|
|
Теория и технология производства стали 1. Учебник для вузов. М. Мир, ООО Издательство act
Рис. 4.4. Передвижной миксер емкостью 600 т конструкции ВНИИметмаша:
1 — двенадцатиосная тележка; 2 — торцовая крышка; 3 — бандаж; 4 — горловина; 5 —кабина привода; 6—
автосцепка
4.4. МЕТАЛЛОЛОМ
Металлолом является одной из главных составляющих металлошихты. Основными источниками металлического лома являются отходы производств. Различают: а) лом, образующийся на металлургических заводах (его названия: собственный лом, оборотный лом); б) лом, образующийся на заводах, потребляющих металлопрокат и другую металлургическую продукцию при изготовлении своей продукции (это стружка, обрезь металла и т. п.); в) амортизационный лом (отслужившие свой срок станки, машины, рельсы, предметы быта из черных металлов и т. п.).
В последние годы заметно изменилось соотношение между этими основными источниками поступления металлолома (табл. 4.1).
Таблица 4.1. Оценочный состав металлолома
Источник поступления металлолома
|
Содержание компонентов лома, %
|
|
традиционный состав
|
последние 10-15 лет
|
Оборотный (собственный) металлолом
|
-50
|
<35
|
Отходы металлообработки
|
20
|
<20
|
Амортизационный металлолом
|
30
|
>45-50
|
Конечно, в табл. 4.1 приведены только оценочные показатели, но они четко отражают определенные тенденции последних 10—15 лет, так как произошла полная замена обычных методов разливки стали непрерывной разливкой. Международный институт железа и стали IISI (International Iron and Steel Institute) рекомендует использовать для оценочных расчетов следующее соотношение:
В= (0,3 - 0,175C/(1 + 0.175С),
где В — количество собственного оборотного лома, т/т стали; С —доля (от 0 до 1) стали, разливаемой на УНРС.
Из уравнения следует: а) если С = О (нет непрерывной разливки), то В= 3, т. е. на 1 т выплавленной стали образуется 0,3 т лома; б) если С= 1 (вся сталь разливается на УНРС), то В = 0,106 т/т стали — уменьшение обрези и других потерь металла при переходе на непрерывную разливку практически в 3 раза является главной причиной резкого снижения доли оборотного металлолома. Кроме того, для последних лет характерны повышение качества стали, совершенствование методов непрерывной разливки и прокатки и способов металлообработки, вследствие чего заметно уменьшилась масса отходов металлообработки (меньше стружки, обрези, брака и т. д.). Соответственно выросла и продолжает расти доля амортизационного лома — самого «неприятного» для металлургов источника лома, если учитывать возможность наличия в нем нежелательных примесей, прежде всего цветных металлов.
Проблема получения стали, чистой от примесей цветных металлов, становится, таким образом, очень серьезной. По данным ЕОУС (Европейского объединения угля и стали), содержание контролируемых примесей цветных металлов ∑(Cu + Sn + Ni + Сг +
+ Mo) в углеродистых марках стали должно быть, % (не более):
Сталь для торговых сортов проката 0,50
Сталь для получения тонкой проволоки 0,25
Сталь для изделий особо глубокой
вытяжки 0,14
Сталь для белой жести для консервных
банок 0,12
В настоящее время даже в качественной шихте обычное содержание этих примесей составляет, %:
Измельченный автомобильный лом 0,51
Мелкая обрезь листового проката 0,13
Передельный чугун 0,06
Железо прямого восстановления 0,02
Использование же случайного, плохо обработанного металлолома часто приводит к тому, что проба, взятая из ванны расплавленного в сталеплавильном агрегате металла, показывает невозможность получения из данной шихты стали нужной марки.
Какие пути решения этой проблемы?
