Федеральне агентство з освіти РФ
ГОУ ВПО УГТУ-УПІ
Кафедра ТІМ
Звіт по другій виробничій практиці
"Робота дугової сталеплавильної печі і способи оптимізації її параметрів"
Студентка ГІЛЬМУТДІНОВА С.І.
Група МТ-43051
Викладач Матюхін В.І.
Керівник практики Іскаков Р.В.
Єкатеринбург
2007
Зміст
Введення
Структура заводу, складу основних і допоміжних цехів
Вибір технології та обладнання для технічного переозброєння сталеплавильного виробництва
Техніка та технологія плавки в сучасній дугового печі
Введення
Колишній Надеждинський. завод, заснований в 1896 р, був побудований з метою прокатки рейок на базі мартенівського переділу деревно-вугільного чавуну з чистих окаленних руд Богословського гірського округу. Рейки і профілі для рейкових скріплень призначалися для прокладки Транссибірської залізничної магістралі. У 1931 р. виробництво рейок було припинено і завод перейшов на випуск якісної сортової сталі для машинобудування.
ВАТ "Металургійний завод імені О. К. Сєрова" один з найстаріших металургійних заводів з повним металургійним циклом на Уралі і в Росії. Для виживання в новій ринковій ситуації завод повинен мати можливість випускати продукцію, яка за своїми експлуатаційними характеристиками і цінами не поступається продукції конкурентів на внутрішньому і світовому ринку.
В даний час номенклатура продукції підприємства, пропонованої покупцям, досить широка і включає: прокат сталевий гарячекатаний квадратний, круглий і шестигранний; прокат калібрований; прокат круглий із спеціальною обробкою поверхні, заготівля трубна; сталь бурова пустотіла; прутки круглі високої точності з високоміцної сталі; куточки сталеві гарячекатані рівнополочні, заготівля квадратна гарячекатана; чавун передільний; шлак доменний гранульований; купорос залізний.
Продукція заводу широко використовується у всіх галузях промисловості країни і поставляється на експорт в ближнє і далеке зарубіжжя. Споживачами заводу є різні машинобудівні підприємства: "ГАЗ", "УАЗ", "ВАЗ", "Красноярський завод комбайнів", "Уралелектротяжмаш", "Уралмаш" та ін А також металургійні, конструкційні заводи та інші підприємства з різних міст РФ: Самари , Саратова, Єкатеринбурга, Іркутська, Воронежа, Челябінська, Новосибірська, Мурома, Уфи, Казані, Елабуги та інших міст.
З країн ближнього зарубіжжя основними споживачами є такі країни як Казахстан, Україну, Білорусь і Узбекистан.
Найбільші закордонні споживачі - це фірми з Італії, Ліхтенштейну, Франції, а також Великобританії, Німеччини та Китаю.
Підприємство ВАТ "Металургійний завод ім. А. К. Серова" за рівнем застосовуваної технології та технічної оснащеності виробництва, по робочому станом металургійних агрегатів і основних фондів, за наявності навченого і кваліфікованого персоналу може забезпечити освоєння і випуск високоякісної металопродукції. Але так як основні фонди заводу застаріли і не можуть забезпечити підлягає якість продукції, то в даний час на підприємстві ведеться реконструкція всіх основних виробництв.
В останні два десятиліття у світовій металургії йде технологічна революція. Промислово розвинені країни провели її форсовано в 1980-1990 роки. Революція ця до останнього часу йшла в обхід Росії. Тому сьогодні необхідно вибрати правильні орієнтири стратегічного розвитку і почати їх реалізацію.
Сьогодні заводу необхідно вписатися в цю технологічну революцію, забезпечивши умови для повернення старих і завоювання нових ринків збуту продукції.
Ці обставини стали основою для прийняття керівництвом ТОВ "УГМК-Холдинг" рішення про затвердження розробленої "Програми розвитку, реконструкції та технічного переозброєння ВАТ" Металургійний завод ім. А.К. Сєрова ""
При розробці проекту використаний передовий зарубіжний і вітчизняний досвід реконструкції металургійних заводів, що дозволяє визначити їх в деяких питаннях вибору використовуваного обладнання та технології. Для реалізації проекту буде потрібно залучення іноземних фірм для постачання деякого високоефективного обладнання, що не має вітчизняних аналогів.
Останнім часом з'явилася тенденція до переходу від мартенівського способу виробництва сталі до електросталеплавильного, який є більш дешевим і продуктивним завдяки менших втрат матеріалів і більшої інтенсивності виробництва. Крім того, завдяки позапічної обробки сталі знижується витрата дорогих феросплавів, брак та відходи.
На базі існуючого сортаменту повинна бути збільшена технологічна гнучкість виробництва, що дозволить у короткий період перебудовуватися в залежності від кон'юнктури ринку.
Структура заводу, складу основних і допоміжних цехів
План заводу являє собою схему комплексного розміщення на певній майданчику металургійних і допоміжних виробництв з урахуванням технологічних та архітектурно - будівельних рішень, що забезпечують найбільш економічний варіант будівництва та експлуатації заводу.
ВАТ "Металургійний завод ім. А. К. Серова" має агломераційне, доменне, сталеплавильне, каліброване і сортопрокатного виробництво.
