Введение к работе
Актуальность работы.
Среди основных конструкционных материалов сталь занимает и в обозримом будущем будет занимать главенствующую роль. Увеличивается не только ежегодное производство стали, но и темпы его прироста.
В то же время российская металлургия значительно отстает по ряду технико-экономических показателей от развитых стран. Для производства 1 т проката полная энергоемкость составляет 1,3 т условного топлива, полная трудоемкость 14,5 чел/ч, а в странах ЕС соответственно 1,0 т и 5,6 чел/ч.
Черная металлургия России должна сохранить за собой внутренний рынок и выйти на внешний рынок за счет комплексного повышения качества и снижения ресурсоемкости продукции. Эти задачи в полной мере относятся и к сталеплавильному производству ОАО «Нижнетагильский металлургический комбинат» (НТМК).
Внепечная обработка остается главным звеном тонкой доводки стали, обеспечивающей получение в ней низкого содержания серы, фосфора, газов и неметаллических включений (НВ).
Конвертерный цех ОАО «НТМК» с середины 90-х годов прошлого столетия начал осваивать технологию внепечной обработки стали, используя агрегаты ковш-печь, циркуляционные вакууматоры, машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Освоение технологии внепечной обработки стали в ОАО «НТМК» выявило ряд недостатков.
Раскисление и модифицирование стали производились в разных агрегатах, на разных стадиях технологического процесса, различными видами ферросплавов и методами ввода. При этом наблюдались значительные колебания в величинах усвоения алюминия и кальция, их содержания в стали. Это приводило к неудовлетворительным показателям разливаемости металла и снижению его качества. Срок службы огнеупорных материалов конвертеров, патрубков вакууматоров из-за интенсивного механического и химического износа был весьма низок.
Несмотря на то, что отечественная металлургия располагает достаточно большим опытом использования внепечной обработки стали, для освоения процессов ее внепечной обработки в условиях ОАО «НТМК» его было недостаточно, поскольку даже для аналогичных оборудования и технологии каждое предприятие имеет свои специфические особенности
производства, включая марочный сортамент продукции, набор агрегатов, огнеупоров, сырья. Поэтому необходимо было в условиях конвертерного цеха ОАО «НТМК» опробовать и внедрить новые элементы технологии внепечной обработки стали, позволяющие получать экономию материалов, снижать энергоемкость, повышать рентабельность производства и улучшать экологическую обстановку.
В связи с этим работы по совершенствованию и внедрению технологии внепечной обработки стали в условиях ОАО «НТМК» весьма актуальны.
Цель работы.
Разработка и внедрение новых ресурсосберегающих технологических решений по раскислению и модифицированию спокойных марок сталей, улучшению условий их разливки на МНЛЗ, торкретированию футеровки агрегатов как основы повышения эффективности производства при внепечной обработке стали.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
- изучить в лабораторных условиях основные физико-химические
характеристики алюминийсодержащих . сплавов и силикокальцня
(температуру плавления, плотность, степень усвоения ведущих элементов);
провести математическое моделирование процессов ввода силикокальцня различными способами с расчетом времени плавления сплава и разработать рекомендации по методам ввода сплава, скорости погружения порошковой проволоки в расплав;
- изучить в промышленных условиях коэффициенты перехода
алюминия и кальция в сталь, улучшить разливаемость стали на МНЛЗ;
- определить целесообразность применения ферроалюминия и
ферроалюмомагния для раскисления стали;
- изучить влияние состава огнеупорных материалов и технологических
факторов на срок службы футеровки металлургических агрегатов и
определить конструкцию установки для торкретирования футеровки этих
агрегатов;
- внедрить в конвертерном цехе ОАО «НТМК» новые элементы
технологии внепечной обработки стали, позволяющие получить экономию
материалов, снизить энергоемкость и повысить экологичность и
рентабельность производства.
Научная новизна работы.
1. Изучены температура плавления и плотность алюминийсодержащих
сплавов и силикокальция, применяемых в конвертерном цехе ОАО «НТМК».
Определены в лабораторных и промышленных условиях коэффициенты усвоения алюминия и кальция в стали для ферроалюминия, ферросиликоалюминия, ферроалюмомагния, силикокальция и алюминия с получением новых сведений об эффективности применения этих материалов.
Впервые проведено моделирование и сравнение процессов плавления ферросиликокальция, вводимого в сталь куском, инжекцией порошка и порошковой проволокой.
Практическая значимость работы.
1. Предложены технологические приемы раскисления стали в
конвертерном цехе ОАО «НТМК», позволяющие увеличить и
стабилизировать усвоение алюминия и кальция, снизить расход материалов.
Установлены для вакуумированной и невакуумированной сталей величины отношения Са/А1, позволяющие обеспечивать разливаемость металла на МНЛЗ без затягивания погружных стаканов.
Установлена целесообразность использования новых раскислителей (ферроалюминия и ферроалюмомагния), позволившая снизить расход материалов-раскислителей и механизировать их подачу в ковш.
Разработаны и внедрены в конвертерном цехе ОАО «НТМК» новые способы увеличения стойкости огнеупорных материалов: применение клеевых композиций в кладке футеровки, нейтрализаторов активности ковшевого шлака, усиление жесткости конструкции днища вакуумкамеры.
Разработаны и внедрены торкрет-установки пневмомеханической конструкции, использование которых при торкретировании патрубков вакууматоров и конвертеров позволило значительно снизить расход огнеупоров и вредные выбросы пыли.
Апробация работы.
Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на Международной конференции «Современные проблемы металлургического производства», г. Волгоград, 2002 г.; 7-м конгрессе сталеплавильщиков, г. Магнитогорск, 2002 г.; Международной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии в металлургии стали: XXI век», г. Донецк (Украина), 2004 г.; 8-м Международном конгрессе
сталеплавильщиков, г. Н.Тагил, 2004 г.; Региональной научной конференции «Физическая химия и технология в металлургии», г. Екатеринбург, 2005 г.; Международной конференции «Теория и практика сталеплавильных процессов», г. Днепропетровск (Украина), 2006 г.
Публикации.
По теме диссертационной работы опубликовано 17 печатных работ, в том числе 11 статей в рецензируемых журналах, получено 2 патента РФ на изобретения.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов по всей работе, списка литературы из 111 наименований и 4 приложений. Работа изложена на 121 странице, содержит 6 рисунков и 29 таблиц.
