2.7 Технологические процессы и теплотехническое оборудование машины непрерывного литья заготовок

МНЛЗ — машина непрерывного литья заготовок (или УНРС — установка непрерывной разливки стали). В настоящее время около 60% отливаемых непрерывным литьем заготовок разливается на слябовых МНЛЗ. Жидкая сталь непрерывно заливается в водоохлаждаемую форму, называемую кристаллизатором. Перед началом заливки в кристаллизатор вводится специальное устройство с замковым захватом («затравка»), как дно для первой порции металла. После затвердевания металла затравка вытягивается из кристаллизатора, увлекая за собой формирующийся слиток. Поступление жидкого металла продолжается и слиток непрерывно наращивается. В кристаллизаторе затвердевают лишь поверхностные слои металла, образуя твердую оболочку слитка, сохраняющего жидкую фазу по центральной оси. Поэтому за кристаллизатором располагают зону вторичного охлаждения, называемую также второй зоной кристаллизации. В этой зоне в результате форсированного поверхностного охлаждения заготовка затвердевает по всему сечению. Этот процесс слиткообразования является способом получения слитков неограниченной длины. В этом случае по сравнению с разливкой в изложницы резко уменьшаются потери металла на обрезку концов слитков, которые, например, при литье спокойной стали составляют 15-25%. Кроме того, благодаря непрерывности литья и кристаллизации, достигается полная равномерность структуры слитка по всей его длине. МНЛЗ состоит из сталеразливочного и промежуточного ковшей, водоохлаждаемого кристаллизатора, системы вторичного охлаждения, устройства для вытягивания, оборудования для резки и перемещения слитка.

Рисунок 2.7 - Схема устройства машины непрерывного литья заготовок

После выпуска металла из сталеплавильного агрегата, доводки по химическому составу и температуре на АКП, ковш поднимается литейным краном на поворотный стенд МНЛЗ. Поворотный стенд представляет собой вращающуюся конструкцию с двумя позициями для установки ковшей. После опустошения ковша в позиции разливки, стенд поворачивается на 180° и уже полный ковш находится в позиции разливки. После открытия шибера ковша, жидкий металл начинает поступать в промежуточный ковш. Про- межуточный ковш является своего рода буфером между стальным ковшом и кристаллизатором. После открытия шибера промежуточного ковша металл поступает в кристаллизатор. Кристаллизатор представляет собой водоохлаждаемую конструкцию, которая совершает вертикальные или околовертикальные колебания, для предотвращения застывания металла на стенках кристаллизатора. В зависимости от конструкции МНЛЗ размеры кристаллизатора могут варьироваться. В кристаллизаторе происходит застывание стенок сляба. Далее, под воздействием тянущих роликов сляб попадает в зону вторичного охлаждения (дуговой участок ручья), где на металл через форсунки разбрызгивается вода. После выхода металла на прямолинейный участок ручья, происходит отрезание слябов (газовая резка или ножницы).

Для пуска процесса непрерывного литья, перед открытием шибера на промежуточном ковше, на радиусный участок ручья заводится «затравка», таким образом, в районе кристаллизатора образуется своего рода карман. После наполнения этой полости металлом начинается вытягивание «затравки». На конце радиусного участка расположен механизм отделения затравки. После отделения она отводится рольгангом и цепными транспортёрами.

Основные характеристики МНЛЗ АМК:

- скорость разливки – от 0,9 до 1,9 м/минуту;

- ширина отливаемого сляба – от 1000 до 1800 мм;

- интервал толщин кристаллизатора – 200, 220, 250, 300 мм;

- радиус – 10 000 мм;

- металлургическая длина – 32,1 метра.

Ввод в эксплуатацию МНЛЗ №2

В мае была запущена слябовая МНЛЗ № 2. Практически через неделю, машина вышла на проектную производительность и стала работать в штатном режиме и выпускать продукцию, соответствующую запросам потребителей.

В августе 2007 г. введен в эксплуатацию двухкамерный вакууматор, VD-VOD. На сегодняшний день, на АМК проходит вакуумную обработку стали до 20% производимого сортамента. Слябы из вакуумированной стали поставляются как на экспорт, так и для проката на стане 3000, в основном для производства листа, предназначенного для изготовления газонефтепроводных труб, а также по заказам требующих предельно низкое содержание водорода и регламентируемое количество неметаллических включений.