Агломераційне виробництво
До складу його основного технологічного обладнання входять дві агломашини. Спікання агломерату виробляється на 2-х аглоленту, площа спікання яких складає 30 і 50 кв. м, при цьому аглоленту № 1 виведена в резерв і працює тільки при постановці аглоленту № 2 на ремонт. Зараз аглоленту № 2 знаходиться на консервації.
Основні завдання цеху:
виробництво декількох видів агломерату для доменного та електросталеплавильного цехів: офлюсований, неофлюсованих, нікелевий, железофлюс, бокситовий;
виробництво негашеного вапна;
приймання, зберігання та відвантаження доломіту.
Агломераційний цех поставляє доменному цеху агломерат, електросталеплавильного цеху - агломерат, доломіт, вапно.
Доменне виробництво
До складу основного технологічного обладнання цеху входять три доменні печі:
доменна піч № 1 - корисний об'єм 260 м (зупинена на консервацію 06.05.97 р.),
доменна піч № 3 - корисний об'єм 205 м (задута після консервації 25.09.97 р.),
доменна піч № 5 - корисний об'єм 212 м.
Всі печі знаходяться в загальному каркасі, постановочні шляху чавуну і шлаку загальні, розташовані в будівлі поддоменніка, уздовж осі доменних печей. В даний час в доменному цеху постійно працюють 2 доменні печі, які забезпечують стабільну роботу трьох мартенівських печей.
Цех в основному працює на агломераті, що надходить з агломераційного цеху, а також на котунах з Качканарського ГЗК і привізній коксі в основному з регіонів Алтаю і Кузбасу.
Основні завдання цеху:
виробництво переробного чавуну для електросталеплавильного цеху, чавуну ливарного цеху для відливання виливниць та іншого чавунного лиття;
виробництво товарного чавуну;
виробництво граншлака.
Потужність цеху складає 609 тис. т. чавуну на рік.
Електросталеплавильний цех
До складу основного технологічного обладнання цеху входить чотири мартенівські печі з "основним" подом садкой по 180 тонн. Потужність цеху складає 865 тис. тонн сталі на рік. У цеху виплавляється понад 200 марок сталі вуглецевих і легованих. У номенклатурі є стали містять нікель і молібден, леговані бромом і титаном, ванадієм та іншими елементами. У 1998 році була освоєна технологія виробництва свинецсодержащих сталей. Виплавляється більше 200 різних найменувань марок сталі вуглецевих і легованих, відповідно до Держстандарту і ТУ, а також багатьох зарубіжних стандартів (типу DIN, AISI та ін.) Шихтовка плавки: 50-60% твердого брухту і скрапу, решта - заливка рідкого чавуну. Технологічне паливо - природний газ і мазут. Випуск сталі здійснюється по жолобу в 2 ковша ємністю до 90 тонн. Розливання сталі ведеться з сталерозливних ковшів із застосуванням шиберного затвора. Сталь розливається сифонним способом у розширені догори виливниці масою 5,25 і 5,7 тонн під шаром шлакообразующих екзотермічної суміші з утепленням прибуткової частини злитка люнкерітом. Виливниці встановлюються на поїздах.
Мартенівські печі обладнані пароіспарітельним охолодженням, за печами встановлені котли-утилізатори.
З 2003 року введено ківш-піч італійської фірми "Даніелі" для позапічної обробки сталі. Цех виробляє більше 200 марок високоякісної сталі. В даний час мартенівський цех знаходиться в процесі реконструкції. Ведеться будівництво сучасного сталеплавильного комплексу.
До складу цеху входять наступні прольоти: шихтовому, пічний, розливний, консольний (роздягання злитку) і передача на залізничних платформах на нагрівальні колодязі стану 850 великосортного цеху, копрове відділення та відділення для підготовки до розливання поїздів з виливницями (двір виливниць), розташованих на окремому майданчику.
Основні завдання цеху:
виплавка високоякісної сталі заданого складу;
- Забезпечення великосортного цеху гарячими зливками.
В даний час технологія виробництва сталі в електросталеплавильному цеху ВАТ "Металургійний завод ім. А. К. Серова" представлена наступною схемою: виплавка напівпродукту сталі в дугової сталеплавильної печі з системою "Данарк", легування і присадка шлакообразующих в сталеразливочном ковші при випуску металу з печі , позапічна обробка на установці ківш-піч і вакууматор типу VOD (при необхідності), розливання на сортовий МБЛЗ або у виливниці на складі.
Дугова сталеплавильна піч спроектована і виготовлена фірмою "Даніелі" і введена в експлуатацію в кінці 2006 року. Після пуску печі через технічних і технологічних проблем тривалий час вона працювала нестабільно, з низькими техніко-економічними показниками. Для виведення агрегату на проектну потужність були сформульовані такі основні завдання:
Забезпечення високого рівня надійності всього комплексу обладнання;
Підбір кваліфікованого технологічного та ремонтного персоналу;
Грамотне керівництво процесом освоєння технології, висока кваліфікація працівників технічних служб;
Розробка оптимального енерготехнологічного режиму з постійним відстеженням результатів його роботи і при необхідності динамічною коригуванням по ходу плавки;
Матеріальна зацікавленість технологічного персоналу в результатах своєї роботи;
Чітке бачення перспектив розвитку технології виплавки на будь-якій стадії процесу відпрацювання технології;
Високий рівень організації виробництва і мінімізація технологічних простоїв.
