Модернизация конвертерного цеха

Для обеспечения цеха водой  заданных параметров по качеству и  создания бессточной системы водоснабжения  сооружено четыре оборотных цикла: «грязные» циклы газоочисток  и МНЛЗ, циклы установки вакуумирования и оборудования цеха.

Технические решения по безотходности  технологии включает:

-   утилизация шламов от газоочисток конвертера и МНЛЗ;

- использование пара, вырабатываемого в котлах-охладителях на нужды цеха;

- переработку конвертерных шлаков с извлечением из них металла и получением фракционированного щебня и гранулированного шлака;

-  использование конвертерного газа в качестве топлива;

- использование отсеиваемой мелочи извести для приготовления шлакообразующих смесей, а также в агломерационном производстве;

- переработку огнеупорного боя для вторичного использования в огнеупорном производстве и для нужд восстановления изношенной футеровки агрегатов.

В настоящее время на ММК  имеется отвальный шлак в количестве 150 млн. т и шлак текущего производства – доменный и конвертерный. Для переработки шлака действуют следующие установки:

1. По переработке доменных  шлаков текущего производства:

- гидрожелобная грануляционная установка треста «Магнитострой» мощностью 1500 тыс. т/год граншлака;

- бассейновая грануляционная установка треста «Магнитострой» мощностью 270 тыс. т/год легкого граншлака;

- шлакопемзовая струйная установка треста «Магнитострой» мощностью 150 тыс м³/год шлаковой пемзы;

- барабанная грануляционная установка цементного завода мощностью 1000 тыс. т/год граншлака;

-  три траншеи для  приема скардовин длиной по 160 м.

2. По переработке отвальных  доменных шлаков, где переработка  осуществляется на дробильно-сортировочных комплексах (ДСК) мощностью 1,2 млн. т/год.

3. По переработке шлаков конвертерного производства:

-  участок первичной  переработки;

-  установки СП «Трейдметинвест»  мощностью 2,4 млн. т/год.

 

2.  Общая характеристика цеха

 

Переход от мартеновского способа к кислородно-конвертерному способу выплавки стали стал важной вехой в истории ММК. В настоящее время кислородно-конвертерный цех является одним из ключевых звеньев в структуре производства готовой металлопродукции в ОАО «ММК».

 Сегодня ККЦ является самым производительным среди аналогичных цехов мира. По своей технической оснащенности и технологическим возможностям он входит в число ведущих конвертерных цехов мира, а по основным показателям превосходит цехи "Северстали" и НЛМК.

Кислородно-конвертерный цех  ММК был спроектирован Магнитогорским Гипромезом в соответствии с технологическим  заданием, утвержденным Техническим управлением Минчермета в октябре 1983г. Цех пущен в эксплуатацию 2 ноября 1990г. Комплекс кислородно-конвертерного цеха был построен в короткие сроки: от забивки первой сваи до первой плавки.

Именно тогда введены  в эксплуатацию основные агрегаты ККЦ - конвертер №1, агрегат доводки стали №1, МНЛЗ №1, отделение подготовки литых слябов. В этот же день проведено горячее опробование оборудования и получена первая конвертерная сталь. В мае 1993 года в цехе выплавлена 5-миллионная тонна стали.

Второй конвертер и  МНЛЗ № 2,3,4 были достроены к 1994 году. В 1999-ом введен в строй третий конвертер. На следующий год конвертерное производство превысило семь миллионов тонн стали. В 2001-м и в 2002 годах в  цехе было выплавлено более 8 миллионов тонн стали, в 2003-м - уже более 9 миллионов тонн. В октябре 2006 года в кислородно-конвертерном произведена 100-миллионная тонна стали, в июле 2009-го – 125-миллионная, в марте 2012-го – 150-миллионная тонна стали.

Основные преимущества КК плавки:

- значительно большая производительность в сталеплавильном производстве;

-  меньшие капитальные затраты на строительство цеха;

-  меньшие расходы по переделу, следовательно, себестоимость стали;

-  более высокий уровень автоматизации процесса.

В настоящее время ККЦ  ОАО "ММК" является крупным промышленным комплексом, оснащенным следующим основным технологическим оборудованием:

-  3 конвертера вместимостью 370 т каждый с верхней подачей кислорода;

        -  2 агрегата доводки стали (АДС);

- вакууматор комбинированного типа;

- двухпозиционная установка «печь-ковш»;

- установка усреднительной продувки стали;

- установка десульфурации чугуна;

- двухпозиционная установка электродугового нагрева металла в ковше;

- 4 криволинейные машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) для отливки слябов и 1-  для  трубных заготовок.

- система автоматизированного управления технологическими процессами.

