Тема 8 перспективи розвитку машин і агрегатів сталеплавильного виробництва

1. Розвиток сталеплавильного виробництва у світі характеризується витисненням мартенівського способу й розширенням киснево-конвертерного й електросталеплавильного способіввиплавки сталі зі збільшенням одиничної потужності сталеплавильних агрегатів. Але разом із заміною мартенівських печей кисневими конвертерами виникла проблема використання сталевого лома, оскільки частка його в шихті кисневих конвертерів становить близько 25 %. У зв'язку із цим одержують подальший розвиток електродугові печі, що працюють в основному на металобрухті. Таким чином, основний напрямок збільшення виробництва сталі на найближчий час – це сполучення киснево-конвертерного й електросталеплавильного способів. При цьому приймаються заходи щодо збільшення інтенсивності продувки конвертерів киснем, що скорочує тривалість плавки.

Застосування в киснево-конвертерних цехах систем автоматизації дозволило підвищити їхню продуктивність, поліпшити якість сталі, знизити витрати кисню й феросплавів. Найбільш перспективне керування процесом плавки за допомогою ЕОМ на базі динамічної моделі. Одержала розвиток виплавка сталі в конвертерах з донним газокисневим дуттям, які вимагають цехів меншої висоти, ніж звичайні киснево-конвертерні; у ряді випадків вони можуть бути встановлені в існуючих мартенівських цехах.

2. У нових електросталеплавильних цехахпередбачені агрегати для аргонно-кисневої продувки при виплавці низьколегованих нержавіючих сталей, комплексна механізація й автоматизація всіх виробничих процесів, можливість виплавки сталі по заздалегідь розробленій програмі за допомогою ЕОМ.

Розвивається спеціальна металургія, що забезпечує промисловість спеціальними сталями високої якості, здатними працювати в умовах високих температур і навантажень, агресивних середовищ, при глибокому вакуумі й холоді, радіоактивних випромінюваннях.

Досить перспективним є розвиток і вдосконалювання безкоксового виробництва особливо чистих високоякісних сталей з металізованих окатишів у дугових електропечах. Виробництво металізованих окатишів здійснюється в автоматизованих шахтних печах з використанням у якості відновлювача конвертованого природного газу.

3. Поряд зі створенням і вдосконалюванням потужних кисневих конвертерів і електропечей проводяться роботи з подальшої інтенсифікації сталеплавильного виробництва, з більш повного використання устаткування, підвищення якості продукції, автоматизації всього виробничого циклу.

Процес виробництва сталей на ряді підприємств дотепер залишається дискретним, хоча сучасна доменна піч вже може видавати чавун практично безупинно, а процеси безперервного лиття й прокатки давно освоєні й успішно застосовуються в промисловості.

Основна тенденція подальшого розвитку металургійного машинобудування пов’язана з переходом на безперервні процеси виробництва металу.

У безперервному агрегаті об’єднані в єдиний цикл всі процеси – від виплавки чавуну до прокатки. Перетворені в єдиний комплекс – агрегат САБД (сталеплавильний агрегат безперервної дії) – машина безперервного лиття й прокатний стан. Це є найважливішою тенденцією в розвитку машинобудування – перехід від окремих агрегатів до системи машин. Розроблювальні в більшості промислових країн варіанти САБД розділяються на:

Ø конвертерні (агрегати ІРСИД у Франції, НРИМ у Японії, «Бетлехем стіл» у USA);

Ø подові (агрегати МІСіС на базі мартенівської печі в Росії, агрегат УОРКРА (на базі електродугової печі – спільні австрійсько-шведські розробки) і

Ø струминні (БІСРА в Англії, Фест в Австрії).

Найбільш перспективними були визнані САБДи конвертерного типу, що сполучають переваги кисневих конвертерів типу ЛД із перевагами агрегатів безперервної дії. До них належать близькі по конструктивних і технологічних ідеях розробки ІРСИД у Франції й НДІметмаш – ЦНДІЧМ у Росії.

САБД конвертерного типу доцільно застосовувати для виробництва сталі в великих обсягах (3-10 млн. т/рік). Шихтою для нього є рідкий доменний чавун з добавкою металізованих окатишів або металобрухту.

