Кофа пещ като технологичен възел

А. Н. Смирнов, В. М. Сафонов ДонНТУ, Донецк

Съвременна кофа пещ: общи подходи и основни изисквания

Прогресивният подход към производството на стомана на етап „течен полуготов продукт - непрекъснато леяна заготовка“ се дължи на три основни точки (те могат да бъдат характеризирани, наред с други неща, като стратегически за успешното функциониране на стоманодобивно предприятие), а именно:

постигане на стабилно качество на течната стомана, чието ниво се определя както от технологични, така и от потребителски свойства;
осигуряване на технологичността на CCM, включително скоростта на леене, серийността, както и качеството на повърхността и вътрешната структура на непрекъснато отлятия блок;
оптимизиране на технологията за по-нататъшна термомеханична обработка на детайла за получаване на желаните свойства на продуктите с минимални материални, енергийни и времеви разходи за технологичната верига като цяло.

Интегрираната обработка на стомана в блока "кофа-пещ" предполага задължително предотвратяване на навлизането на шлака от пещта, съдържаща FeO и MnO, в кофата. В съвременните конвертори и дъгови пещи за топене на стомана операцията по отделяне на шлаката се извършва директно в стоманения кран и осигурява прекъсване на 85–90% от шлаката на пещта (Алтернативен вариант е да се използва машина за изтегляне на шлака от кофа. Този подход стана широко разпространен през 70-80-те години на миналия век. В същото време операцията по отстраняване на шлака от кофа има доста очевидни недостатъци под формата на удължаване на цикъла на престой на стоманата в кофата, както и загуба на метал заедно с шлаката, която може да се изтегля). Като цяло, целият набор от основни операции, които могат да се извършват на съвременните инсталации за пещи-черпаци по време наобработка на стомана, може да се сведе до следния списък:

хомогенизиране на метала по температура и химичен състав;
коригиране на химическия състав на стоманата чрез добавяне на подходящи основни сплави;
отстраняване на вредни примеси (сяра, водород, азот, понякога въглерод и др.);
довеждане на температурата на метала до стойността, регулирана от технологията;
рафиниране на стомана за неметални включвания;
получаване на стомана с постоянни свойства от топлина до топлина;
контрол на състава на шлаката и др.

Специални бележки за работата на агрегати кофа-пещ

Практиката от последните десетилетия показва, че въпросът за рационалното смесване на метала в кофата по време на продухване с аргон е особено важен при работа на агрегати кофа-пещ. Това се дължи на факта, че по правило в кофите на тези устройства са предвидени една или две (понякога три) продухващи единици, чието местоположение се регулира от определени технологични съображения. Първо, продухващите устройства трябва да бъдат разположени по такъв начин, че аргонът, издухан в метала, да не попада в зоната на действие на електрическата дъга. Второ, един от блоковете за продухване трябва да бъде разположен в зоната за доставка на феросплави, което позволява да се осигури висока степен на тяхното усвояване. Трето, продухващият блок не може да бъде разположен в зоната, където пада металната струя по време на пълнене на черпака. Четвърто, продухващият блок не може да бъде разположен близо до стената на кофата, тъй като в този случай ще има повишено износване на огнеупорите в областта на възходящия поток. Пето, в зависимост от конкретната технологична операция, извършвана в агрегата ковш-пещ, интензивността на продухването на метала с аргон трябва да варира в значителни граници. НаНа практика за впръскване на инертен газ в метала се използват или специални блокове, монтирани в дъното на кофата, или копия, потопени в стопилката. В съответствие с основните технологични задачи продухването на стоманата с аргон се извършва на различни етапи от стоманата в кофата и с различна интензивност, което налага изискване за универсалност на продухващото устройство. В общия случай, когато металът се продухва с инертни газове, протичат много процеси едновременно, които имат както положителен, така и отрицателен ефект върху качеството и цената на стоманата. Сред тези процеси подчертаваме следното:

енергично смесване на течната вана от метал в кофата чрез образуване на възходящ циркулационен поток газ-метал на мястото на впръскване на газ и низходящи конвективни стоманени потоци по периферията;
осредняване на метала в кофата по отношение на температурата, както и известно регулиране на температурата преди разливане поради охлаждащия ефект на инжектирания газ;
осредняване на метала в черпака по химичен състав;
повишаване на степента на чистота на стоманата върху неметални включвания поради ефекта на флотация в появяващите се мехурчета на инжектирания газ;
ускоряване на процесите на топене и асимилация на твърди реагенти, дезоксиданти, модификатори и лигатури, въведени в течната баня;
ускоряване на процеса на обезгазяване на стоманата чрез транспортиране на метални части, разположени в долната част на кофата, към повърхността; смесване на метала и покривната шлака в зоната на излизане на газ от метала в шлаката (интензивността на този процес зависи от интензивността на инжектиране на газ и метода на неговото инжектиране);
вторично окисляване на стоманата в зоната на излизане на газ към повърхността при прекомерно интензивно продухване;
ускорено износване на облицовката на стоманена лейкакофа, което до голяма степен предопределя повишените изисквания към качеството и химичния състав на огнеупорите.

По отношение на последното ще посочим специално, че широките възможности на съвременните методи за извънпещна обработка са постигнати до голяма степен и благодарение на иновативните процеси в създаването на огнеупорни и спомагателни материали. По-специално, поради сериозния напредък в областта на създаването на огнеупори с повишена издръжливост (облицовка на стоманен коф, продухващи тапи и т.н.), беше възможно да се намали единичната цена на огнеупорите за обработка извън пещта от $10–15 до $1,2–1,5 на тон стомана. Невъзможно е също така да се пренебрегне фактът, че през последните две десетилетия операцията по въвеждане на флюсова тел в стоманена обвивка в стопилката с помощта на специални трибови устройства (диаметърът на използваната тел е от 9 mm до 16 mm, което зависи от гъвкавостта на металната обвивка) се превърна в почти задължителен функционален елемент на инсталациите за кофа-пещ. Тази техника осигурява точно въвеждане на необходимите легиращи елементи в стопилката.

Като цяло е препоръчително да се използват телове с флюсова сърцевина за въвеждане на такива добавки, които имат:

по-ниска плътност от стопилката (те могат да изплуват на повърхността с различен метод на подаване в стопилката);
ограничена разтворимост;
високо налягане на парата;
висок афинитет към кислорода и т.н. (например скъпи са, токсични са, добавят се в малки количества и т.н.).

Не толкова отдавна в черната металургия на Украйна имаше твърдо мнение, че използването на агрегати "кофа-пещ" е икономически оправдано и приемливо само при производството на специални (специални) марки стомана, които имат повишена добавенацена. И при производството на обикновени видове стомана, които отличават дейностите на повечето стоманени заводи и фабрики в Украйна, се смяташе за напълно възможно да се направи без използването на нови технологии и оборудване в областта на обработката на стомана извън пещта. Нека се съгласим с първото - винаги се налагат високи изисквания към металните продукти за критични цели по отношение на макро- и микро-хетерогенността на вътрешната структура на готовите продукти и заготовки. Това доведе до пионерското въвеждане на агрегати кофа-пещ в заводи / обекти, специализирани в производството на сложни видове стомана и продукти от тях. Въпреки това, най-новите световни тенденции ясно показват, че задачата за дълбоко рафиниране и прецизно дезоксидиране на стоманата е не по-малко актуална днес за производителите на нейната масова гама, обикновени класове. Това се дължи на необходимостта да се осигури високо ниво на технологични свойства на стопилката, позволяващо леене на стомана на съвременни машини за непрекъснато леене. През последните години в Украйна бяха активно реализирани (или обявени) проекти за въвеждане на метода за непрекъснато леене на стомана с изграждане на машина за непрекъснато леене и извеждане от експлоатация на сляби/блюминг. И очевидно е невъзможно да се направи без нови инсталации "кофа-пещ".