На сегодняшний день производительность цеха составляет 13 млн.т литой заготовки в год. Количество МНЛЗ по проекту 6, а функционирует 5 машин: 4-обычных (слябовых) и 1-для получения трубной заготовки.

По разработанной в  проекте технологии выплавленная в  конвертере сталь предварительно раскисляется в процессе ее выпуска в сталеразливочный ковш. Заданный химический состав металла  и его температура обеспечиваются при ковшевой обработке на АДС,  установки десульфурации и вакууматоре  пропорционно-циркуляционного типа. Данные виды ковшевой обработки стали позволяют существенно улучшить качество металла и значительно расширить сортамент производимых сталей.

После ковшевой обработки  весь металл направляется на МНЛЗ для  отливки слябов. Непрерывную разливку стали в слябы сечением (1100…2350)х250 мм производят в два ручья, а в слябы сечением (750…1050)х250 мм- в четыре ручья. Разливка осуществяется из 370-т сталеразливочного ковша через промежуточный ковш вместимотью 50т в криволинейные кристаллизаторы с радиусом кривизны базовой стенки 8000 мм высотой 1200 мм. Ниже кристаллизатора расположена зона вторичного охлаждения слябов с водяным и водовоздушным охлаждением. Металлургическая длина МНЛЗ (расстояние от поверхности жидкого металла в кристаллизаторе до оси последней пары роликов) составляет 35800 мм. Разделение непрерывнолитого сляба на мерные длины (4800…12000 мм) осуществляется на агрегате газокислородной резки. Слябы при помощи рольганг-тележки поступают на транспортно-отделочную линию (ТОЛ) и далее на стан 2000 горячей прокатки.

Технологическая концепция  развития и совершенствования конвертерного  производства, определение основных направлений исследований и технологических разработок, предусматривала: увеличение объема производства стальной заготовки; коренное улучшение качества металла и расширение сортамента выплавляемых сталей, причем качественно нового уровня; энерго- и ресурсосбережение; создание экологически чистых технологических процессов. Все это обуславливало принципиально новые требования как к самому конвертерному процессу, так и оборудованию, и требовало новых технологических и конструктивных решений.

В основу стратегии развития ММК закладывается решение следующих  задач:

- повышение эффективности  работы комбината и рентабельности  производства;

- внедрение современных  ресурсо- и энергосберегающих  технологических процессов;

- достижение конкурентоспособности  металлопродукции на внутреннем  и внешних рынках;

- создание новых рабочих  мест;

- внедрение современных  форм управления и организации  труда;

- улучшение условий труда;

- улучшение экологической  обстановки.

 

3. Выбор варианта модернизации цеха

 

Существует несколько вариантов модернизации кислородно-конвертерного цеха с целью развития и совершенствования технологии выплавки трубной марки стали:

-  установка четвертого  конвертера;

-  производство стали  в конвертере с комбинированной  продувкой металла;

-  выплавка стали в  конвертерах большей вместимостьи;

- выплавка стали в конвертере  с большой интенсивностью продувки  металла.

На сегодняшний день при  переделе обычных чугунов и при  существующем режиме работы цеха, установка в цехе более трех конвертеров являются неэффективным (экономически затратным) решением. Учитывая, что установка четвертого конвертера допускается только при переделе ванадийсодержащих и высокофосфористых чугунов с увеличенным циклом плавки (примерно в 1,5 раза) [].

При необходимости выплавки в мощных конвертерах с большой  вместимостью (порядка 400-500 т) широкого и сложного сортамента стали, часто сочетается с их небольшим объемом производства, потребуется сооружение склада для хранения избытка литой заготовки []. Использование холодной заготовки на прокате приведет к увеличению расхода топлива и потерь металла при ее нагреве, завод будет нести убытки. Для получения высококачественной стали в таких конвертерах необходимо наличие соответствующих технологий и оборудования для внеагрегатной обработки стали и ее подготовки для разливки на МНЛЗ. Поэтому применение большегрузных конвертеров является неэффективным [].

Использование высокой интенсивности  продувки в конвертере потребует  сложных систем управлении технологическим  процессом и разработки новых  средств контроля и автоматического  управления.

Вариант применения комбинированной  продувки металла получил наибольшее распространение в зарубежной и отечественной практике производства трубной марки стали []. К основным технологическим достоинствам данного варианта модернизации, при сравнительной простоте конструкции конвертера, относятся: более высокий выход годной жидкой стали, интенсивное перемешивание и, как следствие, лучшие условия шлакообразования, гибкость процесса.

Основные технико-экономические  показатели и параметры плавки существующей технологии выплавки трубных марок стали в условия ККЦ ОАО «ММК» приведены в приложении А.

