Введение к работе
Актуальность темы. Доля электростали в общем объеме мирового производства по данным за 2007 год равнялась 31,2 %. Этот показатель в России пока составлял 26,7 %. Электросталеплавильное производство в нашей стране развивается динамично и к 2020 году прогнозируется увеличение доли электростали до 38,9 %. Основными преимуществами этого способа производства стали являются широкие возможности по варьированию состава металлической шихты, точность и простота регулирования температуры.
В настоящее время для производства электростали широко применяются трехфазные дуговые сталеплавильные печи, работающие на переменном токе. Такие агрегаты используются для расплавления шихты и получения жидкого полупродукта, превращение которого в сталь заданного химического состава и качества осуществляется методами ковшовой металлургии. Технология выплавки полупродукта в современных электродуговых печах развивается в направлении интенсификации плавки. Основными способами интенсификации плавки являются применение топливо-кислородных горелок, подогрев металлического лома, применение в металлической шихте жидкого чугуна, окисление газообразным кислородом дополнительно вводимого углерода, работа с «болотом» на вспененном шлаке, продувка ванны инертным газом. Для металлургических предприятий с полным циклом производства одним из самых эффективных способов интенсификации плавки является использование в металлической шихте жидкого чугуна.
В результате коренной реконструкции сталеплавильного производства ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» в ЭСПЦ введены в эксплуатацию две дуговые сталеплавильные печи фирмы «VAI-FUCHS» вместимостью по 180 т. Каждая печь имеет удельный объём около 1,0 м3/т и оборудована многоступенчатым трансформатором удельной мощностью 830 кВА/т. Для интенсификации процесса выплавки полупродукта в дуговой сталеплавильной печи предусмотрена возможность применения в качестве шихтового материала жидкого чугуна в количестве до 40 % от массы загружаемой металлической шихты. По контракту проектная производительность дуговой сталеплавильной печи составляет около 2 млн. т стали в год.
В процессе освоения нового оборудования и технологии были выявлены трудности, связанные с ухудшением технико-экономических показателей работы печи при использовании большого количества жидкого чугуна в шихте электроплавки, невозможностью заливки чугуна в печь с помощью робота-манипулятора в процессе плавления металлической шихты, увеличением продолжительности загрузки металлического лома в печь, высоким содержанием серы, хрома, никеля, меди и азота в выплавляемом полупродукте. Эти
трудности не позволили на начальном этапе освоения достичь проектного уровня производительности дуговой сталеплавильной печи и приемлемого качества полупродукта.
Поэтому актуальной задачей для электросталеплавильного цеха ОАО «ММК» являлось совершенствование технологии выплавки полупродукта в дуговой сталеплавильной печи с применением жидкого чугуна.
Цель работы - повышение производительности дуговой сталеплавильной печи, работающей с использованием жидкого чугуна в металлической шихте, и улучшение качества выплавляемого полупродукта.
Для достижения этой цели потребовалось решить следующие основные задачи:
определить рациональный расход жидкого чугуна при выплавке полупродукта в дуговой сталеплавильной печи;
скорректировать технологию выплавки полупродукта в дуговой сталеплавильной печи с применением жидкого чугуна;
произвести количественную оценку различных статей потерь железа при выплавке полупродукта в дуговой сталеплавильной печи;
оценить экономическую эффективность внедрения усовершенствованной технологии производства полупродукта в дуговой сталеплавильной печи для условий ОАО «ММК».
Научная новизна работы заключается в следующем:
установлены эмпирические зависимости, позволяющие определить производительность электродуговой печи, продолжительность всей плавки и работы печи под током, удельный расход электроэнергии, содержание основных химических элементов в выплавляемом полупродукте и расход ферросплавов в ковш при изменении расхода жидкого чугуна до 34 % (отн.);
произведена количественная оценка степени влияния различных химических элементов на величину потерь металла при выплавке полупродукта;
установлена возрастающая линейная зависимость потерь железа с выносами от продолжительности работы печи под током и выявлена средняя величина относительной доли железа, окисляющегося с образованием монооксида железа шлака;
количественно оценены статьи потерь железа при выплавке полупродукта с выносами, с «корольками» шлака, на образование оксидов железа шлака.
Практическая значимость работы состоит в том, что в результате проведенных исследований производительность дуговой сталеплавильной печи увеличилась в среднем на 13,7 % (отн.), снижено содержание фосфора в полупродукте на 33 % (отн.), а также содержание хрома, никеля и меди. Усовершенствованная технология выплавки полупродукта в дуговой сталеплавильной печи вместимостью 180 от с одноковшовым вариантом заливки чугу-
на внедрена в производство в ЭСПЦ ОАО «ММК» с экономическим эффектом 10,3 млн. руб.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на XIII Международной конференции «Современные проблемы электрометаллургии стали» (Челябинск, 2007 г.), X конгрессе сталеплавильщиков (г. Магнитогорск, 2008 г.), Международной научно-технической конференции молодых специалистов (ОАО «ММК», Магнитогорск, 2008 г.), Международной научно-технической конференции «Инновационные технологии и оборудование для производства стали» (Челябинск, 2009 г.), на ежегодных конференциях МГТУ по итогам научно-исследовательских работ в 2007...2008 годах.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 статей в журналах и сборниках, в том числе 6 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка использованных источников и приложений. Она изложена на 129 страницах машинописного текста, включая 15 таблиц, 24 рисунка и 102 источника.