Необходимо:
1) организовать тщательную сортировку и отбор шихты в зависимости от планируемой к выплавке марки стали;
2) максимально использовать оборудование для разделки металлолома: резка на гидравлических ножницах, измельчение на шредцинг-установках1, фрагментация (разделение магнитных и немагнитных фрагментов) и т. п. Так, по данным уральских металлургов, мелкая фракция, отсеиваемая при ножничной порезке лома, содержит до 60 % меди, содержащейся в ломе до переработки;
3) выплавлять отдельные марки стали (с особыми требованиями по чистоте от примесей цветных металлов), используя в качестве шихты только чугун и не применяя металлолом;
4) создавать новые виды металло-шихты, чистой от примесей цветных металлов;
5) использовать в качестве метал-лошихты продукты прямого восстановления железа из железных руд. Все перечисленные приемы сегодня активно используют и зарубежные, и отечественные металлурги. Ясно, что переработка лома связана с определенными затратами, но на 1 т железа они ниже, чем затраты на добычу и обогащение железной руды и получение из нее чугуна. Нужно также учитывать, что чугун содержит
94 % Fe, а металлолом —
99 % Fe. Наиболее ценными являются металлолом и различные отходы из легированной стали. Эти материалы отбирают и хранят отдельно.
По оценкам IISI, в мире ежегодно образуется товарного лома 350— 385 млн. т, в том числе оборотного около 115 и амортизационного 155— 185 млн. т. По оценкам комиссии ООН, цена 1 т лома находится на уровне 100-140 долл. США. На лучшие сорта металлолома (например, отслужившие свой срок рельсы) цена иногда достигает 160 долл. США/т.
1 От англ, shredding — измельчение.
4.5. НОВЫЕ ВИДЫ МЕТАЛЛОШИХТЫ
Во многих странах ведутся работы, связанные с получением новых видов металлошихты. В России разработан и успешно опробован в производстве новый вид металлошихты, названный суперком (от слов: суперкомпозит и оксид металла) или синтиком (от слова синтетика). Новый шихтовой материал получают следующим образом: железорудные концентраты, окатыши и подобные им материалы заливают расплавленным чугуном (используя для этой цели, например, переоборудованные разливочные машины). Соотношение масс чугун: железорудный материал колеблется в пределах от 9 : 1 до 7:3. При соотношении масс чугун : окатыши 8 : 2 состав материала был следующим, %: Fеобп, 87,56; Fe2O3 16,63; С 3,61 и менее; Си 0,05; Рb 0,04; Bi 0,003; As 0,01; Sn 0,003; Sb 0,003, т. е. минимальное содержание цветных металлов и высокое содержание железа. Наличие в материале и оксида железа, и углерода обеспечивает хорошее перемешивание при введении такого материала в сталеплавильную ванну. При использовании синтикома в электросталеплавильных печах быстро формируется пенистый шлак, который закрывает дуги. Имеются и другие достоинства этого материала. Материал такого типа успешно используется на череповецком комбинате «Северсталь» (заводское название — «метал-лошихта») и на некоторых других заводах России и за рубежом.
Синтиком в простейшем случае представляет собой чушку чугуна, содержащую оксиды железа как источник «законсервированного» кислорода. В синтикоме могут также содержаться дополнительные реагенты, как то: углеродсодержащий материал, шлакообразующие оксиды, оксиды марганца, хрома, ванадия и других элементов, а также повышенное количество кремния, марганца и т. д. Этот синтетический материал допускает широкое варьирование состава и свойств, превосходя в этом отношении известные виды металлошихты.
Что же происходит с чушкой синтикома во время ее расплавления в сталеплавильном агрегате? Компоненты чугуна — С, Si, Mn и др. — окисляются кислородом твердого окислителя (оксидов железа), превращая тем самым основу синтикома — чугун в сталь с заранее заданным остаточным содержанием углерода. Оксиды железа синтикома при этом превращаются в чистое железо за счет восстановления их элементами чугуна. Скорость окисления в данном процессе равна скорости восстановления, причем обе эти скорости достигают высоких значений.
Из 1 т чугуна можно получить до 1,4т синтикома. За счет разницы до 0,4т (это масса твердого окислителя) дополнительно образуется кислорода 82—90 кг/т синтикома, расходуемого на окисление примесей чугуна, а также обеспечивается дополнительный выход железа. В зависимости от содержания железа в твердом окислителе и концентрации элементов-восстановителей в чугуне можно получить до 200—210кг Fe/т чугуна. Таким образом, при плавлении синтикома в сталеплавильном агрегате идет процесс восстановления оксидов железа, обеспечивающий получение дополнительного (значительного) количества чистого железа.
