«ТЕХНОЛОГІЯ ВИРОБНИЦТВА СТАЛІ У ПОДОВИХ АГРЕГАТАХ»

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ

О.П. ЧУВАНОВ

ТЕХНОЛОГІЯ ВИРОБНИЦТВА СТАЛІ

У ПОДОВИХ АГРЕГАТАХ

Затверджено на засіданні Вченої ради академії

як конспект лекцій

Дніпропетровськ НМетАУ 2005

УДК.669.18.001./ 075.8

Чуванов О.П. Технологія виробництва сталі у подових агрегатах: Конспект лекцій. - Дніпропетровськ: НМетАУ, 2005. - 50 с.

Викладена сучасна технологія виробництва сталі у мартенівських печах, двованних сталеплавильних агрегатах (ДСПА) та прямоточних подових агрегатах. Наведені приклади технологій ведення плавки на великих металургійних підприємствах та розрахунків необхідної кількості шихтових матеріалів для коригування технології ведення плавки.

Призначений для студентів спеціальності 7.090401, 8.090401 - металургія чорних металів, спеціалізації - сталеплавильне виробництво, а також може бути корисним студентам інших спеціальностей, які вивчають дисципліну „Сталеплавильне виробництво”.

Іл. 15. Табл. 6. Бібліогр.: 8 найм.

Рецензенти : П.Ф. Мироненко, д-р техн. наук, проф. (НМетАУ)

О.В. Шибко, нач. ЦЗЛ (ВАТ “ДМЗ ім. Петровського”)

© Національна металургійна

академія України, 2005

Зміст

Передмова ...................................................................................…..…………..4

1.1. Історія виникнення і розвитку процесів .................................…...………4

1.2. Принципи регенерації тепла.......................................................….………6

1.3. Схема роботи мартенівської печі, сутність мартенівського

процесу та варіанти процесу .......................................................………...7

2.1. Особливості механізму та кінетики окислення вуглецю............………10

2.2. Окислення марганцю, кремнію, фосфору, сірки......................………...14

3.1. Шихтові матеріали......................................................................………...20

3.2. Технологія скрап - процесу............................................................……...22

3.3. Технологія скрап - рудного процесу ........................................………...26

3.4. Переробка шихти, яка вміщує хром…………………………………….31

3.5. Інтенсифікація мартенівського процесу..............................….....………34

Література.........................................................................................………….49

ПЕРЕДМОВА

На початку ХХІ століття Україною досягнуто рекордний, з часів незалежності, рівень виробництва сталі - 33,1 млн.т. Це склало 4,0% світової виплавки сталі та дозволило країні зайняти сьоме місце серед найбільших виробників стальної продукції, значно випередивши такі країни, як Італія та Бразилія, де рівень виробництва ще недавно рівнявся вітчизняному. У подових агрегатах було виплавлено 48,3% сталі від загального її виробництва.

На сьогодні як у вітчизняній, так і закордонній практиці, виходячи з техніко-економічних показників, мартенівський процес поступово припиняє своє існування, а все більше розвиваються найбільш продуктивні процеси: киснево - конверторний та електросталеплавильний. Так, вже у 1983 р. в Японії мартенівський спосіб виробництва сталі був відсутній, у США він складав усього 9,1% від загального виробництва сталі, у Німеччині - 1,5%, Франції - 0,2%. Згідно з проектом Національної програми розвитку гірничо-металургійного комплексу України, частка мартенівської сталі у загальному обсязі виробництва сталі в Україні також буде постійно зменшуватися, але все ж у найближчі роки вона буде складати достатньо значну величину.

Еміль та Пьєр Мартени у 1865 р. на заводі в м. Сирейл (Франція) розплавили на поду полуменевої печі металобрухт та у твердому стані чавун і отримали рідку сталь, застосувавши винахід братів Вільгельма та Фрідриха Сименсів (Німеччина), зроблений ними в 1856 р. Тобто вони запровадили в конструкцію полуменевої печі новий елемент “регенератор”, котрий акумулює тепло димових газів печі, а потім за рахунок цього тепла забезпечує підігрів холодного повітря, а при необхідності і низькокалорійного палива з метою підвищення температури горіння цього палива у печі.

У Росії та Франції цей процес виробництва сталі отримав назву „мартенівський”, в Західній Європі - „сименск - мартенівський”, а у Великобританії та США - „процес на відкритому поді”. Спочатку процес був „кислий”, тобто печі були з „кислої” ( пісок, динас) футеровки , а потім з 1879 р. був використаний досвід томасівських конверторів, футеровку мартенівських печей стали виготовляти з „основних” (доломіт, магнезит) вогнетривів, що різко підвищило якість та поширило сортамент сталі, яку виплавляли в цих печах.

У Росії перша мартенівська піч була побудована С.І.Мальцевим у 1866-1867 рр. на Іваново-Сергіївському залізоробному заводі (колишня Калузька губернія).

