Дипломная работа: Реконструкция сталеплавильного производства ОХМК с целью производства трубных марок сталей повышенной прочности

Взвешивание корзин со скрапом производится на платформенных весах грузоподъемностью 125 т.с. Взвешенные корзины с помощью самоходных тележек передаются в печной пролет главного здания к проемам в рабочей площадке и с помощью мостовых кранов грузоподъемностью 180+63/20 тс транспортируются к электропечам для завалки.

Сыпучие материалы из совмещенного склада поступают в загрузочный пролет по двум конвейерам с шириной ленты 1000 мм в расходные бункера емкостью 24 м3 и 18 м3. Окатыши в загрузочный пролет поступают по транспортерной галерее в расходные бункера объемом 24и 35 м3. Дробленые ферросплавы в загрузочный пролет из склада ферросплавов поступают по транспортерной галерее. Ферросплавы и сыпучие материалы, которые необходимо перед вводом в печь нагреть или прокалить, подаются в промежуточные бункера, а затем в мульды. Мульды с ферросплавами напольными мульдозавалочными машинами грузоподъемностью 3,2 тс транспортируются к двухкамерным печам для нагрева. После нагрева или прокаливания этими же машинами ферросплавы передаются к электропечам или АКОС.

Технологические порошки и смеси для использования на установках АКОС и УСДМ подаются в главное здание следующим образом: молотая известь – пневмотранспортом, ферросилиций и силикокальций в смеси с инертными материалами в пневмонагнетателях емкостью 1 м3 – автотранспортом, остальные – в камерных насосах автотранспортом.

Сыпучие материалы и окатыши из расходных бункеров загрузочного пролета при помощи системы взвешивания конвейерами подаются непосредственно в печи через течки закрепленные на порталах электропечей.

Технологические порошки из расходных бункеров подаются на установки приготовления смесей, оснащенные весовыми дозаторами и планетарно-шнековыми смесителями. Каждая смесь готовится непосредственно перед вдуванием и выгружается в пневмо-нагнетатель, при помощи которого транспортируется газом – носителем в ковш. Смеси, содержащие ферросилиций и силикокальций, вдуваются в нейтральной среде.

Управление работой смесительных установок и пневмонагнетателей производится из пульта управления. Ввод сыпучих материалов в электропечь осуществляется системой конвейеров и течек.

Скачивание шлака из электропечей производится в шлаковые ковши емкостью 16 м3 установленные на самоходных шлаковозах под электропечами. Наполненные шлаком ковши транспортируются в шлаковый пролет, где переставляются краном на шлаковозы уравновешенной системы, где шлак сливается и поливается водой.

Охлажденный шлак отгружается экскаваторами на автомашины для отправки из цеха. Шлаковые ковши после слива шлака из них предусматривается опрыскивать известковым молоком на специальной установке. Известковое молоко приготавливается лопастной мешалкой. Известь на установку подается автомобилем. Твердый шлак из разливочных ковшей выгружается в разливочном пролете в шлаковые ковши установленные на стендах. Заполненные твердым шлаком ковши передаются в шлаковый пролет по специальному тупиковому железнодорожному пути. Подготовка разливочных ковшей к последующим плавкам и подогрев ковшей осуществляется в разливочном пролете.

Графитированные электроды со склада ферросплавов подаются в печной пролет автотранспортом в контейнерах. Мостовым краном грузоподъемностью 180+63/20 тс контейнеры с электродами подаются к станкам для свинчивания электродов.

Ремонт сводов электропечей осуществляется вне печей на специально отведенных участках, там же производится изготовление футерованной части сводов, подготовка растворов, выбивка футеровки сводов. С целью облегчения проведения ремонтов стен, на всех электропечах кожухи предусмотрены съемными.

Схема завалки электропечей принята из расчета обеспечения минимальной продолжительности этой операции.

