» » Оптимальное количество металлизованных материалов в шихте
04.02.2015

Увеличение количества губчатого железа в шихте неоднозначно сказывается на показателях плавки, качестве стали и конструктивном оформлении загрузки металлизованных материалов в печь. Несмотря на разнообразие требований, которым должно удовлетворять оптимальное содержание железа прямого восстановления в шихте, имеются некоторые общие принципы решения этого вопроса.
Применение 20—30 % металлизованных материалов с загрузкой их теми же способами, что и лома (корзиной, лотками), приводит к снижению производительности (до 10 %) и повышению расхода электроэнергии ( на 10—15 %). Дальнейшее увеличение количества губчатого железа в шихте при разовой его загрузке сопровождается значительными осложнениями в ведении процесса расплавления и резким ухудшением показателей. Поэтому такой способ оправдан, когда по соображениям экономики или технологии достаточно применять небольшие количества губчатого железа (до 30 %) и затруднительно организовать непрерывную загрузку.
Ниже приведены показатели выплавки конструкционных легированных сталей на двух заводах, проводившейся в конце 60-х годов фирмой "Фальконбридж" с целью выяснения возможностей использования никельсодержащих окатышей (91,3 % Feобщ; 4,8 % ПП; 1,7 % Ni; 0,005 % Р; 0,019 % S; степень металлизации φ = 96 %):
Оптимальное количество металлизованных материалов в шихте

Разовая завалка и относительно небольшое количество окатышей в шихте (25 %) здесь оправданы, поскольку дооборудование старых цехов с печами небольшой емкости системой непрерывной загрузки - задача сложная и не всегда разрешимая. Приведенные данные свидетельствуют о малом различии показателей плавок на ломе и металлизованных окатышах. Эффект здесь мог достигаться за счет меньшей стоимости никеля в окатышах по сравнению с чистым легирующим и некоторого разбавления примесей. Производство таких окатышей во вращающихся печах было прекращено из-за технических затруднений.
При наличии системы непрерывной загрузки возможности варьирования количества металлизованных материалов в шихте расширяются и оптимальное их содержание определяется эффектом, получаемым от снижения издержек производства (путем повышения производительности, снижения стоимости шихты) и повышения качества стали.
Оптимальное количество металлизованных материалов в шихте

На рис. 76 приведено изменение расхода электроэнергии и производительности печей в зависимости от доли окатышей в шихте для трех (А, Б, В) электросталеплавильных цехов. Производительность выражается кривой с максимумом, причины появления которого объяснены выше. В случае В окатыши характеризовались повышенным содержанием пустой породы (6,7-9,1 %) и пониженной металлизацией (89-92 %), что обусловило смещение максимума производительности влево по сравнению с цехами А и Б, где применялись окатыши высокого качества (3.5-5,0 % ПП; φ = 92/94 %). Расход электроэнергии увеличивается — угловые коэффициенты составляют примерно 46, 35 и 90 МДж/т на каждые 10 % окатышей в шихте для цехов А, Б, В соответственно. В наиболее типичных случаях плавки с металлизованными материалами (Л и Б) при возрастании доли окатышей до 20-30 % прироста расхода электроэнергии не наблюдается или отмечается даже небольшое его снижение. Максимуму производительности отвечают довольно близкие значения расходов электроэнергии: 2020, 2040 и 1920 МДж/т. В последнем случае пониженный расход при повышенных энергетических потребностях на плавление окатышей объясняется использованием до 33 м3/т кислорода с одновременным введением антрацита. Увеличение расхода электроэнергии при максимуме производительности для плавок на ломе в случае А и Б сравнительно невелико: 3-7 %, для цеха В оно возрастает до 17 %, поскольку при плавке на ломе в нем также применяют значительные количества кислорода.
Оптимальным содержанием окатышей в шихте с точки зрения минимума затрат по переделу будет содержание, отвечающее максимуму производительности. Для металлизованных материалов, содержащих до 5 % ПП, с высокой степенью металлизации оптимум, судя по опыту зарубежных цехов, находится в пределах 50-70 %. Это положение основывается на характерном для сложившейся структуры расходов по переделу в электросталеплавильных цехах соотношении стоимости электроэнергии и величины условно постоянных расходов, при котором небольшие расходы на дополнительную электроэнергию перекрываются экономией от повышения производительности. Влияние разницы стоимости губчатого железа и лома - главного параметра, определяющего целесообразность применения металлизованных материалов, здесь не рассматривается, поскольку оно представляет самостоятельную задачу, относящуюся к области экономики производства в целом.
В случае применения металлизованных материалов пониженного качества оптимум их содержания в шихте может находиться по сравнению с указанными выше 50-70 %. Это видно на примере цеха В (см. рис. 76).
Повышение доли окатышей может быть оправдано в случае, когда оно диктуется соображениями получения в электропечах стали с очень низким уровнем примесей цветных металлов, а также стали, сочетающей малое содержание серы и азота. Последнее основывается на поддержании в течение всей плавки сравнительно высокого окислительного потенциала шлаков, при котором недостижима глубокая десульфурация металла. Малое содержание серы и азота в металлизованных окатышах газового восстановления и указанный режим плавки при 100 % окатышей в шихте позволили, например, получить после выпуска в ковше сталь следующего состава, %:
Оптимальное количество металлизованных материалов в шихте

Исходя из сказанного, повышение доли металлизованных материалов против оптимальной с точки зрения стоимости передела целесообразно в отдельных случаях при выплавке сталей специального назначения: углеродистых для производства метизов, ряда конструкционных высокопрочных, трубных и подшипниковых сталей.