Requisitos del equipo convertidor de 100 toneladas

Hoy en día, hay alrededor de 600 convertidores en todo el mundo, que producen 450 millones de toneladas de acero bruto, lo que representa aproximadamente el 60 % de la producción mundial total de acero bruto. A partir de la puesta en marcha del primer convertidor del mundo por parte de Vosteel, los modernos convertidores de oxígeno alcalino de alta eficiencia son producto de un desarrollo continuo durante más de 50 años y han logrado avances significativos en términos de antigüedad del horno, mayor capacidad de carga y mantenimiento reducido. Este tipo de equipo está expuesto a altas temperaturas, golpes mecánicos y estrés térmico, lo que dificulta su diseño de ingeniería. Los sistemas de suspensión son cruciales para lograr la longevidad del convertidor. Para producir acero de alta calidad y mejorar la economía del proceso, se desarrollaron cucharas auxiliares, dispositivos de mezcla de fondo y sistemas de automatización altamente sofisticados.

Diseño del convertidor

El estado del arte en el proceso de fabricación del acero hace que sea casi imposible observar directamente lo que sucede dentro del convertidor. En la actualidad, no existe ningún modelo matemático que pueda describir completamente el proceso de metalurgia de alta temperatura y dinámica de fluidos. Desde sus inicios, la fabricación de acero con convertidores ha sido investigada y mejorada continuamente, lo que ha dado como resultado una comprensión más completa de las reacciones metalúrgicas. Sin embargo, los dos ejemplos siguientes demuestran claramente que aún queda mucho por investigar.

Aún es necesario optimizar la posición de la tobera de agitación en el fondo del horno. Estas toberas proporcionan mejores efectos de agitación para el acero fundido, reducen el contenido de carbono más rápidamente y deberían acortar el ciclo de fundición. Sin embargo, la ubicación óptima y la cantidad de respiraderos actuales se basan en la experiencia. Para tener una comprensión más profunda, algunas personas en el extranjero realizaron trabajos de investigación en el año 2000 y pronto descubrieron que la descripción de los procesos de dinámica de fluidos a alta temperatura es muy complicada y sólo es factible haciendo muchas suposiciones, por ejemplo, las burbujas y sus. La reacción con el acero fundido sólo puede describirse de forma aproximada.

La descripción matemática de las oscilaciones del convertidor durante el proceso de soplado aún necesita ser elaborada en detalle, especialmente durante el soplado inferior o lateral, que son muy violentos. Estas vibraciones son causadas por procesos espontáneos. La energía introducida durante el soplado de oxígeno hace que el sistema oscile a una frecuencia de Aigen muy baja, normalmente de 0,5 a 2,0 Hz. La excavación de modelos matemáticos capaces de describir tales sistemas de dinámica de fluidos químicos/mecánicos no lineales aún no se ha completado.

Carcasa del convertidor

En la parte mecánica del convertidor, el acero fundido está contenido en una carcasa de horno revestida con material refractario. Estos refractarios exhiben un complejo comportamiento de contracción termoviscoelástica no lineal. Contacto no lineal con carcasa de acero. El comportamiento de la propia carcasa de acero se conoce más o menos, por lo que es posible describir el material plástico elástico dependiente de la temperatura y sus efectos de fluencia. Pero aún queda mucho por saber sobre la interacción entre las carcasas de acero y los materiales refractarios. El diseño de convertidores se considera más un arte que una ciencia. Sin embargo, la acumulación de experiencia, la mejora de los materiales y la aplicación de la tecnología informática ayudarán a comprender y diseñar mejor este mecanismo.

Existen varios criterios para optimizar el diseño de la carcasa del horno. Lo más importante es el volumen interno rodeado de material refractario. Para tener el máximo espacio de reacción y lograr procesos metalúrgicos óptimos, este volumen debe maximizarse dentro del espacio disponible. En la comparación se utiliza la relación entre el espacio de reacción y la masa de acero fundido, que generalmente es de aproximadamente 1,0 m3/t. Sin embargo, dado que las acerías continúan buscando aumentar la productividad de los equipos de fabricación de acero con la menor inversión, la capacidad de carga es. aumentó manteniendo el caparazón original sin cambios, reduciendo esta proporción. El resultado son salpicaduras graves, que a menudo ocurren cuando la relación de volumen del horno cae a 0,7-0,8 m3/t. Hoy en día, la forma del cuerpo del convertidor, es decir, los ángulos del cono superior e inferior, la relación diámetro-altura, etc. . Depende de la acería o del equipamiento existente, como por ejemplo sistemas de gases de combustión, altura del eje de inclinación, accionamiento de inclinación, etc. Por lo tanto, al diseñar un nuevo horno, sólo se pueden cambiar unos pocos parámetros.