При выпуске очередной плавки из электропечи две корзины со скрапом (завалка + подвалка) должны быть выставлены на рабочую площадку.

Во время заправки печи вторым завалочным краном корзина со скрапом подается к электропечи. После завалки скрапа в печь порожняя корзина ставится на самоходную тележку. На вторую самоходную тележку ставится порожняя корзина после подвалки предыдущей плавки.

Выпуск стали из электропечей производится в сталеразливочные ковши, установленные на самоходных сталевозах, с помощью которых ковши со сталью транспортируются в разливочный пролет.

После внепечной обработки стали разливочный ковш этим же краном подается на поворотный стенд МНЛЗ для разливки стали на литую заготовку. При разливке стали на МНЛЗ ковши со сталью с помощью поворотных стендов передаются в пролет МНЛЗ и устанавливаются над промковшами. Управление шиберными затворами разливочных ковшей принято дистанционное, а управление стопорными механизмами промковшей – ручное.

Подготовка промковшей производится в пролете МНЛЗ, где расположены и установки для наборки и сушки стопоров промковшей.

Доставка огнеупоров в пролеты главного здания предусмотрена в контейнерах автотранспортом из склада огнеупоров.

Принятая схема размещения МНЛЗ позволяет вести разливку стали на машинах при работе двух дуговых электропечей по периодическому режиму разливки одиночных плавок, в режиме разливки «плавка на плавку» двух плавок и в длительном режиме разливки «плавка на плавку».

Литая заготовка, полученная на МНЛЗ, рольгангами транспортируется в термоотделочное отделение. Все заготовки клеймятся в торец. В печи замедленного охлаждения заготовки подаются с помощью толкателей. Заготовки длиной 6 м подаются в один ряд, длиной 3,5 м – в два ряда. Передача заготовок от печей замедленного охлаждения в складской пролет производится рольгангами и с помощью сталкивателей, которые выдают заготовки на приемные стеллажи. Со стеллажей заготовки снимаются кранами с подхватами и укладываются на складские площади для охлаждения.

После остывания до температуры 20–40 от заготовок отбираются темплеты для лабораторных испытаний, а заготовки передаются на абразивные зачистные станки для стопроцентного осветления «змейкой». Осветленные заготовки проходят стопроцентный осмотр и разметку выявленных дефектов. Все заготовки, прошедшие осмотр, передаются самоходными тележками в зачистной пролет, где заготовки, требующие устранения дефектов, зачищаются на абразивных станках.

После зачистки заготовки объединяются с заготовками, не требующими ремонта в общих штабелях, расположенных на складских участках.

По мере надобности заготовки грузятся в железнодорожные вагоны, взвешиваются и передаются в прокатные цехи.

На случай аварийной остановки одной из печей замедленного охлаждения предусмотрена возможность передачи заготовок в складской пролет, минуя печи, для чего запроектированы выводы рольгангов от всех трех МНЛЗ в пролет термоотделения, а также предусмотрены сталкиватели и приемные стеллажи. При этом охлаждение заготовок производится на открытом воздухе в штабелях.

1.1.6 Реконструкция ОАО «НОСТА»

Учитывая эту ситуацию, в ОАО «НОСТА» (ОХМК) проводится комплекс работ по улучшению качества стали, используемой для изготовления труб, так и по организации их производства.

В комплекс этих работ входят:

– разработка новых марок стали класса K60, K70, K80 и выше взамен производимых в настоящее время;

– разработка новых и совершенствование существующей технологии производства стали для труб;

– разработка и освоение на комбинате собственного производства труб большого диаметра для магистральных газонефтепроводов.

Разрабатываемая технология изготовления сварных горячедеформируемых труб, принципиально отличающаяся от всех существующих, позволяет обеспечить однородность свойств металла по всему периметру и толщине стенки, ликвидировать механическую и структурную неоднородность сварного соединения, свести к минимуму значения остаточных напряжений, изготавливать трубы с геометрическими параметрами, удовлетворяющими все требования потребителя.