У даних умовах практично всі завдання були послідовно і успішно виконані.
Великосортний цех
Прокатне виробництво представлено великосортний і сортопрокатних цехами.
Великосортний цех має лінійний стан "850", що складається з 3-х частин блюмінга "900", чорнової і чистової клітей. Стан прокатує зливки вагою 5,7 т, що надходять з мартенівського цеху з максимальним перетином 668 * 668 мм. Злитки прокочуються на квадратну заготовку передельную 140-170 мм. для переділу в сортопрокатних цеху і товарний круглий сортовий прокат діаметром 150-280 мм. поперечного перерізу з інтервалом 10 мм. і квадрат розміром 140, 154, 156 мм. нагрівання злитків перед прокаткою виробляється в семи групах одномісних нагрівальних колодязях (165 осередків) регенеративного типу, шість з яких працюють як подогревательние, а одна (30 осередків) призначена для остаточного нагріву металу до 1100-1200 С. Паливо - суміш природного (4 - 6 %) і доменного (94-96%) газів.
Обтискна кліть (блюмінг) має з передньої і задньої сторони маніпулятори для передачі розкату з калібру в калібр, маніпулятор з передньої сторони обладнаний вільчаті кантователем. Чорнова і чистова кліті з передньої і задньої сторони обладнані пересувними столами, за допомогою яких гуркіт переміщують між клітями і задають калібр.
Квадратна заготовка розміром 140 і 170 мм поперечного перерізу проводиться для подальшого перепроката на станах "450" і "320" сортопрокатного цеху. Для відвантаження на бік, в тому числі на експорт, проводиться квадратна заготовка розміром 140, 154, 156 мм. Круглий прокат частка експорту після охолодження проходить додаткову обробку, обдирання на бесцентрово-обдирних верстатах по 5 мм на сторону.
Злитки, що надходять з мартенівського цеху з температурою 700-900 С, додатково нагріваються до температури 1100-1200 С в індивідуальних відділеннях нагрівальних регенеративних колодязях, а потім прокочуються на лінійному 3-х клітьового стані "850".
Після прокату та порізки його на мірні довжини на пилах гарячого різання ударної дії, він охолоджується на повітрі в піраміді або при необхідності в термосах уповільненої охолодження. Потім прокат правиться на правильному пресі зусиллям 1600 тонн, при необхідності обдирається, оглядається і приймається контролерами ВТК, пов'язується в зв'язки. За допомогою переносного приладу проводиться УЗК (ультразвуковий контроль) металу. Для видалення дефектів є 7 абразивно-шліфувальних верстатів. Для відпалу прокату в цеху є 4 камерні печі.
Основні завдання цеху:
виробництво готового прокату;
виробництво передільної заготовки для сортопрокатного цеху.
Сортопрокатний цех
Метал поступає з великосортного цеху в холодному стані у вигляді квадратної заготовки 170 і140 мм. Заготівля нагрівається в методичних печах до потрібної температури і прокочується відповідно кв.170 на стані "450", кв.140 на стані "320" на прутки.
Розміри прокочуються профілів:
на стані "450":
круглий профіль - 32-90 мм;
шестигранний профіль - 32-75 мм;
квадратний профіль - 50, 60, 80 мм;
куточок розміром 63 мм.
на стані "320":
круглий профіль - 11-32 мм;
шестигранний профіль - 12-29 мм;
бурова пустотіла сталь кругла 32 мм, шестигранна 22,25 мм і пустотіла сталь для двигунів заглибних насосів кругла 26 і 31 мм;
освоєна прокатка арматурної сталі в колах 14, 16, 18, 20 мм.
Довжина прокатних прутків - на стані "450" до 6 м;
на стані "320" до 11,7 м.
Стан "450" средньосортних, ленейного типу. Складається з обтискний клітини 680, чистової лінії і з 4 клітей, ділянки гарячого різання й охолодження металу. Передача розкату із кліті в кліть проводиться за допомогою шлеппери. Різання металу здійснюється 2-мя салазковимі пилками. Після розкрою смуги на пилах прутки надходять на секції ланцюгового холодильника, де відбувається їх таврування і остигання.
Стан "320" дрібносортний, лінійного типу. Складається з обтискний кліті 550, чистової лінії з 8-ми клітей, ділянки різання й охолодження прокату. Передача розкату із кліті в кліть в чистовий лінії здійснюється по засобом обвідних апаратів. У останню 8-у кліть гуркіт задається вручну. Для отримання прокату підвищеної точності за сьоме кліттю встановлені додатково 2-е жорсткі кліті. Для отримання прокату з особливими властивостями за чистовими клітями розташована установка високотемпературної термомеханічної обробки металу (ВТМО).
Охолодження прокату виробляється на новому плита-рейковому холодильнику, після чого метал розкроюється на мірні довжини на пресі холодного різання.
На Адьюстаж сортопрокатного цеху (СПЦ) метал оглядається, правиться на правильних машинах, сортується і пов'язується в зв'язки.
