Металлургические технологии в высокопроизводительном электросталеплавильном цехе
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Металлургия. Литейное производство
Издательство:
Инфра-Инженерия
Год издания: 2020
Кол-во страниц: 320
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-9729-0493-8
Артикул: 744367.01.99
Рассмотрены металлургические технологии, используемые в высокопроизводительном электросталеплавильном цехе, на примере ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат» и металлургической компании «MMK-Metalurji». Представлено основное оборудование и показана технология выплавки полупродукта в мощных дуговых сталеплавильных печах переменного тока вместимостью 180 и 250 т, доводки металла на агрегатах ковшевой обработки: агрегате «ковш-печь» и вакуумных установках камерного и циркуляционного типа. Рассмотрены устройство и работа сухой газоочистки ДСП, уделено внимание способам повышения стойкости футеровки сталеразливочного ковша. Подробно рассмотрена непрерывная разливка стали с получением сортовой и слябовой заготовок, а также тонких слябов и толстого горячекатаного листа в составе литейно-прокатного комплекса.
Для студентов и аспирантов металлургических специальностей.
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
В. А. Бигеев, А. М. Столяров, А. Х. Валиахметов МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ В ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОМ ЭЛЕКТРОСТАЛЕПЛАВИЛЬНОМ ЦЕХЕ Учебное пособие Допущено учебно-методическим объединением по образованию в области металлургии в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки «Металлургия» Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2020
УДК 669.187 (075) ББК 34.314я7 Б59 Рецензенты: кафедра металлургии стали и ферросплавов Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» (заведующий кафедрой профессор, доктор технических наук, член-корреспондент РАН К. В. Григорович); заместитель начальника по сталеплавильному производству управления производством ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат» кандидат технических наук А. Б. Великий Б59 Бигеев, В. А. Металлургические технологии в высокопроизводитель- ном электросталеплавильном цехе : учебное пособие / В. А. Бигеев, А. М. Столяров, А. Х. Валиахметов – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2020. – 320 с. : ил., табл. ISBN 978-5-9729-0493-8 Рассмотрены металлургические технологии, используемые в высокопроизводительном электросталеплавильном цехе, на примере ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат» и металлургической компании «ММК-Metalurji». Представлено основное оборудование и показана технология выплавки полупродукта в мощных дуговых сталеплавильных печах переменного тока вместимостью 180 и 250 т, доводки металла на агрегатах ковшевой обработки: агрегате «ковш-печь» и вакуумных установках камерного и циркуляционного типа. Рассмотрены устройство и работа сухой газоочистки ДСП, уделено внимание способам повышения стойкости футеровки сталеразливочного ковша. Подробно рассмотрена непрерывная разливка стали с получением сортовой и слябовой заготовок, а также тонких слябов и толстого горячекатаного листа в составе литейно-прокатного комплекса. Для студентов и аспирантов металлургических специальностей. УДК 669.187 (075) ББК 34.314я7 ISBN 978-5-9729-0493-8 © В. А. Бигеев, А. М. Столяров, А. Х. Валиахметов, 2020 © Издательство «Инфра-Инженерия», 2020 © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2020 2
ОГЛАВЛЕНИЕ Введение ......................................................................................... 8 Раздел 1 ОСНОВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОГО ЭСПЦ Глава 1.1. ДУГОВЫЕ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫЕ ПЕЧИ ................... 9 1.1.1. Классификация дуговых сталеплавильных печей ............................................................................... 9 1.1.2. Устройство дуговых печей .......................................... 10 1.1.3. Состав и работа основного электрооборудования ДСП ......................................... 25 Контрольные вопросы ........................................................... 31 Глава 1.2. АГРЕГАТЫ КОВШЕВОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ .................................................. 32 1.2.1. Сталеразливочный ковш ............................................. 32 1.2.2. Агрегат «ковш-печь» .................................................... 34 1.2.3. Вакууматор камерного типа ........................................ 38 1.2.4. Вакууматор циркуляционного типа ............................. 42 Контрольные вопросы ........................................................... 