Піч-ківш як технологічний агрегат

А.Н.Смирнов, В.М. Сафонів ДонНТУ, Донецьк

Сучасний «ківш-піч»: загальні підходи та основні вимоги

Прогресивний підхід до виробництва стали на етапі «рідкий напівпродукт — безперервнолита заготівля» обумовлений трьома основними моментами (їх можна охарактеризувати у т. ч. і як стратегічні для успішної роботи метпідприємства), а саме:

досягнення стабільної якості рідкої сталі, рівень якого визначається як технологічними, так і споживчими властивостями;
забезпеченням технологічності роботи МНЛЗ, включаючи швидкість розливання, серійність, а також якість поверхні та внутрішньої структури безперервнолитого зливка;
оптимізацією технології подальшої термомеханічної обробки заготівлі для отримання заданих властивостей виробів за мінімальних матеріальних, енергетичних та тимчасових витрат для технологічного ланцюжка в цілому.

Комплексна обробка сталі в агрегаті «ківш-піч» передбачає обов'язкове запобігання потраплянню в ківш пічного шлаку, що містить FeO та MnO. У сучасних конвертерах і дугових сталеплавильних печах операція відсікання шлаку виконується безпосередньо на випуску сталі і забезпечує відсічення 85-90% пічного шлаку (Альтернативним варіантом є застосування машини для скачування шлаку з ковша. Даний підхід набув великого поширення в 70-80-і роки минулого століття Разом з тим операція видалення шлаку з ковша має досить очевидні недоліки у вигляді подовження циклу перебування сталі в ковші, а також втрати металу разом зі шлаком, що скачується). В цілому всю сукупність основних операцій, які можуть виконуватися на сучасних установках «ковш-піч» в ходіобробки сталі, можна звести до такого переліку:

гомогенізація металу за температурою та хімічним складом;
коригування хімічного складу сталі шляхом присадки відповідних лігатур;
видалення шкідливих домішок (сірка, водень, азот, а іноді вуглець та ін.);
доведення температури металу до значення, що регламентується технологією;
рафінування сталі за неметалевими включеннями;
одержання сталі з постійними властивостями від плавки до плавки;
управління складом шлаку і т.д.

Особливі зауваження щодо експлуатації агрегатів «ківш-піч»

Практика останніх десятиліть показує, що питання раціонального перемішування металу в ковші під час продування аргоном є особливо актуальним при роботі установок «ківш-піч». Це тим фактом, що у ківшах даних агрегатів передбачається, зазвичай, один-два (іноді три) продувних вузла, розташування яких регламентується певними технологічними міркуваннями. По-перше, продувні вузли необхідно розташовувати таким чином, щоб аргон, що вдувається в метал, не потрапляв у зону роботи електричної дуги. По-друге, один з продувних вузлів повинен розташовуватися в зоні подачі феросплавів, що дозволяє забезпечити високий рівень їх засвоєння. По-третє, продувний вузол не може розташовуватися в зоні падіння струменя металу під час наповнення ковша. По-четверте, продувний вузол не може розташовуватися поблизу стінки ковша, оскільки в цьому випадку відбуватиметься підвищений знос вогнетривів в області поширення висхідного потоку. По-п'яте, залежно від конкретної технологічної операції, що виконується в агрегаті «ківш-піч», інтенсивність продування металу аргоном необхідно варіювати у значних межах. напрактиці для вдування інертного газу в метал використовуються або спеціальні блоки, що встановлюються в днище ковша, або занурювані в розплав фурми. Відповідно до основних технологічних завдань продування сталі аргоном ведуть на різних етапах перебування сталі в ковші і з різною інтенсивністю, що пред'являє до продувного вузла вимога універсальності. У випадку при продувці металу інертними газами одночасно протікають багато процесів, які надають як позитивний, і негативний впливом геть якість і собівартість стали. Серед таких процесів виділимо такі:

