/ 15 3 (71), 2013 УДК 669.21 Поступила 10.06.2013 О. м. ГруДницкий, А. В. ФеклистОВ, А. В. Демин, А. и. рОжкОВ, В. В. никОлАеВ, ОАО «БмЗ – управляющая компания холдинга «Бмк» РАЗРАБОТКА И ОСВОЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТАЛЛИЗОВАННЫХ ОКАТЫШЕЙ С ПОВЫШЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ ФОСФОРА В УСЛОВИЯХ ОАО «БМЗ» – УПРАВЛЯЮЩАЯ КОМПАНИЯ ХОЛДИНГА «БМК» Показано, что экономически целесообразно использование металлизованных окатышей с повышенным содержани- ем фосфора в условиях ОАО «БмЗ», произведенных в Боливарианской республике Венесуэла. It is shown that it is economically reasonable to use metallized pellets with a high content of phosphorus in the environment of “BMP”, produced in the Bolivarian Republic of Venezuela. В конце 20-го века получила распространение бескоксовая металлургия. С помощью углеводо- родного топлива из железной руды получают но- вые виды полуфабрикатов: горячебрикетирован- ное железо (ГБЖ) и восстановленные (металлизи- рованные) окатыши, которые можно использовать вместо металлолома в электрометаллургии. Сей- час эта технология бурно развивается. Основными производителями металлизован- ных окатышей и ГБЖ являются страны, имеющие богатые запасы углеводородов: Венесуэла, Россия, страны Персидского залива. Пущенный в 1984 г. Белорусский металлургический завод был постро- ен для переработки металлолома, образующегося в БССР и соседних с ней областях России и При- балтики. Для изготовления высококачественного металлокорда стали применять металлизованные окатыши производства Оскольского электрометал- лургического комбината. Оскольский электроме- таллургический комбинат, являясь монополистом по производству окатышей в нашем регионе, удер- живает высокие цены на свою продукцию. Горяче- брикетированное железо ОАО «БМЗ – управляющая компания холдинга «БМК» также получает из одного источника – ОАО «Лебединский ГОК». Освоение собственных, белорусских месторожде- ний железорудного сырья экономически нецелесо- образно, так как, помимо глубокого залегания и низкого содержания железа в руде, цена на при- родный газ будет всегда намного выше, чем в Рос- сии, Венесуэле и странах Персидского залива. В связи с этим для ОАО «БМЗ – управляющая ком- пания холдинга «БМК» остро стоит задача поиска альтернативных производителей/поставщиков ме- таллизованных окатышей и ГБЖ. В октябре 2010 г. на ОАО «БМЗ – управляю- щая компания холдинга «БМК» была доставлена опытная партия ГБЖ из Венесуэлы, имеющего вы- сокое содержание фосфора. Опытные плавки по- казали техническую возможность его использова- ния на заводе для производства всего сортамента металлопродукции, но с ограничением – не более 20 т на плавку. В апреле 2012 г. на ОАО «БМЗ – управляющая компания холдинга «БМК» поступила опытная партия металлизованных окатышей, произведен- ных компанией «SIDOR C. A.» в Боливарианской Республике Венесуэла, содержание фосфора в ко- торых в 5,3 раза превысило содержание фосфора в окатышах производства ОАО «Оскольский элек- трометаллургический комбинат». Требования к химическому составу материала по контракту, данные сертификата качества и вход- ного контроля приведены в табл. 1. Для сравнения также представлены средние значения данных входного контроля по 26 пробам металлизованных окатышей производства ОАО «Оскольский элек- трометаллургический комбинат». Необходимо отметить следующее. Материал поступал железнодорожным транспортом в откры- 16 / 3 (71), 2013 тых полувагонах. Выгрузка окатышей из полуваго- нов производилась на площадки у повышенных железнодорожных путей. На указанных площадках ковшевыми автопогрузчиками окатыши перегру- жали в грузовой автомобильный транспорт (само- свалы «БелАЗ»), который осуществлял их транс- портировку до участка подготовки, переработки, подачи сырья и материалов