 

4. Основные проектные решения

 

В качестве основного проектного решения выбираем второй вариант модернизации цеха - технологию производства трубной  стали в конвертере с комбинированной подачей дутья, так как такое решение обладает наибольшими технологическими возможностями и имеет ряд преимуществ []:

-  сокращение длительности  плавки;

- уменьшение вспенивания ванны и отсутствие выбросов;

- увеличение выхода годного  из-за уменьшения выбросов и потерь железа     со шлаком в виде оксидов;

- снижение расхода металлолома;

- более низкая окисленность шлака и металла в течение всей продувки;

- хорошее перемешивание  ванны конвертера в шлаковом  режиме;

- снижение расхода извести  и доломита;

- более полное удаление  в шлак фосфора и серы, что  позволяет снизить расход шлакообразующих;  кроме того, улучшается усвоение  шлаком извести;

-  некоторое уменьшение количества окисляющегося при продувке марганца;

Комбинированная продувка, т.е. продувка кислородом через фурму  сверху в сочетании с подачей  нейтральных газов через днище  снизу получает все более широкое  распространение. В рамках одной технологии одновременно реализуются основные преимущества как верхней, так и донной продувки.

Основным сохраняемым  преимуществом верхней продувки является раннее формирование основного шлака; основным сохраняемым достоинством донной продувки - интенсивное перемешивание ванны, в том числе металла и шлака, в связи с чем понижается их окисленность, улучшаются дефосфорация и десульфурация металла, уменьшается вспенивание ванны, возможно увеличение расхода лома и др.

Находят применение много  разновидностей комбинированной продувки, которые помимо подачи кислорода  через фурму сверху включают следующие  способы подачи газов через днище (снизу) []:

— нейтральных газов (Ar, N2) и реже СO2 через пористые огнеупорные  блоки в днище, за рубежом этот процесс получил название ЛБЕ;

— нейтральных газов через  фурмы, выполненные в виде трубок, каналов в футеровке, кольцевых  щелей; применяемые разновидности  способа за рубежом - ЛД—ЦБ, ТБМ, ЛД—КГ, ЛД-ОТБ, НК-КБ, ЛД-КБ, ЛДС, НК-ЦБ, ЛД-КГЦ, ЛД-АБ;

— кислорода, иногда с СO2, через донные фурмы в кольцевой  защитной оболочке из углеводородов (ЛД—ОБ, ЛД—ХЦ, ЛЕТ);

— кислорода с нейтральными газами в кольцевой оболочке из нейтральных газов (СТБ);

— воздуха в кольцевой  защитной оболочке из нейтральных газов (БАП);

— кислорода с порошкообразной  известью в кольцевой защитной оболочке (К-ОБМ, К-БОП), при этом подача кислорода сверху может производиться через специальные фурмы в верхней конусной части конвертера [].

В конвертерных процессах  комбинированной продувки с вдуванием  кислорода снизу его расход через дно составляет 10—20 % общего расхода и иногда более, а интенсивность продувки через днище достигает 1-1,5 м3/(т • мин); в процессах с подачей через дно лишь инертных газов интенсивность продувки через дно составляет 0,02-0,25 м3/(т ∙ мин) [].

Конвертерный  процесс с верхней подачей  кислорода и донной подачей нейтрального газа через фурмы значительно проще, чем с комбинированной подачей кислорода, но позволяет сохранить основное преимущество донной продувки - хорошее перемешивание ванны и связанные с ним технологические преимущества. Донные фурмы изготавливают из коррозийностойкой стали в виде одной трубы или двух (труба в трубе с заглушённой внутренней трубой). Их диаметр и число зависит от примятой интенсивности продувки. Удельная интенсивность подачи нейтрального газа может изменяться в широких пределах; от 0,01 до 0.3 м³/(т∙мин) до 3 - 4 м³/(т∙мин). Через центральную трубу с внутренним диаметром 28-50 мм подают кислород, через кольцевой зазор между наружной и внутренней трубами - природный газ либо пропан, либо жидкое топливо; толщина кольцевого зазора составляет 0,6-2 мм [].

В зарубежной практике наиболее широко распространен конвертерный процесс ЛБЕ — продувка кислородом сверху и нейтральными газами снизу  через пористые огнеупорные блоки в днище. Блоки с фурмой из двух коаксиально расположенных трубок, аналогичных донной фурме для подачи кислорода, при этом центральную трубку заглушают и газ в конвертер подается через образованную двумя трубками кольцевую щель []. Разновидности донных огнеупорных блоков для подачи нейтральных газов через дно представлены на рисунке 1.

 

1- газоподводящий патрубок; 2 - каналы; 3 - щель;

           4 - кассета из стальных листов; 5 - трубка; 6 - закладная втулка.