енергійне перемішування рідкої ванни металу в ковші шляхом формування висхідного газометалевого циркуляційного потоку в місці інжекції газу та низхідних конвективних потоків сталі по периферії;
усереднення металу в ковші за температурою, а також деяке коригування температури перед розливом за рахунок охолоджувальної дії газу, що інжектується;
усереднення металу в ковші за хімічним складом;
підвищення ступеня чистоти сталі по неметалевим включенням за рахунок ефекту флотації у спливаючих бульбашках газу, що інжектується;
прискорення процесів розплавлення та засвоєння твердих реагентів, розкислювачів, модифікаторів і лігатур, що вводяться в рідку ванну;
прискорення процесу дегазації стали за рахунок транспортування до поверхні порцій металу, розташованих у нижній частині ковша; перемішування металу та покривного шлаку в зоні виходу газу з металу в шлак (інтенсивність цього процесу залежить від інтенсивності вдування газу та способу його інжектування);
вторинне окислення сталі в зоні виходу газу на поверхню у разі надмірно інтенсивного продування;
прискорення зносу футерування сталерозливногоковша, що багато в чому визначає підвищення вимог до якості та хімічного складу вогнетривів.

Щодо останнього особливо вкажемо — широкі можливості сучасних способів позапічної обробки були досягнуті чималою мірою і за рахунок інноваційних процесів у створенні вогнетривких та допоміжних матеріалів. Зокрема, завдяки серйозному прогресу у сфері створення вогнетривів підвищеної стійкості (футерування сталерозливного ковша, продувні пробки тощо) вдалося знизити питомі витрати на вогнетриви для позапічної обробки з $10—15 до $1,2—1,5 на тонну сталі. Також не можна проігнорувати і ту обставину, що за останні два десятиліття практично обов'язковим функціональним елементом установок «ковш-піч» стала операція введення в розплав порошкового дроту в сталевій оболонці за допомогою спеціальних трайб-апаратів (діаметр дроту, що застосовується, — від 9 мм до 16 мм, що залежить від гнучкості металевої оболонки). Цей прийом забезпечує точне введення у розплав необхідних легуючих елементів.

В цілому ж порошкові дроти доцільно використовувати для введення таких добавок, які мають:

меншою щільністю, ніж розплав (можуть випливати на поверхню при іншому способі подачі в розплав);
обмеженою розчинністю;
високим показником тиску пари;
високою спорідненістю до кисню та ін (наприклад, вимагають великих витрат, є токсичними, додаються в невеликих кількостях тощо).

Ще недавно в чорній металургії України існувала стійка думка, що використання агрегатів «ківш-піч» економічно виправдане і прийнятне тільки на виробництвах з виплавки спеціальних (спеціальних) марок сталі, які мають підвищену доданувартістю. А при випуску рядових марок сталі, що відрізняло діяльність більшості меткомбінатів та заводів України, вважалося цілком можливим обходитися і без застосування нових технологій та обладнання у сфері позапічної обробки сталі. Погодимося з першим — до металопродукції відповідального призначення завжди висуваються високі вимоги щодо макро- та мікронеоднорідності внутрішньої структури готових виробів та заготовок. Це і зумовило піонерське використання агрегатів «ківш-піч» на заводах/ділянках, що спеціалізуються на випуску складних марок сталі та продуктів з неї. Проте останні світові тенденції наочно демонструють — завдання глибокого рафінування та прецизійного розкислення стали сьогодні не менш актуальним і для виробників її масового сортаменту, рядових марок. Пов'язано це з необхідністю забезпечення високого рівня технологічних властивостей розплаву, що дозволяють проводити розлив сталі на сучасних машинах безперервного лиття заготовок. В останні роки в Україні активно реалізують проекти (або заявляють про це) впровадження способу безперервного розливання сталі з будівництвом МНЛЗ і виведенням з експлуатації слябінгів/блюмінгів. І без нових установок «ківш-пекти» тут явно не обійтись.