44 Глава 1.3. МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК ............................................................... 45 1.3.1. Сортовая МНЛЗ ............................................................ 46 1.3.2. Слябовая МНЛЗ ........................................................... 56 Контрольные вопросы ........................................................... 62 Глава 1.4. ЛИТЕЙНО-ПРОКАТНЫЙ МОДУЛЬ ........................... 63 1.4.1. Тонкослябовая МНЛЗ .................................................. 63 1.4.2. Участок нагревательных печей ................................... 73 1.4.3. Листовой стан горячей прокатки ................................. 78 Контрольные вопросы ........................................................... 82 Глава 1.5. ВАРИАНТЫ КОМПОНОВКИ ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ В ЭСПЦ ......................................... 83 Контрольные вопросы ........................................................... 88 3
Раздел 2 ТЕХНОЛОГИЯ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ Глава 2.1. ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ....................................... 89 2.1.1. Металлические шихтовые материалы ....................... 89 2.1.2. Шлакообразующие материалы ................................... 95 2.1.3. Окислители ................................................................... 96 2.1.4. Науглероживатели ....................................................... 97 2.1.5. Раскисляющие и легирующие материалы ................. 97 Контрольные вопросы ........................................................... 98 Глава 2.2. ОСНОВНЫЕ РЕАКЦИИ В ВАННЕ ДСП ................... 99 2.2.1. Поведение железа ...................................................... 99 2.2.2. Окисление углерода .................................................. 100 2.2.3. Окисление кремния .................................................... 101 2.2.4. Окисление марганца .................................................. 102 2.2.5. Дефосфорация металла ........................................... 103 2.2.6. Десульфурация металла ........................................... 105 Контрольные вопросы ......................................................... 108 Глава 2.3. ШЛАКОВЫЙ РЕЖИМ ПЛАВКИ ............................... 109 2.3.1. Формирование шлака ................................................ 109 2.3.2. Вспенивание шлака ................................................... 114 Контрольные вопросы ......................................................... 119 Глава 2.4. РАСКИСЛЕНИЕ И ЛЕГИРОВАНИЕ СТАЛИ, ОБРАБОТКА МЕТАЛЛА ТВЕРДОЙ ШЛАКООБРАЗУЮЩЕЙ СМЕСЬЮ, ПРОДУВКА ИНЕРТНЫМ ГАЗОМ ........................... 120 2.4.1. Основные задачи раскисления и легирования стали ........................................................................... 120 2.4.2. Основные элементы-раскислители .......................... 122 2.4.3. Технология раскисления и легирования стали в ковше ............................................................. 127 2.4.4. Основные задачи и некоторые аспекты обработки металла твердой шлакообразующей смесью ........................................................................ 128 2.4.5. Основные задачи продувки металла инертным газом в ковше ............................................................. 129 2.4.6. Способы продувки металла в ковше инертным газом .......................................................................... 129 Контрольные вопросы ......................................................... 130 4
Глава 2.5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ЦИКЛ ПЛАВКИ В ДСП, ОСОБЕННОСТИ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА .................................................................... 131 2.5.1. Плавка скрап-процессом ........................................... 131 2.5.2. Плавка с использованием в шихте жидкого чугуна .......................................................................... 142 2.5.3. Плавка с применением металлизированного сырья ........................................................................... 151 Контрольные вопросы ......................................................... 153 Глава 2.6. ОЧИСТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ГАЗОВ ДСП ........................................................................... 154 Контрольные вопросы ......................................................... 160 Раздел 3 ТЕХНОЛОГИЯ КОВШЕВОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ Глава 3.1. ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ СТАЛИ НА АГРЕГАТЕ «КОВШ-ПЕЧЬ» ................................ 161 3.1.1. Особенности десульфурации металла на агрегате «ковш-печь» ................................................ 