7.1. Снижение расхода огнеупорных изделий

7.1. Снижение расхода огнеупорных изделий

Из вышеизложенного можно сделать вывод о возможных путях снижения расходных показателей огнеупорных изделий, используемых для футеровки ковшей:

предотвращения попадания в ковш большого количества конечного

шлака;

сокращение общей продолжительности полного цикла комплексной обработки стали;

обеспечение условий циркуляции металла в ковше в процессе продувки, не способствующих развитию зонального износа рабочей поверхности кирпичной кладки или наливной футеровки.

Наиболее действенным способом сокращения общей продолжительности полного цикла комплексной обработки стали является совмещение, т. е. параллельное выполнение технологических операций. При наличии соответствующего оборудования во время выпуска стали в разливочный ковш возможно одновременное проведение отсечки технологического шлака, усреднительной донной продувки инертным газом и десульфурации стали твердыми шлакообразующими смесями. В данном случае экономия времени, составляющая в зависимости от вместимости ковша от 10 до 50 мин, способствует снижению потерь тепла металлом. При этом отпадает необходимость его перегрева в плавильном агрегате перед выпуском или сокращается длительность последующего электро-дугового подогрева.

Сократить потребление энергоносителей позволяет также оптимизация режимов продувки стали инертным газом. До недавнего времени перемешивание расплава в ковше осуществлялось при максимально возможном расходе вдуваемого аргона. Такой способ обработки жидкого металла нельзя считать рациональным, поскольку в случае продувки стали во время ее выпуска из плавильного агрегата до момента подъема уровня расплава в ковше на высоту 1,5-2,5 м истечение газа происходит в пробойном режиме, при котором значительная часть подводимой энергии газовой струи практически не используется.

Добиться сокращения энергопотребления в условиях внепечной обработки стали можно за счет внедрения в производство продувочных устройств с улучшенными газодинамическими характеристиками, обеспечивающими достижение требуемой степени однородности жидкой стали по температуре и химическому составу с минимальными временными и энергетическими затратами.

Кроме энергетических затрат на экономическую эффективность технологии инжскционной обработки стали заметно влияют стоимость самого продувочного устройства и расходы, связанные с его обслуживанием и эксплуатацией.

Как уже отмечалось, в настоящее время на металлургических предприятиях страны нашли применение продувочные устройства трех типов: футерованные огнеупорными катушками погружаемые фурмы, входящие в состав стационарных консольно-поворотных установок; пористые пробки в форме усеченного конуса, устанавливаемые в специально подготовленные в футеровке днища ковша гнезда; металлические фурмы, размещаемые на время продувки в канале ковшового затвора.

Каждое из указанных устройств имеет свои достоинства и недостатки, которые в большей или меньшей мере проявляются в конкретных производственных условиях (). Поэтому главным критерием, характеризующим эффективность использования рассмотренных устройств, являются затраты на одну продувку.
Удельные затраты на инжекционную обработку тонны стали зависят от стоимости продувочного элемента, кратности его использования и вместимости ковша, в котором осуществляется продувка (ряс. 98). Этот экономический показатель должен учитываться при выборе технологической схемы обработки стали инертным газом.

На основании анализа данных, приведенных в табл. 22 и на рис. 98, можно сделать вывод о том, что применение дорогостоящих пористых пробок оправдано лишь в том случае, если выполнение необходимых операций с помощью других устройств технически невозможно осуществить. Пористые пробки не имеют альтернативы в условиях эксплуатации установок печь-ковш, служащих не только агрегатом для осуществления ряда технологических операций по обработке стали (десульфурация, легирование, модифицирование), но и выполняющих при необходимости функцию емкости, в которой жидкий металл при дополнительном подогреве может выдерживаться

в течение определенного промежутка времени до момента окончания разливки на МНЛЗ стали предшествующей плавки. В этом случае важно, чтобы сроки службы пористой пробки и футеровки днища ковша были одинаковыми, иначе для замены износившегося продувочного блока ковш придется выводить из эксплуатации.

Для сталеплавильных цехов, имеющих установки доводки металла, целесообразной является технологическая схема, предполагающая осуществление десульфурации стали в разливочном ковше в процессе ее выпуска с использованием твердых шлакообразующих смесей с одновременной продувкой инертным газом через фурму, установленную в канале затвора, а повторную продувку с целью повышения степени усвоения и равномерности распределения вводимых лигатур или модификаторов - с помощью погружаемой фурмы. Такой вариант инжекцион-ной обработки в сравнении с первым позволяет снизить удельные затраты на продувку в зависимости от вместимости ковша от 1,5-3,2 до 0,8-1,7 грн/т, т. е. почти в два раза. Однако следует отметить, что к затворам, применяемым для донной продувки стали в разливочных ковшах, предъявляются особые требования в отношении безопасности их эксплуатации, поэтому конструкция этих устройств должна иметь повышенную надежность.

На основании патентного поиска, проводившегося по развитым в техническом отношении странам, выявлено 15 конструкций затворов, позволяющих осуществлять продувку металла газопорошковыми смесями в сталсразливочных ковшах различной вместимости. При этом для анализа были отобраны только те из них, которые нашли практическое применение в отечественной и зарубежной практике (рис. 99).

