В электродуговой сталелитейной промышленности потребление металлических шихтовых материалов и сплавов напрямую влияет на себестоимость производства, выход металла и стабильность работы.
В данной статье рассматриваются источники потерь стального лома и легирующих примесей в процессе выплавки стали в электродуговых печах, а также способы практического снижения этих потерь на основе общепринятых металлургических принципов и производственного опыта.
1. Где происходит потеря металлического заряда при выплавке стали в электродуговых печах?
В процессе выплавки стали в электродуговой печи потеря металлического заряда происходит главным образом по следующим путям:
1.1 Потери кислорода при впрыскивании
В процессе резки лома на стадии плавки и в процессе обезуглероживания на стадии окисления часть металлического железа окисляется до FexOy, образуя пыль, которая удаляется системой отвода газов.
1.2 Потери железа при сбросе шлака
Железо также теряется через шлак в виде оксидов железа (FexOy) и захваченных металлических капель. Кроме того, часть диспергированных металлических капель может попасть в пылевую фазу в процессе плавки.
1.3 Потери от испарения в дуговой зоне
В высокотемпературной дуговой зоне (приблизительно 3000–6000 °C) может испаряться небольшое количество металлического железа. В нормальных условиях эти потери относительно невелики и часто игнорируются при расчетах материального баланса.
1.4 Потери расплавленной стали, вызванные чрезмерным обезуглероживанием
Если реакция обезуглероживания протекает слишком быстро или после сильных кипений, расплавленная сталь может утекать через дверцу печи или другие отверстия.
2. Практические меры по снижению расхода металлической шихты в электродуговых печах при выплавке стали.
Для снижения расхода металлической шихты необходимо минимизировать окисление, испарение и физические потери, обеспечивая при этом быстрое попадание расплавленного материала в расплавленную ванну и его защиту шлаком.
2.1 Контролируемая подача кислорода для минимизации потерь при выдохе
Подачу кислорода следует регулировать поэтапно.
До того, как лом раскалится докрасна, скорость потока кислорода должна оставаться ограниченной. Следует избегать чрезмерного впрыскивания кислорода до образования шлака. На стадии окисления шлак должен быть достаточно развит, чтобы равномерно покрыть поверхность расплавленной стали, с умеренным пенообразованием для уменьшения переноса пыли и испарения металла в зоне дуги.
2.2 Поддержание надлежащего углеродного баланса
Содержание углерода играет решающую роль в контроле потерь железа.
При слишком низком содержании углерода впрыскивание углерода становится необходимым для снижения содержания FeO в шлаке. И наоборот, избыточное содержание углерода увеличивает время обезуглероживания, повышает пылеобразование и усиливает окисление шлака, что в совокупности увеличивает потери железа. В целом, более короткие циклы плавки и рафинирования связаны с меньшими потерями металла.
В то же время, для предотвращения перелива расплавленной стали во время интенсивной обезуглероживания необходимы правильная высота дверцы печи и соблюдение правил эксплуатации.
2.3 Рациональная практика обращения со шлаком и контроль его объема
Хотя определенное содержание FeO в шлаке необходимо для рафинирования, избыточный объем шлака напрямую увеличивает потери железа. Шлакообразующие материалы следует добавлять только в том количестве, которое необходимо для достижения металлургических целей, избегая чрезмерного шлакообразования.
2.4 Оптимизированная структура смешивания лома и загрузки
Состав смеси лома оказывает существенное влияние на эффективность плавки и выход металла. Наиболее распространенная структура загрузки:
- Небольшие обломки внизу
- Крупный или средний металлолом и чугун в центре
- Легкая царапина сверху
Тяжелый лом следует хранить вдали от центров электродов, дверей печей, холодных зон электротермической сварки и участков, непосредственно обращенных к кислородным фурмам. Правильный выбор и размещение лома помогают ускорить процесс приваривания электродов, уменьшить воздействие дуги и ограничить испарение металла.
2.5 Стандартизированные операции зарядки
Во время загрузки следует избегать чрезмерного сжатия лома, чтобы предотвратить падение материала с края печи в шлаковые ямы. Чистые и контролируемые операции загрузки позволяют сократить предотвратимые физические потери.