161 3.1.2. Основные технологические операции...................... 163 3.1.3. Режимы продувки металла аргоном ........................ 171 3.1.4. Обработка металла порошковой проволокой с разными наполнителями ........................................ 172 3.1.5. Современное оборудование для экспресс-контроля металла ...................................... 174 Контрольные вопросы ......................................................... 178 Глава 3.2. ТЕХНОЛОГИЯ ВАКУУМИРОВАНИЯ СТАЛИ ......... 179 3.2.1. Основные закономерности растворения водорода и азота в стали .......................................... 179 3.2.2. Вакуумное обезуглероживание и раскисление металла ....................................................................... 182 3.2.3. Особенности технологии вакуумной обработки в агрегате камерного типа ......................................... 183 3.2.4. Особенности технологии вакуумирования в агрегате циркуляционного типа ............................. 187 Контрольные вопросы ......................................................... 190 5
Глава 3.3. ПОВЫШЕНИЕ СТОЙКОСТИ ФУТЕРОВКИ СТАЛЕРАЗЛИВОЧНЫХ КОВШЕЙ ......................... 192 Контрольные вопросы ......................................................... 200 Раздел 4 ТЕХНОЛОГИЯ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ СТАЛИ И КАЧЕСТВО ПРОДУКЦИИ Глава 4.1. ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕ В РАЗЛИТОЙ СТАЛИ ................................................ 202 4.1.1. Затвердевание непрерывнолитой заготовки ........... 202 4.1.2. Кристаллическая структура непрерывнолитой заготовки ..................................................................... 206 4.1.3. Усадочные явления при кристаллизации стали ...... 209 4.1.4. Ликвация примесей и перераспределение неметаллических включений .................................... 209 Контрольные вопросы ......................................................... 211 Глава 4.2. ПОДГОТОВКА МНЛЗ К РАЗЛИВКЕ СТАЛИ .......... 213 4.2.1. Подготовка и проверка кристаллизатора ................. 213 4.2.2. Подготовка зоны вторичного охлаждения ............... 214 4.2.3. Подготовка и ввод затравки ...................................... 214 4.2.4. Подготовка промежуточного ковша и погружных стаканов ................................................ 223 4.2.5. Операции перед приемом жидкого металла ........... 224 4.2.6. Операции после приема жидкого металла .............. 225 Контрольные вопросы ......................................................... 227 Глава 4.3. ТЕХНОЛОГИЯ РАЗЛИВКИ СТАЛИ ........................ 228 4.3.1. Технология разливки стали открытой струей .......... 228 4.3.2. Технология разливки стали закрытой струей .......... 238 4.3.3. Особенности технологии разливки стали методом «плавка на плавку» .................................... 251 4.3.4. Технология отливки тонких слябов, их нагреваи прокатки ................................................. 251 Контрольные вопросы ......................................................... 264 Глава 4.4. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ ЗАГОТОВОК ............................................................... 266 4.4.1. Дефекты формы непрерывнолитых заготовок ........ 266 4.4.2. Поверхностные дефекты заготовок ......................... 271 6
4.4.3. Внутренние дефекты заготовок ................................ 290 Контрольные вопросы ......................................................... 310 Глава 4.5. ГОТОВАЯ ПРОДУКЦИЯ ЛИТЕЙНО- ПРОКАТНОГО КОМПЛЕКСА ................................... 311 Контрольные вопросы ......................................................... 316 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................. 317 РЕКОМЕНДУЕМЫЙ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ........ 318 7
ВВЕДЕНИЕ В мировой металлургии наблюдается тенденция к увеличению доли электростали в общем объеме производства стали. Это объясняется бурным строительством мини-заводов, на которых преобладает электросталеплавильный способ производства стали. Фирмами разрабатываются высокопроизводительные дуговые сталеплавильные печи, в большинстве случаев, переменного тока. Для интенсификации плавки стали в дуговых печах широко применяется альтернативная энергетика. Скоротечность процесса выплавки ведет к получению в печи полупродукта, доведение которого до требуемых кондиций осуществляется на агрегатах ковшевой обработки. Данные агрегаты являются буферной зоной между участками выплавки и разливки стали. Продолжительность выплавки и ковшевой обработки стали во многом лимитируется необходимостью своевременной подачи металла на машины непрерывного литья заготовки для осуществления непрерывной разливки методом «плавка на плавку». Особенно это актуально для высокопроизводительных электросталеплавильных цехов. Поэтому в таких цехах ритмичность работы всего основного оборудования зависит от организации процесса разливки стали на МНЛЗ. На основании вышесказанного в данной работе широко и подробно освещены вопросы непрерывной разливки электростали и оценки качества производимой непрерывнолитой заготовки. В данном учебном пособии рассмотрены основные металлургические технологии производства стали в высокопроизводительном электросталеплавильном цехе на примере ЭСПЦ ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат» и литейнопрокатного комплекса металлургической компании «ММК-Metalurji» в турецком городе Искендерун. 8