2.8 Технологические процессы и теплотехническое оборудование кислородно-конвертерного цеха

27 ноября 2007 г. был запущен наиболее крупный объект - комплекс конвертерного производства стали.

В состав комплекса входят:

- два конвертера емкостью по 300 т каждый;

- два отделения десульфурации чугуна;

- комплекс газоочистного оборудования с использованием электрофильтров;

- отделения подготовки и погрузки металлолома, сыпучих материалов и ферросплавов;

- отделение водоподготовки;

- отделение футеровки, сушки и разогрева ковшей;

- инфраструктура энергетических объектов, лаборатории, отделение ремонта и футеровки чугуновозов типа «торпедо» и др.

Кислородно-конвертерный процесс представляет собой один из видов передела жидкого чугуна в сталь без затраты топлива путем продувки чугуна в конвертере технически чистым кислородом, подаваемым через фурму, которая вводится в металл сверху.

Процесс играет главенствующую роль среди существующих способов массового производства стали. Такой успех кислородно-конвертерного способа заключается в возможности переработки чугуна практически любого состава, использованием металлолома от 10 до 30 %, возможность выплавки широкого сортамента сталей, включая легированные, высокой производительностью, малыми затратами на строительство, большой гибкостью и качеством продукции.

Кислородно-конвертерный процесс с верхней продувкой

Конвертер имеет грушевидную форму с концентрической горловиной. Это обеспечивает лучшие условия для ввода в полость конвертера кислородной фурмы, отвода газов, заливки чугуна и завалки лома и шлакообразующих материалов. Кожух конвертера выполняют сварным из стальных листов толщиной от 20 до 100 мм. В центральной части конвертера крепят цапфы, соединяющиеся с устройством для наклона. Механизм поворота конвертера состоит из системы передач, связывающих цапфы с приводом. Конвертер может поворачиваться вокруг горизонтальной оси на 360° со скоростью от 0,01 до 2 об/мин. Для больше грузных конвертеров емкостью от 200 т применяют двухсторонний привод, например, четыре двигателя по два на каждую цапфу.

Рисунок 1.8 - Схема устройства конвертера с верхней продувкой

Конвертер емкостью 300 т с двухсторонним приводом механизма поворота. В шлемной части конвертера имеется летка для выпуска стали. Выпуск стали через летку исключает возможность попадания шлака в металл. Летка закрывается огнеупорной глиной, замешанной на воде. Процесс производства стали в кислородном конвертере состоит из следующих основных периодов; загрузки металлолома, заливки чугуна, продувки кислородом, загрузки шлакообразующих, слива стали и шлака. Загрузка конвертера начинается с завалки стального лома. Лом загружают в наклоненный конвертер через горловину при помощи завалочных машин лоткового типа. Затем с помощью заливочных кранов заливают жидкий чугун, конвертер устанавливают в вертикальное положение, вводят фурму и включают подачу кислорода с чистотой не менее 99,5% О . Одновременно с началом продувки загружают первую порцию шлакообразующих и железной руды (40 - 60% от общего количества). Остальную часть сыпучих материалов подают в конвертер в процессе продувки одной или несколькими порциями, чаще всего 5 - 7 минут после начала продувки.

На процесс рафинирования значительное влияние оказывают положение фурмы (расстояние от конца фурмы до поверхности ванны) и давление подаваемого кислорода. Обычно высота фурмы поддерживается в пределах 1,0 - 3,0 м, давление кислорода 0,9 - 1,4 МПа. Правильно организованный режим продувки обеспечивает хорошую циркуляцию металла и его перемешивание со шлаком.

Последнее в свою очередь способствует повышению скорости окисления содержащихся в чугуне C, Si, Mn, P.

Важным в технологии кислородно-конвертерного процесса является шлакообразование.

