Оценка влияния качества исходных шихтовых компонентов на ТЭП

Содержание:

Введение 3

1. Понятие  «доменная шихта» 5

2. Технико-экономические  показатели доменной печи 11

3. Температурные  режимы плавки 16

4. Качество  и свойства агломерата и его  контроль 23

5. Качество  окатышей и добавок 27

6. Взаимосвязь  показателей качества доменного  кокса 31

7. Влияние  качества кокса на работу доменных  печей 35

8. Влияние  снижения зольности и влажности  шихты на экономические показатели  коксохимического и доменного  производства 41

Заключение 48

Список использованной литературы: 50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Цветная металлургия является одной из наиболее материалоемких, а также топливо- и энергоемких отраслей промышленности. По этой причине качественная подготовка исходного сырья к металлургической переработке оказывает решающее влияние на конечные технико-экономические показатели металлургического передела.

В металлургическую переработку, как правило, поступает не один конкретный металлосодержащий материал, а смесь разных сортов рудного сырья с флюсами и оборотами. Смесь поступивших в переработку материалов  называется шихтой.

Тема нашей работы – оценка влияния качества исходных шихтовых компонентов на ТЭП (технико-экономические показатели).

Интерес к данной теме вызван ее бесспорной актуальностью. Производительность – один из основных технико-экономических показателей работы доменной печи. Во многих технологических расчетах используются динамические параметры, в том числе и скорость схода шихты, которая непосредственно связана с производительностью печи.

Цель нашей работы – изучить оценку влияния качества исходных шихтовых компонентов на ТЭП.

Объектом данного исследования является влияние качества исходных шихтовых компонентов на ТЭП.

Предмет исследования – процессы влияния качества исходных шихтовых компонентов на ТЭП.

Для достижения поставленной цели мы посчитали необходимым решить следующие задачи:

• раскрыть понятие «доменная шихта»;
• описать технико-экономические показатели доменной печи;
• изучить температурные режимы плавки;
• исследовать качество и свойства агломерата и его контроль;
• изучить качество окатышей и добавок;
• исследовать взаимосвязь показателей качества доменного кокса;
• описать влияние качества кокса на работу доменных печей;
• изучить влияние снижения зольности и влажности шихты на экономические показатели коксохимического и доменного производства.

Структура работы: исследование состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованной литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Понятие «доменная шихта»

Шихта - смесь материалов, загружаемых в металлургии, печь и другие агрегаты для получения конечных продуктов с заданным химическим составом, и уровнем свойств. В состав металлургической шихты входят руда, концентрат, флюс, кокс или уголь и оборотные материалы: пыль, шлак, съемы и др.

 Шихт, материалы железнодорожным транспортом подают в закрытый склад и разгружают в железобетонные отсеки, бункеры. Шихты загружают в агрегат либо в виде однородной смеси, приготовленной вне агрегата, либо порциями, состоящими из отдельных компонентов шихт.

Доменная шихта используется для получения чугуна или ферросплавов в доменной печи, содержит в основном железорудное сырье, кокс и флюсы. На Курганском заводе трубопроводной арматуры исследовали влияние состава металлошихты на химический состав и механические свойства отливок из стали 25Л, в первую очередь, - на показатели ее хладостойкости.

Особенностью заводской  технологии плавки, проводимой в кислой индукционной печи емкостью 4 тонны, является переплав шихты в два этапа: на первом — проплавляли основную часть (примерно 80%) металлошихты, состоящую из привозного низкоуглеродистого лома и возврата собственного производства стали 25Л; на втором — после отбора технологической пробы для контроля состава получившегося расплава в него добавляли оставшуюся шихту, но состоящую уже только из возвратного лома. Затем проводили раскисление металла, удаление шлака, выпуск и разливку плавки.

Оценка содержания азота  в раскисленном металле перед выпуском его из печи в зависимости от состава шихты показала, что с повышением доли переплавляемого возвратного лома концентрация азота повышается: при 21-30% его содержание находилось в пределах 0,0108-0,015% (в среднем по 5 плавкам — 0,0128%), а при 68-93% возврата оно возросло до 0,0148-0,0162% (в среднем по 4 плавкам — 0,0155%).

