Контроль сброса конвертерного шлака является не только важнейшей технологией для улучшения качества расплавленной стали, но и ключевой мерой для снижения затрат на выплавку стали. В данной статье рассматривается пагубное влияние сброса конвертерного шлака на стоимость выплавки и качество расплавленной стали, а также сравниваются показатели сброса при использовании различных методов блокировки шлака. На примере компании Benxi Steel в статье рассматриваются принципы метода шлакоблокирования с использованием скользящей плиты для обнаружения верхнего и нижнего шлака, а также проблемы, возникающие при его использовании, и их решения, которые в конечном итоге позволили достичь желаемых результатов.

В последние годы в связи с изменениями в структуре мирового потребления стали вырос спрос на высококачественную сталь с высокой добавленной стоимостью. В то же время традиционное производство стали в нашей стране находится в избытке, что делает разработку эффективных и недорогих платформ для обработки чистой стали одним из ключевых направлений исследований для крупных сталелитейных заводов. Сокращение сброса конвертерного шлака является эффективным способом повышения чистоты расплавленной стали, улучшения качества конвертерной продукции и снижения затрат на выплавку стали. Эффективное блокирование шлака в конвертере не только улучшает качество расплавленной стали и выход сплава, но и создает благоприятные условия для рафинирования. Сравнительные исследования показали, что шлакоблокирующее устройство со скользящей пластиной эффективно и стабильно контролирует выгрузку шлака.

1.Технологический процесс сталеплавильного завода

Технологический процесс производства стали показан на рисунке 1.

(1) Десульфуризация горячего металла: распыление магниевого порошка + известкового порошка для десульфуризации горячего металла. Горячий металл десульфуризируется 100%.

(2) Конвертерная плавка: 180-т верхний и нижний конвертер с двойным дутьем. Во время процесса нагартовки проводится раскисление и легирование в соответствии с требованиями к марке стали. На более поздней стадии используется шлаковая пробка.

(3) Рафинирование: 180-тонная рафинировочная печь LF. Состав стали приводится в соответствие с заданным диапазоном в соответствии с требованиями марки стали.

2.Влияние объема конвертерного шлака на стоимость выплавки и качество расплавленной стали

2.1 Снижение текучести сплава

В процессе нарезки и легирования стали содержание FeO (около 15%) в конечном шлаке конвертера будет реагировать с Mn в сплаве с образованием MnO, который реагирует с Al в раскисленном сплаве с образованием включений Al2O3. Уравнения реакций выглядят следующим образом (1) и (2):

Mn＋(FeO)＝Fe＋(MnO) (1)
2Al＋3(FeO)＝3Fe＋(Al2O3)(2)

2.2 Вредные элементы попадают в расплавленную сталь

К большинству марок стали предъявляются жесткие требования по контролю содержания кремния и фосфора. Низкокремнистые марки стали требуют содержания кремния не более 0. Низкофосфористые марки стали требуют содержания фосфора не более 0. В процессе рафинирования и сероочистки для десульфуризации требуется восстановительная атмосфера. Использование алюминия для производства шлака снижает содержание FeO в шлаке ковша, что благоприятно сказывается на сероочистке. Однако в то же время алюминий реагирует с P2O5 и SiO2 в верхнем шлаке, образуя элементарные P и Si, которые попадают в расплавленную сталь. Уравнения реакций выглядят следующим образом (3) и (4), в результате чего массовая доля P и Si в стали превышает стандарт.