В промышленных образцах затворов, используемых для инжекцион-ной обработки за рубежом, в целях обеспечения безопасности предусмотрено перекрытие канала шибера непосредственно перед окончанием продувки. На заводе немецкой фирмы Klockner Stahl GmbH для снижения нагрузки на привод затвора в момент его закрывания фурма для ввода реагентов (рис. 99, а) на участке огнеупорных плит имеет вставку из хрупкого керамического материала. Преимущество данной конструкции заключается в том, что она позволяет вводить в жидкий металл не только газообразные реагенты, но и специальные порошкообразные смеси, что существенно расширяет возможности обработки стали, поскольку при этом удается и достичь усреднения стали по температуре и химическому
составу, и осуществить ее десульфурацию, степень которой, по данным работ [180, 181], может составить 50-60 %. К недостаткам затвора следует отнести необходимость подвода к месту расположения ковша электрокабеля или шланга высокого давления для питания привода затвора в момент перекрытия его канала, что в значительной мере усложняет эксплуатацию разливочного устройства.

Отличительной особенностью системы затвора, разработанной в Швейцарии, является подвижная огнеупорная плита с двумя отверстиями, в одно из которых установлена пористая пробка, используемая для подачи газа в расплав (рис. 99, б). В процессе работы затвора эта плита может занимать три фиксированных положения, соответствующих продувке, перекрытию канала и разливке, в результате чего потребовалось применение специального гидропривода, а также увеличилась масса огнеупорной части затвора [119].

На металлургических предприятиях стран СНГ достаточно широкое распространение нашла конструкция затвора, спроектированная сотрудниками Института металлургии АН Грузии, усовершенствованный вариант которой показан на рис. 99, в. В данном затворе для продувки металла используют стальную трубку с внутренним диаметром 12-16 мм, снабженную металлическим сердечником диаметром 9-14 мм. Для фиксации трубки в разливочном канале к ней приварено стальное кольцо, опирающееся на выступающую часть рабочей поверхности нижней огнеупорной плиты, поджимающей трубку. С целью исключения высыпания огнеупорного порошка, заполняющего канал разливочного стакана, трубка на участке плоскости контакта плит обмотана асбестовой лентой [128, 172]. К недостаткам этой системы затвора следует отнести сравнительно низкую газопропускную способность фурмы, а также необходимость тщательного уплотнения разливочного канала на участке плоскости контакта плит.

С целью устранения указанных недостатков в конструкции затвора, предложенной Уральским НИИ металлов (рис. 99, г), инжекционная трубка, снабженная в верхней части холодильником — металлическим стержнем, на участке между ковшовым стаканом и стаканом-коллектором выполнена с эллипсовидным сечением. Для повышения надежности работы устройства за счет устранения случайного выпадения трубки во время продувки металла затвор оборудован специальным поворотным кронштейном, установленным на подвижной обойме и жестко связанным
с нижним концом трубки [106]. Следует отметить, что наличие выступающего кронштейна усложняет операции по сборке затвора.

Особенностью конструкции продувочного устройства, разработанного в ЦНИИЧМ, является то, что оно снабжено двумя инжекционными трубками (рис. 99, д), закрепленными на стальном диске, установленном над подвижной огнеупорной плитой затвора. При этом верхний срез одной трубки как и рассмотренных выше затворов расположен выше верхнего торца разливочного стакана, а вторая трубка размещена таким образом, что ее верхний конец находится ниже верхнего торца стакана на 0,25-1,0 его диаметра и перекрыт специальной пробкой. Такое техническое решение по замыслу авторов обеспечит возможность осуществления при необходимости корректирующей додувки стали путем поочередного использования обеих трубок [175].

Продувка стали через канал затвора в ковшах вместимостью от 60 до 300 т с использованием фурм различной конструкции получила широкое распространение благодаря простоте реализации. Применение данного способа продувки позволяет существенно стабилизировать химический состав и температуру металла перед разливкой, что положительно сказывается на его разливаемости [101, 127]. Вместе с этим следует отметить, что достижение требуемой степени однородности стали по температуре и химическому составу в условиях различных предприятий обеспечивается при разных общих и удельных расходах инертного или нейтрального газа. Данный факт можно объяснить различием газодинамических характеристик применяемых инжекционных фурм, поскольку в процессе обработки жидкого металла используются как обычные трубки диаметром 12-16 мм с размещенными в их каналах стальными сердечниками диаметром 9-14 мм [92, 103], так и фурменные устройства, снабженные специальными завихрителями, создающими закрученные потоки в перемешиваемой ванне.

Конструктивные исполнения узла крепления фурмы в рассмотренных системах ковшовых затворов отличаются разнообразием и требуют при обслуживании продувочных устройств выполнения разного количества подготовительных операций, что вызывает необходимость оптимизации технических решений, принимаемых во время проведения проектно-конструкторских работ по созданию высокоэффективного оборудования для инжекции газопорошковых смесей в обрабатываемую сталь.