Реконструкция сталеплавильного производства ОХМК с целью производства трубных марок сталей повышенной прочности (стр. 10 из 17)

Рис. 1

3.2 Расчёт дефосфорации в печи

Анализ процесса дефосфорации стали на основе рассмотренной физико-химической модели свидетельствует о том, что для достижения максимальной скорости и полноты удаления фосфора из металла в шлак применяемая для вдувания шлаковая смесь с использованием традиционных металлургических материалов должна содержать оксиды кальция, железа и фторид кальция в определённом соотношении. /5/.

Были проведены лабораторные и промышленные эксперименты в 10 – 20 тонных основных дуговых печах.

Для вдувания применяется шлаковая смесь из 65% извести, 25% железной руды и 10% плавикового шпата в количестве 2,5 – 3% массы металла с размером частиц £2 мм. Порошки вдувают после расплавления шихты при температуре металла £ 1540–1560 °С. Интенсивность вдувания порошков в металл должна составлять ³ 5 – 5,5 кг./мин. на 1 т металла при давлении транспортирующего газа (кислорода) в камерном питателе ³ 0,5 – 0,6 МПа. После окончания вдувания шлаковой смеси осуществляется продувка металла чистым кислородом под давлением 0,7 – 1,0 МПа. до заданного содержания углерода.

Выплавка конструкционных легированных сталей по указанной технологии позволяет за 5 – 6 мин. вдувания порошков снизить концентрацию фосфора в металле до следов и получить его содержание в готовой стали £ 0,005%. После вдувания шлаковой смеси последующая продувка ванны чистым кислородом не приводит к восстановлению фосфора из шлака в металл. Наблюдаемое увеличение содержания фосфора в готовой стали до 0,003 – 0,005% связано с последующим восстановлением фосфора из остатков окислительного шлака, футеровки печи и поступлением его из раскислителей и ферросплавов для легирования стали в восстановительный период плавк. /5/.

В проекте дефосфорация производится шлаковой смесью (табл. 11):

Таблица 11. Химический состав смеси

Компонент	CaO	CaF2	Fe2O3
Концентрация, %	70	20	10

Исходные данные для расчёта:

– С_Р – фосфидная ёмкость смеси, С_Р=10²⁰;

– Р_О2 – парциальное давление кислорода, Р_О2=10^-10 атм.;

– Т – температура металла, Т=1823 К

Расчётный состав стали 10Г2СФБ в табл. 12.

Таблица 12. Химический состав стали 10Г2СФБ, %

C	Mn	Si	Nb	V	Ti	Al	S	P	Cr	N
0,1	1,5	0,35	0,06	0,1	0,02	0,06	0,03	0,02	0,2	0,012

1. Коэффициент распределения фосфора находим по формуле:

lgL_P = lgC_P + 5/4×lgP_O2 + lgf_P^T – 7325/T – 0,99,

где L_P – коэффициент распределения фосфора;

f_P^Т – коэффициент активности фосфора при температуре не равной 1873 К.

Lgf_Р

,

где [j] – концентрация j-го компонента стали, %.

f_P – коэффициент активности фосфора при температуре 1873 К.

lgf_P = 0,13×0,1 + 0,12×0,35 – 0,032×1,5 = 0,007

lgf_p^T=

lgf_p

lgf_p^T=

f_P^T = 1

lgL_P = lg10²⁰ +5/4×lg10^-10 +0,0072 – 7325/1823 – 0,99 = 2,5

L_P = 316,2

2. Расчёт степени дефосфорации проводим по формуле:

Результаты расчёта приведены в табл. 13

Таблица 13. Степень дефосфорации

mшл, кг/т	5	7,5	10	12,5	15	20	25
RP, %	79,42	90,67	95,77	98,08	99,13	99,82	99,96

3. Вывод

Так как расчёты исходят из условия равновесия в системе, а в печи равновесия нет, то следует полученные результаты перемножить на некоторый коэффициент приближения реальных условий к равновесным. Принимаем К_пр=0,8.

Фактическая степень дефосфорации представлена в табл. 14

Таблица 14. Фактическая степень дефосфорации

mшл, кг/т	5	7,5	10	12,5	15	20	25
RP, %	63,54	72,54	76,62	78,46	79,3	79,86	79,97

3.3 Раскисления алюминием в ковше

Трубная сталь очень чувствительна к неметаллическим включениям (НВ), особенно к Al₂O_3. Как известно чем меньше концентрация кислорода в металле, тем меньше образуется НВ, но если они образуются, то лучше всего в жидком металле, где есть возможности для их удаления.

Расчёт выполнен по компьютерной программе «RASK».

Марка стали: 10Г2СФБ

Число компонентов сплава (не считая основы): 5

Расчет проводится по реакции:

m[R]+n[U]=RmUn

где R – раскислитель или легирующий (Al, Ti, Si и др.)

U – примесь (O, N, S, P и др.)