Экономическая эффективность синтикома заключается в получении дополнительного количества железа за счет использования восстановительного потенциала примесей чугуна, т. е. удаление примесей из чугуна при плавлении синтикома совмещается с одновременным использованием этих элементов для совершения полезной работы — восстановления оксидов железа, а также со снижением энергоемкости. При этом получают значительное количество дополнительного железа — до 200 кг и более — по цене твердого окислителя, поскольку элементы-восстановители не влияют на себестоимость этого процесса. В то же время с синтико-мом дополнительно вносится кислород в количестве до 82—90 кг (или 58—70 м3) на 1 т синтикома. Такого количества достаточно для окисления примесей чугуна и большей части углерода. Это дает также существенную экономию средств, так как 1 м3 газообразного кислорода может стоить от 4 до 10 центов. И наконец, перевод чугуна в заменитель тяжеловесного лома и металлизованного сырья автоматически обеспечивает повышение его потребительских свойств, а следовательно, и цены до уровня не ниже цены металлизованных окатышей, тем самым синтиком приобретает как
шихтовый материал дополнительные преимущества по рентабельности и конкурентоспособности.
4.6. ПРОДУКТЫ ПРЯМОГО
ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗА
Много лет технологии прямого восстановления железа из руд рассматривались как альтернатива доменному процессу. Учитывалось, что для функционирования доменного производства необходимы: добыча коксующихся углей, коксохимическое производство, обогащение железных руд, агломерационное производство и др. Возможность исключить доменное производство из технологической цепи — заманчивая инженерная задача. Сегодня приходится учитывать также, что железосодержащий материал, получаемый непосредственно из железной руды (из так называемой первородной шихты), практически не содержит примесей цветных металлов.
Это послужило мощным толчком к развитию и внедрению новых технологий; в настоящее время в мире различными методами производят более 40 млн. т/год продуктов прямого восстановления — шихтовых материалов, чистых от примесей цветных металлов. Предполагается, что в ближайшие годы этот показатель возрастет до 60 млн. т/год. Основные варианты используемых при этом технологий сводятся к следующему:
а) восстановление железа из твердых железорудных материалов взаимодействием с твердыми или газообразными восстановителями. Поскольку получаемый продукт представляет собой куски пористого материала, по внешнему виду напоминающего губку, его называют также губчатым железом. Так как процессы металлизации идут в твердом материале, без образования жидкой фазы, их называют процессами твердофазного восстановления (ПТВ). В зарубежной литературе для обозначения получаемого материала используют аббревиатуру DRI или DI1;
б) восстановление железа в кипящем железистом шлаке. Такой процесс называют процессом жидкофаз-ного восстановления (ПЖВ);
в) получение из чистых железных руд карбида железа. Независимо от способа получения все эти материалы содержат очень мало примесей цветных металлов. Стоимость их по мере совершенствования методов производства приближается к стоимости хорошего металлолома. Сегодня в мире различными способами получают десятки миллионов тонн металлошихты непосредственно из железных руд (из «первородной» шихты). В гл. 7 эти способы будут рассмотрены более подробно.
'От англ, direct-iron — железо прямого восстановления.
4.7. ФЕРРОСПЛАВЫ
В число компонентов металлошихты часто включают также металлсодержащие добавки, используемые для раскисления и легирования стали. Эти добавки вводят в металл обычно в виде сплавов с железом (иногда в чистом виде) и называют ферросплавами. Выпускаемые промышленностью ферросплавы подразделяют обычно на большие и малые. К большим ферросплавам относят сплавы, занимающие в общем объеме производства основное положение1 (ферросилиций, ферромарганец, силикомарганец, феррохром, ферросиликохром), к малым — сплавы, используемые в меньших масштабах (ферровольфрам, ферромолибден, феррованадий, феррониобий, ферротитан, сплавы ЩЗМ — силико-кальций, силикобарий и др., сплавы РЗМ с железом, кремнием, алюминием, сплавы с алюминием — ферроалюминий, силикоалюминий и др.).
