузопотоков и с использованием зданий существовавших ранее цехов.
Ниже даны описание и оценка основных проектных решений для цехов с конвертерами верхнего дутья и коротко рассмотрены особенности цехов с конвертерами донного дутья.
1. Проектные решения по работе конвертеров
Производительность кислородного конвертера (Пк, т/год) можно подсчитать по формуле
Пк = (Т1440ап)/100t,
где Т — емкость конвертера (по массе жидкой стали), т; t — длительность плавки, мин; 1440 — число минут в сутках, мин/сут; п — число рабочих суток в году, сут/год; а — выход годных слитков по отношению к массе жидкой стали, %.
Продолжительность, мин, плавки выбирают в соответствии с нормативными данными, близкими к приведенным ниже:
Емкость конвертера, т 160 200 300 400
Продолжительность, мин:
загрузки лом 2 2 2 2
заливки чугуна 2 2 2 2
продувки 12 12 12 12
отбора проб и анализа, за мера температуры 4 4 4 4
слива металла 4 5 6 7
слива шлака 2 2 2 3
подготовки конвертера 6 6 6 6
Выход годных слитков (а) при разливке в изложницы составляет 97,5—99,4%; при непрерывной разливке 96—98%. Число рабочих суток (п) в году зависит от организации работы конвертеров в цехе. При установке в цехе 3—4 конвертеров, один из которых постоянно находится в ремонте или резерве, число рабочих суток работающих конвертеров принимают равным 365. При отсутствии резервного конвертера величина п для каждого из работающих конвертеров уменьшается в связи с простоями на ремонтах футеровки и газоотводящего тракта и горячими простоями, В частности, при работе без торкретирования ремонт футеровки делают через 700—900 плавок, причем его длительность для 50-т конвертера составляет 50 для 100-т 70 ч, для 350-т около 100 ч (величина прочих простоев для большегрузных конвертеров приведена ниже на стр. 74).
Выбор числа и емкости конвертеров производится на основании заданной годовой производительности проектируемого цеха (Пц т/год). Так, задаваясь числом конвертеров п, можно определить их емкость из соотношения п = Пц/Пк, где Пк — годовая производительность одного конвертера. Выбранная емкость конвертеров должна соответствовать установленному в СССР в соответствии с ГОСТ типовому ряду емкостей (по массе жидкой стали): 50, 100, 130, 160, 200, 250, 300, 350 и 400 т.
При выборе емкости конвертера учитывают, что качество выплавляемой в кислородных конвертерах стали практически не зависит от их емкости, и в то же время при росте емкости существенно улучшаются технико-экономические показатели работы конвертерного цеха. По расчетам Гипромеза, эффективность повышения емкости конвертеров характеризуется следующими данными:
Емкость конвертера, т 200 400
Капиталовложения, % 90 75
Производительность труда, % 125 190
Себестоимость стали, % 99 98
Расходы по переделу, % 96 87
С учетом этих данных для проектируемых цехов рекомендуются конвертеры емкостью 300—400 т. Сооружение цехов с малыми (50—100 т) конвертерами возможно в отдельных случаях, например при реконструкции малых заводов, где объем выплавки чугуна недостаточен для обеспечения работы большегрузных конвертеров.
Вопрос о выборе оптимального числа устанавливаемых в цехе конвертеров долгое время был дискуссионным. В первые годы освоения кислородно-конвертерного процесса разрабатывались . проекты цехов с числом конвертеров, достигавшем шести. Однако опыт показал, что в связи с большой производительностью конвертеров даже при сравнительно малом их числе в цехе объем выплавки стали столь велик, что могут возникать трудности & организации подачи шихтовых материалов и разливке стали. Так, при двух непрерывно работающих конвертерах емкостью 350 и 400 т годовой объем выплавки стали в цехе составит около 9 и 11,5 млн. т жидкой стали соответственно. С учетом этого и в связи с отсутствием опыта эксплуатации цехов более высокой производительности в проектируемых цехах обычно устанавливают 2—3 большегрузных конвертера.
Многократно обсуждался вопрос о том, какой из вариантов строительства более целесообразен — цеха с двумя установленными и постоянно находящимися в эксплуатации конвертерами или цеха с тремя установленными конвертерами, два из которых постоянно работают, а один находится в ремонте или резерве. В цехе с тремя конвертерами обычно у двух работающих конвертеров рабочее время составляет 365 суток в году, что обеспечивает постоянство производительности цеха, полное использование рабочей силы и всех обслуживающих участков и оборудования цеха. При двух установленных конвертерах уменьшаются капитальные затраты на главное здание цеха. Однако во время простоев каждого из постоянно эксплуатируемых конвертеров производительность цеха снижается вдвое и не полностью используется оборудование и рабочая (сила, что ведет к снижению основных технико-экономических показателей.
В Гипромезе недавно выполнен анализ технико-экономических показателей работы схожих по планировке и используемому оборудованию цехов с тремя и двумя установленными 300-т конвертерами и обслуживающими участками и оборудованием, рассчитанными на обеспечение одновременной работы двух конвертеров. В цехе с двумя конвертерами их годовой фонд рабочего времени оказался меньшим в связи с простоями (горячие простои 2% календарного времени, ремонт газоотводящего тракта одного конвертера — 26 сут, ремонт нагнетателя — 8 ч через каждые 1000 плавок, ремонт футеровки — 4,25 сут через 5000 плавок, простои при торкретировании начиная с 400-й плавки). Соответственно годовая производительность цехов составила 8,7 и 7,7 млн. литых заготовок и удельные капитальные затраты для цеха с тремя конвертерами на 10,3%, себестоимость стали на 0,4% ниже, а производительность труда на 3,3% выше. Эти данные позволяют считать более рациональным строительство цехов с тремя конвертерами, один из которых является «подменным», т. е. находится в ремонте или в резерве.
Конвертеры и параметры технологии. В новых цехах, как отмечалось, рекомендуется установка большегрузных (300—400 т) конвертеров. Их удельный объем должен составлять 0,85—1,0 м3/т; кислородные фурмы должны иметь 5—7 сопел и более, что обеспечивало бы интенсивность подачи кислорода 5—8 м3/(т-мин) и длительность продувки не более 12 мин. Целесообразно применять конвертеры с независимым опорным кольцом, двусторонним навесным многодвигательным механизмом поворота, отъемным днищем, что облегчает ремонт конвертеров.
Технология производства должна предусматривать десульфурацию чугуна в ковшах; полное скачивание шлака из заливочного ковша перед сливом чугуна в конвертер; применение непрерывной разливки; применение внепечной обработки стали и, в частности, продувку в ковше перед разливкой аргоном с одновременной корректировкой состава и температуры, а для высококачественных сталей — обработку вакуумом, шлаками и другие способы внепечного рафинирования. Технология выплавки должна базироваться на применении автоматизированных систем управления ходом плавки, что позволяет исключить додувки и другие корректировочные операции.