Проектирование кислородно-конвертерного цеха №2 ОАО "ММК" (стр. 6 из 11)
Скорость циркуляции металла через вакуумную камеру:
Qм = k*M/t = 4*200/12 = 66,7 т/мин.
Приняв уровень ввода аргона в подъемный патрубок h = 1 м, получим скорость истечения металла в сливном патрубке:
u3+ 0,39*u3-0,34*h = 0
Отсюда: u = 0.63 м/с.
Площадь поперечного сечения рукава и его диаметр:
S = Qм/(60*r*u) = 66.7/(60*7,2*0,63) = 0,245 м2;
D = 2*103*(S/p)1/2 = 2*103*(0.245/3.14)1/2 = 560 мм.
Расход несущего газа:
Qг = S*(1.2*u+w)*u2/(m2*g*h-1.2*u2) = =0.245*(1.2*0.63+0.31)*0.632/(0.32*9.81*1-1.2*0.632) = 0.039 м3/с.
Для нахождения расхода газа при нормальных условиях нужно определить уровень металла в вакууматоре. Для этого необходимо определить поперечное сечение камеры. Диаметр камеры можно найти из условия, что в днище должны разместиться два патрубка:
D1 >= 2*D+l1+2*l2,
где l1 – расстояние между внутренними стенками патрубков, м;
l2 – расстояние от внутренней стенки патрубка до цилиндрической части, м;
D – внутренний диаметр патрубка, м;
D1 – диаметр вакуумкамеры, м.
Расстояние между патрубками l1 (рис. 6.1, 6.2) зависит от их конструкции и включает толщину внутренней футеровки патрубков, толщину металлической арматуры патрубков и фланцев для их крапления, если они разъемные, или толщину наружной футеровки:
l1 = 2*d1+2*d2+2*d3+d,
где d - расстояние между кожухами патрубков для их возможного крепления (d = 300…400 мм);
d1 –толщина рабочего слоя внутренней футеровки патрубка (периклазохромитовые изделия толщиной 125 мм);
d2 – толщина набивной массы между рабочим слоем и металлическим кожухом (d2 = 40 мм);
d3 – толщина металлического кожуха (d3 = 20…30 мм).
Следовательно:
D1 >= 2*D+1.10, м.
Рабочее пространство циркуляционного вакууматора
Футеровка патрубка циркуляционного вакууматора
Принята конструкция камеры со сменными патрубками при их диаметре D = 560 мм, тогда диаметр камеры составит:
D1 = 2*D+1.10 = 2*0.56+1.10 = 2.22 м.
Площадь поперечного сечения камеры при этом составит:
Sк = p*(D1/2)2 = 3.14*(2.22/2)2 = 3.87 м2.
При скорости циркуляции металла Qм = 66,7 т/мин или 1,11 т/с, объем металла в камере составит:
Vм = Qм/r = 1.11/7.2 = 0.15 м3/с.
Увеличение уровня металла при этом будет:
h* = Vм/Sк = 0,15/3,87 = 0,039 м.
Расход аргона при нормальных условиях составит:
VAr = 6*104*Qг/n,
в свою очередь: n = 4,8*10-3*(T/h)*ln (
),где H – уровень металла в камере после опускания ее в ковш с металлом (из опыта эксплуатации, этот уровень может колебаться от 0 до 300 мм);
T – эффективная температура, до которой нагревается аргон (обычно ~8000С).
При H = 100 мм расход газа составит:
VAr = 6*104*0,039/8,08 = 289,6 л/мин.
7 ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ СТАЛИ
7.1 Сортамент обрабатываемой стали
Внепечной обработке подвергаются все марки стали, выплавляемые в цехе. Сортамент сталей, выплавляемых на ККЦ №2, будет соответствовать сортаменту сталей, выплавляющихся в пока еще действующем мартеновском цехе №1 ММК и предназначенных, в основном, для получения сортовой заготовки. В данном проекте, на ККЦ №2 ММК предусмотрена выплавка следующих марок стали:
1. Углеродистая сталь:
- кипящая обыкновенного качества;
- кипящая качественная конструкционная;
- полуспокойная обыкновенного качества;
- полуспокойная качественная конструкционная;
- спокойная обыкновенного качества;
- спокойная качественная конструкционная.
2. Низколегированная сталь (типа 35…38ХМ, 7ХНМ).
3. Легированная сталь (типа 25Х1МФ, 20ХГСНМ).
4. Автоматная сталь (типа А10).
В проектируемом цехе предусмотрены следующие объемы производства по группам марок стали: углеродистой – 85 %, низколегированной – 10 %, легированной – 4 % и автоматной – 1 %.
7.2 Технология обработки стали на установке «печь-ковш»
Установка «печь-ковш» (АПК) предназначена для обработки жидкой стали в сталеразливочном ковше, как с использованием установки циркуляционного вакуумирования стали (УЦВС), так и без нее.
На АПК осуществляются следующие технологические операции:
- продувка металла аргоном для усреднения химического состава и его температуры по всему объему сталеразливочного ковша;
- коррекция химического состава металла;
- нагрев металла электрической дугой;
- десульфурация металла белым основным шлаком;
- измерение температуры и отбор проб металла и шлака;
- микролегирование или получение металла с узкими пределами содержания элементов путем ввода порошковой проволоки с различными видами наполнителей.