ЭСПЦ-2. На УППСиМ осуществляли выгрузку окатышей из грузового транспорта в систему приема и транспортирования металлизованных окатышей, с помощью которой они подавались в силоса для хранения. При прове- дении таких операций происходило загрязнение окатышей остатками других материалов и мусо- ром. Из-за просыпей часть окатышей была потеряна. Недоработки в логистике привели к описанным выше дополнительным транспортным операциям, повлекшим за собой излишние материальные за- траты. Это связано с отсутствием возможности вы- грузки материалов из открытых полувагонов в си- стему приема и транспортирования металлизован- ных окатышей на УППСиМ (аналогичный материал (оскольские окатыши) поступает в вагонах-«ока- тышевозах», которые выгружаются непосредствен- но в систему приема и транспортирования метал- лизованных окатышей на УППСиМ). В апреле – июне 2012 г. было отмечено повы- шение частоты замены контейнеров для сбора пыли при аспирации во время подачи металлизо- ванных окатышей в силоса хранения и при подаче окатышей в бункер ДСП-3. Потери материала при транспортировке внут- ри предприятия, выгрузке и аспирации составили 575,009 т или 5,28 %, что превышает нормативы потерь (3,70 %) для металлизованных окатышей. Испытания опытной партии металлизованных окатышей фактически разделились на два этапа. На первом этапе определяли возможность и спо- соб использования опытного материала. Испытания опытной партии металлизованных окатышей, произведенных в Боливарианской Ре- спублике Венесуэла, начались на основном мароч- ном сортаменте. Первоначально подача окатышей в ДСП-3 осуществлялась из высотного бункера, после расплавления металлошихты завалки (под- валки) – по существующей технологии выплавки кордовой стали. Это привело к значительному рос- ту содержания фосфора. Таким образом, было определено, что при су- ществующей на ОАО «БМЗ – управляющая компа- ния холдинга «БМК» стандартной технологии вы- плавки стали кордового назначения отсутствует возможность удаления (в необходимых количе- ствах) из расплава фосфора, поступающего в него из присаживаемого опытного материала в окисли- тельный период. Здесь необходимо сделать поясняющее отсту- пление. В период плавления металлошихты в ДСП происходит окисление ее составляющих, формиру- ется шлак, происходит частичное удаление в шлак фосфора и серы. Окислительный период начинает- ся с того, что из печи сливают 65 – 75 % шлака, образовавшегося в период плавления. Слив шлака производят для того, чтобы удалить из печи пере- шедший в шлак фосфор. Удалив шлак, в печь при- саживают новую порцию шлакообразующих мате- риалов. В течение окислительного периода идет дефос- форация металла по реакции: 2[Р] + 5(FeO) + 3(CaO) = (3CaO·P2O5)+ 5Fe. Для успешного протекания ре- акции необходимы высокие основность шлака и концентрация оксидов железа в нем, а также сравнительно низкая температура. Полнота дефос- форации повышается в результате перемешивания шлака и металла при кипении и вследствие непре- рывного обновления шлака (слив шлака и перио- дические добавки новых порций шлакообразую- щих). Коэффициент распределения фосфора между шлаком и металлом (P2O5)/[P] изменяется в преде- лах 50–100, обычно возрастая при росте основно- сти и окисленности шлака. В практике сталеплавильного производства ОАО «БМЗ» основная доля удаляемого фосфора уходит из расплава со скачиваемым шлаком после периода плавления. Далее происходит быстрый на- бор температуры расплавом, что не удовлетворяет условиям дефосфорации. Также ввиду высокого содержания в шлаке оксидов кремния (уже окис- Т а б л и ц а 1. Химический и фракционный составы металлизованных окатышей Металлизованные окатыши Химический состав, % Фракционный состав, % Feобщ Feмет степень металлизации С P S < 6,35 мм > 6,35 мм Требования контракта ≥ 88 − ≥ 90 ≥ 1,5 ≤ 0,16 ≤ 