Струминний безперервний процес визнаний доцільним для рафінування рідкого чавуну від шкідливих домішок перед наступним сталеплавильним переділом.

Як різновид «подового» процесу розроблений процес виплавки сталі в електродуговій печі безперервної дії. Цей варіант знайшов застосування при виплавці спеціальних сталей у невеликих масштабах.

З огляду на потенційні переваги САБД конвертерного типу (високі питома продуктивність і одинична потужність агрегатів, не вимагає зовнішніх джерел енергії, простота обслуговування й автоматизації процесу й т.д.), можна вважати, що цей вид безперервного сталеплавильного процесу одержить подальший розвиток.

Раніше серйозним недоліком розглянутого процесу вважалася неможливість використання твердого сталевого лома. Специфіка безперервного процесу (у першу чергу вимога стандартності хімічного складу, витрат й параметрів матеріалів, що вводяться в процес) утруднює використання в агрегаті твердої металошихти без попередньої підготовки.

Кардинальним рішенням проблеми стає застосування фрагментованого лома, що може дозовано й безупинно вводитися в реакційну ванну апарата, звільнення його від домішок кольорових металів, пластику, текстилю, і попередження забруднення навколишнього середовища продуктами згоряння.

Більші можливості по використанню металобрухту в САБД відкрив криогенний спосіб фрагментації, що одержав великий розвиток. Він передбачає охолодження шматків лома будь-яких розмірів у рідкому азоті до температури –120°С и наступне дроблення лома, що став крихким. Цей спосіб значно зменшує потужність дробильних пристроїв і в кілька разів знижує їхню вартість.

Паралельно вирішуються нові проблеми, пов’язані з безперервним характером виробництва: розробка надійних систем подачі рідкого чавуну, реагентів і лома, прибирання шлаків і газів; швидкодіючих способів виміру й контролю температури, хімічного аналізу металу, шлаків і газів, нових вогнетривів і т.д.

Поряд із впровадженням САБД, що базуються на переробці доменного чавуну, подальший розвиток одержала безкоксова металургія.

Технологічна схема на цих заводах включає виробництво сирих окатишів і їх зміцнюючий випал, одержання металізованих окатишів у шахтних печах і їхній переплав в електродугових сталеплавильних печах.

Досвід експлуатації промислових установок типу «шахтна піч – електропіч» показав їхні переваги в порівнянні з іншими діючими агрегатами безкоксової металургії: високу питому продуктивність шахтних печей (5–10 т/м³ у добу), високий ступінь використання тепла й металізації продукту (95 %).

Подальший розвиток сталеплавильного виробництва і, зокрема, безперервних сталеплавильних агрегатів конвертерного типу піде по шляху переробки продукту прямого одержання заліза із включенням у САБД відбудовної стадії.

У СРСР був розроблений новий відбудовний процес, що відповідає вимогам безперервного сталеплавильного переділу, а саме:

1) процес базується на режимах з інтенсивним массо- і теплообміном, що дозволяють застосовувати агрегати досить високої питомої продуктивності й одиничної потужності;

2) створюються умови, що сприяють гарній стійкості футеровки;

3) продукт процесу виходить у рідкому вигляді й має склад, зручний для наступного переділу в САБД.

Одночасно було вирішено завдання заміни коксу недефіцитним енергетичним вугіллями й металізованих окатишів – порошкоподібним залізорудним концентратом. Процес реалізується у дві стадії. На першій стадії – циклонній плавці – залізорудний концентрат у суміші з вапняком і вугіллям плавиться й частково (на 20-25 %) відновлюється в умовах повного спалювання палива. На другій, конвертерній стадії процесу, відбувається остаточне відновлення заліза з розплаву і його навуглецювання. Агентом-відновлювачем є розчинений вуглець чавуну, рівень якого поповнюється вдмухуванням відповідної кількості вугільного пилу. Одночасно ванна продувається киснем. Режим продувки забезпечує тепловиділення, що компенсує витрати тепла на відбудовні реакції й втрати в навколишнє середовище.

