Материально-тепловой баланс кислородно-конвертерной плавки

Общие вопросы

Обычная углеродистая сталь  представляет собой сплав железа с углеродом и другими элементами (Si, Mn, P, S); легированная содержит также легирующие элементы (Cr, Ni, Mo, Ti, V, Alи т.д.) в количествах, определяемых основными требованиями к ее качеству.

Для большинства процессов  основным шихтовым материалом является чугун, т.е. материал, значительно более  богатый углеродом, кремнием, марганцем  и фосфором, чем сталь перед ее раскислением в сталеплавильных агрегатах. Таким образом сталеплавильный процесс предназначен для снижения примесей в чугуне методом окисления их до необходимой величине. При проведении ряда окислительных процессов уменьшаются концентрации углерода, кремния, марганца и вредных элементов (серы и фосфора).

Источником кислорода  для этих окислительных процессов  служит газовая фаза (газообразный кислород, печная атмосфера) и, иногда, твердые окислители (руда, агломерат, окатыши, окалина ошлакованные огнеупоры  ванн сталеплавильных агрегатов).

Окислительный характер атмосферы  мартеновских и двухванных печей, а также конвертеров определяются следующими факторами:

1. Некоторый избыток воздуха, предназначенного для горения топлива (α=1.1- 1.3);
2. Некоторый подсос воздуха из атмосферы цеха, возникающие при удалении продуктов горения;
3. Некоторая окислительная способность продуктов сгорания топлива при температурах плавильного пространства;
4. Окисление примесей в реакционном зоне при продувке кислородом.

Окислительные процессы, сопровождающиеся выделением большого количества тепла, способствуют росту температуры металлической ванны. При повышении температуры процессы окисления интенсифицируются и при температурах 1500- 1600 ^оС идут с большой скоростью.

Примером может служить  кислородный конвертер. Чугун пред заливкой в конвертер имеет температуру  около 1250-1350 ^оС. В зависимости от принятой схемы разливки стали и марки выплавляемой стали температура металла на выпуске обычно составляет 1600-1650 ^оС. Таким образом расплав необходимо нагреть до температуры выпуска на 250-400 ^оС. Как раз это тепло черпается от окислительных процессов примесей. Окисление примесей и изменения температуры стали по ходу продувки показаны на рис.1.

Как показывает рисунок, окисление  элементов начинается с момента  подачи кислорода, а также можно  оценить скорость их окисления. В первые минуты весь кремний и часть марганца успевают выгореть. Затем начинает гореть Cи P. Температура стали достигает максимального значения, его можно выпускать. Плавка закончена.

ТЕМПЕРАТУРА МЕТАЛЛА НА ВЫПУСКЕ

Процесс внепечной обработки стали на агрегате ковш-печь в сочетании с работой МНЛЗ ограничен временным фактором, вследствие чего все операции по доводке стали: нагрев металла до необходимой температуры, доводка плавки по химическому составу с соответствующим уровнем де-сульфурации, микролегирование и модифицирование неметаллических включений ограничены жестким временным регламентом при серийной разливке. На современных высокоскоростных мелкосортных МНЛЗ, разливающих металл со скоростью 3,5-5,0 м/мин, продолжительность разливки составляет порядка 50-60 мин.

В связи  сизложенным, операции на агрегате ковш-печь должны быть проведены в оптимальном  режиме, с учетом подготовки металла  перед обработкой.

На современных  электросталеплавильных печах, работающих с продувкой ванны кислородом, металл обычно выпускают с высокой температурой - 1650-1670 °С. При этом на ковш-печь металл поступает, по данным, например, Молдавского металлургического завода, со средней температурой 1588,2 °С, а температура отдачи металла на МНЛЗ обычно составляет 1590-1615 °С. Таким образом, к концу обработки необходимо обеспечить подъем температуры металла на 2-27 °С.

В современных  конвертерных цехах, работающих, как  правило, с пе-редувом (содержание углерода в стали на выпуске составляет 0,04-0,07 %) температура металла на выпуске составляет порядка 1620-1650 °С.

В мартеновских цехах достичь высокой температуры  стали на выпуске значительно труднее. Учитывая низкий КПД мартеновской печи (порядка 0,20-0,25), это требует увеличения продолжительности плавки (снижение производительности агрегата) и расхода топлива. Поэтому температуру металла на выпуске из плавильного агрегата необходимо устанавливать, исходя из конкретных технологических и организационных условий в цехе, причем критерием должно быть снижение затрат на производство стали.

Так, на одном  из металлургических предприятий директивным  образом температура стали на выпуске из мартеновских печей была повышена, в среднем, на 25 °С. Однако фактическое увеличение температуры металла в ковше по прибытию на ковш-печь составило только 10 °С (в среднем), так как за указанный период увеличили расход ТШС, присаживаемой в ковш, на 50 % и изменили футеровку ковша с муллитокорундовой на пе-риклазоуглеродистую. Расчет суммарных потерь тепла за счет увеличения

количества  ТШС, изменения теплопроводности футеровки  и потерь тепла лучеиспусканием  струей на выпуске показали, что  при увеличении температуры металла на выпуске на 20 °С повышение температуры металла по прибытии на ковш-печь может составить 9,4 °С. То есть, получено достаточное совпадение расчетных и фактических данных.