Контроль над процессом ковшевой обработки производится путем измерения температуры и окисленности металла, отбора проб металла и шлака, измерения расхода и давления аргона для продувки, измерения массы добавок, присаживаемых в ковш, измерения тока и напряжения дуги и других электрических параметров, а также измерения вспомогательных параметров (температура и давление охлаждающей воды, отходящих газов и т.п.) [4].
В зависимости от требований к химическому составу сталей и другим характеристикам, могут использоваться следующие схемы внепечной обработки сталей [24]:
1. Конвертер – АПК – МНЛЗ.
2. Конвертер – УЦВС – АПК – МНЛЗ.
3. Конвертер – АПК – УЦВС – МНЛЗ.
Ферросплавы, используемые на установке «печь-ковш», должны иметь фракцию от 5 до 50 мм, соответствовать требованиям государственных стандартов и технических условий. Влажность не должна быть более 1 %.
Кокс кусковый должен иметь фракцию до 25 мм по СТП 14-101-206-98.
Алюминий для раскисления, легирования и коррекции химического состава стали должен отвечать ТУ 48-0102-49-91, ГОСТ 11070-74 и ГОСТ 295-79 соответственно.
Применяемая известь должна быть только свежеобожженной по СТП ММК 223-99.
Плавиковый шпат должен иметь влажность не более 1 % и соответствовать ГОСТ 29220-91.
Подаваемый аргон должен иметь массовую долю аргона не менее 99,5 % и отвечать требованиям ГОСТ 10157-79. Давление аргона в сети – не менее 10 кг/см2 (1 МПа).
Азот газообразный должен соответствовать ГОСТ 9293-74.
Применяемые пробоотборники должны соответствовать ТУ 311-00226253.046-94.
Термопары – ТУ 311-0226258.017.
Применяются датчики окисленности жидкого металла типа «Celox»
Перед обработкой металла на установке необходимо обеспечить:
- заполнение бункеров необходимыми материалами, соответствующим требованиям ГОСТов;
- наличие средств отбора проб металла, измерения температуры и окисленности;
- подачу газов необходимого давления;
- подачу воды на охлаждение элементов установки до требуемых параметров;
- исправность работы систем продувки металла аргоном;
- исправность работы газоотводящего тракта;
- исправность работы всех механизмов, систем контроля, управления, сигнализации и блокировок;
- исправность работы пневмопочты;
- проверку длины электродов и по необходимости их наращивание.
Технология обработки металла на АПК по схеме «Конвертер – АПК – МНЛЗ», сводится к следующему:
- плавка, предназначенная для обработки на АПК, сливается в сталеразливочный ковш, специально оборудованный для донной продувки. Ковш должен иметь исправную сухую футеровку. Верхний край ковша должен быть чистым;
- раскисление, легирование и обработка металла твердыми шлакообразующими смесями во время выпуска плавки из конвертера производится согласно имеющейся в цехе технологической инструкции. Легирующие присаживаются из расчета получения содержания Si, Mn, Al на нижнем пределе;
- производится качественная отсечка конвертерного шлака во время выпуска металла в сталеразливочный ковш;
- уровень налива металла в ковше должен быть 400…1000 мм от верхней кромки ковша (величина уровня налива может уточняться в процессе освоения технологии);
- поступивший из конвертерного отделения сталеразливочный ковш устанавливается на сталевоз агрегата «печь-ковш». К продувочным устройствам подсоединяются аргонные шланги, включается подача аргона с расходом 15…30 м3/ч на каждое из продувочных устройств (расход аргона может уточняться в процессе освоения технологии);
- сталевоз передвигается под крышку АПК, после чего крышка опускается. Через рабочее окно производится корректировка интенсивности продувки. Расходы аргона должны обеспечивать минимальное оголение поверхности металла;
- через 1…2 минуты продувки производится измерение температуры и окисленности метала. На основании показаний содержания кислорода в металле вводится расчетное количество алюминиевой катанки для предварительного раскисления металла. Ориентировочный расход алюминия приведен в табл. 7.1.;
- при проведении процесса десульфурации металла в ковше должен быть наведен белый высокоосновный жидкоподвижный шлак. Для этого в ковш присаживается известь и плавиковый шпат в соотношении 4:1. Расход шлакообразующих материалов может составлять до 10 кг/т (расход уточняется в процессе освоения технологии). Материалы вводятся порциями не более 150 кг;
- для нагрева металла и расплавления шлака электродный портал поворачивается в исходную позицию и производится включение установки на 5 минут на средней ступени нагрева;
- после расплавления жидкий шлак раскисляется присадкой алюминия в количестве 50…100 кг (уточняется исследованиями);
- после окончания процесса нагрева, через 3 минуты перемешивания металла аргоном, производится измерение температуры металла и отбираются пробы металла и шлака и отправляются в экспресс-лабораторию. Проба шлака берется с помощью металлической трубки-стержня через рабочую дверцу, далее она охлаждается и анализируется визуально по цвету и поверхности. Цвет шлака меняется по степени его окисленности (содержания FeO) от черного к белому. Появление белого шлака в ковше означает, что шлак нормально подготовлен для проведения процесса десульфурации стали. При отклонении цвета и поверхности шлака от рекомендуемых, необходимо принять меры по исправлению химического состава шлака. Ориентировочный визуальный анализ состава шлака и способы его исправления представлены в табл. 7.2. Для обеспечения наилучшего результата десульфурации стали в ковше, содержание в шлаке (FeO)+(MnO) должно быть менее 1,5 %. Оптимальный состав ковшевых шлаков для проведения десульфурации представлен в табл. 7.3.;