Подальша переробка напівпродукту виконується в апаратах, що рафінують, САБД.

Технологія процесу в агрегаті «руда – сталева заготовка» полягає в наступному. Залізорудний концентрат із добавкою вапна подається безупинно в плавильний циклон, що працює в режимі неповного спалювання. Шихта розплавляється із частковим відновленням до закису заліза. Остаточне відновлення офлюсованого закисного розплаву проходить у проточній ванні відновного конвертера, заповненій рідким вуглецевим продуктом і проміжною сумішшю пилоподібного вугілля й кисню.

Конвертерна ванна служить також накопичувачем розплаву, що надходить із шахтної брухтоплавильної печі, у якій відбувається відновлення окисленого в печі заліза, навуглецювання розплаву й змішування його із продуктом відновлення закисного циклонного розплаву. Циклон і брухтоплавильна піч опалюються гарячими газами (в основному оксидом вуглецю), що виділяються з ванни відновного конвертера.

У відстійній зоні відновного конвертера рідкий напівпродукт і шлаки розділяються: шлаки безупинно видаляються, а метал по ринві надходить в агрегат, що рафінує.

Рафінування рідкого напівпродукту виконується двохстадійно в проточних апаратах САБД із основною вогнетривкою футерівкою. У першому апараті, що рафінує, здійснюється десульфурація продувкою металу пилоподібним вапном у струмені природного газу. У другому апараті, що рафінує, виконується окислювання надлишкового вуглецю до необхідного його вмісту й додаткове очищення сталі від шкідливих домішок шляхом продувки металу киснем з пилоподібним вапном.

Там здійснюється також кореляція температури сталі подачею твердих охолоджувачів (металізованих окатишів або дрібного металобрухту).

Рідкий шлак з обох апаратів видаляється самопливом через лотки відстійних ванн у шлаковики, установлені на візках під робочими площадками, і вивозиться в зону дії заливального крана.

Не розкислена сталь із другого апарата надходить у міксер, призначений для усереднення хімічного складу й температури сталі. У заливальний канал міксера в струмінь металу подають подрібнені феросплави. Розкислена сталь направляється в проміжні ємності машини безперервного лиття заготовок радіального типу.

Істотне зниження собівартості сталі й питомих капітальних витрат у цих агрегатах обумовлено головним чином заміною агломерату порошкоподібним залізорудним концентратом і коксу енергетичним вугіллям відкритого й неглибокого видобутку.

При розробці САБД ураховують екологічні й соціальні вимоги. Агрегат являє собою закриті потокові лінії, що працюють без теплових випромінювань і виділення газів.

4. Поряд з розробкою САБД, що базуються на переробці доменного чавуну, подальший розвиток одержала безкоксова металургія.Технологічна схема роботи на цих заводах включає виробництво сирих окатишів і їх зміцнюючий випал, одержання металізованих окатишів у шахтних печах і їхній переплав в електродугових сталеплавильних печах. Досвід експлуатації промислових установок типу «шахтна піч – електропіч» показав їхні переваги в порівнянні з іншими діючими агрегатами безкоксової металургії.

5. Переваги безперервного лиття заготовок – не тільки в скороченні циклу металургійного виробництва, але, головне, – в підвищенні якості виливків у зв'язку з високим ступенем їхньої однорідності й великих техніко-економічних перевагах, які визначали досить високі темпи його впровадження.

Подальший розвиток МБЛЗ іде в сполученні зі створенням нових високопродуктивних агрегатів великої одиничної потужності й автоматизації систем керуванняроботою конвертерів і електродугових печей. Збільшення швидкості розливання сталі пов’язане з розробкою нових конструкцій кристалізаторів з рівномірним тепловідводом по периметру й більш ефективним використанням довжини.

Одним з головних напрямків у металургійному виробництві є сполучення безперервного розливання сталі із прокаткою й створення досконалих конструкцій ливарно-прокатних агрегатів. Сполучення розливання й прокатки сталі є важливим етапом на шляху до створення повністю автоматизованого безперервного процесу одержання прокату з рідкої сталі.

Дата добавления: 2015-10-21