Los convertidores modernos constan de un cono superior con un anillo de hierro para el quemador, un cuerpo del horno en forma de barril y un cono inferior con un fondo en forma de plato. En los últimos años, se han eliminado las piezas de conexión entre los conos superior e inferior y el cuerpo del horno, y entre el cono inferior y el fondo del horno. La experiencia de producción muestra que la tensión en estas áreas no es tan grave como se pensaba originalmente y puede resolverse utilizando materiales de carcasa de horno de alta calidad, por lo que el enfoque anterior es factible.

Criterios de diseño para carcasas de hornos

Un paso importante en el proceso de diseño es la verificación de la estructura de la carcasa del horno, es decir, el cálculo de la tensión y la deformación, y la comparación con el límite permitido. valores. El diseño de recipientes metalúrgicos, como los convertidores, no necesita cumplir normas específicas. En la evolución del arte del diseño de convertidores, el diseño inicial de la carcasa hacía referencia a estándares de diseño de calderas y recipientes a presión.

La producción exitosa de productos así diseñados demuestra que estas normas también son aplicables a la práctica siderúrgica. Pero, después de todo, el convertidor no es un recipiente a presión. Su presión interna proviene de la expansión térmica del material refractario, no del líquido o gas de la caldera. Y daños como grietas no provocarán explosiones como los recipientes de alta presión. Esta es la razón por la que el diseño del convertidor no sigue completamente los estándares de diseño de recipientes a presión.

Espesor de la carcasa del horno

La selección del espesor de pared de los recipientes a presión tradicionales se basa principalmente en la presión interna. Pero en el convertidor, esta presión no se puede calcular con precisión. La razón está determinada por la interacción entre el material refractario y la carcasa del horno y la operación de producción. Al determinar el espesor de la carcasa del horno, también se deben considerar otras cargas y factores, entre los que se incluyen principalmente: cargas mecánicas causadas por el peso del equipo, materiales refractarios y presión interna del acero fundido generada por la interacción entre la carcasa del horno y el revestimiento refractario; , es decir, presión secundaria; efecto de masa dinámica Cargas mecánicas causadas por fuerzas externas como la mezcla de hierro fundido, la adición de chatarra de acero, el golpeteo, etc., la temperatura y el gradiente de temperatura en la carcasa del horno bajo la acción; de temperatura, provocando cargas mecánicas en el sistema de suspensión debido a la distribución desigual de la temperatura de la carcasa del horno y del sistema de suspensión. De manera uniforme, la carcasa del horno genera tensión secundaria;

El Subcomité 32 de la AISE intentó idear un procedimiento de "receta" simple para calcular el espesor de la carcasa del horno. Sin embargo, algunos estudios han demostrado que no es posible determinar un procedimiento o estándar simple para determinar el espesor de la carcasa del horno. Estos criterios se pueden utilizar para determinar la carcasa del horno de forma confirmada; sin embargo, las fuerzas introducidas, como las del sistema de suspensión, deben calcularse detalladamente mediante métodos de elementos finitos. El sistema de suspensión desarrollado en el extranjero está determinado estáticamente, por lo que todas las cargas en el sistema se pueden calcular con precisión. La ventaja de esta función es que las tensiones y deformaciones locales se pueden calcular con mucha precisión.

Vida útil del convertidor

La experiencia mundial muestra que la vida útil del convertidor es limitada debido a la deformación a largo plazo. Cuando la carcasa del horno golpea el anillo de soporte, el convertidor alcanza el punto final, generalmente 20 ~ 25a. Esta deformación es causada por fluencia. La fluencia ocurre en ambientes de alta temperatura (>: 350 ℃). La deformación por fluencia depende de la temperatura, el nivel de tensión y el material utilizado. Los únicos métodos viables para prolongar la vida útil del convertidor son el enfriamiento de la carcasa del horno, la selección de materiales y las operaciones de producción.

Sistema de refrigeración

En principio, un equipo de refrigeración forzada no es absolutamente necesario, la refrigeración por ventilación natural es suficiente. Muchas aplicaciones prácticas lo demuestran. El enfriamiento forzado reduce la temperatura del equipo y tiene un efecto positivo en la reducción de la deformación por fluencia, extendiendo así la vida útil del material refractario y asegurando un mayor límite elástico a las temperaturas de producción. Algunas plantas siderúrgicas han aplicado sistemas de refrigeración como refrigeración por agua, ventilación forzada y refrigeración combinada de gas y agua (enfriamiento por aerosol) a las carcasas de los convertidores. El método de enfriamiento más eficaz es el enfriamiento por agua.

