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

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.

Проведено большое количество исследований по выявлению влияния примесных элементов – серы, фосфора, азота и водорода на прочностные характеристики трубных сталей и определены пределы их допустимого содержания, исходя из требований в отношении указанных свойств.

Наиболее радикальными путями повышения ударной вязкости и снижения анизотропии вязких свойств в низколегированных сталях, особенно подвергаемых прокатке по контролируемым режимам является снижение содержания серы и модифицирование сульфидных включений. Для получения удовлетворительных показателей вязкости и пластичности трубной стали содержание серы в ней должно составлять 0,003–0,006% /6,7/. Для сталей эксплуатируемых в условиях севера, а также сталей с повышенным сопротивлением растрескиванию в серосодержащей среде и повышенной стойкостью к водородному растрескиванию, предъявляются требования весьма низкого содержания серы: 0,001% и ниже /8,9/.

В настоящее время трубная сталь, производимая на отечественных предприятиях, содержит 0,006–0,012% серы.

Фосфор также отрицательно влияет на хладостойкость стали. Охрупчивающее влияние фосфора проявляется в ослаблении межкристаллических связей в результате обогащения границ зёрен элементарным фосфором и образованием неметаллических включений фосфидной эвтектики.

Проведённые исследования показали, что для сталей класса прочности К60-К 70 содержание фосфора должно составлять 0,010%, для сталей категорий прочности К 80-К 100 нужно иметь более низкое содержание фосфора /10,11/. Снижения отрицательного влияния фосфора можно достигнуть связыванием его в интерметаллидные соединения.

Избыточное содержание азота в стали приводит к понижению предела текучести и временного сопротивления, к тому же он является основной причиной старения малоуглеродистых сталей. В стали производимой в электропечах содержится 0,008–0,012% азота. Поскольку азот является трудноудалимой примесью, его отрицательное влияние можно нейтрализовать путём введения микродобавок титана или другого нитридообразующего элемента для получения высокопрочных нитридов. При этом достигается в первую очередь повышение вязких свойств сталей. Но для сведения вредного влияния азота к минимуму желательно получать сталь с содержанием этого элемента £ 0,004% /11,12/.

Водород слабо влияет на ударную вязкость и хладноломкость. Из низколегированных сталей он относительно легко удаляется благодаря повышенной диффузии. Однако при повышенном содержании водорода в стали наблюдается так называемое водородное растрескивание. Для предотвращения этого явления (особенно в трубах с большой толщиной стенки) желательно, чтобы содержание водорода в стали не превышало 0,00015%. Стали не обладающие повышенной стойкостью к водородному растрескиванию содержат 0,0003–0,0004% водорода /6,11/.

Большое влияние на качество металла оказывает количество и морфология неметаллических включений (НВ). Отмечается отрицательное влияние НВ на хладостойкость, вязкость разрушения при отрицательной температуре и усталостные свойства. Наиболее неблагоприятными являются сульфиды и оксиды, особенно если они вытянутой формы. Наличие в стали силикатов и алюминатов также снижает вязкость, а такие включения как высокопрочные нитриды на вышеуказанные свойства практически не влияют /13/.

Средний объёмный процент включений в трубных сталях составляет 0,036–0,065%. Примерно 60–70% из них составляют сульфиды, 10% алюминаты, 10–15% сложные оксиды и около 5–7% сульфоалюминаты /7,14/.

Количество крупных включений (диаметром от 40 мкм и более) составляет примерно 3 шт./см2, из них 98% сульфиды и только 2% оксиды /9/.

Основная масса включений, образующихся в жидкой стали имеет размер 1–15 мкм. Часть включений образуется уже в твёрдой стали, их диаметр, как правило, не превышает 1 мкм. Включения размером более 100 мкм являются экзогенными /15/.

Проведённые исследования по влиянию количества и формы сульфидов на величину ударной вязкости для стали 09Г2ФБ показали, что в сочетании с глубокой десульфурацией эффект обработки стали модифицирующими элементами может быть очень высоким. Модифицирование приводит к сфероидизации сульфидных включений. В стали не обработанной модификаторами включения имеют форму строчек протяжённостью 100–300 мкм, а в обработанной стали их диаметр не превышает 10 мкм. Основная доля НВ в стали модифицированной РЗМ имеет размер 3–4 мкм, а в стали обработанной кальцием – 5–6 мкм /7/.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15