0,0034 ≤ 5,0 ≥ 95,0 Сертификат качества 90,37 − 91,39 2,18 0,10 0,0009 1,58 98,42 Средние значения входного контроля 88,6 84,7 95,6 2,2 0,058 0,003 4,7 95,3 ОАО «ОЭМК» данные входного контроля 90,8 86,7 95,5 1,9 0,011* 0,004 < 3 мм 0,7 / 17 3 (71), 2013 ленного и продолжающего окисляться в ходе всего периода) не выполняется первое условие. С целью улучшения условий для протекания процесса дефосфорации было принято решение о присадке окатышей в процессе расплавления за- валки (основная часть) и подвалки (оставшаяся часть). Отдача окатышей на жидкую ванну была сведена к минимуму. До выпуска расплава из ДСП-3 производилось скачивание максимального количе- ства шлака. Все это позволило минимизировать прирост содержания фосфора к моменту выпуска стали из печи. При попадании печного шлака в стальковш его скачивание производилось в обя- зательном порядке. После отработки данной тех- нологии было принято решение об испытаниях опытного материала при производстве сталей кор- дового назначения. Испытания продолжились на двух плавках ста- ли марки 70Б, на которые было отдано по 20 т опытных окатышей, и после получения положи- тельного результата по содержанию фосфора было принято решение о продолжении испытаний при производстве стали марки 70 К. В ходе испытаний расход окатышей постепенно увеличивали с 20 до 30 т на плавку, при этом содержание фосфора в ме- талле по 82-й пробе не превышало 0,010 %, что удовлетворяло требованиям. По результатам этих испытаний было принято решение об использова- нии опытных окатышей при производстве всех ма- рок стали кордового назначения. В ходе первого этапа испытаний окатыши, про- изведенные в Боливарианской Республике Венесу- эле, были использованы на 209 плавках стали кор- дового назначения. Их расход находился в преде- лах 11−53 т на плавку и в среднем составил 29 т на плавку. Для сравнительной оценки была использо- вана выборка из 526 плавок стали кордового назна- чения, которые выплавлялись (в ходе тех же либо соседствующих кордовых кампаний) согласно дей- ствующей технологии с использованием металли- зованных окатышей производства ОАО «ОЭМК». С целью подбора оптимальных условий использо- вания опытные и сравнительные плавки группиро- вали по количеству использованных при выплавке стали окатышей. Данные опытных и сравнитель- ных плавок (средние значения) приведены на рис. 1, 2, а также в табл. 2. Из рисунков следует, что при использовании металлизованных окатышей производства ОАО «ОЭМК» содержание фосфора в металле кордово- го назначения перед выпуском расплава из ДСП не изменяется при изменении количества их присад- ки в ДСП. Тем не менее, наблюдается прирост со- держания фосфора по ходу дальнейшей обработки металла, который обусловлен восстановлением фосфора из шлака, попавшего в ковш при выпуске Рис. 1. Изменение содержания фосфора в металле кордового назначения по ходу производства в ЭСПЦ-2 при использовании металлизованных окатышей производства ОАО «ОЭМК» Рис. 2. Изменение содержания фосфора в металле кордового назначения по ходу производства в ЭСПЦ-2 при использовании металлизованных окатышей производства «SIDOR C. A.» 18 / 3 (71), 2013 расплава из ДСП и вносимого фосфора, входящего в состав присаживаемых материалов. Прирост со- держания фосфора в металле от выпуска расплава из ДСП до разливки стали в среднем составляет 0,0048 %. При использовании металлизованных окаты- шей производства «SIDOR C. A.» содержание фос- фора в металле кордового назначения перед выпу- ском расплава из ДСП увеличивается при увеличе- нии количества их присадки в ДСП, притом, что их присадка производилась в период, благоприят- ный для удаления фосфора. Так, содержание фос- фора в металле перед выпуском расплава из ДСП при использовании от 15 до 25 т в среднем состав- ляло 0,0027 %, а при использовании более 45 т – 