Selección del material

Al principio, el material de la carcasa del horno estaba fabricado principalmente de acero para recipientes a presión resistente a altas temperaturas. Se pone especial énfasis en los aceros de grano fino para soportar las numerosas cargas y tensiones desconocidas. Este tipo de acero tiene un límite elástico relativamente bajo pero una capacidad de endurecimiento por deformación bastante alta en el límite elástico. Su ventaja es que cuando se sobrecarga, habrá suficiente exceso de resistencia. Incluso si se produce una grieta, no se producirá una expansión de la grieta frágil. La grieta dejará de desarrollarse o crecerá a un ritmo muy lento. Generalmente existen A516Cr.60, Aldur41, Altherm4l, WStE285, WStE355, P275NH, P355NH, etc. Seleccionado como acero para la carcasa del horno.

Este principio sigue siendo válido para los nuevos convertidores, pero en los últimos 10 a 15 años, debido al uso de ladrillos de magnesia y carbono y la tecnología de protección del horno contra salpicaduras de escoria, se ha extendido la vida útil del revestimiento del horno. Estos cambios hacen que aumente la temperatura de la carcasa del horno, promueven efectos de fluencia y acortan la vida útil de la carcasa del horno. Para compensar el efecto de fluencia, se utilizan materiales más resistentes a la fluencia, como A204Cn60, 16M03, A387Cn 11, A387Cr.22, 13CrM044, etc. La desventaja es que estos aceros tienen el mismo tamaño de grano y son difíciles de soldar.

El sistema de suspensión es una parte importante del convertidor. Un sistema de suspensión ideal no debería afectar el comportamiento de la carcasa del horno y no requerir mantenimiento durante la producción. En los últimos años se han desarrollado muchos sistemas de suspensión de convertidores diferentes. Inicialmente, el anillo de soporte estaba integrado en el convertidor, pero pronto se separó. Los principios de los distintos sistemas de suspensión son diferentes. Por ejemplo, en Japón se utiliza un sistema rígido, en lugar de un "convertidor libre".

Los anillos de retención rígidos inhiben la deformación de la carcasa del horno, pero cualquier restricción de la expansión térmica generará tensiones elevadas y aumentará la posibilidad de que se agriete la carcasa del horno.

Para permitir la expansión o deformación del convertidor sin causar tensión adicional en el anillo de soporte, se requiere un diseño estático del sistema de suspensión. Basado en este principio, VAI ha desarrollado una serie de sistemas de suspensión de convertidores, como el sistema de soporte, VAI-Conpan, VAI-Conchain, VM-CON Quick, etc. VM-CON Link es un sistema de suspensión libre de mantenimiento y su diseño ha recibido buenos comentarios de las aplicaciones. Una aplicación típica es el convertidor de 160t de la Paulista Iron Smelting Company de Brasil. Sus parámetros dimensionales son: volumen de acero fundido 160 t, volumen 160 m3, relación de volumen del horno 1,0 m3/t, altura del convertidor 8920 mm, espesor de la carcasa del horno 70 mm, espesor del cono inferior 55 mm, espesor del fondo de la placa 55 mm, diámetro exterior del convertidor 7300 mm. El material de la carcasa del horno es acero de aleación Mo 16Mo3 (equivalente a {\\ F2 grb}). El anillo de soporte adopta una estructura soldada de sección transversal en forma de caja con un espacio de 250 mm desde la carcasa del horno para facilitar el montaje con la placa fría del horno. El cono superior está equipado con un sistema de refrigeración por agua totalmente probado. Estos dos sistemas de enfriamiento sirven principalmente para extender la vida útil del revestimiento refractario y también para enfriar la carcasa del horno. El convertidor de frecuencia adopta el sistema de suspensión VAI-Kanglian. Por motivos metalúrgicos, el casco del horno está equipado con seis toberas de agitación inferiores.

Tecnología de convertidor

Además del diseño del convertidor, la tecnología de convertidor avanzada y moderna incluye:

* Operación mejorada con agitación de fondo de gas inerte y menos escoria en procesos metalúrgicos;

* Se incorpora una gran cantidad de metalurgia secundaria a la tecnología de conversión;

* La automatización de procesos informáticos y la tecnología de sensores relacionada mejoran la calidad, la eficiencia y la seguridad de la producción, y reducen los costos de producción;

*Herramientas y equipos para un buen funcionamiento de los equipos, fácil mantenimiento y materiales duraderos para una larga vida útil;

*Sistemas para mejorar la compatibilidad ambiental de los residuos.

