- •МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ СИСТЕМ И ПРОЦЕССОВ
- •МОСКВА
- ••МИСИС»
- •ОГЛАВЛЕНИЕ
- •1.1. Энергоемкость черной металлургии
- •1.2. Производство чугуна
- •1.5. Производство стаяв
- •2.1. Аналитическое представление термодинамических функций раствора
- •2.2. Термодинамические функции раствора
- •2.3. Относительные термодинамические функции раствора
- •2.4. Модель совершенного (идеального) раствора
- •2.5. Избыточные термодинамические функции раствора
- •2.7. Избыточные парциальные мольные функции
- •2.8. Связь термодинамических функций раствора
- •2.10. Графическое представление термодинамических мольных функций бинарного раствора
- •3.1. Бинарные металлические растворы
- •3.2 Переход на многокомпонентные еистемы
- •4.2. Разложение в ряд Тейлора избыточной парциальной мольной энергии Гиббса растворенного 2-го компонента
- •4.3. Многокомпонентные разбавленные растворы
- •4.4. Стандартное состояние и состояние сравнения
- •4.7. Мольные и массовые параметры взаимодействия
- •ЛсЮО
- •5.1. Модель совершенного ионного раствора (модель М. И. Темкина)
- •5.2. Полимерные модели силикатных расплавов
- •ЗАДАНИЯ К ГЛАВЕ 5
- •Контрольные вопросы по теме:
- •6.1. Растворимость кислорода в жидком железе
- •6.2. Термодинамика межфазного распределения кислорода и других компонентов
- •6.3. Термодинамические пределы рафинирования стали под окислительными шлаками
- •7.3. Расчеты активности кислорода по результатам электрохимических измерений
- •получим: [О]" = 0,1076 %; [С]"= 0,0255%.
- •8.2. Физико-химическая модель и уравнения первого периода процесса обезуглероживания стали
- •8.4. Критическая концентрация углерода
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Падерин Сергей Никитович Филиппов Вадим Владимирович
1.5. Производство стаяв
Структура сталеплавильного производства определяется конвертерным,электросталеплавильным и мартеновским процессами.
Доля мартеновской стали в общем объеме ее производства в мире уже ничтожно мала и продолжает сокращаться (рис. 1.4, табл. 1.4).
Со временем практически все мартеновские печи выведут из эксплуатации. Однако нельзя их исключать полностью. В некото рых (единичных) случаях мартеновские печи еще могут работать в тех регионах, где нет электроэнергии для питания электропечей и нет доменных печей для производства чугуна для конвертеров, но есть лом и газ и спрос на сталь особого назначения (как на некото рых старых уральских заводах). Конвертерное производство еще долго сохранит доминирующее положение в сталеплавильном про изводстве. Производительность конвертеров увеличилась незначи тельно - с 11 тыс. плавок в 1970 г. до 12 тыс. плавок в 1998 г. Ко ренных изменений в конвертерном процессе, вероятно, не про изойдет. Комбинированная продувка жидкого чугуна составит ос нову всех процессов. В настоящее время известно несколько десят ков вариантов комбинированных процессов, продолжаются разра ботки новых и совершенствование существующих вариантов.
100
Рис. 1.4. Изме нение структуры сталеплавильного производства в мире за период 1960-2000 гг. и
прогноз до 2010 г.
Годы
Существенным для конвертерного производства являются широкое внедрение дожигания газов в объеме конвертера и повышение доли лома в шихте. Это один из вариантов решения проблемы коксового производства интегрированного завода.
В связи с повышением требований к служебным свойствам ме талла все большее значение придают улучшению качества продук ции - получению так называемой «чистой» стали с ультранизкими содержаниями углерода, серы, фосфора, газов, неметаллических включений. В одном конвертере обеспечить получение такого ме талла невозможно. Поэтому сталь получают по различным техно логиям, включающим предварительную обработку чугуна, конвер тирование и внепечную обработку стали. В перспективе конвертер будут использовать только для проведения «первичного» (до 0,03 ...0,05 % С) обезуглероживания чугуна. Ультраглубокое обез углероживание (< 0,01 % С), десульфурацию, дегазацию и рафини рование стали будут проводить в агрегатах внепечной обработки, вероятнее всего на установке ковш-печь, которая станет сопутст вующим агрегатом конвертера. Все это обеспечит получение ультрачистой качественной стали в основном листового назначения, которая будет разливаться непрерывно. Сохранение доменных пе чей в XXI веке предопределит и сохранение конвертеров, как са мых экономичных агрегатов передела чугуна и получения чистой стали. Снижения объема производства стали, выплавляемой в кон вертерах, не произойдет. Ее доля в общем объеме производства бу дет уменьшаться в результате развития электросталеплавильного производства.
