Билет № 51 Внепечная обработка стали

В технологии производства стали в современных цехах прак­тически обязательным стало использование агрегатов комплексной обработки жидкой стали в ковше с электродуговым подогревом. Осуществляется практически полный отказ от подачи легирующих металлов и ферросплавов в электропечь, они даются в ковш при сливе в него металла из печи и на установках внепечной обработки жидкого металла. Сооружение в ЭСПЦ вакуумных установок для внепечной обработки определяется марочным сортаментом и на­значением выплавляемой стали.

Обработка стали в ковше требует повышенной вместимости ков­ша, свободная зона вверху ковша колеблется от 200 до 1200 мм. Таким образом, внепечная обработка стали позволяет:

• повысить чистоту стали по оксидным включениям путем пони­жения содержания растворенного в стали кислорода при раскисле­нии углеродом в вакууме;

• снизить содержание в стали водорода и углерода путем вакуумирования;

• сузить пределы содержания элементов, регулирующих свойства стали различных плавок, а также сэкономить легирующие элементы и раскислители;

• достичь однородности металла по температуре во всем объеме ковша благодаря хорошему перемешиванию;

• дополнительно подогреть металл;

• достичь низких концентраций серы в стали;

• повысить производительность сталеплавильных агрегатов в ре­зультате сведения их функций только к получению железоуглероди­стого расплава.

Обработку жидкого металла обычно про­водят:

• в сталеразливочном ковше с огнеупорной футеровкой и затвором в основном шиберного типа, снабженном крышкой, специальным оборудованием для вдувания газа или газопорошковой смеси;

• в агрегатах типа: ковш-печь с крышкой - сводом, через которую пропущены электроды для нагрева металла в процессе его обработ­ки;

• в конвертере с продувкой металла кислородом, аргоном, паром и т.п. Некоторые конкретные схемы по реализации процессов внепечной обработки жидкой стали приведены на рисунке 31.

Рисунок 31 Схемы процесса внепечной обработки жидкой стали:

а – рафинирование жидким шлаком; б – продувка аргоном в ковше; в – продувка в ковше газопорошковыми смесями; г – вакуумирование в ковше; д – то же с электромагнитным перемешиванием; е – то же с перемешиванием аргоном; ж – вакуумирование в струе при отливке слитка; з – то же при переливе из ковша в ковш;

и - порционное вакуумирование в установке типа DH; к - циркуляционное ва­куумирование в установке типа RH; л - установка типа ковш-печь.

По функциональной направленности все способы внепечной обра­ботки стали можно также классифицировать на четыре основные группы:

1. Методы перемешивания с усреднением температуры и химиче­ского состава расплава.

2. Методы введения порошкообразных реагентов, раскислителей и микро - легирующих элементов.

3.Вакуумная обработка.

4. Методы комплексной обработки с подогревом на установках ковш-печь.

Для решения задач внепечной обработки исполь­зуют следующие технологические операции: перемешивание метал­ла; введение кусковых и порошкообразных шлакообразующих; ле­гирующих и раскислителей; создание контролируемой атмосферы над поверхностью металла; вакуумирование; обработку жидким синтетическим шлаком; окислительную продувку металлического расплава.

Для внепечного вакуумирования используют следующие разно­видности установок (рисунок 32).

Рисунок 32 Схема установок внепечного вакуумирования:

а – ковшовое в камере; б-е – ковшовое с перемешиванием аргона и электромагнитным способом; г – при переливе из ковша в ковш; д – порционное; е – циркуляционное; ж – при выпуске стали из электропечи; з – при разливке в изложницу

Для уменьшения количества шлака в ковше могут быть использо­ваны следующие методы и устройства (рисунок 33 ):1) стопорное устройство по типу используемого на доменной печи для закрытия шлаковой летки и скользящий выпускной затвор; 2) известь или доломит для загущения шлака в печи; 3) перелив ста­ли из ковша в ковш; 4) устройство для скачивания шлака из ковша (механический гребок, вакуумный или эжекционный отсос); 5) рез­кий обратный наклон электропечи; 6) дуговая печь с эксцентричным (эркерным) или сифонным выпуском металла.

С наибольшим эффектом задачи внепечной обработки стали могут быть решены на агрегате ковш-печь (рисунок 34). Основными элемен­тами установки являются: свод с приводом подъема; электрододер­жатели с приводами перемещения; шахта с системой направляющих роликов; вторичный токоподвод; трансформатор установки ковш-печь; регулятор мощности; система газоудаления и очистки бункера для шлакообразующих, раскислителей и легирующих с системой взвешивания и дозирования; устройство для подачи алюминиевой проволоки (трайб-аппарат); установка для вдувания в металл порош­кообразных материалов; устройство для продувки металла инертным газом (в некоторых случаях статор электромагнитного перемешива­ния); устройство для взятия пробы и измерения температуры; само­ходный сталевоз; АСУ ТП процесса внепечной обработки. При создании модуля ковш-печь важное значение имеют выбор конструкции отдельных элементов, общая компоновка отдельных узлов и элементов, взаимоувязка их расположения с планировкой цеха и с учетом действующего в цехе оборудования. Для установок ковш-печь могут быть использованы электропеч­ные трансформаторы.