Основні завдання цеху:
випуск сортового прокату;
випуск підкату для калібрувального цеху.
Калібрувальний цех
Калібрувальний цех працює у складі 2-х ділянок. На ділянці калібрувального цеху № 1 проводиться волочіння (калібрування) металу відповідно до замовлень. Перед волочінням прокат труїться з метою збирання окалини на прутках.
Основні завдання цеху:
- Виробництво каліброваного прокату з виконанням таких операцій:
термообробка прокату в камерних печах з викатним подом;
підготовка металу до волочіння (правка, остреніе, зачистка підкату);
травлення металу в розчині сірчаної кислоти;
волочіння металу круглого і шестигранного перерізу в холодному стані;
виробництво круглих профілів на бесцентровообдірочних верстатах (із спеціальною обробкою поверхні);
рекрісталлізаціонний відпал металу на установках ТВЧ;
виробництво нефтенасосних штанг;
виробництво пустотілого прокату для валів заглибних електродвигунів.
Вибір технології та обладнання для технічного переозброєння сталеплавильного виробництва
Вибір технології та конструкції агрегатів визначає марочний сортамент виплавлюваних сталей, вимоги споживача до якості продукції, тривалість технологічних циклів виплавки, позапічної обробки і розливання сталі, а також економічна доцільність того чи іншого способу обробки.
Для збереження традиційних достоїнств Серовское сталі з низьким вмістом кольорових домішок доцільно закрити мартенівське виробництво, але зберегти в шихті сталеплавильного агрегату перворідне сировину у вигляді рідкого чавуну. Це дозволить зберегти у складі заводу гірничорудні підрозділи і агло-доменне виробництво. Для забезпечення скрапленим чавуном ДСП в обсязі 30-40% загального складу шихти необхідно мати в роботі дві доменні печі, а одна буде знаходитися в резерві або ремонті.
Загальноприйнята у світовій металургії найсучасніша технологічний ланцюжок при виробництві сталі, що дозволяє одержати сталь практично будь-якого хімскладу з високим рівнем якості, що задовольняє будь-якого споживача, наступна:
сучасний сталеплавильний агрегат (кисневий конвертор, дугова сталеплавильна піч з підігрівом лому або без нього);
позапічна обробка для рафінування рідкої сталі в складі печі-ковша та вакууматора;
машина безперервного розливання сталі в перерізу, найбільш наближені до готового профілю з метою зниження енергетичних витрат на подальших переділах;
пряма прокатка з використанням тепла після безперервного розливання.
Враховуючи світову тенденцію щодо випереджального росту виробництва сталі електросталеплавильним способом, який за рахунок вдосконалення процесу досяг за обсягами 34% світового виробництва і за витратами став конкурентоспроможним з конверторним способом виробництва, пропонується встановити 80 т ДСП змінного струму з сушінням брухту, з обсягом виробництва 700 тис. тонн на рік.
Як показала практика, застосування 1 тонни металобрухту економить 4-5 тонн рудної сировини, 1,2 тонни коксівного вугілля, знижує викиди в атмосферу забруднюючих речовин в 6,5 рази, зменшує витрату енергоресурсів по всьому металургійному циклу в 3 рази. Пріоритетний розвиток вторинної металургії з використанням сучасних процесів електроплавки і прокатки має стати одним з напрямків структурної перебудови чорної металургії Росії. Використання потужних електропечей забезпечить економію до половини енерговитрат у порівнянні з підприємствами повного металургійного циклу.
Світовий досвід говорить про те, що переробні міні-заводи на базі електроплавки забезпечують в 1,2 рази вище продуктивність, ніж провідні комбінати Росії.
Прогрес електросталеплавильного виробництва в техніці і технології, скорочення питомих енерговитрат на одиницю продукції, максимально можливе наближення електропечей по продуктивності до рівня конверторів, а також екологічність електросталеплавильного виробництва роблять його більш привабливим у металургії. В області виробництва обладнання електродугових печей для виплавки стали світовими лідерами є фірми: Данієлі (Італія), ФАІ-Фукс і СМС Демаг (Німеччина). Новітні рішення (система "Данарк" і шахтний підігрівач), які вони ввели в конструкцію печей і технологію електроплавки в дугових печах трифазного струму, практично звели нанівець всі колишні переваги електропечей, що працюють на постійному струмі.
З огляду на більш високу аварійність печей на постійному струмі через складність, низьку стійкості та недосконалості струмопровідних вузлів подини великотоннажних печей, значно більші капітальні витрати (до 30-50%) для введення їх в експлуатацію, однаковий витрата електродів призвели до того, що зараз більшість металургійних фірм вважають за краще встановлювати високопотужні печі на змінному струмі.
Сталеплавильний агрегат у даному випадку буде використовуватися тільки для плавлення шихти, дефосфорации і зневуглецювання металу, а всі старі традиційні операції з десульфурації, легування, доведенню по температурі, усереднення по химсоставу, температурі і зниження вмісту неметалічних включень виконуються в агрегаті ківш-піч.