Химический символ элемента R: AL

Химический символ примеси U: O

Коэффициенты реакции:

m=2

n=3

Т=1873 К

Константа равновесия реакции:

lg K=14.02

Концентрации легирующих элементов (% масс.):

C – 0.1

Mn – 1.5

Si – 0.35

В табл. 15 представлены параметры взаимодействия.

Таблица 15. Параметры взаимодействия

Элемент	Al	O	C	Mn	Si
Al	0,045	-6,6	0,091	0	0,0056
O	-3,9	-0,2	-0,45	-0,021	-0,131

Результаты расчётов:

С = -13,8

Д = -11,61

Р = 13,6751

[AL] min=2,24645e-05% [AL] max =0,782444%

[AL] o = 0,0748139% [O] min = 0,000304264%

В табл. 16 представлены результаты расчёта.

Таблица 16. Раскисление алюминием

[Al], %	[O], %
2.25e-05	0,0901476
5e-05	0,0271772
0,00025	0,00756451
0,0005	0,00462979
0,0025	0,00156028
0,005	0,0009991
0,025	0,000405789
0,06	0,000308909
0,1	0,000313873
0,15	0,000374229
0,5	0,0039396
0,782	0,0866498

На рис. 2 представлена кривая раскисления по результатам расчёта.

3.4 Экологические аспекты технологии

3.4.1 Энергоэкологический анализ

Принципиально важно учитывать, что использование конечной продукции ТЭС – электроэнергии приводит к дополнительному загрязнению природной среды. При выражении электроэнергии в единицах первичного условного топлива (1 кВт×ч=0,35 кг у. т.) приведённая масса выбросов, образовавшихся в электроэнергетике, примерно равна, прив. кг/т у.т.:

М=525×Т_У.Э.,

где Т_У.Э. – расход электроэнергии, т у. т.

Приведённая масса вредных веществ в сбросах электроэнергетики составляет около

5% от приведённой массы вредных веществ в выбросах.

Произведём расчёт сокращения выбросов и сбросов за счёт сокращения расхода электроэнергии. Весь расчёт производится на 1 т стали.

Экономия электроэнергии составляет:

DW=0,708–0,623=0,085 тыс. кВт×ч

DТ_У.Э.=0,085×10³×0,35×10^-3=0,03 т у.т.

Сокращение вредных выбросов составит:

DМ_ВЫБР=525×0,03=15,75 кг/т у. т.

Сокращение вредных сбросов составит:

DМ_СБР=15,75×0,05=0,79 кг/т у. т.

Из приведённого расчёта видно, что сокращение расхода электроэнергии на 85 кВт×ч позволяет снизить приведённую массу выбросов в электроэнергетике на 15,75 кг/т у. т. на каждую тонну стали, а также массу сбросов на 0,79 кг/т у. т.

Основная доля отходящих газов образуется в печи во время продувки кислородом. В проекте сокращение времени плавки предусматривается за счёт сокращения перегрева металла, а следовательно окислительный период остаётся без изменений. И всё же, благодаря небольшому сокращению расхода электродов и общему времени плавки (на 15 мин.), сокращается объём отходящих газов, что благоприятно сказывается на экологической нагрузке на окружающую среду.

Установка на агрегате «ковш-печь» вакуум-плотной крышки позволяет сократить до минимума неорганизованные выбросы на этом агрегате. И, хотя его нельзя сравнивать по степени загрязнения с электропечью, это мероприятие позволяет улучшить экологическую обстановку рабочего места и окружающей среды в целом.

Отходящие газы поступают на газоочистку (см. главу 1.1.5.1.4).

3.4.2 Ресурсосбережение и утилизация отходов

Применяемые в проекте шлаковые смеси [СаО (40%) – Аl₂O₃(40%) – TiO₂(20%)] не требуют каких-то дополнительных затрат на их изготовление. Все необходимые материалы используются в цехе. Но достаточно высокий расход этих шлаковых смесей (рис. 3) приводит к увеличению потребления природных ресурсов.

Однако за счёт увеличения на 30–50% механических свойств стали пропорционально увеличивается её служебные и эксплуатационные характеристики, что приводит к соответствующему росту срока службы готовой продукции. Следовательно в целом будет наблюдаться сокращение потребления природных ресурсов на 1 т стали.

Утилизация шлака с АКОС возможна по двум вариантам:

1. Переработка на отвалах;

2. Повторное применение.

Для повторного применения жидкий шлак необходимо продувать кислородом в результате чего будут образовываться вредные газы (SO_X и NO_X), бороться с которыми очень сложно.

На ОАО «НОСТА» действуют эффективные установки по разработке шлаковых отвалов, анализ работы которых позволяет сделать вывод о возможности 100% утилизации шлаков.

Так дроблёный скрап, полученный в результате переработки шлаковых отвалов электросталеплавильного производства эффективно используется в качестве металлолома в мартеновском производстве.