книги из ГПНТБ / Роменец, В. А. Технико-экономический анализ кислородно-конвертерного производства

Москва «Металлургия» 1973 г.

1

Кислородно-конвертерный процесс и развитие сталеплавильного производства

Современное состояние кислородно-конвертерного производства

совский процессы) являлась преобладающей в мировой практике сталеплавильного производства.

При сравнительно небольшом объеме производства стали в тот период наличные сырьевые ресурсы для про­ изводства бессемеровского чугуна не являлись сдержи­ вающим фактором в развитии конвертерного производ­ ства, а качество бессемеровской и томасовской стали в общем удовлетворяло уровню развития машиностро­ ения.

Технический прогресс в машиностроении в период первой мировой войны и последующие годы обусловил необходимость значительного расширения марочного сортамента и повышения качества металла, потребность в котором резко возросла. В этих условиях при нали­ чии достаточно больших ресурсов оборотного металла и ограниченных сырьевых ресурсах для получения в пер­ вую очередь бессемеровского чугуна в Европе и США большое развитие получают мартеновское и электроста­ леплавильное производства.

Для США в послевоенный период характерным ста­ новится постепенное свертывание бессемеровского про­ изводства и интенсивное развитие мартеновского (рис. 1).

5

новского производства. Однако наряду с этим увеличи­ валось и производство стали в конвертерах, преимуще­ ственно томасовской. Основной причиной этого явились

ее высоким требованиям холодной обработки давлением (из-за повышенных концентраций азота и фосфора) предопределило проведение широких исследований с целью устранения указанных недостатков и расшире­ ния сферы возможного применения этого технологиче­ ского процесса.

Первым успехом в области снижения концентраций азота и фосфора в конвертерной стали явилась разра­ ботка технологии низкотемпературной плавки, при ко­ торой в ванну в ходе продувки осуществлялись присадки железной руды. Концентрации азота и фосфора в стали не превышали при этом соответственно 0,012 и 0,060%. Такая сталь сравнительно хорошо подвергалась холод­ ной обработке давлением. Однако указанная технология не нашла широкого распространения из-за крайне низ-

6

кого выхода годного, так как температура стали была недостаточно высокой, что затрудняло получение при разливке качественных слитков. Не нашло широкого при­ менения и малое бессемерование с боковой продувкой, при котором достигались более низкие концентрации азота и фосфора в металле, а температурные условия не препятствовали получению при разливке качественных слитков. Характерными для этой технологии оставались крайне низкий выход годного (86—88%) и малая стой­ кость фурм. Не разрешили полностью проблем получения качественной конвертерной стали с низкими издержками производства и разработанные в США и Германии про­ цессы выплавки стали в турбоконвертерах и горизон­ тальных конвертерах [ 1 , 2] .

Дальнейшие усовершенствования технологии произ­ водства конвертерной стали были направлены на сниже­ ние концентрации азота в дутье путем применения обла­ дающих окислительной способностью газов — кислорода, двуокиси углерода и водяного пара. Применение кисло­ рода в промышленных масштабах стало возможным лишь с созданием высокопроизводительных установок разделения воздуха. До этого проводились лишь экспе­ риментальные и полупромышленные опробования такой технологии. В послевоенный период наибольшее распро­ странение получила парокислородная продувка, при ко­ торой концентрация азота в конвертерной стали состав­ ляла около 0,0030%. Но эти способы не были экономич­ ны, исключали возможность использования скрапа, сни­ жали стойкость футеровки днищ конвертеров и поэтому не могли конкурировать с мартеновским производством.

Еще в предвоенные годы теоретически и эксперимен­ тально было установлено, что продувка чистым кислоро­ дом является весьма эффективным средством повышения качества конвертерного металла. Однако в конвертерах с донной продувкой применение даже не чистого кисло­ рода, а обогащенного им дутья приводило к серьезным затруднениям, связанным с охлаждением плавки. Стой­ кость фурм при этом не превышала одной плавки. Проб­ лему повышения стойкости фурм решить не удалось, и ввиду низкой экономической эффективности этот процесс не нашел промышленного применения.

Возможность значительного улучшения качества кон­ вертерной стали и переработки чугунов любого состава

7

при применении технически чистого кислорода была на­ столько заманчива, что металлурги продолжили поиски и исследования в этом направлении. Результатом яви­ лась разработка технологии конвертерной плавки, при которой в отличие от ранее применявшихся процессов продувка технически чистым кислородом осуществлялась сверху через водоохлаждаемую фурму.

Промышленное внедрение кислородно-конвертерного процесса, впервые осуществленное на австрийских заво­ дах в Линце и Донавице в 1952—1953 гг., показало его технологические и экономические преимущества перед процессами выплавки стали в конвертерах с донной и бо­ ковой продувкой и в мартеновских печах. Кислородноконвертерный процесс в различных своих модификациях (ЛД, ЛД—АЦ, ОЛП и Калдо) обеспечил возможность получения высококачественной стали широкого мароч­ ного сортамента при переделе чугунов практически лю­ бого химического состава. Кроме того, его применение способствовало росту производительности труда в стале­ плавильных цехах, снижению текущих затрат и капиталь­ ных вложений, а также увеличению расхода лома в шихте.

Однако, несмотря на отмеченные выше преимущества, начальный период развития кислородно-конвертерного процесса (1952—1960 гг.) характеризовался сравнитель­ но невысокими темпами, что было связано с его внедре­ нием в основном на заводах, принадлежащих мелким фирмам. Крупные же металлургические компании в свя­ зи с благоприятной в послевоенный период конъюнкту­ рой на рынке металла произвели большие инвестиции капитала в развитие мартеновского производства [3], что и явилось одним из основных сдерживающих факто­ ров в развитии кислородно-конвертерного производства в 50-е годы (табл. 1). Однако в дальнейшем интерес крупных компаний к этому процессу производства не­ уклонно растет и последний получает все большее рас­ пространение в мировой практике. Начиная с 1960 г. практически прекратилось строительство мартеновских цехов и прирост мощностей сталеплавильного производ­ ства происходил главным образом за счет кислородноконвертерного процесса. Последний получил широкое признание, о чем свидетельствует все расширяющаяся сфера его применения в странах мира с различным уров-

8

Т а б л и ц а 1. Число и емкость кислородных конвертеров в мире,

введенных в эксплуатацию в период 1952—1971 гг. (включительно)

нем промышленного развития. По данным 1971 г., вы­ плавка кислородно-конвертерной стали осуществляется

в35 странах мира.

Внастоящее время доля выплавки кислородно-кон­ вертерной стали в Японии, ФРГ и США превышает про­ изводство мартеновской и продолжает увеличиваться (табл. 2).

Рост мощности кислородно-конвертерного производ­ ства (рис. 2) обеспечивается в первую очередь строитель­ ством новых высокопроизводительных цехов, преимуще­ ственно с конвертерами большой емкости, интенсифика­ цией работы действующих агрегатов, увеличением