Совмещенные металлургические процессы

Минаев А.А.

Донецк, 2008 г.

СОВМЕЩЕННЫЕ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

« Определение термина «совмещенный металлургический процесс»

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.

Совмещенные процессы на участках производства чугуна и стали

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].