На результати роботи та техніко-економічні показники сучасної ДСП, оснащеної газокисневих пальниками, пристроями для вдування вуглецевмісних порошкових матеріалів практично не впливає виплавляється сортамент за винятком високолегованих нержавіючих і швидкорізальних сталей. При цьому малі втрати металу роблять його дешевше, ніж при мартенівському або конвертерному способі виробництва.
Останньою стадією позапічної обробки сталі є вакуумування.
Сьогодні у світі найбільш поширеними способами вакуумування є:
циркуляційний вакуумування (RH метод);
порційне вакуумування (RM метод);
ковшового вакуумування (VD / VOD метод).
Перші два методи застосовуються на великих печах з великою продуктивністю (150-350т). Вакуумирование у вакуумній камері застосовується в невеликих ковшах (50-100 тонн) з більш різноманітною виробничою програмою. Крім того, експлуатаційні витрати у таких вакууматор набагато менше, а обслуговування їх набагато простіше.
Зниження вмісту азоту, кисню і водню в сталі шляхом вакуумування останнім часом стає обов'язковою вимогою до певних марок сталі, що мають найбільш відповідальне призначення.
Крім того, за прогнозом фахівців на початку 21 століття розвинеться тенденція до зростання споживання нержавіючого металу з-за інтенсивного витіснення простого металу довговічним нержавіючим навіть з традиційних галузей його застосування. Метод VOD дозволяє виробляти нержавіючі або спеціальні марки сталі, які не можуть бути виплавлені у звичайних ДСП. Це хромисті нержавіючі і інші сталі з дуже низьким вмістом вуглецю (С = 0.03%).
Вакуумирование дозволить поліпшити якість продукції і отримати приріст прибутку за рахунок збільшення цін на продукцію. Крім того знизяться витрати на обробку металу у великосортного цеху.
В даний час технологія виробництва сталі в електросталеплавильному цеху ВАТ "Металургійний завод ім. А. К. Серова" представлена наступною схемою: виплавка напівпродукту сталі в дугової сталеплавильної печі з системою "Данарк", легування і присадка шлакообразующих в сталеразливочном ковші при випуску металу з печі , позапічна обробка на установці ківш-піч і вакууматор типу VOD (при необхідності), розливання на сортовий МБЛЗ або у виливниці на складі.
Дугова сталеплавильна піч спроектована і виготовлена фірмою "Даніелі" і введена в експлуатацію в кінці 2006 року. Після пуску печі через технічних і технологічних проблем тривалий час вона працювала нестабільно, з низькими техніко-економічними показниками. Для виведення агрегату на проектну потужність були сформульовані такі основні завдання:
Забезпечення високого рівня надійності всього комплексу обладнання;
Підбір кваліфікованого технологічного та ремонтного персоналу;
Грамотне керівництво процесом освоєння технології, висока кваліфікація працівників технічних служб;
Розробка оптимального енерготехнологічного режиму з постійним відстеженням результатів його роботи і при необхідності динамічною коригуванням по ходу плавки;
Матеріальна зацікавленість технологічного персоналу в результатах своєї роботи;
Чітке бачення перспектив розвитку технології виплавки на будь-якій стадії процесу відпрацювання технології;
Високий рівень організації виробництва і мінімізація технологічних простоїв.
У даних умовах практично всі завдання були послідовно і успішно виконані.
Техніка та технологія плавки в сучасній дугового печі.
Мінімізація витрат на сировину та енергоносії, частка яких у виробництві електросталі перевищує 70%, є основним напрямком розвитку техніки і технології плавки в дугового печі.
Сталевий брухт. На сучасному етапі розвитку електрометалургії, виходячи з ціни матеріалів, що становлять металеву частину шихти, можна відзначити, що металевий лом залишається найдоступнішим шихтових матеріалом. Так, за прогнозом Міжнародного інституту чорної металургії до 2010 р. світовий попит на сталевий брухт повинен зрости до 435-440 проти 379 млн.т / рік у 2000р.
Основні джерела брухту-це відходи, що утворюються, по-перше, при виробництві чорних металів, по-друге, при споживанні чорних металів в металообробці та будівництві, по-третє, амортизаційний брухт, що утворюється в процесі ліквідації основних засобів, проведення капітальних і поточних ремонтів , а також так званого вибуття змінного обладнання, оснащення, пристроїв та інструменту, і, по-четверте, побутової лом і "інші" джерела його збору - шлакові відвали, заводські звалища і т.п. На частку сталевого брухту, який утворюється в металургійному виробництві, припадає на сьогоднішній день близько 40% його загального споживання. Важливо, що це найбільш якісний брухт, як правило, не потребує суттєвої підготовки до використання.
В даний час ціна сталевого брухту зростає, при цьому з-за необхідності перевезення металобрухт стає дорогим, а легкий без переробки в місцях збору - нерентабельним.
Великі спеціалізовані компанії з переробки брухту вкладають гроші в устаткування, яке дозволяє переробляти і змішаний, і легкий брухт. Тому, при збереженні обсягів якісного великогабаритного металобрухту, зростає частка переробленого брухту. Перш за все, пакетованого, отриманого пресуванням і різкою, а також шредерного.