Шлакообразование в значительной мере определяет ход удаления фосфора, серы и других примесей, влияет на качество выплавляемой стали, качество футеровки. Основная цель этой стадии плавки заключается в быстром формировании шлака с необходимыми свойствами (основностью, жидкоподвижностью и т. д.). Сложность выполнения этой задачи связана с высокой скоростью процесса (длительность продувки 14 - 24 минуты). Формирование шлака необходимой основности и заданными свойствами зависит от скорости растворения извести в шлаке. На скорость растворения извести в шлаке влияют такие факторы, как состав шлака, его окисленность, условия смачивания шлаком поверхности извести, перемешивание ванны, температурный режим, состав чугуна и т. д. Раннему формированию основного шлака способствует наличие первичной реакционной зоны (поверхность соприкосновения струи кислорода с металлом) с температурой до 2500°. В этой зоне известь подвергается одновременному воздействию высокой температуры и шлака с повышенным содержанием оксидов железа. Количество вводимой на плавку извести определяется расчетом и зависит от состава чугуна и содержания SiO в руде, боксите, извести и др. Общий расход извести составляет 5 - 8 % от массы плавки, расход боксита – в пределах 0,5 - 2,0 %, плавикового штампа – 0,15 - 1,0 %. Основность конечного шлака должна быть не менее 2,5.

Окисление всех примесей чугуна начинается с самого начала продувки. При этом наиболее интенсивно в начале продувки окисляется кремний и марганец. Это объясняется высоким сродством этих элементов к кислороду при сравнительно низких температурах (1450 - 1500 градусов по Цельсию и менее).

Окисление углерода в кислородно-конвертерном процессе имеет большое значение, т.к. влияет на температурный режим плавки, процесс шлакообразования и рафинирования металла от фосфора, серы, газов и неметаллических включений. Характерной особенностью кислородно-конвертерного производства является неравномерность окисления углерода как по объему ванны, так и в течение продувки.

С первых минут продувки одновременно с окислением углерода начинается процесс дефосфорации - удаления фосфора. Наиболее интенсивное удаление фосфора идет в первой половине продувки при сравнительно низкой температуре металла, высоком содержании в шлаке FeO; основность шлака и его количество быстро увеличивается. Кислородно-конвертерный процесс позволяет получить < 0,02 % Р в готовой стали.

Условия для удаления серы при кислородно-конвертерном процессе нельзя считать таким же благоприятным, как для удаления фосфора. Причина заключается в том, что шлак содержит значительное количество (FeO) и высокая основность шлака (>2,5) достигается лишь во второй половине продувки. Степень десульфурации при кислородно-конвертерном процессе находится в пределах 30 - 50% и содержание серы в готовой стали составляет 0,02 - 0,04%.

По достижении заданного содержания углерода дутье отключают, фурму поднимают, конвертер наклоняют и металл через летку (для уменьшения перемешивания металла и шлака) выливают в ковш.

Полученный металл содержит повышенное содержание кислорода, поэтому заключительной операцией плавки является раскисление металла, которое проводят в сталеразливном ковше. Для этой цели одновременно со сливом стали по специальному поворотному желобу в ковш попадают раскислители и легирующие добавки.

Шлак из конвертера сливают через горловину в шлаковый ковш, установленный на шлаковозе под конвертером.

Течение кислородно-конвертерного процесса обусловливается температурным режимом и регулируется изменением количества дутья и введением в конвертер охладителей - металлолома, железной руды, известняка. Температура металла при выпуске из конвертера – около 1600° С.

Во время продувки чугуна в конвертере образуется значительное количество отходящих газов. Для использования тепла отходящих газов и отчистки их от пыли за каждым конвертером оборудованы котел-утилизаторные установки для очистки газов.

Управление конвертерным процессом осуществляется с помощью современных мощных компьютеров, в которые вводится информации об исходных материалах (состав и количество чугуна, лома, извести), а также о показателях процесса (количество и состав кислорода, отходящих газов, температура и т. п.).

ВЫВОДЫ

В результате прохождения учебно-ознакомительной практики были приобретены знания в области черной металлургии и выплавке стали. Были изучены основные цеха и агрегаты, технологический процесс и особенности реализации сталеплавления на Алчевском Металлургическом Комбинате.

Мы узнали, что автоматизация облегчает физический труд человека и как это происходит. Также выяснили, что процессы автоматизации требует от обслуживающего персонала высокой инженерной квалификации. По уровню автоматизации теплоэнергетика занимает одно из ведущих мест среди других отраслей промышленности.

В результате прохождения практики была изучена технология доменного, сталеплавильного, прокатного производства и ТЭЦ, а также конструкция и технические характеристики средств контроля и автоматического управления технологическими процессами.