Исходя из требований потребителей труб и государственных органов, при внедрении нового производства горячедеформируемых труб, будут введены в стандарты и технические условия новые дополнительные нормативные требования:

– определение стабильности механических свойств сварного шва по длине трубы;

– гарантия соотношения предела текучести к временному сопротивлению

DT/DB < 0,8;

– гарантированный срок эксплуатации труб не менее 20 лет, за счёт покрытий и качества металла;

– проведение обязательной сертификации труб на безопасность;

– гарантированный коэффициент запаса прочности не менее 2,6 и ряда других требований.

Предполагаемая область использования сварных горячедеформированных труб имеет довольно широкий спектр:

– обсадные;

– бурильные;

– насосно-компрессорные;

– трубопроводы различного назначения;

– заготовки для цилиндров нагруженных насосов, пневмоцилиндров.

Согласно новой технологии определили сортамент труб со следующими параметрами:

– диаметр, мм 60…168

– толщина стенки, мм 3,5…14

Реализацию проекта предусмотрено провести на основе ресурсосберегающей технологии в действующем цехе с широкополосным универсальным станом «800».

В результате резкого снижения затрат на производство и обеспечение конкурентоспособности на внутреннем и внешнем рынках целесообразно и технически возможно использование продукции стана «800» в собственном глубоком переделе при производстве сварных труб малого и среднего диаметров.

Принятые организационная и технологическая схемы, позволяющие реализовать проект, предусматривают проведение работ в три основных этапа:

1. Создание оборудования непрерывной линии по освоению производства гладких сварных горячедеформированных труб;

2. Создание дополнительного оборудования поточных линий отделки с освоением производства высокопрочных труб нефтяного сортамента с нарезными высаженными концами, производства муфт, ниппелей, колец и т.п.;

3. Создание оборудования поточных линий для производства прецизионных холоднодеформируемых труб, а также отводов, тройников.

Таким образом, освоение новой технологии производства труб на

ОАО «НОСТА» (ОХМК) предусматривает:

– решение проблемы изготовления труб с высокими потребительскими свойствами;

– сокращение закупок труб по импорту;

– расширение поставок труб на экспорт;

– улучшение внутрихозяйственной деятельности предприятия и создания условий по организации дополнительных рабочих мест.

В технологической линии стана «2800» смонтирована новая установка ультразвукового контроля немецкой фирмы «Нукем».

Установка будет обеспечивать контроль по всей площади листа с выдачей информации о наличии и расположении выявленных дефектов на экран дисплея. Листы с дефектами, превышающими установленные нормы, будут обрабатываться и переводится в другие категории качества.

В соответствии с современными требованиями к прокатной продукции ультразвуковой контроль является обязательным при аттестации и сертификации листовой стали и служит одним из основных элементов технологии её производства. Поэтому новая установка позволяет выпускать продукцию, отвечающую требованиям мировых стандартов качества.

24. 02. 97 года подписан контракт между ОАО «НОСТА» (ОХМК) и немецкой фирмой «Маннесманн Демаг Хюттентехник» на поставку российским металлургам оборудования комплекса по производству штрипсов для труб в «северном» исполнении на сумму 216 млн. немецких марок. Инвестиционный проект указанного комплекса предусматривает сооружение в электросталеплавильном цехе современной высокотехнологической установки «ковш-печь» производительностью 850 тыс. тонн жидкой стали в год, обеспечивающей выпуск стали с содержанием серы не более 0,005% и слябовой МНЛЗ производительностью 800 тыс. тонн слябов в год, а также модернизацию оборудования стана «2800», которая обеспечит производство штрипсов для труб большого диаметра в «северном» исполнении.

Реализация проекта позволит начать выпуск в России труб большого диаметра для магистральных газонефтепроводов высокого давления в «северном» исполнении, которые в настоящее время приобретаются по импорту.