Темпы роста объема производства электростали опережают темпы роста общего объема выплавки стали. Совершенствование технологии плавки стали в дуговых печах способствует значитель ному улучшению показателей производства. По результатам опро са в мире за последние десять лет масса плавки увеличена на 25 % (с 86 до 110 т), повышены мощность трансформатора на 33 % (с 60 до 80 MBA), удельная электрическая мощность трехфазных печей и постоянного тока соответственно на 25 % (с 590 до 758 кВА/т) и на 32 % (с 680 до 900 кВА/т), удельный расход кислорода увеличен
на 25 % (с 24 до 30 м3/т), температура стали на выпуске уменьшена на 25 °С (с 1660 до 1635 °С), продолжительность плавки сокращена на 33 % (со 105 до 70 мин), средняя производительность печи по вышена на 54 % (с 61 до 94т/ч), удельный расход графитовых электродов на трехфазных печах уменьшен на 34 % (с 2,9 до 1,9 кг/т) и на печах постоянного тока составляет 1,35 кг/т, удель ный расход электроэнергии снижен на 13 % (с 450 до 390 кВт-ч/т), расход огнеупоров уменьшен на 57 % (с 7 до 3 кг/т). В Японии за последние десять лет в электросталеплавильном производстве удельный расход электроэнергии на дуговых печах снижен на 13 % и достиг 367 кВт-ч/т, производительность печей повышена на 59 % (до 111 т/ч).
Рекордные показатели работы дуговых сталеплавильных печей в настоящее время - 46 плавок в сутки на заводе фирмы BSW (Гер мания), 40 плавок на заводе фирмы Stahl Gerlafingen (Германия) и более 30 плавок на заводах фирмы Nucor (США) и на других заво дах - свидетельствуют о возможности дальнейшего улучшения по казателей работы современных дуговых печей.
Проблему снижения содержания в стали азота, серы, фосфора и примесей цветных металлов решают путем использования в шихте металлизованного сырья и чугуна и совершенствования шлакового режима плавки. Лом остается основным шихтовым материалом при производстве стали в электропечах. В 1995 г. в мире было собрано 350 млн. т лома, по прогнозу в 2001 г. будет собрано 380 млн. т. Его доля в общем объеме выплавленной стали составляет 45...65 % в развивающихся странах и 19...22 % - в промышленно развитых странах. Объем металлизованного сырья в шихте составил в 1997 г. 32,2 млн. т и прогнозируется его рост до 40 млн. т в 2001 г.
Достигнута высокая степень очистки технологических газов, со держание пыли снижено до менее 5 мг/м3, диоксинов - до менее 0,1 нг/мл в результате «закалки» технологических газов и вдувания угля или коксика в них для адсорбции диоксинов.
Прогнозируется рост доли электростали в мировом объеме вы плавляемой стали до 40 % к 2010 г. (33 % в 1999 г.) Если в 1999 г. только 20 млн. т электростали предназначалось для производства
листового проката, то в 2010 г. из электростали предполагают по лучить 66 млн. т листа. Соответственно доля сортового проката из электростали снизится с 92 до 80 %. Общий объем выплавленной электростали увеличится с 230 до 264 млн. т.
Лом останется основным шихтовым материалом. Заменители лома будут использованы в меньшем объеме, чем прогнозирова лось ранее. В 2010 г. предполагается использовать около 50 млн. т металлизованного сырья и 5...9 млн. т жидкого чугуна.
В перспективе улучшатся технико-экономические показатели работы дуговых печей. К 2010 г. удельный расход электроэнергии уменьшится с 390 до 360 кВт ч/т при расходе угля и кислорода со ответственно 23 кг/т и 40 м3/т. Продолжительность плавки сокра тится с 68 до 58 мин при токовом времени плавки 45 мин. В Япо нии прогнозируется к 2010 г. снижение удельного расхода электро энергии до 267...314 кВт ч/т и повышение производительности пе чей до 134... 155 т/ч. Дуговые печи будут ненаклоняемыми, полно стью автоматизированными, загрузка шихты, содержащей металлизованное сырье и жидкий чугун, и выпуск плавки будут непре рывными.
Существенным элементом технологии будет подогрев лома (до 1200 °С) и использование систем газоочистки, снижающих содер жание диоксинов и пыли в технологических газах. Шлаки и пыль будут полностью рециклировать.
Прогнозируется рост доли электростали до некоторого предела (45...50 %), что связано со стоимостью и наличием чистого лома и электроэнергии.
1.6. Внепечное рафинирование стали
Внепечное рафинирование стало неотъемлемой частью сталепла вильного производства. Только за последние десять лет введены в
эксплуатацию в электросталеплавильных цехах 41 установка ваку- ум-кислородного обезуглероживания стали типа VOD/VD общей мощностью 16 млн. т/год и установки циркуляционного вакууми рования типа RJH/RHOB - 2 млн. т/год; в конвертерных цехах-
Рис. 1.5. Изме нение мирово го объема про изводства ста ли и вакуумированной стали по прогнозам, %:
1 - оптимисти ческому; 2 - среднему;
3 - пессими стическому
15 установок типа VOD/VD - 15 млн. т/год и 21 установка типа RH/RHOB - 29 млн. т/год. За это время при увеличении производ ства стали на 35 млн. т/год объем вакуумированной стали возрос до 62 млн. т/год. По прогнозу в 2010 г. доля вакуумированной стали в общем объеме ее производства достигнет 27 % (рис. 1.5).
Вакуумная обработка, продувка различными газами и порош кообразными реагентами, использование керамических фильтров для удаления включений, химический, дуговой, индукционный или плазменно-дуговой нагрев, направленное раскисление и легирова ние стали для управления формой и составом включений, а также строгий контроль параметров, определяющих качество стали, осу ществляемые в сталеразливочном или промежуточном ковшах - все это послужит «тончайшей доводкой» показателей качества ста ли, которыми можно управлять при жидком состоянии металла.
Внепечное рафинирование при неимоверном разнообразии способов останется «краеугольным камнем» сталеплавильного производства в ближайшем будущем.