Совмещенные металлургические процессы

СОВМЕЩЕННЫЕ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

 

Единого мнения по определению этого термина пока нет. В последнее время можно отметить два наиболее частых варианта использования этого тер­мина:

Во-первых, для процессов непрерывной разливки металла и горячей его прокатки в литейно-прокатных модулях (ЛПМ).

Во-вторых, для таких процессов производства холоднокатаного листа, как травление — непрерывная прокатка металла; непрерывная прокатка металла - электролитическая очистка его поверхности - непрерывный отжиг и т.д.

Возникает вопрос: а не является ли сам процесс получения из сырых ма­териалов готового проката непрерывным процессом?

Традиционная технологическая линия, родившаяся в ХIХ веке, представ­ляет собой цепочку следующих друг за другом технологических операций, раз­двинутых во времени: производство чугуна, выплавка и разливка стали, произ­водство горячекатаной продукции. Мы считаем, что главным в такой линии яв­ляется температурный фактор. Горячий металл появляется в доменной печи, тепло этого передела используется в сталеплавильном производстве (во всех его видах - конвертерном, мартеновском, а теперь и в электросталеплавильном), непрерывной разливке. Причем на этих переделах металл на всех стадиях переработки остается жидким. Далее (после МНЛЗ) металл становится твер­дым, но сохраняется горячим. Он либо сразу поступает в прокатку (литейно-прокатные модули), либо проходит стадию подогрева (при посадке заготовки в горячем состоянии) и прокатывается в листовую или сортовую продукцию. Го­рячая температурная цепочка прерывается. Прокат проходит либо отделку (как правило, в холодном состоянии), либо поступает на холодную прокатку или другие виды обработки давлением.

При использовании слиткового передела примерно 85-90% слитков по­ступали в нагревательные колодцы в горячем состоянии, а после блюминга рас­каты без промежуточного нагрева передавали в непрерывно-заготовочный стан, и после него сортовые заготовки зачастую в горячем или теплом состоянии за­гружали в нагревательные печи.

Нами не учтены операции зачистки поверхности заготовок при наличии на них дефектов, складирование слитков или заготовок при временной несты­ковке работы сталеплавильных и прокатных агрегатов, но в обшей массе пере­рабатываемого металла их доля в настоящее время невелика.

На основе изложенного можно предложить считать основным признаком совмещенных металлургических процессов сохранение и использование вы­сокой температуры металла за счет внутреннего тепла предшествующих пере­делов, и конечно, наличие в системе как минимум двух процессов.

При совмещении процессов важен и временной фактор, но при этом не­обходимо делать не только его качественную, а и количественную оценку. На­пример, даже, казалось бы, в идеальном совмещении процессов разливки ме­талла и его прокатки, реализуемых в ЛПМ, прокатка заготовки начинается, ко­гда промесс разливки уже закончился. Временной фактор следует учитывать для оценки эффективности совмещения процессов.

На каждом из металлургических переделов совмещают свои, характерные для них процессы. В последующих разделах будет представлен выполненный нами анализ по каждому или тесно стыкующимся друг с другом переделам.

 

Доменная печь является первым агрегатом, в котором появляется жидкий металл. Лишь при пудлинговом процессе уже остывшие чугунные чушки рас­плавляли в печи, в последующих процессах - бессемеровском и томасовском (конвертерные процессы), мартеновском - использовали уже жидкий чугун. Основным железонесущим сырьем при использовании кислородно-конвертерного процесса также является жидкий чугун.

В электросталеплавильном производстве первоначально в качестве железонесущей шихты использовали металлолом, что с точки зрения затрат энергии является более экономичным по сравнению с получением стали на базе желез­ной руды (при использовании доменного производства). В этом случае энерге­тические затраты связаны лишь с плавлением лома, поскольку энергия, требуе­мая на восстановление окислов железа, содержится в самом ломе.

Ухудшение качества лома, связанное с повышенным содержанием в нем элементов цветных металлов, ограничивает возможности электрометаллургии при производстве сталей, предназначенных для холодного деформирования. Для решения этой проблемы рационально разбавление металлозавалки жидким чугуном. При существующих условиях, с экономической точки зрения доля чу­гуна должна составлять не более 30% от массы металлошихты.

Таким образом, тепло металла доменного передела всегда используется при конвертерном производстве стали, почти всегда - при мартеновском и мо­жет быть использовано при электросталеплавильном производстве. То есть, имеет место совмещение процессов выплавки чугуна и стали.

Долгие годы в доменных печах выплавляли чугун заданного состава, в том числе и по содержанию таких элементов, как фосфор и сера. Основными способами снижения содержания этих элементов в чугуне являлось применение низкосернистой и низкофосфористой шихты. Резкое ухудшение качества ших­ты, особенно по содержанию серы, потребовало необходимости ее удаления в ходе доменной плавки. Частично она переходит в газообразное состояние и удаляется из печи с отходящими газами, а значительную часть остальной серы удаляют созданием в доменной печи жидкого, хорошо нагретого шлака с высо­ким содержанием СаО. Все это усложняет доменный процесс и удорожает чу­гун.

Поэтому процессы дефосфорации и десульфурации чугуна целесообразно производить вне доменной печи. Внедоменную дефосфорацию чугуна исполь­зуют редко. Объясняется это тем, что большая часть процессов при производ­стве стали является окислительной, поэтому удаление фосфора в сталеплавиль­ном агрегате особых трудностей не представляет, если содержание фосфора в чугуне не превышает 0,15%.

Основной источник поступления серы в сталь - чугун. Повышение со­держания серы в чугуне увеличивает ее концентрацию в стали. При кристалли­зации стали по границам зерен выделяются сульфиды железа, температура плавления которых ниже, чем у железоуглеродистых сталей. Железо и сульфид железа образуют легкоплавкую эвтектику, с которой связано явление красно­ломкости металлопродукции.

Допустимое содержание серы в чугуне при выплавке сталей обычного качества 0,03-0,04, и 0,015-0,02% для качественных сталей, а также сталей, раз­ливаемых на МНЛЗ [17].