Якість вуглецевого сталевого брухту визначається наступними основними параметрами, які обумовлюють його реальну вартість:
засміченість брухту, що характеризується вмістом заліза у брухті і надає вплив на техніко-економічні та екологічні аспекти виплавки сталі;
величина вмісту залишкових елементів (в першу чергу таких, як мідь, хром, нікель, олово, молібден, цинк), яка визначає можливість виконання вимог до хімічного складу готової сталі;
насипна щільність (поділ на легкий, середній і важкий лом) і максимальні розміри шматків сталевого брухту (дрібний з довжиною шматків до 100 мм, середній - від 100 до 400 і великий - до 1000 мм) безпосередньо впливає на кількість подвалок шихти та інші техніко -економічні показники плавки.
Щільна завалка шихти забезпечується оптимальним співвідношенням різних видів брухту. Як правило, в ДСП рекомендується вводити 15-20% дрібного брухту, 40-50% великого і 30-45% середнього. Зазвичай насипна щільність брухту в цебрі становить 0,7-0,9 т / м 3.
Форма і розмір шматків брухту визначають швидкість плавлення і, відповідно, витрата енергії. Різниця в розмірі "ідеального" і "важкого" брухту може істотно підвищити витрата енергії (до 40 кВт * год / т). При наявності у брухті органічних сполук, пластмас, дерева, води, льоду, бетону витрата енергії може збільшитися на 30 кВт * год / т.
На витрату енергії впливає кількість завантажуваних цебер шихти. Вважається, що завантаження кожної бадді вимагає додаткових витрат енергії близько 10 кВт * год / т, при тому робота печі з рідким залишком сприяє більш стабільному горінню дуг і знижує витрати енергії на 15 кВт * год / т.
Сталевий брухт є відновлювальним джерелом сировини матеріалом, який у промислово розвинених країнах є в достатній кількості. Тому необхідність його цілковитого використання вельми актуальна, оскільки дозволяє отримати економію енергії та зменшити викид парникових газів.
Металізованої сировину. При необхідності, наприклад, зниження вмісту кольорових металів у готовій сталі, поряд з металевим ломом в шихту електропечей вводять альтернативні залізовмісні шихтові матеріали. Як правило, застосування альтернативних матеріалів обмежена технологічними причинами і високою ціною.
Залізо прямого відновлення (DRI), до якого відносяться металізованої окатиші, характеризується досить високим вмістом вуглецю і надзвичайно низькою концентрацією шкідливих домішок (S, P, Cu, Ni, Cr, Sn, As).
Горячебрікетірованное залізо (HBI) при рівній мірі металізації заліза також відрізняється низькою концентрацією шкідливих домішок (P, Cu, Ni, Cr, Sn, As). Разом з тим, має знижену концентрацію вуглецю (близько 0,5%) і підвищений вміст сірки (приблизно 0,025%).
Введення DRI і HBI в робочий простір печі, проводять, як правило, безперервно під час плавлення.
Передільний чушковий чавун як шихтовий матеріал для електросталеплавильних печей має значний енергетичний потенціал, завдяки високому вмісту вуглецю і кремнію. Чушковий чавун у порівнянні зі сталевим ломом має такі особливості: низьку концентрацію кольорових металів; високий вміст сірки та фосфору; велику насипну щільність.
Однак невиправдано велика кількість чавуну в шихті вимагає збільшення тривалості плавки через необхідність додаткового зневуглецювання.
Застосування в завалку електропечі рідкого чавуну. Енергетично вигідно через виділення додаткової хімічної енергії, а й введення в ванну фізичного тепла. Температура рідкого чавуну перед заливкою в піч становить 1150-1350 ˚ С, при цьому його тепломісткість досягає 223-272 кВт * год / т, що забезпечує при заміні 1% брухту рідким чавуном близько 2,23-2,72 кВт * год / т додаткової енергії.
Хімічні реакції окислювання кремнію і марганцю при вмісті 1% рідкого чавуну в шихті додатково вносять близько 1,40 кВт * год / т. Зміст вуглецю в чавуні забезпечує надходження тепла від його окислення в кількості 0,5 кВт * год / кг. Крім того, слід враховувати енергію розчинення вуглецю, яка складає близько 0,6 кВт * год / кг. Тому сумарний внесок 1% рідкого чавуну в тепловий баланс плавки становить приблизно 4,3 кВт * год / т.
Однак, за деякими даними, незважаючи на зниження витрати енергії та скорочення тривалості плавки, при роботі на рідкому чавуні, собівартість готової стали зростає приблизно в 1,3-1,5 рази. Варто відзначити, що в умовах дефіциту сталевого брухту і наявності надлишкової кількості передільного чавуну на металургійному комбінаті такий технологічний варіант може бути економічно доцільний навіть для виробництва сталі масового сортаменту. Разом з тим, існує оптимальне з точки зору собівартості готового напівпродукту співвідношення чавун-лом. Існують розрахункові дані, за якими для певних конкретних умов виробництва (маса плавки 165 т) економічно оптимальну кількість рідкого чавуну в шихті становить окло 30%.
На підставі вищевикладеного можна зробити висновок, що в даний час пряма альтернатива застосуванню сталевого брухту в шихті сучасної ДСП відсутня, тому технологія електроплавки стали масового сортаменту з метою мінімізації витрат, як правило, передбачає завантаження в електропіч 100% сталевого брухту.