По данным этих же исследовательских  плавок, было установлено, что в технологических пробах первой группы плавок содержание кремния составляло 0,07-0,16% и марганца 0,22-0,37%, а во второй оно повысилось до 0,28-0,40% и 0,37-0,63% соответственно. Указанная особенность объясняется повышенным содержанием кремния (до 0,6%) и марганца (до 1%) в возвратном литье по сравнению с привозным низкоуглеродистым нелегированным ломом.

Существующие методики оценки качества шихтовых материалов, используемые при входном контроле на действующих  предприятиях, страдают главным недостатком: большая длительность анализа состава  материалов, обусловленная использованием физико-химических методов анализа, при сравнительно небольшом диапазоне  исследуемых элементов: C, Si, Mn, Cr, Ni, S и P. Разработана и апробированная методика ускоренного исследования качества материалов, основные стадии которой представлены в Таблице №1.

                                                                                                          

№ п/п	Основные стадии исследования
	Разработанная (длительность: сутки)	Существующая  (длительность: двое суток)
1	Отбор проб (54-60 кг/72 т). Визуальный контроль	Отбор проб (25-36 кг/72 т). Визуальный контроль
2	Вырезка темплетов (3,0-3,5 кг). Визуальный и металлографический контроль	Измельчение материала  (0,2-0,3 кг)
3	Измельчение темплетов, формирование выборки (0,4-0,5) кг	Формирование навески (0,02кг)
4	Переплав в герметизированном  тигле	Физико-химический анализ (С, Si, Mn, Сr, S, P)
5	Заливка и подготовка кокильной  пробы	-
6	Спектральный анализ до 24 элементов	-

 

Таблица №1. - Сравнение методик исследования качества шихтовых материалов

В развитие полученных результатов  было проведено сравнение качественных показателей двух выборок промышленных плавок одного периода производства, но отличающихся составом технологических  проб (Таблица №1). На плавках с  низким содержанием кремния и  марганца, то есть выплавленных с пониженной долей возвратного лома, показатели хладостойкости значительно лучше по сравнению со второй группой плавок — с повышенным количеством возврата. Полученные результаты послужили основанием для ограничения доли возврата 30-ю % в шихте, предназначенной для производства хладостойких отливок ответственного назначения.

Показано, что наследуемыми свойствами основных шихтовых материалов могут быть особенности строения макроструктуры (спелеобразный графит, дендриты и т.д.) и газонасыщенность доменных чушковых чугунов, а также общее и видовое содержание микроэлементов в шихтовых материалах.

Вскрыто, что главнейшей задачей режимов индукционной плавки является не только гомогенизация расплава по составу и температуре, активизация  растворения и взаимодействия компонентов  шлака и металла, но и «упорядочивание» его структуры в различных  микрообластях ванны, что в основном ограничивается стойкостью используемых футеровок. В противном случае сохраняется высокая вероятность наследования свойств шихтовых материалов получаемыми сплавами. При этом в производственных условиях не всегда возможно организовать такую технологию выплавки, которая бы обеспечивала стабильное получение сплавов с заданными параметрами качества из любых шихтовых материалов. Поэтому первым этапом экспериментальной разработки технологии выплавки должно быть исследование качества наиболее часто используемых шихтовых материалов и выбор рационального состава шихты. Вторым важным этапом является определение влияния температурного режима плавок и типа доменных чугунов на качество выплавляемых сплавов. Вместе с этим исследование и организация эффективных температурно-шлаковых режимов позволит стабилизировать основные окислительно-восстановительные реакции процесса выплавки и рафинировать расплавы от газов и неметаллических включений.

С помощью разработанной  методики исследования качества шихтовых материалов установлено содержание вредных микроэлементов в доменных чушковых чугунах ведущих предприятий-поставщиков  центрального федерального округа (от 0,025 до 0,034%) и стальном углеродистом ломе категории 1А (от 0,016 до 0,023%). Наименьшее содержание микроэлементов обнаружено в марках Л5, ЛР6 и ПЛ1 ОАО «ЛМЗ Свободный Сокол» - ЛМЗ, ОАО «Косогорский металлургический завод» - КМЗ, АК «Тулачермет» - ТЧМ.