2.6 Повторное использование перерабатываемых железосодержащих материалов
Там, где это возможно, извлеченный шлаковый железо, магнитно отделенная металлическая мелочь и окалина из процессов непрерывного литья и прокатки могут быть частично использованы повторно, что снижает потребность в свежей металлической шихте.
2.7 Правильный уровень ванны и правила установки стальных конструкций
Поддержание надлежащего уровня остаточной стали и шлака обеспечивает воздействие кислорода преимущественно на расплавленный лом, а не на открытый лом. После расплавления лома быстрое погружение в ванну и защита от шлака значительно снижают потери от окисления.
3. Как снизить расход легирующих примесей при выплавке стали в электродуговых печах.
Расход легирующих примесей представляет собой еще один контролируемый компонент затрат в сталелитейной промышленности. Ключевой задачей является повышение выхода легирующих примесей при сохранении качества стали.
3.1 Классифицированное управление ломом и целевой ввод сплавов
Различные марки лома следует хранить отдельно и загружать в соответствии с требованиями к марке стали. Лом с повышенным содержанием марганца или хрома можно выборочно использовать при производстве соответствующих легированных сталей, не препятствуя обезуглероживанию.
3.2 Минимизация попадания шлака в руду при выпуске.
Предотвращение попадания шлака в расплав при выпуске создает более чистую среду для добавления легирующих примесей. В сочетании с экономически эффективными методами рафинирования шлака и предварительной деоксидации, выход легирующих примесей может быть значительно улучшен.
3.3 Удержание углерода для снижения содержания кислорода
Сохранение углерода в процессе электродуговой плавки способствует снижению содержания растворенного кислорода в стали, что напрямую повышает выход легирующих элементов при выпуске готовой продукции и вторичной металлургии.
3.4 Контролируемая температура при постукивании и интенсивность перемешивания
Правильная температура выпуска расплава и интенсивность перемешивания аргоном обеспечивают полное растворение сплава, предотвращая агломерацию нерасплавленного сплава на поверхности шлака ковша и ненужные потери от окисления при последующем повторном нагреве.
3.5. Сроки получения дорогостоящих и труднорастворимых сплавов
Для максимального извлечения ценные или труднорастворимые сплавы следует добавлять в хорошо деоксидированном ковше.
3.6 Разумные целевые диапазоны состава
Контроль состава стали должен исключать постоянное стремление к достижению высоких значений, близких к верхним пределам, что приводит к избыточному качеству и ненужному расходу легирующих элементов.
3.7 Снижение механических потерь при легировании
Добавляемые вручную сплавы следует загружать через специально предназначенные желоба для сплавов, чтобы предотвратить их просыпание за пределы ковша.
3.8 Предварительный нагрев при добавлении больших или труднорастворимых легирующих примесей
При плавке высоколегированных сталей или при добавлении большого количества легирующих примесей размещение легирующих элементов на дне ковша и их предварительный нагрев под нагревателем ковша повышает эффективность плавки и снижает потери на стадии рафинирования.
4. Сокращение долгосрочного потребления за счет проектирования предприятий и управления производством.
В условиях непрерывной работы на расход стального лома и легирующих примесей влияют не только отдельные плавки, но и компоновка завода, материальные потоки и методы управления производством.
Рациональная конструкция цеха и оптимизированные маршруты загрузки и врезки помогают сократить пути перемещения материалов, уменьшить количество повторных операций и снизить риск физических потерь. Четкие и последовательно выполняемые рабочие процедуры для продувки кислородом, загрузки, врезки и добавления легирующих элементов уменьшают вариативность между сменами и операторами.
Эти меры должны быть адаптированы к реальным условиям предприятия, включая доступное пространство, бюджет проекта, структуру местного сырья и уровень квалификации рабочей силы. Универсального шаблона управления, применимого ко всем проектам электродуговых печей, не существует.
На практике группа компаний SME Group предоставляет услуги по управлению производством и оперативной поддержке проектов по производству стали в электродуговых печах по всему миру, как для новых металлургических заводов «под ключ», так и для существующих предприятий, стремящихся к оптимизации производственных процессов. Все решения по управлению производством разрабатываются с учетом специфики объекта, с целью обеспечения стабильной работы и качества продукции при одновременном снижении расхода металлической шихты и легирующих примесей.