В электросталеплавильном цехе введена в эксплуатацию установка «ковш-печь» №1 производительностью 450 тыс. тонн стали в год, Оборудование установки изготовлено в АО «Сибэлектротерм».

В комплексе с установкой «ковш-печь» будут внедрены новая технология футеровки сталеразливочных ковшей и современные огнеупорные материалы для её изготовления, которые будут поставлены по контракту с австрийской фирмой «Файнч-Радекс». Реализация этого проекта обеспечит повышение стойкости футеровки сталеразливочных ковшей с 20 плавок до 100 плавок при эксплуатации ковшей без установки «ковш-печь» и с 20 плавок до 40 плавок при эксплуатации ковшей на установке «ковш-печь».

Проведение реконструкции и технического перевооружения сталеплавильного производства имеет целью снижение общих производственных издержек производства стали, что окажет позитивное влияние на экономические показатели комбината, а также создаст предпосылки для производства импортозаменяющей продукции.

Для достижения указанных целей в начале нового тысячелетия предусмотрены следующие мероприятия:

– реконструкция существующих электросталеплавильных печей с увеличением их ёмкости до 130 т. и доведением годовой производительности до 1,5 млн. т.;

– реконструкция блюмовой МНЛЗ №1 для повышения производительности и улучшения качества металла;

– сооружения нового отделения непрерывной разливки стали и агрегата «ковш-печь» в мартеновском цехе;

– сооружение к 2003 г. одной двухванной электросталеплавильной печи годовой производительностью 1,5 млн. т. взамен двухванных и мартеновских печей.

В ближайшем будущем в связи с необходимостью обновления существующих и строительством новых магистральных газонефтепроводов ожидается оживление российского рынка труб большого диаметра. Комбинат намерен занять свою нишу на рынке труб большого диаметра, для чего предусматривается производство двухшовных прямошовных электросварных труб в «северном» исполнении с наружной изоляцией, предназначенных для строительства наземных, подземных и подводных газонефтепроводов всех категорий надёжности, рассчитанных на давление 5,4 – 7,4 МПа.

Сооружение нового трубоэлектросварочного цеха производственной мощностью

500 тыс. т. труб в год создаст условия для выпуска высокорентабельной продукции, которая может быть полностью реализована на рынке России по конкурентоспособным ценам /2/.

1.2 Комплексное рафинирование металла с целью получения ультранизкого содержания вредных примесей и существенного повышения эксплуатационных характеристик готового металла

1.2.1 Рафинирование металла от азота

Известно, что наличие азота в металле вызывает понижение пластичности при деформации, повышение твёрдости, пределов текучести и прочности, связанных с деформационным старением и охрупчиванием.

Поведение азота при выплавке стали с использованием металлического лома в шихте изучали многие исследователи, которыми установлено, что после проплавления шихты и проведения окислительного периода концентрация азота зависит от химсостава стали, конкретных условий ведения плавки и от количества окисленного углерода.

При выпуске расплава из печи и его продувке происходит значительное повышение концентрации азота на 0,002 – 0,004%. Это связано с взаимодействием расплава с атмосферой и увеличением интенсивности поступления азота из шлака в металл. Следует отметить, что при более низких температурах выпуска расплава из печи (<1640 °С), средний прирост содержания азота 0,001 – 0,002% был существенно ниже, чем при температурах выше 1640 °С 0,002 – 0,0035% /3/.

В процессе разливки опытных плавок на УНРС концентрация азота возрастала на 0,002 – 0,004%. Таким образом на последующих стадиях процесса, начиная с выпуска в ковш и заканчивая разливкой металла, происходит значительное увеличение содержания азота в сталях.

Продувка стали аргоном – один из самых распространённых способов внепечного рафинирования. Одной из задач продувки является снижение содержания газов в металле – кислорода и азота.