Эти чугуны можно рекомендовать  для выплавки высококачественных чугунов  и сталей в индукционных печах, что  и определило их дальнейшее использование  в экспериментальных плавках. Показано, что для получения в готовой стали концентраций микроэлементов на уровне 0,010-0,012% необходимо, чтобы в шихте, при условии полного удаления Pb и частичного удаления Ti, V, их содержание составляло не более чем 0,020%, что возможно только при комбинировании лома прокатных профилей с ломом металлоконструкций в отношении не более чем 1:2.

Исходя из систематизации научных представлений о механизмах и видах металлургической наследственности, некоторые температурные режимы выплавки при определенном составе  шихтовых материалов могут приводить  к возникновению неравновесных  структур в выплавляемых сплавах, которые  снижают их механические свойства. Для детальных исследований склонности расплавов к дендритной сегрегации в зависимости от вида шихтовых материалов были проведены серии экспериментальных  плавок. Установлено, что склонность углеродистых расплавов к кристаллизации по дендритному механизму определяется не только его химическим составом, но зависит и от типа переплавляемых доменных чугунов. По результатам металлографического анализа дендритов предложена модель расчета фрактальной размерности (D), отличающаяся от классической Мандельброта тем, что трудно рассчитываемая величина N заменяется на величину [(Sден.½)/2, достоверно определяемую в комплексе «Siams 700»:

                            D = lg(Pден.)/lg(2Nпол.), где Nпол. ≈ [(Sден.½)/2],                             

где Nпол. - количество полигонических зерен составляющих оси дендрита, Sден. и Pден. – соответственно, площадь (мкм2) и периметр (мкм) включения.

Результаты анализа морфологии представлены в Таблице №2.

Дендритные структуры, кристаллизующиеся  при скоростях охлаждения расплавов  от 10 до 300С/с, обладают дробной фрактальной размерностью от 1,49 до 1,87, что может служить косвенным доказательством их кластерной природы. Развитая дендритная сегрегация наблюдается в пробах кристаллизованных сплавов полученных  из белых доменных чушковых чугунов, которые имеют в своей структуре дендритные кристаллы и не имеют структурно-свободного углерода в форме графита. С повышением температуры выдержки таких расплавов возрастает их склонность к кристаллизации по дендритному механизму (Таблица №2). Сохранение склонности расплавов к определенному типу структурообразования можно назвать «дендритной (структурной) наследственностью» шихтовых материалов.

№	Sден., мкм2	Pден., мкм	Nпол.	(Sден.½)/2	D (N), урав. 1	Температура перегрева, 0С
Конструкционный серый чугун
1	1366	189	17	18,50	1,49	1300-1350
2	17937	1652	105	66,96	1,50
3	12217	3582	59	55,30	1,72	1350-1500
4	6540	1896	32	40,40	1,81
6	2648	1385	24	25,70	1,87	1550-1650
7	6160	2430	42	39,20	1,76
Углеродистая сталь
8	25880	5852	125	80,44	1,40	1550-1650

    * средние значения  по 10 измерениям (полям зрения)

Таблица №2. - Количественные характеристики дендритов

Таким образом, доменная шихта используется для получения чугуна или ферросплавов в доменной печи, содержит в основном железорудное сырье, кокс и флюсы. При использовании в шихте передельных (ледебуритных - белых) доменных чугунов, выгодно отличающихся более низким содержанием S, температура перегрева и выдержки расплава должна быть достаточной для гомогенизации ванны по химическому составу, но не должна превышать 15500С, так как кристаллизующиеся при данном перегреве дендриты обладают высоким отношением периметра к площади (большой фрактальной размерностью D ≥ 1,76). Согласно литературным данным, это может приводить к существенному снижению механических и прочих свойств сплавов.

       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Технико-экономические  показатели доменной печи

Во многом технико-экономические  показатели ДП: производительность, расход кокса зависят от качества загружаемого сырья. Одним из основных показателей эффективности является содержание Fe в железорудной части шихты ДП.

Повышение содержания железа вызывает разносторонние изменения

в агломерационном и доменном процессах, поэтому получение

положительного результата от него не так очевидно. В воздействии  большого

содержания железа в сырье  на работу доменной печи имеются элементы,