ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения конструкторской и технологической разработки.

Для гарантированного и стабильного получения в металле ультранизкого содержания углерода и азота (менее 0,004 % каждого) требуется особая технология выплавки и вакуумной обработки стали. Ультранизкие содержания углерода достигаются при вакуумировании жидкой стали циркуляционным способом и, в основном, с использованием кислородной продувки металла в вакуумкамере. Кислородная продувка в процессе вакуумного обезуглероживания при выплавке ультранизкоуглеродистой стали преследует две основные цели:

-активизация химической реакции окисления углерода путем подвода газообразного кислорода в первой половине процесса, когда лимитирующим фактором реакции обезуглероживания является подвод кислорода;

-дожигание в вакуумкамере газообразного СО, образующегося в ходе реакции обезуглероживания, и использование выделяющей теплоты для компенсации охлаждения стали.

С подводом кислорода появляется возможность достигать особо низкого содержания углерода в металле за меньшее время или за прежнее время провести обезуглероживание металла с высокого исходного содержания углерода. Благодаря этому можно снизить пере­окисление и температуру (на 20-40 °С) выпускаемого металла из конвертера, что оказывает положительное влияние на стойкость футеровки конвертера. В дополнение к этому, положительный эффект вдувания кислорода в вакуумную камеру проявляется в уменьшении металлических настылей на стенках вакуумкамеры.

Для освоения выплавки особонизкоуглеродистых сталей на металлургическом комбинате потребовалась отработка технологии циркуляционного способа вакуумирования и реконструкция существующего в кислородно-конвертерном цехе (ККЦ) комбинированного вакууматора.

На первом этапе реконструкции комбинированной установки вакуумирования стали (КУВС) было принято решение о вдувании кислорода в вакуумкамеру через водоохлаждаемую газокислородную фурму. При этом необходимо было заменить электронагрев огнеупорной футеровки графитовым нагревателем на нагрев ее природным газом. Газокислородную фурму установили стационарно в горячем заходе вертикально по оси вакуумкамеры. Данная фурма использовалась также для продувки металла кислородом.

Технология вакуумной обработки с продувкой металла кислородом проводилась в соответствии с технологической инструкцией, в которой длительность вдувания кислорода в вакуумкамеру была рассчитана теоретически. Основные положения технологии:

-в начале вакуумной обработки расход кислорода на газокислородную фурму составлял 100-300 м ³/ч для дожигания выделяющейся из металла моноокиси углерода (СО), при этом расход аргона во всасывающий патрубок составлял 40-60 м ³/ч;

-продувка металла кислородом начиналась после набора разряжения в вакуумкамере 100-120 мм рт.ст;

-продолжительность кислородной продувки при интенсивности 1500 м ³/ч в период вакуумного обезуглероживания определялась начальным содержанием углерода в металле перед вакуумированием и составляла: 0 мин - при содержании углерода 0,04 % и менее; 1-2 мин - при 0,04-0,05 %; 2-4 мин - при 0,05-0,06 %; 3-6 - при 0,06-0,07 %; 4-8 - при 0,07-0,08 %; 6-10 мин - при содержании более 0,08 %.

-после окончания продувки металла кислородом расход аргона во всасывающий патрубок увеличивали до 80-120 м ³/ч и проводили вакуумирование с коэффициентом циркуляции не менее 1,0;

-вакуумное обезуглероживание металла производили до минимального остаточного давления в вакуумкамере;

-при окончании вакуумного обезуглероживания (остаточное давление в вакуумной камере составляло менее 1 мм рт.ст. и больше не снижалось) металл раскисляли алюминиевой дробью и производили перемешивание с коэффициентом циркуляции 0,5.

С продувкой металла кислородом во время вакуумирования было проведено более 50 опытных плавок, основные технологические показатели которых представлены в таблице.

Таблица

Технологические параметры вакуумной обработки опытные (с продувкой металла кислородом) и сравнительных плавок

Первые опытные плавки проводились, в основном, при начальном содержании углерода перед вакуумированием 0,04...0,05 % и с продувкой кислородом в течение 2-5 мин с интенсивностью 1000-2000 м ³/ч, что приводило к переокислению металла. Это видно по увеличению расхода алюминия и уменьшению его усвоения на опытных плавках по сравнению с плавками без продувки кислородом. В связи с этим в дальнейшем длительность вдувания кислорода в вакуумкамеру была сокращена.

При вакуумировании с продувкой кислородом плавок с «высоким» (более 0,08 %) исходным содержанием углерода получали содержание углерода после вакуумирования менее 0,01 %, что невозможно было достигнуть без подачи в вакуумкамеру кислорода.

При анализе результатов опытных плавок была выведена зависимость содержания углерода после вакуумирования от разряжения в вакуумкамере в конце периода обезуглероживания с достаточно высоким коэффициентом корреляции, которая представлена на рисунке. Из представленной зависимости видно, что для получения содержаний углерода менее 0,004 % необходимо иметь разряжение в конце вакуумирования ниже 1 мм рт.ст.

Зависимость содержания углерода после вакуумирования от разряжения в конце вакуумирования

Однако из-за малой производительности пароэжекторного насоса и несоответствия рабочих параметров пара требуемым значениям (температура рабочего пара на входе в эжекторы должна быть не менее 250 °С при давлении не менее 11 кг/см ²) получение такого разряжения практически невозможно (параметры пара: температура 175-210 °С, давление 8,5-11,6 кг/см ²).

Проведенные исследования показали, что подача кислорода в вакуумкамеру и низкое разряжение в конце вакуумирования позволяют провести обезуглероживание металла до получения содержания углерода менее 0,004 %.

Для дальнейшей реконструкции вакуумной установки и совершенствования технологии вакуумирования с вдуванием кислорода в вакуумкамеру разработана программа, основными мероприятиями которой являются:

-проведение ревизии и реконструкция пароэжекторного насоса с целью увеличения его производительности;

-обеспечение установки вакуумирования стали энергоресурсами требуемых параметров;

-разработка продувочных аргонных фурм во всасывающем патрубке оптимальной конструкции и увеличение их количества до 12 с индивидуальным регулированием расхода аргона;

-для контроля процесса обезуглероживания и обеспечения безопасных условий работы при вдувании кислорода в вакуумкамеру предусматривается оборудовать вакууматор средствами контроля и регулирования технологических параметров (установить газоанализатор и систему для замера окисленности металла).