10Al＋3(P2O5)＝6P＋5(Al2O3)(3)
4Al＋3(SiO2)＝3Si＋2(Al2O3)(4)

2.3*** Включения в углеродистой стали и "горение алюминия"

*** Углеродистая сталь требует обработки под вакуумом RH. В процессе выплавки и нарезки стали операция раскисления не производится. Вместо этого кислород в расплавленной стали используется для обезуглероживания в процессе рафинирования под вакуумом, чтобы массовая доля углерода соответствовала требованиям к марке стали. После обезуглероживания RH для удаления кислорода из стали используются алюминиевые шарики. Часть добавленного алюминия соединяется с кислородом в стали с образованием продукта раскисления Al2O3 (большая часть которого всплывает на поверхность перед разливкой), другая часть расходуется на FeO в шлаке ковша с образованием компонента алюминия, а оставшаяся часть расходуется на FeO в шлаке ковша. Эксперименты показали, что "коэффициент восстановления" алюминия (т.е. отношение суммы алюминия, потребляемого при соединении с кислородом в стали с образованием продукта раскисления Al2O3, и алюминия, потребляемого для образования компонентного алюминия в стали) после добавления алюминиевых шариков значительно колеблется, варьируясь от высокого уровня 60% до низкого уровня 30%. Анализ показывает, что "коэффициент извлечения" алюминия напрямую зависит от массовой доли FeO в верхнем шлаке ковша: чем выше массовая доля FeO, тем ниже "коэффициент извлечения" алюминия.

После RH-рафинирования и раскисления массовая доля [O] в стали чрезвычайно низка и достигает от 3×10-⁶ до 5×10-⁶. Это делает невозможным потребление Al в стали. Вместо этого FeO в ковшевом шлаке постоянно снабжает сталь кислородом, позволяя протекать реакции 3[O] + 2Al (Al₂O₃). Со временем количество включений Al₂O₃ в стали постепенно увеличивается, и большинство из них не успевает всплыть, попадая в заготовку вместе с потоком стали. Крупные частицы Al₂O₃ непосредственно влияют на качество поверхности автомобильного листового металла.

3.Выбор и исследование технологии шлакоудаления

3.1 Выбор технологии шлакоудаления

Для контроля шлака в конвертерах обычно используются шлакоуловители, шлакозаглушки, шлакоотбойники и маркеры шлакоуловителей. С развитием технологий появились пневматические шлакоуловители, шлакоуловители со скользящими пластинами и инфракрасные системы обнаружения шлака. Показатели удаления шлака при использовании различных методов шлакоудаления приведены в таблице 1. Шлакоуловитель со скользящей пластиной в сочетании с системой обнаружения шлака достигает скорости удаления шлака 2-4 кг на тонну стали, что делает его наиболее стабильным и надежным методом удаления шлака.

3.2 Модель выброса шлака при отводе конвертера

Из шлака, удаляемого из конвертера в ковш, на начальный шлак приходится примерно 30%, на шлак, сносимый с поверхности расплавленной стали за счет вихревого эффекта, - примерно 30%, а на конечный шлак - примерно 40%.

3.3 Принцип автоматического управления шлакоукладчиком для нарезания резьбы

Во время плавки конвертера шиберная плита открыта. По окончании плавки конвертера вручную включается насос гидравлической станции, и начинается опрокидывание конвертера. Когда конвертер достигает положения 35°, подается сигнал на закрытие шиберной плиты, в результате чего она автоматически закрывается. Когда конвертер наклоняется до 75°-80°, шлак полностью поднимается, подается сигнал на открытие шибера, в результате чего шиберы открываются и начинается отводка стали. По окончании нарезки, когда инфракрасная система обнаружения шлака обнаруживает шлак, подается командный сигнал "закрыть заслонку", в результате чего заслонки автоматически закрываются. После того как конвертер изменит свой наклон на вертикальное положение, подается командный сигнал "открыть заслонку", в результате чего заслонки открываются.

4.Проблемы со шлакоукладчиками и разработанные решения

4.1 Расстояние между нижним краем отверстия для шланга и верхним краем ковша невелико, что приводит к недостаточному пространству для механизма скользящей пластины.