При дегазации раскисленной стали удаление азота при всех способах нестабильно и незначительно, при продувке стали на воздухе или в вакууме содержание азота изменяется на 8 – 13% /3/. Дегазация нераскисленных сталей практически не сопровождается удалением азота до момента ввода раскислителей, после чего начинается период деазотации, что объясняется образованием нитридов титана и алюминия и их удалением пузырьками аргона. Однако удаление азота в процессе продувки расплава аргоном неэффективно даже при использовании большого (более 2 м3/т) расхода аргона.

Более целесообразно, по данным многочисленных исследований, обработка стали в вакууме, так как основным назначением процесса внепечного вакуумирования является дегазация металла – снижение содержания азота и водорода.

При вакуумной обработке стабильно достигается низкая концентрация водорода, отвечающая близкому парциальному давлению водорода в газовой фазе. Снижение азота при его исходном содержании 0,003 – 0,006% незначительно и составляет в среднем 4%, а при более высоком содержании 0,015 – 0,028% составляет 15 – 29%. Таким образом, снижение азота зависит от его исходного содержания, а конечная концентрация не достигает расчётных значений, отвечающих закону Сивертса.

Обобщающий анализ данных показал, что снижение концентрации азота достигает лишь 10 – 20% при вакуумировании частично или полностью раскисленного металла. Более высокое (до 40%) снижение концентрации азота наблюдали только при вакуумной обработке нераскисленного металла /3/. Исследователи объясняют это удалением азота с оксидом углерода, образующегося при взаимодействии углерода и кислорода. В тоже время удаление азота из нераскисленного металла должно тормозиться наличием растворённого кислорода. Кислород, являясь поверхностно-активным элементом, защищает металл от насыщения азотом. Поэтому более позднее раскисление расплава алюминием способствует получению в металле низкой концентрации азота, что необходимо учитывать при выборе оптимального режима раскисления для снижения азотации металла в процессе внепечной обработки. В этой связи необходимо рассматривать процесс удаления азота из нераскисленного металла с пузырьками СО, а после раскисления с поверхности взаимодействия металл – газовая фаза.

1.2.2 Использование порошковой проволоки

Современное сталеплавильное производство должно располагать техническими средствами для осуществления вторичной (внепечной) обработки жидкого металла с целью его рафинирования от вредных примесей и придания расплаву необходимых свойств, обеспечивающих требуемый высокий уровень показателей качества металлопроката, труб и метизов. Из многообразия существующих технологических процессов ковшевой металлургии (вакуумирование, рафинирование газами, шлаками и др.) достаточно эффективным является процесс внепечной обработки стали и чугуна оболочковой порошковой проволокой (ПП), не требующий сложного оборудования, дополнительных производственных площадей и значительных капиталовложений.

В настоящее время АО «ЧМЗ», ОАО «ЧСПЗ», АО «Тенакс» (г. Ногинск) выпускают по разработанным техническим условиям проволоку со следующими наполнителями: силикокальций, алюмокальций, магний, магний с кальцием, кальций, графит, титан, серный колчедан и др. Помимо известных, ЦНИИЧерметом созданы новые виды наполнителей порошковой проволоки из оксидов ниобия или ванадия с восстановителями, позволяющие осуществить прямое микролегирование стали ниобием или ванадием в процессе внепечной обработки. Частичная замена ферросплавов на оксидно-восстановительные смеси наполнителей ПП обеспечивает снижение энергетических и материальных затрат в производстве.

Наибольшее распространение получила обработка стали ПП с кальций содержащими наполнителями для модифицирования, десульфурации и улучшения разливаемости стали, повышения её механических свойств и обрабатываемости на станках.

Эффективность использования кальция при обработке металла для десульфурации кальцийсодержащей ПП выше, чем при продувке порошком SiCa в 1,5 – 2,0 раза./4/. Меньший расход кальция при использовании порошковой проволоки позволяет получить большую степень десульфурации, чем при продувке порошком силикокальция.