El objetivo de un mayor desarrollo de la tecnología de convertidores es mejorar la economía de los procesos, es decir, optimizar la logística, las operaciones de equipos y la tecnología de procesos. La optimización de la tecnología de proceso no solo se limita al análisis del objetivo, la determinación de la temperatura objetivo y la selección de materiales aditivos, sino que también incluye operaciones de producción, como la posición de la pistola y el método de inyección de la operación de la lanza de oxígeno, el tiempo y la profundidad de inmersión de la sub-lanza, y el método de adición del sistema de adición, el método de agitación del sistema de agitación del fondo del horno, etc. Todo esto debe estandarizarse antes de que la planta entre en producción y optimizarse para el grado de acero producido durante la puesta en servicio.

El control dinámico de procesos requiere sistemas de subcañón y análisis de gases. El sistema de sublance mide la temperatura, el contenido de carbono y el nivel del baño y toma muestras durante el proceso de fabricación de acero. Por lo tanto, se pueden implementar mediciones durante el soplado sin perder tiempo de producción. El sistema de sub-pistola es completamente automático y la sonda de medición se puede reemplazar en 90 segundos. En los últimos años, el desarrollo en el campo de la automatización de procesos es utilizar el sistema Dynacon para lograr un control dinámico completo. A través del análisis continuo de gases, el sistema realiza el control del proceso de fabricación de acero desde el punto inicial hasta el final del soplado.

La función del retenedor de escoria es reducir la cantidad de escoria transportada por la cuchara de acero. La operación de bloqueo de escoria reduce el consumo de material de desoxidación, especialmente en la producción de acero dulce. Otra característica es que la metalurgia secundaria requiere la desulfuración de la escoria de la cuchara, y la operación de retención de escoria también puede reducir la cantidad de aditivos de escoria de la cuchara. Al mismo tiempo, también se evitan la operación de eliminación de escoria y la pérdida de temperatura del cubo de acero. Durante la extracción del convertidor se forma la escoria de cuchara necesaria para la metalurgia secundaria.

Según la experiencia, la cantidad de escoria transportada durante el roscado es de 10-14 kg/t de acero cuando no se utiliza el tapón de escoria, y se reduce a 3-5 kg/t de acero cuando se utiliza el tapón de escoria. . Cuando se combina con un sensor de escoria, la capacidad de transporte de escoria se puede controlar de manera estable dentro del rango de 2 kg/t o 3 kg/t de acero. Otra ventaja es que reduce el contenido de fósforo de aproximadamente 30 ppm a 10 ppm. Por lo tanto, hay menos calorías con contenido de fósforo no calificado.

En vista de la mejora en los efectos metalúrgicos de los convertidores de fondo soplado como OBM/Q-BOP y K-OBM, se decidió desarrollar una tecnología de mezcla de gas inerte para convertidores de fondo soplado. Este sistema debería aprovechar las ventajas del soplado del fondo y evitar las desventajas de reemplazar el fondo del horno en medio de la operación del horno.

Tomando como ejemplo la Planta Convertidora No. 3 de Austrian Steel, en condiciones sin agitación a 1650 °C, el contenido de carbono promedio en el punto final del soplado es de 0,035 [c] × ao cuando se agita por el fondo con un caudal de acero de. Se utilizan 0,08 nm3/min/tonelada de acero, el contenido de carbono baja a 0,0023. Si no se utiliza la mezcla por soplado de fondo, habrá una pérdida de hierro de aproximadamente 1 y el consumo de cal aumentará en aproximadamente 25. Se supone que la capacidad de carga de escoria de la cuchara es de 12 kg. /t de acero (sin retención de escoria), el consumo de aluminio por tonelada de acero aumentará en 0,7 kg. Además, cuanto mayor sea la cantidad de escoria del convertidor, más materiales refractarios se pueden consumir. En un convertidor BOF sin soplado por el fondo ni agitación, no es económico alcanzar 0,035 al final del soplado, y el contenido de carbono generalmente se limita a 0,045 ~ 0,050.

Los algoritmos de optimización logística y enrutamiento están diseñados específicamente para encontrar la mejor configuración para el diseño de la planta siderúrgica y los equipos de producción. La interfaz fácil de usar y la salida estandarizada la convierten en una herramienta muy útil que puede optimizar y simular cualquier configuración de planta siderúrgica y permitir al usuario probar una variedad de diferentes opciones de diseño y proceso. Permite a los usuarios encontrar las mejores soluciones en términos de gestión del tiempo de producción, mantenimiento, capacidades de equipos auxiliares y más.

Para determinar el método de producción más económico para diferentes grados de acero, utilizando diferentes equipos de producción, se requiere una acumulación de experiencia a largo plazo y muchos cálculos para comparar varios métodos alternativos. Este cálculo requiere herramientas asistidas por ordenador como el Steelmaking Expert System. Esta herramienta se puede aplicar a toda la línea de producción.

Solo como referencia, ¡espero que te sea útil!