Енергетичний баланс плавки. Найбільш очевидним фактором, що характеризує підвищення конкурентоспроможності електросталі, є реалізація та постійне вдосконалення ідеї високопродуктивної ДСП.
Очевидно, що застосування ДСП як плавильного агрегату дозволило знизити загальні витрати теплової енергії за рахунок більш ефективного використання енергії потужної електричної дуги при мінімальній тривалості плавки. Тому енергетичний баланс плавки, поряд з технологічним аспектом, значною мірою характеризує технічний рівень сучасної ДСП - її раціональну архітектуру, швидкодія механізмів, автоматизацію технологічних операцій і надійність роботи пристроїв.
Так, загальні енергетичні витрати сучасної ДСП знижені в середньому на 25% в основному завдяки скороченню втрат тепла піччю. Втрати тепла скоротилися майже наполовину в основному за рахунок: скорочення загальної тривалості плавки; збільшення ККД електричної дуги; мінімізації тривалості перебування рідкої сталі в печі, застосування "болота", спінення шлаку, пневматичної перемішування ванни, автоматизації плавки, ефективного використання хімічної енергії монооксиду вуглецю пічної атмосфери за рахунок введення додаткової кількості кисню в робочий простір печі за допомогою спеціальних пристроїв різної конструкції. Важливо, що при цьому відпала необхідність в перегріві стали для проведення подальшої десульфурації шлаковими сумішами, усереднення інертним газом в ковші і наведення рафінувальні шлаку в печі. Позитивно позначилося на тепловому балансі вторинне використання звареного пічного шлаку попередньої плавки.
Прибуткова частина балансу сучасної електропечі за структурою в основних рисах відповідає класичній. Так, хімічна енергія становить близько 30% і виділяється в результаті: окислення компонентів шихти; хімічних елементів рідкої ванни; добавок, які вводять в робочий простір печі, наприклад, дисперсного вуглецю; при окисленні графітованих електродів.
Кількість енергії, яку вносять високотемпературні джерела енергії (електрична дуга і факел паливо-кисневого пальника) становить відповідно близько 70%, при цьому частка енергії, що вноситься паливо-кисневими пальниками незначна і не перевищує 5-7% загального приходу енергії.
Енергія високотемпературних джерел тепла.
Електрична дуга. Електрична енергія у ванну сучасної ДСП вводиться в режимі знижених значень робочого струму на щаблях вторинного напруги до 1500 В, що є вагомою причиною скорочення витрати технологічної електроенергії та електродів і істотного поліпшення техніко-економічних показників процесу. Зменшення сили робочого струму при збільшенні довжини дуги лімітується переходом дуги в режим нестійкого горіння, який в першому наближенні настає при λ> 0,85.
Згідно типової характеристиці енергетичного режиму плавки з одного подвалку в сучасній ДСП тривалість роботи трансформатора становить близько 85% загального часу і ділиться за рівнем введеної потужності на три етапи.
Швидке проплавлення криниць після завалки (60-70% брухту) або підвалки з метою захисту склепіння печі від випромінювання і замикання електричної дуги на "болото". Тривалість етапу становить 1-2 мінутию Для того, щоб зменшити енергетичний рівень дуг, працюють на одній або двох щаблях напруги з відносно короткими дугами і коефіцієнтом потужності (λ = 0,75), що кілька стабілізує горіння електричної дуги в контакті з холодним ломом. Як тільки електроди досягають "болота", робота дуг стабілізується і можна збільшити їх потужність до максимуму, цьому сприяє поліпшення контролю електричного режиму і відсутність різких стрибків струму.
Як показує практика плавки сталі в сучасних ДСП, на другому етапі плавлення брухту необхідно вводити максимальну активну потужність. Вторинне напруга підвищують, довжина електричної дуги зростає, оскільки футеровка печі повністю екранована шихтовими матеріалами. Піч працює з коефіцієнтом потужності рівним 0,80-0,81.
В кінці плавки на третьому етапі плавлення брухту потужність електричної дуги в деяких випадках прийнято знижувати. Завершальний етап проводять при високому значенні сили струму в поєднанні із зниженою напругою.
Електричний режим плавки також впливає на витрату енергії. Існує думка, що при роботі на довгих дугах витрата її підвищується. Чим менше падіння напруги на дузі, тим менше витрата енергії. Але при цьому необхідно враховувати, що важливіше: витрата енергії або продуктивність печі. На печах постійного струму витрата енергії знижується на 10 кВт * год / т при зменшенні втрати напруги на дузі з 800 до 700 В. Встановлено, що найбільш ефективною величиною падіння напруги на дузі є 450 В для трифазних печей і 600 В - для печей постійного струму .
Якість спінювання шлаку визначає теплоперенос від дуги до рідкій ванні, а його товщина і властивості можуть змінити витрата енергії на + _ 20 кВт * год / т. Так, за оцінками дослідників, у випадку відкритої палаючої дуги її сумарний ККД становить близько 36%. Якщо дуга занурена в шлак на частину своєї довжини, то пропорційну кількість енергії, яка в першому випадку губилася, передається розплавленої ванні. Тому контроль стану шлаку в ході плавки набуває досить важливе значення. В даний час розроблені системи безперервного контролю якості спінювання шлаку, які використовують інформацію про рівень шумовиделенія, інтенсивності випромінювання, амплітуд вищих гармонік напруги дуги.