В то же время, увеличение температуры металла на выпуске из мартеновской печи на 20 °С способствует повышению (для конкретного агрегата) расхода условного топлива на 5 кг/ т стали, а также увеличивает продолжительность плавки на 10 мин (скорость нагрева стали в конце доводки порядка 2°/мин). Учитывая расход топлива и снижение производительности печи, увеличение суммарных затрат составляет 0,8 долл. США/т, а стоимость нагрева стали на ковше-печи на 10 °С составляет порядка 0,25 долл. США/т, т.е., значительно меньше. В то же время, учитывая, что при поступлении металла на ковш-печь с более низкой температурой, увеличивается продолжительность обработки, снижается скорость формирования шлака, целесообразно повысить температуру нагрева ковша пред выпуском до более высокой температуры (до 900 вместо 800 °С). При этом дополнительные затраты на природный газ, подаваемый на горелки, увеличатся на 0,08 долл. США/т стали. При использовании нагрева ковша в горизонтальном положении вместо вертикального за счет лучшего использования топлива расход газа может остаться прежним.

Таким образом, повышение температуры стали  при постановке ковша на агрегат ковш-печь, необходимо решать, исходя из конкретных условий данного предприятия, которые определяются уровнем затрат на этапах производства стали.

ОРГАНИЗАЦИЯ ВЫПУСКА МЕТАЛЛА В СТАЛЕРАЗЛИВОЧНЫЙ КОВШ

Известно, что сталеразливочные ковши с  основной футеровкой, для повышения  их стойкости, необходимо нагревать  до температур порядка 1000-1200 °С перед подачей их под следующую плавку. Это организационно просто осуществить в электросталеплавильных и конвертерных цехах, а в мартеновских цехах по условиям безопасной работы ковши должны подаваться под желоб в начале доводки металла. Поэтому для сохранения тепла их рекомендуется накрывать крышкой с теплоизоляцией.

Целесообразно использовать присадку ТШС в процессе выпуска металла независимо от наличия средств отсечки шлака для снижения содержания серы в металле.

В конвертерных и электросталеплавильных цехах продолжительность выпуска обычно составляет 5-8 мин, выпуск плавки из мартеновских печей составляет 10-20 мин (в зависимости от состояния сталевыпускногоотверстия и емкости печи). Поэтому в мартеновских цехах целесообразно во время выпуска продувать металл аргоном через пористые пробки. Это способствует интенсивному перемешиванию металла с образовавшимся из ТШС шлаком на всем протяжении выпуска, и увеличению степени десульфурации стали.

Отсечка печного шлака при эркерном выпуске  из электродуговой печи на Молдавском металлургическом заводе обеспечивает степень десульфурации стали от выпуска до постановки ковша на ковш-печь 60-70 %. Следует отметить, что степень десульфурации стали в значительной мере определяется исходным содержанием серы (рис.1). Так, на Молдавском металлургическом заводе среднее содержание серы перед выпуском из ДСП составляет 0,067 %, а общая степень десульфурации (выпуск и ковш-печь) составляет 85-90 %.

Рис. 1.Зависимость степени десульфурации (от выпуска до разливки) от начального содержания серы

По данным Таганрогского металлургического  завода при содержании серы в стали на выпуске порядка 0,030-0,035 %, степень десульфурации за время выпуска составляет 30-40 %. Следует отметить, что на этом заводе при использовании качающегося желоба на мартеновской печи с выпуском металла в два ковша печной шлак одного из ковшей отсекается полностью и переливается в чашу через второй ковш.При этом во время выпуска оба ковша продувают через донные пробки аргоном с присадкой ТШС порядка 5-8 кг/т. Степень десульфурации в ковшах без шлака составляет 39,2% (в среднем), а на ковшах, через которые перепускается печной шлак - 29,9 %. Это объясняется более низкой, по сравнению с данными Молдавскогометзавода, температурой металл и относительно слабым перемешиванием металла со шлаком при выпуске.

Таким образом, присадка ТШС способствует предварительной  десульфурации стали, облегчая условия десульфурации на ковше-печи. Кроме того, в ковше (при условии отсечки печного шлака) перед постановкой его на ковш-печь уже имеется слой шлака, что сокращает количество присаживаемых на ковше-печи шлакообразующих, более быстрому их растворению и снижению затрат.

Однако  даже при эркерном выпуске из ДСП  в ковш попадает 300-600 кг печного шлака (затягивается струёй металла в конце  выпуска). При выпуске стали из конвертера, по данным А.А. Казакова, в  сталеразливочный ковш попадает до 30 % конвертерного шлака.