РАЗДЕЛ 1. ОСНОВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОГО ЭСПЦ ГЛАВА 1.1. ДУГОВЫЕ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫЕ ПЕЧИ 1.1.1. Классификация дуговых сталеплавильных печей Явление электрической дуги было открыто В. В. Петровым в 1802–1803 гг., показавшим возможность использования этого явления для плавления металла. Первые электрические дуговые печи появились спустя почти 50 лет после этого открытия. Однако вследствие малой мощности электрогенераторов эти печи были лабораторными. Только в самом конце ХIХ столетия электротехника достигла уровня, достаточного для создания первых промышленных дуговых печей с косвенным и прямым нагревом с помощью тепла электрических дуг. Кроме того, появились многочисленные конструкции печей с токопроводящим подом, в которых ток проходил через ванну металла и вызывал перемешивание расплава. Однако постепенно печи с токопроводящим подом были заменены более простыми и надежными печами с прямым нагревом. В настоящее время по этому принципу работают дуговые сталеплавильные печи (ДСП) вместимостью до 360 т. Более 90 % всей электростали выплавляется в печах переменного тока. В России первые дуговые печи были установлены в 1910 г. ДСП вместимостью 3 т работала на Обуховском заводе, две дуговые печи для выплавки ферросплавов мощностью по 350 кВт эксплуатировались на заводе Пороги (Урал). В 1913 г. было выплавлено около 3,5 тыс. т электростали и 500 т ферросплавов. К 1917 г. в стране работали 22 дуговые сталеплавильные печи и было начато строительство первого специализированного электросталеплавильного завода «Электросталь» под Москвой. По эволюционным показателям различают четыре поколения электродуговых сталеплавильных печей переменного тока: 1. Печи небольшой (до 30 т) вместимости, имеющие маломощные трансформаторы до 6 МВА. В настоящее время они эксплуатируются, как правило, в литейных цехах и на заводах специальной металлургии. 2. Печи вместимостью 35–100 т, имеющие трансформаторы мощностью 35–50 МВА, без дополнительных источников альтернативной энергетики. Такими агрегатами 9
оснащены электросталеплавильные цехи (ЭСПЦ) постройки 50–60-х годов прошлого века. 3. Печи вместимостью 100–160 т, оборудованные некоторыми устройствами для интенсификации плав- ки и трансформаторами с удельной мощностью 0,5–0,65 МВА/т. К этому поколению относятся практически все печи, построенные в СССР в 70–80 гг. прошлого века. Многие печи подверглись реконструкции с целью сокращения цикла плавки и удельного расхода электрической энергии. В настоящее время такие печи функционируют в ПАО«Мечел» (г. Челябинск), на Белорусском металлургическом заводе (г. Жлобин). 4. Печи вместимостью 70–250 т, оснащенные разборными водоохлаждаемыми стеновыми панелями и водоохлаждаемым сводом, трансформаторами с удельной мощностью 0,8–1,0 МВА/т, мощными топливо-кислородными горелками, продувочными кислородными фурмами и устройствами для вдувания углеродсодержащих материалов. В таких печах проводятся процессы «Данарк», «Ультимейт», «Констил», «Корфарк»и др. 5. Печи вместимостью до 250–300 т с усиленной альтернативной энергетикой, которыми оснащаются современные мини-заводы. Характерным представителем таких печей является ДСП вместимостью до 300 т фирмы «Danieli» литейно-прокатного комплекса металлургической компании «ММК-Metalurji» в турецком городе Искендерун. К этому поколению также относятся телескопические ДСП, высота рабочего пространства которых может изменяться в процессе плавки по мере необходимости за счет раздвижки-сдвижки в вертикальном направлении боковых стенок корпуса печи. 1.1.2. Устройство дуговых печей Рассмотрим устройство современной дуговой сталеплавильной печи переменного тока на примере двух печей: ДСП-180 фирмы «Siemens VAI» ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат» и ДСП-250 фирмы «Danieli» литейно-прокатного комплекса металлургической компании «ММК-Metalurji» в турецком городе Искендерун. Первая печь относится к дуговым печам четвертого поколения, а вторая – к агрегатам пятого поколения. Техническая характеристика печей приведена в табл. 1.1.1. 10