Каждый ферросплав может иметь разнообразные составы. Например, группа хромистых ферросплавов включает: высоко-, средне- и низкоуглеродистый феррохром, ферросиликохром, металлический феррохром, азотированный феррохром. Группа марганцевых ферросплавов включает: высоко-, средне- и низкоуглеродистый ферромарганец, силикомарганец, металлический марганец, азотированный марганец.
Каждый ферросплав содержит кроме железа ряд компонентов (примесей). Основные (в соответствии с названием ферросплава) компоненты называют ведущими. Содержание ведущих компонентов может колебаться в определенных пределах. Для сравнения (и учета) ферросплавов введено понятие базовой тонны — это 1 т ферросплава (или концентрата) со строго определенным содержанием ведущего элемента (или его соединения).
Например, в ферросилиции марки ФС45 по ГОСТу допускается колебание в содержании кремния от 41 до 47%. За базовую тонну принята 1т сплава, содержащего 45 % Si (Ферросилиций марки ФС45 обычно называют 45%-ный ферросилиций.)
Основными способами получения ферросплавов являются: доменный, электротермический, металлотерми-ческий, электролитический. Используемые ферросплавы получают главным образом электро- или металло-термическими способами. Электролитический метод связан со значительным расходом электроэнергии; его используют для получения особо чистых материалов. Доменный процесс не позволяет получать некоторые ферросплавы (например, ферросилиций) с высоким содержанием ведущего компонента; он требует высоких расходов высококачественного кокса.
1 Годовое производство марганцевых сплавов в мире составляет -7,5 млн. т, феррохрома -4,0 млн. т, ферросилиция -4,0 млн. т. Производство ферроникеля превысило 1 млн т/год.
В качестве сырья для получения ферросплавов используют руды, содержащие то или иное количество оксидов соответствующих элементов. Поскольку исходное сырье для получения ферросплавов обычно содержит значительное количество железа, оно при восстановительных условиях плавки восстанавливается и большинство ферросплавов имеют в составе определенное (часто значительное) количество железа. Железо не является вредной примесью. Кроме того, железо снижает температуру плавления сплава, что облегчает его расплавление, а также повышает степень усвоения ведущего компонента, так как уменьшает активность ведущего компонента в растворе и соответственно его угар.
Стоимость восстановленных элементов в сплавах с железом существенно ниже, чем в чистых металлах, поэтому использование чистых металлов практикуется в исключительных случаях — при производстве сложнолегиро-ванных сплавов. Железо увеличивает плотность сплава, особенно включающего такие легкие элементы, как, например, алюминий. Тем самым облегчаются условия введения сплава в глубь ванны металла и повышается степень усвоения ведущего элемента (например, при замене алюминия ферроалюминием). Кроме полезных элементов ферросплавы содержат и некоторое количество нежелательных элементов. Сведения о составе ферросплавов приведены в главе о раскислении и легировании стали (см. табл. 14.1).
4.8. ОСОБЕННОСТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛОШИХТОЙ В НАЧАЛЕ XXI в.
Ситуация с обеспечением сталеплавильных заводов металлошихтой в период после окончания второй мировой войны менялась несколько раз.
В период 40-60-х годов XX в. преобладающей являлась мартеновская технология. В мартеновском процессе процентное соотношение чугун : металлолом в шихте было близким 55 : 45. Позже с появлением и распространением кислородно-конвертерного процесса соотношение чугун : металлолом составило 75 : 25. Одновременно начался вывод из строя мартеновских печей. В этот период наметился называемый условно «дефицит чугуна».
В конце XX в. примерно в одно и то же время в металлургии стали произошли крупные изменения: а) широкое распространение получила непрерывная разливка, и, как следствие, резко сократилась масса оборотного лома; б) бурное развитие претерпело электросталеплавильное производство (традиционная шихта для электропечей — металлолом); в) заметно возросли требования к качеству стали (в том числе по содержанию примесей цветных металлов). Между тем общая масса заготавливаемого металлолома в мире стала определяться массой амортизационного лома (зачастую загрязненного нежелательными примесями).
В результате возникла ситуация, которую условно можно назвать как «дефицит качественного металлолома». Наступил период активных поисков новых конкурентоспособных способов получения качественной, чистой по нежелательным примесям металло-шихты.
|
|
|
Скачать 7.23 Mb.