Материал: Теория и расчеты металлургических систем и процессов

8.5.Исследование технологического процесса обезуглероживания стали в 100-т дуговой печи.

П РЕ Д И С Л О В И Е

Современное мировое производство чугуна находится на уровне 520...540 млн.т в год. Увеличиваются мощности установок прямо­ го получения железа. Появились альтернативные чугуну новые вы­ сококачественные шихтовые материалы для сталеплавильного производства: металлизованные окатыши, брикеты, карбид железа.

Современное производство стали достигло уровня 800 млн. т в год и продолжает расти в основном за счет развития электростале­ плавильного производства. В конвертерном производстве стали комбинированная продувка жидкого чугуна составляет основу всех вариантов технологических процессов. Продолжаются разработки новых и совершенствование существующих вариантов комбини­ рованных процессов. В связи с повышением требований к качеству металла расширяется производство «чистой» стали с ультранизкими концентрациями углерода, серы, фосфора, газов и неметалличе­ ских включений, что приводит к необходимости внепечной обра­ ботки жидкого металла на установках ковш-печь и в камерах цир­ куляционного вакуумирования.

В связи с большими объемами производства чугуна и стали становится актуальной проблема значительного снижения энерго­ емкости, которая в настоящее время составляет 10... 15 % потреб­ ления энергии промышленным сектором.

Черная металлургия на рубеже XXI столетия характеризуется совершенствованием существующих и появлением новых техноло­ гических схем производства, новых агрегатов и технологий вы­ плавки и рафинирования металла. Внедрение одностадийной тех­ нологической схемы производства, появление мини-заводов с ду-

новками внепечного рафинирования и других способов производ­ ства металла ставит перед специалистами задачи теоретического прогнозирования технологических процессов, разработок новых технологий. Совершенствование и оптимизация существующих технологических процессов остаются актуальными задачами заво­ дских инженеров-иссяедователей и технологов.

Решать подобные задачи могут специалисты, хорошо владею­ щие теорией металлургических систем и процессов, умеющие мо­ делировать и производить расчеты металлургических процессов с использованием персонального компьютера.

Авторы надеются, что изучение теории, анализ и самостоятель­ ное решение предложенных в учебном пособии задач поможет глубже понять физико-химические аспекты современных метал­ лургических процессов.

Авторы выражают глубокую благодарность ректору МГВМИ, заведующему кафедрой теории металлургического производства, профессору, доктору технических наук Г.Н. Еланскому за внима­ тельное рассмотрение рукописи, ценные советы и замечания.

Падерин Сергей Никитович, доктор технических наук, профессор Московского государственного института стали и сплавов (технологического университета). С.Н.Падерин яв­ ляется крупным специалистом в области теории металлур­ гических процессов, теории и технологии выплавки стали и сплавов в электропечах и внепечной обработки стали.

Филиппов Вадим Владимирович, кандидат технических наук. Генеральный директор республиканского унитарного предприятия «Белорусский металлургический завод». В.В.Филиппов является крупным специалистом в области ресурсосберегающих теплотехнологических процессов при производстве стали.

Г л а в а 1. С О С ТО Я Н И Е И БЛ И Ж А Й Ш И Е П Е Р ­

СП ЕК ТИ В Ы РАЗВИТИЯ М И РО ВО Й

ЧЁ РН О Й М ЕТА Л Л У РГИ И 1

Время, когда каждая страна стремилась иметь свою черную метал­ лургию, так как этим определялась экономическая мощь государ­ ства, миновало. Объем производства стали больше не рассматрива­ ется как основной, а иногда и единственный критерий индустриа­ лизации страны. Больший объем выплавки стали характеризует в настоящее время страны, начинающие индустриализацию, а высо­ кое потребление стали указывает на развитие металлопотребляю­ щих отраслей, ориентирующихся на экспорт, таких, как судострое­ ние и тяжелое машиностроение.

Железо (сталь) продолжает сохранять ведущее положение сре­ ди всех других конструкционных материалов. Об этом свидетель­ ствует тот факт, что во всем мире ежегодно уплачивается более 200 млрд. долл, за металлопродукцию из стали, 50 млрд. долл, за цвет­ ные металлы и 100 млрд. долл, за пластмассы и резину.

Оценка специалистами возможностей замены стали как конст­ рукционного материала другими материалами, например сплавами алюминия, титана, керамикой, композитами, выявила, что с учетом экономики и экологии любые возможные заменители стали значи­ тельно уступают ей и вероятность сколько-нибудь серьезной кон­ куренции возможных заменителей, по крайней мере, в первой по­ ловине XXI века весьма мала.

Основным фактором, определяющим развитие черной метал­ лургии, как и любой другой отрасли, является рынок. Открытое государственное субсидирование многосторонним соглашением западных стран по стали ограничено. Существующее соглашение разрешает предоставление крупных государственных субсидий только на разработку проектов охраны окружающей среды, прове­ дение исследований и на развитие и социальную поддержку закры­ ваемых предприятий. Хотя посредничество государства может проявляться и в том, что правительства многих стран вводят анти­

1 Глава написана зав. отделом научной информации по металлургии ВИНИТИ, канд. техн. наук Г.А.Лопуховым

демпинговые процедуры против импортируемой металлопродук­ ции. Так, Департамент торговли США принял за последние не­ сколько лет множество постановлений, ограничивающих импорт стали из нескольких стран и в первую очередь из России и Украи­ ны, считая, что импорт, особенно горячекатаной рулонной стали, создает «критические обстоятельства» на внутреннем рынке. При­ меру США следуют Бразилия, Турция, страны Европейского Сою­ за, Индия и другие.

Потребитель металла определяет, сколько и какого качества стали необходимо производить, что и определяет развитие техно­ логий. Требование повышения свойств стали и изменение цен на энергоносители заставило металлургов создавать новые металлур­ гические агрегаты и разрабатывать технологии рафинирования. Требования «зеленых» и новые нормы по охране окружающей сре­ ды заставляют проводить реструктуризацию отрасли и, например, приостанавливать коксовое и доменное производства.

Крупнейшие фирмы активно ищут выход из кризиса путем кооперации, организационной перестройки, расширения неметал­ лургических направлений деятельности (автомобилестроение, про­ мышленное и гражданское строительство и т. д.) и сокращения, и даже ликвидации в связи с низкой экономической эффективностью металлургического сектора.

Стратегия технической политики как японских, так и западно­ европейских и североамериканских фирм базируется на сохране­ нии металлургических предприятий в качестве основы становления и дальнейшего их существования.

Одним из факторов успеха в новом тысячелетии является инве­ стирование в образование, подготовку кадров и научноисследовательские работы, направленные на разработку техноло­ гий и создание оборудования, рассчитанных на следующие десяти­ летия. Опережает всех в этом направлении Япония, где на каждого исследователя-металлурга приходится более 45 млн. иен/год, что намного больше, чем на исследования в области промышленного производства в среднем (около 25 млн. иен/год).

Металлургические фирмы США, имеющие заводы с полным циклом, расходуют на научные исследования и проектно­ конструкторские разработки новых технологий около 0,5 % от