Комбинированная технология обработки металла порошком силикокальция и CaAl ПП заметно повышает степень десульфурации рекомендована для получения (при необходимости) стали с пониженным содержанием серы (менее 0,006%) /4/.

Проведённые исследования показали, что обработка расплава кальцийсодержащей порошковой проволокой преобразует неметаллические включения в глобулярные алюминаты кальция, в том числе с сульфидной оболочкой, и снижает общий уровень загрязнённости металла неметаллическими включениями.

1.2.3 Рафинирование металла порошкообразными материалами

Процессы удаления фосфора и серы из стали протекают на границе раздела металл – шлак. Одним из эффективных способов, обеспечивающих высокую поверхность взаимодействия металл – шлак, является вдувание в жидкий металл порошкообразных материалов.

Взаимодействие металла со шлаковой фазой при вдувании легкоплавких шлаковых смесей включает следующие стадии:

1) проникновение газопорошковой струи в металл, во время которого происходит расплавление порошковой смеси и формирование первичных шлаковых капель;

2) всплывание шлаковых капель из металла на его поверхность;

3) эмульгирование формирующегося и предварительно сформированного шлака вдуваемой газопорошковой струёй с образованием вторичных шлаковых капель;

4) взаимодействие металла со шлаковым слоем на его поверхности.

Указанные стадии протекают параллельно.

Расчётные и экспериментальные данные показали, что при вдувании легкоплавких шлаковых смесей процессы удаления фосфора и серы протекают преимущественно на поверхности контакта эмульгированных в металле первичных и вторичных шлаковых капель /5/.

Снижение вязкости шлака и увеличение и его поверхностного натяжения приводит к уменьшению размера эмульгированных шлаковых капель, время пребывания которых в металле при этом возрастает из-за более медленного всплывания. Это ведёт к повышению времени контакта t0 и степени завершённости диффузии примеси в шлаковых каплях, что увеличивает массу поглощаемой шлаком примеси и снижает её конечное содержание в металле.

Следовательно, повышение эффективности процессов дефосфорации и десульфурации стали, связано, прежде всего, с выбором шлаковых смесей, формирующих хорошо эмульгируемые шлаки с низкой вязкостью и высоким поверхностным натяжением, при вдувании которых в жидком металле образуются шлаковые капли малого размера. Это повышает степень завершённости диффузии примеси в шлаковых каплях и, следовательно, увеличивает полноту использования рафинирующей способности шлака, что приводит к достижению высокой скорости и полноты процессов дефосфорации или десульфурации.

1.2.4 Анализ металловедческих данных о влиянии уровня содержания вредных примесей на служебные свойства стали

Переход к рыночным отношениям, неплатежеспособность потребителя, падение спроса на металлургическую продукцию в стране и усиление конкуренции ставят перед металлургами задачу по повышению качества стали, удовлетворяющего требованиям потребителей внутри Росси и зарубежных заказчиков.

Предъявляемые к трубам большого диаметра для транспортировки нефти и газа требования неуклонно возрастают в связи с увеличением транспортируемых объёмов при одновременном обеспечении высокого уровня безопасности. Эксплуатационная надёжность трубопроводов оценивается в первую очередь, исходя из расчётов их прочностных характеристик, к которым относятся: предел текучести, предел прочности, относительное удлинение при рабочих температурах и давлениях, достаточная вязкость и стойкость к хрупкому разрушению, а также свариваемость в полевых условиях.

В настоящее время для производства газопроводных труб диаметром (1020–1420) мм. используется ряд низколегированных сталей (10ГСБ, 09Г2С, 17Г1С, 10Г2СБ) класса прочности К 70 (согласно международному стандарту).

Анализ показывает, что указанные свойства стали определяются прежде всего химическим составом и степенью чистоты, которые должны быть отрегулированы в ходе ведения сталеплавильных процессов, а также достижения микроструктуры, зависящей от технологии прокатки и термообработки.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11