По мірі розвитку цього процесу виплавки сталі зі зниженням запасу металобрухту виникла необхідність у підвищенні в шихті частки чавуну і чавун почали використовувати у рідкому стані. Так виникли інші варіанти мартенівського способу виплавки сталі: скрап-рудний та рудний процеси. До цього був, так званий, скрап-процес.

Технологічні основи рудного процесу розробили у 1894 р. російські інженери брати Ю.М. та А.М.Гораінови з Олександрівського Південноросійського заводу Брянського товариства в м. Катеринославі (а зараз м. Дніпропетровськ, ДМЗ ім. Петровського). Суть процесу: на нагріті в печі залізну руду та вапняк заливають рідкий чавун (металобрухт не використовують) і процес ведуть з частковим віддаленням шлаку.

У практику та теорію мартенівського процесу великий внесок внесли російські вчені В.Є.Грум-Грижимайло, А.А.Байков, А.М.Глинков, а також К.Г.Трубін, який вперше запропонував використовувати при мартенівській плавці технічно чистий кисень.

Конструкція мартенівських печей і процес у цілому весь час модернізувалися. У кінці 50-х років ХХ століття була розроблена конструкція двованної мартенівської печі, яка згодом отримала назву “двованний сталеплавильний агрегат” (ДСПА).

Вітчизняні металурги вперше в світі розробили технологію виплавки відповідальних марок сталі в багатовантажних високопродуктивних мартенівських печах. В Україні діють найбільші в світі мартенівські печі ємністю 900 т (м. Маріуполь, МК “ім. Ілліча”) та ДСПА - 2х300 т (м. Кривий Ріг, МК „Криворіжсталь”). Мартенівський процес відіграв та грає велику роль у розвитку господарства та економіки нашої держави. Проте нині як у вітчизняній, так і закордонній практиці мартенівське виробництво сталі заміняють на найбільш продуктивніші виробництва : киснево- конверторне або електросталеплавильне.

У залежності від хімічного складу сталі і способу її розливки температура металу на випуску з сталеплавильного агрегату, зокрема, з мартенівської печі, повинна складати 1600-1650 0С. Оскільки мартенівська піч є полуменевою і недолік тепла на процес покривається за рахунок спалювання палива, то метал може бути нагрітий до такої температури тільки тоді, коли продукти згоряння факела полум'я будуть мати температуру на 100-150 0С вище, ніж рідкого металу на випуску з печі, тобто до 1750-1900 0С.

Теоретичну температуру горіння палива можна описати

Тт = Qk + Qф / ∑ Vд · Cд , (1.1)

де Qk - калориметрична теплота горіння палива;

Qф - фізичне тепло нагрітих для горіння палива і повітря;

∑ Vд - сумарний об'єм димових газів при згорянні усього палива;

Cд - теплоємність димових газів.

Практична температура горіння палива складає

Тп = k ·Тт, (1.2)

де k - пірометричний коефіцієнт, який залежить від віддачі тепла предметам, які нагріваються, витрат тепла в навколишнє середовище та від ступеня дисоціації продуктів горіння (k ≈0,75÷0,85).

Згідно з формулою (1.1) при використанні висококалорійного палива, тобто з великим значенням (Qk), його фізичним теплом можна знехтувати (не підігрівати), а підігріваючи тільки повітря можна отримати необхідну температуру факела. У разі використання низькокалорійного палива потрібно його підігрівати так само, як і повітря до температури більше 1000 0С.

Для горіння палива у полуменевій печі простіш за все використовувати кисень повітря, де, як відомо, його тільки біля 21%, у зв'язку з цим, величина

∑Vд набуває достатньо великі значення, що значно знижує температуру горіння.

К.Г.Тубін та академік І.П.Бардін запропонували ще один шлях підвищення температури горіння палива шляхом зниження величини ∑Vд за рахунок збагачення повітря киснем до 25-30% і більше.

Таким чином, величина температури горіння факела полум'я пов'язана з регенерацією тепла, яке здійснюється за рахунок підігрівання повітря або повітря і палива, що використовуються для створення факела. При роботі мартенівської печі принцип регенерації тепла здійснюється за рахунок наявності у складі печі регенераторів. Регенератори акумулюють тепло відхідних з робочого простору печі димових газів, а потім за рахунок цього тепла нагрівають повітря, а при потребі і горючі гази, що використовуються для створення факела полум'я .

мартенівського процесу та варіанти процесу

Виходячи з принципової схеми роботи мартенівських печей, направлення руху димових газів, повітря та палива регулюється по черзі, відкриттям тих чи інших перевідних пристроїв, в результаті чого подання повітря та палива в піч здійснюється то з однієї сторони, то з іншої сторони печі.

Схема роботи мартенівської печі, яка опалюється висококалорійним паливом (природний газ, мазут), що не підігрівається, а подається прямо з магістралі через головки в робочий простір печі за допомогою форсунок або пальників, наведена на рисунку 1.1. Згідно з наведеною схемою підігрівається тільки повітря, яке використовується для горіння палива. На наведеній схемі