ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Стальной лом (скрап): товарный (поступающий со стороны) и собственные (оборотные) отходы. Оборотные отходы образуются по всему технологическому циклу производства продукции и практически полностью используются в сфере своего производства. Ресурсы лома являются определяющим фактором в формировании структуры производства стали по способам выплавки в каждой стране. Средний удельный расход лома Руд связан со структурой сталеплавильного производства следующим соотношением:
Руд = КэЭ + КкК + КмМ ,
где Кэ, Кк, Км – средний удельный расход лома соответственно электросталеплавильных, конвертерных и мартеновских цехах, кг/т; Э, К, М – доля этих способов производства. На заводах Втормета для переработки лома применяют пакетирование, ножничную резку, брикетирование, дробление и переплав стружки.
Для снижения расхода электроэнергии лом предварительно нагревается до 200 – 250 оС. Предварительный подогрев лома улучшает плавление благодаря более устойчивому горению дуг. При этом сокращаются продолжительность плавки, расход электроэнергии и электродов. Использование для подогрева лома теплоты отходящих газов повышает степень использования электроэнергии.
Первые разработки по предварительному подогреву лома включали технологии подогрева лома отходящими газами в загрузочных корзинах, специальных камерах нагрева. Установки нагрева лома вне печи имеют существенные недостатки, поэтому немецкая фирма Fuchs Systemtechnik создала печь с шахтой для внутреннего подогрева лома. Такая печь емкостью 150 т работает на ОАО «Северсталь» (г. Череповец). Лом подогревается в шахте за счет теплоты отходящих газов и с помощью газокислородных горелок мощностью по 4 МВт, встроенных в нижнюю часть шахты.
Конвертерная система подогрева лома реализована в печи системы «Consteel», в которой подогреватель лома имеет длину до 24 м.
Чугун традиционно применяется для повышения содержания углерода в шихте. Поскольку он имеет высокую (по сравнению с ломом) стоимость, его использование в электроплавке значительно уменьшилось. Сейчас его применяют, в основном, для разбавления некачественного лома (понижения содержания вредных примесей в расплаве).
Использование металлизованного сырья в электроплавке имеет следующие преимущества: химический состав точно известен, сырье однородно и в нем отсутствуют нежелательные примеси; растет производительность печи; при плавлении меньше шума; допускается расширение производства при минимальных капитальных затратах.
Суперком (синтеком) - это новый тип металлошихты, его название – комбинация букв от слов «суперкомпозит оксид металла». В качестве основы в этом материале содержится чугун (70-90%) и твердые окислители в виде окатышей, концентрата железной руды, агломерата (10-30%). Суперком имеет вид чушек с равномерно распределенными по их объему минеральными компонентами. Он может использоваться и в качестве самостоятельного вида шихты, и в сочетании с другими (традиционными) материалами для электроплавки. Главное достоинство материала – высокая чистота по примесям цветных металлов, что позволяет выплавлять стали любого сортамента (листовые, высокопрочные конструкционные, рельсовые, котловые и др.). При этом уменьшается выход годного металла на 1т металлозовалки и растет удельный расход электроэнергии из-за необходимости восстановления оксидов железа рудной части суперкома. Наличие суперкома устраняет зависимость производства стали от конъюнктуры рынка, лома.
Карбид железа в качестве шихтового материала может частично и даже полностью заменить чугун и скрап. Отсутствие вредных примесей обеспечивает получение высококачественного металла при экономии электроэнергии и капитальных затрат. Ухудшение качества скрапа и его удорожание позволяет считать карбид железа перспективным материалом для электрометаллургии.
В качестве шлакообразующего материала используются известь, известняк, флюсы (плавиковый шпат, шамотный бой).
Наиболее широко как окислитель применяют газообразный кислород и железную руду (наилучшей рудой для электроплавки является сухой красный железняк криворожского месторождения). Иногда в качестве окислителя используют металлизованные окатыши с пониженной степенью металлизации.
Для получения требуемого содержания углерода добавляют углеродосодержащие вещества: мелкие отходы производства графитированных электродов и изделий, электродный бой, кокс.
Для российской металлургии одной из важнейших проблем является снижение удельных расходов исходных материалов и энергии, т.к. доля энергоресурсов в себестоимости продукции постоянно растет, достигая 25 – 30 %, что почти вдвое превышает это значение в странах ЕЭС.
Удельный расход металлошихты на 1 т стали является главным показателем расхода материалов в сталеплавильном производстве. Анализ эффективности металлургических процессов и оборудования основывается на тепловых балансах. Показатель расхода энергии на единицу производственной продукции – затраты тепловой энергии (энергоемкость). Энергозатраты выражаются в величине тепловой энергии – ГДж/т (МДж/кг), либо в расходе условного топлива при его теплотворной способности, равной 29,4 МДж/кг (кг у.т./т).
Данные, приведенные в табл. 20 и 21, дают характеристику энергоемкости материалов и конечной продукции – стали, а также удельного расхода металлошихты.
Таблица 20
Энергоемкость основных материалов сталеплавильного производства
| Материал | Энергоемкость | |
| МДж/ед. | кг у.т./ед. | |
| Чугун, кг | 23,8 | 0,811 |
| Металлолом, кг | 0,2 | 0,007 |
| Металлизированные окатыши, кг | 17,0 | 0,579 |
| Известь, кг | 5,4 | 0,184 |
| Кислород, м3 | 5,8 | 0,20 |
| Азот, м3 | 2,5 | 0,085 |
| Аргон, м3 | 35,6 | 1,21 |
| Природный газ, м3 | 37,6 | 1,28 |
| Мазут, кг | 41,0 | 1,40 |
| Электроэнергия, кВт.ч | 11,25 | 0,0383 |
| Ферромарганец-75 (ФМн-75) | 55,02 | 1,875 |
| Ферросилиций-45 (ФС-45) | 70,34 | 2,40 |
Наиболее энергоемким материалом является чугун, который определяет величину энергоемкости производимой на его основе стали.
Улучшение экономических и технических показателей работы плавильных агрегатов, улучшение экологических условий связано с внедрением энерго- и ресурсосберегающих технологий.
Таблица 21
Значения энергозатрат на 1 т стали
| Сталеплавильный процесс | Доля лома в шихте, % | Энергозатраты, КВт.ч на 1 т стали | |||||
| Общие*, КВт.ч/ГДж | В том числе, % | ||||||
| чугун | лом | ферросплавы | топливо +электроэнергия | остальное | |||
| Конвертерный | 25…30 | 6060/21,82 | 90,7 | 0,3 | 4,3 | 1,7 | 3,0 |
| Мартеновский: скрап-рудный скрап-процесс | 40…50 | 5190/18,68 4640/16,70 | 75,9 53,7 | 0,5 0,8 | 5,0 5,6 | 15,9 36,8 | 2,7 3,1 |
| Электросталеплавильный: ДСП традиционный ДСП с шахтным подогревом лома | 2610/9,40 3960/14,25 | 55,1 | 2,2 1,1 | 10,0 6,6 | 69,0 30,1 | 18,8 7,4 | |
| Конструкции фирмы «Фукс системтехник» | 1940/6,98 | 3,0 | 13,5 | 66,3 | 17,2 | ||
| Процесс EOF с использованием жидкого чугуна | 4820/17,35 | 78,3 | 0,7 | 5,4 | 9,1 | 6,5 | |
| *Энергозатраты, выраженные в КВт.ч/т переводили в ГДж/т с коэффициентом 1 КВт.ч = 3,6 МДж |