Однако при выборе мощности трансформато­ра необходимо учитывать, что для нагрева стали в ковше использу­ют в основном нижнюю половину ряда ступеней вторичного напря­жения. Вследствие небольших диаметров сталеразливочных ковшей для обеспечения благоприятных условий службы футеровки в верхней ее части должен быть обеспечен минимальный распад электродов. Первые своды на установках ковш-печь были керамическими, в дальнейшем получили распространение комбинированные своды, периферийная часть которых выполняется водоохлаждаемой, а цен­тральная - набивной из огнеупорного бетона. Известны также кон­струкции полностью водоохлаждаемых сводов. В своде установки ковш-печь, кроме трех электродных отверстий, выполняют отвер­стия под загрузочную воронку, трайб-аппарат и устройство для из­мерения температуры и взятия пробы (термопроб). При продувке металла аргоном сверху в своде делается отверстие для фурмы.

Для отвода образующихся при обработке стали газов в верхней части свода устраивается водоохлаждаемый патрубок, связанный со стационарным газоходом. Количество отсасываемых от установки газов зависит от вида обработки (наличия науглероживания, качест­ва подаваемой извести, интенсивности продувки аргоном, наличия подсосов) и обычно составляет 80-150 м³/(т-ч).

Объем и количество бункеров для кусковых (так же как и для по­рошкообразных) шлакообразуюших и легирующих материалов вы­бирают с учетом марок выплавляемых сталей и принятой техноло­гии. На практике установка ковш-печь оборудуется 6-14 бункерами вместимостью 1,5-8 м³, содержащими известь, шпат, шамот, агло­мерат, ферросилиций, ферромарганец и другие материалы.

Основным раскислителем при внепечной обработке стали является алюминий, который вводят в виде проволоки диаметром 8-16 мм с помощью трайб-аппарата. В последние годы широко применяют по­рошковую проволоку с силикокальцием, углеродсодержащими, мо­дификаторами, в частности редкоземельными и другими материала­ми.

Определенные преимущества обеспечивает применение постоян­ного тока для установок ковш-печь (отсутствие шума, малый расход электродов, меньшая облученность футеровки за счет расположения катода в центре ковша). В качестве анода могут быть использованы проводящая подина или стеновой блок из композиционных материа­лов.

О бъемно-планировочное решение участка АКОС-60, предлагаемое ВНИИЭТО, представлено на рисунке 35 , а для АКОС-125 на рисунке 36.

В составе АКОС предусмотрены следующие устройства и систе­мы:

• система дугового электроподогрева стали со скоростью 3-5 °С/мин включающая систему энергоснабжения, трансформатор, траверсу с тремя электрододержателями и алюминиевыми токоподводами, триангулированной короткой сетью и графитизированными электродами;

• система электрооборудования агрегата, состоящая из централь­ного и выносных пультов управления, в т.ч. автоматизированной системы управления;

• система механизмов укрытия ковша, включающая водоохлаждаемую крышку, механизм подъема крышки;

• механизм перемещения электродов;

• система бункеров и дозировочных устройств для подачи сыпу­чих материалов в ковш - раскислителей, легирующих, шлакообразующих;

• устройство для подачи проволочных присадок;

• устройство для вдувания порошковых материалов;

• устройство для продувки стали аргоном через пористые вставки;

• система газоотсоса, включающая эвакуацию газа из под крышки и через зонт, установленный над АКОС;

• контрольные аппаратура и устройства, обеспечивающие инфор­мацию о температуре и окисленности металла и шлака; составе и давлении газа под крышкой; электрических параметрах нагрева; давлении и расходе аргона и охлаждающей воды; запасе и необхо­димом расходе материалов на заданный процесс; положении фурмы и датчиков в ковш; продолжительности отдельных технологических операций и цикла внепечной обработки;

• автоматизированная система управления многофункционального назначения, обеспечивающая сбор и обработку информации перед началом работы; сбор, обработку информации по ходу процесса и оперативное управление процессом по заданной программе; опове­щение об отклонениях от заданных параметров и нарушениях в ра­боте механизмов и устройств.

Управление ведется с центрального пульта управления агрегатов путем выдачи задания на локальные системы, обеспечивающие ве­дение технологического процесса (электрический режим, подача кусковых и сыпучих материалов, подача проволочных раскислите-лей, подача нейтрального газа и вдувание порошков). Наблюдение за различными периодами процесса осуществляется с помощью теле­экрана.

В таблице 2 приведены основные характеристики АКОС-125 конст­рукции ВНИИЭТО, рассчитанной на обработку до 1,2 млн. т стали в год.