0,0082 %. Прирост содержания фосфора в металле от выпуска расплава из ДСП до разливки стали со- ответствовал аналогичному приросту при исполь- зовании металлизованных окатышей производства ОАО «ОЭМК» и в среднем составил 0,0045 %. Из табл. 2 видно, что при использовании ока- тышей производства «SIDOR C. A.» до 35 т на плавку технологические показатели выплавки опытных плавок соответствуют аналогичным по- казателям выплавки сравнительных плавок, при использовании свыше 35 т на плавку окатышей производства «SIDOR C. A.» происходит снижение выхода годного металла, увеличение длительности плавки общее и под током, соответственно увели- чивается расход электроэнергии. Основываясь на данных по содержанию фос- фора в металле перед выпуском расплава из ДСП и технологических показателях выплавки, было принято решение о дальнейшем использовании опытных окатышей с расходом от 30 до 40 т на плавку. На втором этапе происходила отработка техно- логии присадки металлизованных окатышей в ДСП с оптимальным расходом в 30–40 т на плавку, про- изводился набор статистических данных для по- следующей оценки эффективности применения опытного материала. Показатели (средние значения) выплавки опыт- ных плавок на втором этапе испытаний и показате- ли выплавки сравнительных плавок (с использова- нием металлизованных окатышей производства ОАО «ОЭМК»), выплавка которых осуществля- лась в период в период испытаний, приведены в табл. 3. Из таблицы следует, что при использовании окатышей производства «SIDOR C. A.» со средним расходом 35 т на плавку технологические показа- тели выплавки опытных плавок соответствуют аналогичным показателям выплавки сравнитель- ных плавок. Отработанная в ходе испытаний технология, при которой присадка окатышей осуществляется в процессе расплавления завалки (основная часть) и подвалки (оставшаяся часть), позволяет обеспе- чить требуемое содержание фосфора в стали кор- Т а б л и ц а 2. Сравнительные данные использования окатышей Окат на плавку Плавка Шихта, кг Окат, кг Масса годного, кг Выход годного,% Известь, кг/т год Доломит, кг/т год Электро- энергия, кВт·ч/т год Длительность плавки, мин Работа под током, мин Температура слива, °С 15–25 Опытная 116403 20475 106067 91 52 6 441 57 41 1637 Сравнительная 117489 20891 106707 91 53 9 448 58 42 1628 +/− −1086 −416 −640 0 −1 −3 −7 −1 −1 9 25–35 Опытная 124366 28922 108773 87 53 9 452 60 44 1628 Сравнительная 124106 29323 112141 90 53 9 450 60 44 1625 +/− 260 −401 −3368 −3 0 0 2 0 0 3 35–45 Опытная 125727 38287 109555 87 54 9 463 59 43 1613 Сравнительная 125431 38458 110567 88 54 9 445 57 42 1628 +/− 296 −171 −1012 −1 0 0 18 2 1 −15 > 45 Опытная 132344 47024 108485 82 59 10 508 64 47 1545 Сравнительная 127167 51695 110922 88 58 9 474 60 46 1610 +/− 5177 −4671 −2437 −6 1 1 34 4 1 −65 Т а б л и ц а 3. Сравнительные данные использования металлизованных окатышей на втором этапе испытаний Плавка Шихта, кг Окат, кг Масса годного, кг Выход годного, % Известь, кг/т год Доломит, кг/т год Электроэнергия, кВт·ч/т год Длительность плавки, мин Работа под током, мин Температура слива, °С Опытная 106 129972 35287 111559 86 54 9 448 59 43 1604 Сравнительная 64 128869 37924 109204 85 52 7 448 58 42 1643 +/- 1103 -2637 2355 1 2 2 0 1 1 -39 / 19 3 (71), 2013 дового назначения при использовании до 40 т ме- таллизованных окатышей со средним содержани- ем фосфора 0,06%. При поступлении материала с большим содержанием фосфора максимально допустимое к использованию на одной плавке ко- личество окатышей подлежит корректировке в сто- рону снижения. Выполненный расчет показал экономиче- скую целесообразность использования метал- лизованных окатышей, произведенных в Боли- варианской Республике Венесуэла. Работа по подбору альтернативных производителей/постав- щиков металлизованных окатышей и ГБЖ про- должается.