В конвертере № 6 на заводе Bengang Plate Steel ранее использовался стандартный шлаковый упор. Если максимальный радиус вращения конвертера соответствовал требованию избегать контакта с другим оборудованием, то пиковая точка отвода должна была находиться на расстоянии не более 400 мм от ковша. Поэтому в первоначальном варианте максимальное расстояние отвода от ковша составляло 500 мм. С внедрением скользящих пластин для шлаковых стопоров механизм скользящей пластины был установлен за пределами желоба, что увеличило длину желоба на 530 мм. Это увеличило радиус поворота конвертера после установки, и безопасное расстояние между нижней кромкой шпангоута и верхней кромкой ковша стало недостаточным. Чтобы решить эту проблему, длина шпангоута была инновационно сокращена на 300 мм. Также была применена технология горизонтальной скользящей плиты, обеспечивающая безопасную и стабильную работу механизма шлакоудаления скользящей плиты.

4.2 Сокращение срока службы шпунта

В связи с внедрением новой технологии шлакоудаления с помощью скользящей пластины срок службы шпуров на этапе ввода в эксплуатацию был низким и составил 89 шпуров. Это несоответствие технологическим требованиям существенно повлияло на контроль ритмичности производства. Мониторинг на месте показал, что вибрация от оборудования для монтажа и демонтажа при замене кирпича в чаше значительно влияла на работу шпангоута. Благодаря повышению качества шамотной глины и срока службы чашеобразных кирпичей, а также снижению частоты замены чашеобразных кирпичей срок службы крана достиг максимального значения 213 раз и среднего значения 185 раз, что превысило первоначальное проектное требование в 150 раз и соответствовало производственным требованиям.

4.3 Исследование времени закрытия слайда

Заслонка для шлака использует инфракрасное излучение для определения соотношения шлака в стальном потоке, чтобы определить, нужно ли закрывать заслонку. Если соотношение шлака установлено слишком низким, завихрение шлака во время отвода может привести к тому, что соотношение шлака в стальном потоке достигнет аварийного значения отключения. Обнаружение шлака вызывает сигнал закрытия заслонки, предотвращая полное опрокидывание большого количества расплавленной стали, что приводит к вторичному опрокидыванию или остаткам стали в печи. Если коэффициент шлакообразования установлен слишком высоким, в ковш попадает большое количество конечного шлака конвертера, что сводит на нет предполагаемый эффект шлакового барьера. Чтобы решить эту проблему, время опрокидывания обычно составляет 5,5-9 минут, а угол наклона конвертера в конце опрокидывания составляет 100°~110°. Установлено, что если время отвода менее 4 или угол наклона конвертера менее 97° в процессе отвода, инфракрасное устройство обнаружения шлака только определяет соотношение шлака и предоставляет данные обнаружения, но не предоставляет сигнал закрытия скользящей плиты. В ненормальных условиях она может быть закрыта вручную. Когда время отвода составляет ≥4 минут, а угол наклона конвертера ≥97°, скользящая пластина немедленно закрывается, когда соотношение шлака достигает сигнала тревоги, и операция отвода заканчивается. Благодаря экспериментальной калибровке, когда коэффициент шлака достигает 30% (30 кадров в секунду, если коэффициент шлака в стальном потоке превышает 30% в течение 5 последовательных кадров, подается сигнал закрытия скользящей пластины), он может эффективно уменьшить остаточную сталь, вызванную неправильным закрытием скользящей пластины, и эффективно контролировать количество шлака (см. данные испытаний в таблице 2).

5.Заключение

(1) Процесс блокировки шлака на скользящей пластине может более эффективно контролировать количество шлака, чем стандарт блокировки шлака. (2) Сокращение длины шпангоута эффективно решает проблему ограниченного пространства, не влияя на шлакоудаление пластины скольжения. Сокращение срока службы шпангоута и модификация шлакоблокирования пластины скольжения позволили достичь желаемых результатов и послужили основой для модификаций шлакоблокирования пластин скольжения других производителей.
(3) Когда соотношение шлака достигает 30%, закрытие шиберной плиты эффективно снижает остаточную сталь, вызванную ошибочным закрытием шиберной плиты, и эффективно контролирует количество выделяемого шлака.