Паливно-кисневі пальники. Для того, щоб прискорити плавлення брухту в холодних місцях робочого простору і не затягувати настання моменту повного плавлення брухту та отримання активної по всій поверхні шлакової ванни застосовують додаткову енергію паливо-кисневих пальників. Пальники включають відразу після завалки. Сумарна тривалість роботи пальників залежить від фізичних властивостей завантаженого скрапу, і коливається від 15 до 20 хвилин, що зазвичай становить 20-35% часу плавки. Вважається, що середній термічний ККД пальників дорівнює 50-60%. Тим не менш, для печей з високим споживанням електроенергії перевага використання пальників полягає не в частковому заміщенні електроенергії факелом, а в тому, що шихта розплавляється одночасно у всьому робочому просторі печі. Зазвичай паливом служить природний газ. У залежності від його складу теплота згоряння природного газу коливається в межах від 9 до 12 кВт * год / т, середнє значення 10,5 кВт * год / т. Для спалювання 1 м 3 газу потрібно близько 2 м 3 кисню.
Хімічна енергія. Розглянемо технологічні прийоми сучасної плавки, які дозволяють при застосуванні в шихті ДСП 100% сталевого брухту, хімічний тепловий потенціал домішок якого мізерний, досягти високого рівня надходження хімічної енергії.
На підставі порівняльної оцінки приходу тепла хімічних реакцій при проведенні класичної та сучасної технології плавки можна зробити наступні висновки:
прихід тепла хімічних реакцій при проведенні окислювальних процесів, як за класичною, так і за сучасною технологією приблизно однаковий;
прихід тепла за рахунок високовитратних попутних джерел енергії в сучасній печі значно знижений і складає близько 15% проти 50% і більше в класичній (окислювання заліза, графітованих електродів, а для випадку класичної технології виробництва електротехнічної сталі - розкислення шлаку та металу ферросилицием, силікокальцієм і алюмінієм );
прихід тепла в результату окислення домішок металомісткості частини шихти в сучасній плавці приблизно в 2 рази нижче.
Відсічення пічного шлаку. Для випуску плавки піч нахиляють на декілька градусів у положення зливу металу перед тим, як відкрити вихідний отвір. Зазвичай матеріал закладення випускного отвору мимовільно висипається, а за ним відразу ж починається випуск рідкого напівпродукту. Надзвичайно важливо, щоб швидкість нахилу не була великою, тому що може статися переповнення еркера, який покритий водоохолоджуваними панелями. З іншого боку, рівень дзеркала розплаву в еркері повинен бути постійним і складати величину, рівну менш, ніж три діаметра сталевипускного отвори, в іншому випадку в ківш під час випуску сталі з-за виникненням воронки буде затягнутий шлак.
Повертають піч в нормальний стан з максимальною швидкістю для того, щоб шлак не потрапив в ківш в кінці випуску.
Теплові втрати. Тривалість плавки в сучасних дугових печах становить від 30 до 60 хв. Теплові втрати в середньому рівні 0,4 кВт * год / (т * хв), але до кінця плавки вони досягають максимального значення - до 1,7 кВт * год / (т * хв). На підставі промислового досвіду вважають, що при тривалість межплавочних простоїв від 8 до 38 хв тепловтрати незначні, навіть при роботі з рідким залишком, і вони звичайно не перевищують 0,4 кВт * год / (т * хв). Практика експлуатації печей показує, що втрати тепла через водоохолоджувальні панелі залежать від товщини гарнісажем. Так, для відкритих поверхонь водоохолоджуваних панелей питомі тепловтрати на 1 м 2 становлять 3 кВт * год / т. Крім того, у разі виникнення течі водоохолоджуваних елементів витрата енергії може збільшитися на 15 кВт * год / т.
Екологія.
Найбільш брудною в екологічному плані є мартенівське виробництво, а електросталеплавильне є гідною альтернативою конвертерному.
Сталеливарні компанії світу інвестують значні кошти в охорону навколишнього середовища. Основна частка отриманих коштів спрямовується на системи газо-і водоочищення, решта використовують для підготовки твердих відходів до утилізації.
Згідно з рішенням Європейської економічної комісії ООН, прийнятого на семінарі "Екологічні аспекти застосування чистих технологій, раціонального використання енергоресурсів та утилізації відходів в чорній металургії", зовнішні кредити на реконструкцію будуть надаватися при наявності екологічної програми як складової частини бізнес-плану реконструкції підприємств в цілому. Такий підхід надання кредитів повинен служити запорукою того, що виділені кошти не будуть витрачені, наприклад, на ремонт застарілого обладнання. Таким чином, лише ті підприємства країн СНД, які концентрують свої зусилля та інвестиції на створення конкурентоспроможної продукції, виробленої без шкоди для навколишнього середовища, зможуть забезпечити ринок збуту своєю продукцією.
Варто відзначити, що жорстка позиція західних країн по відношенню до процесу екологізації металургійного виробництва в країнах СНД обумовлена загальноприйнятих принципів "чесної конкуренції" на світовому ринку сталі.