При скачивании шлака из сталеразливочных ковшей гребковыми машинами в ковше остается примерно 300-500 кг шлака (по визуальной оценке). Учитывая, что попавший на агрегат ковш-печь печной шлак, как правило, жидкий, с  высокой основностью, нами выполнены расчеты по определению минимального количества печного шлака (с повышенным содержанием FeO), который можно "облагородить" присадками шлакообразующих на ковше-печи. Расчеты показывают, что минимальное количество печного шлака, не оказывающего влияния на десульфурирующую способность рафинировочного шлака, может составлять примерно 250-300 кг для ковшей емкостью 100-120 т.

Весьма  важно подобрать такой состав и расход ТШС, чтобы сформировавшийся шлак обладал наилучшими ассимилирующими характеристиками. Для определения оптимального состава шлака были проанализированы различные свойства шлаков (активность СаО, сульфидная емкость, поверхностное натяжение, межфазное натяжение) по Атласу шлаков (рис. 2, 3).

Из представленных на рис. 2, 3 данных видно, что при содержании в шлаке (тройная система Ca0-Al₂О₃-Si0₂) СаО 60 % изменение содержания А1₂0₃ и Si0₂в пределах 15-25 % существенно не сказывается на свойствах шлака (активность СаО, сульфидная емкость, поверхностное натяжение, межфазное натяжение), а при содержании в шлаке СаО 50 % изменение содержания А1₂0з и Si0₂в тех же пределах приводит к изменению указанных параметров шлака на 20-60 % отн., что говорит о более стабильных свойствах шлаков с содержанием СаО 60 %.

Для обеспечения  стабильно высоких рафинирующих и ассимилирующих параметров шлака содержание в нем СаО должно составлять 60-65 %, Si0₂- 10-15 %, Al₂О₃- 15-20 %, MgO- 5-8 %, FeOи MnO- менее 1 %. Стабильность свойств шлаков обеспечивается содержанием в них MgOв пределах 5-8 %, что также повышает активность СаО по отношению к растворенной в металле сере, увеличивает подвижность шлака и устойчивость его физико-химических свойств при изменении температуры и состава, стабилизирует показатели конкретного шлака, обеспечивая необходимую вязкость и поверхностное натяжение, способствуя ассимиляции включений.

Рис. 2.Зависимость активности СаО в шлаке и сульфидной емкости шлака от концентрации СаО в шлаке (концентрация Si0₂в шлаке - 15-20 %; А1₂0₃- 15-20%.):

активность  СаО;

сульфидная  емкость шлака

Рис. 3. Зависимость поверхностного и межфазного натяжения шлака от концентрации СаО в шлаке (концентрация Si0₂в шлаке - 15-20 %; А1₂0₃-15-20%.):

поверхностное натяжение;

межфазное натяжение

Так, на Таганрогском металлургическом заводе при вводе  в состав ТШС 10-15 % обожженного доломита и аналогичном со сравнительными вариантами расходе ТШС, степень  десульфурации оказалась на 8,8-17,4% абс. (27,5-74,3% отн.) выше (состав ТШС - известь, плавиковый шпат и алюмошлак).

Необходимое количество MgOв шлаке обеспечивается вводом в состав ТШС доломита (магнезита).

Магнезитовый  порошок рекомендуется на выпуске  присаживать в ковш для обеспечения  получения в рафинировочном шлаке  содержания MgOна уровне 5-8 % также и с целью повышения стойкости футеровки ковша при выпуске стали из плавильных агрегатов с низким содержанием оксида магния в печном шлаке. Для 100-120-тонных ковшей необходимо примерно 80-150 кг магнезитового порошка. При выпуске стали из мартеновских печей, особенно работающих скрап-процессом, содержание MgOв печном шлаке составляет 10-15 %, поэтому присадка магнезитового порошка не требуется.

ОТСЕЧКА ШЛАКА ПРИ СЛИВЕ МЕТАЛЛА ИЗ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОГО АГРЕГАТА

Попадание окисленного шлака в ковш при  сливе металла из сталеплавильного агрегата снижает эффективность десульфурации при использовании ТШС на выпуске, вызывает повышенный угар вводимых ферросплавов, затрудняет наводку рафинировочного шлака на агрегате ковш-печь. Поэтому одной из важных технологических операций является обнаружение и отсечка шлака при переливе металла из плавильного агрегата в ковш.

При выпуске  металла из мартеновских печей используются желоба с перегородками, задерживающими шлак, который по отводному носку  направляется в шлаковую чашу. Установлено, что приемлемая степень полноты отсечки шлака обеспечивается скиммерным желобом со стационарной перегородкой лишь при незначительных отклонениях (в пределах 5-7 %) диаметра выпускного канала мартеновской печи от своего номинального значения, что маловероятно. Более надежная система (рис. 4) предлагается с применением управляемой заслонки 4, которую с помощью электромеханического привода 7, 8, 9 поворачивают и устанавливают под заданным углом к потоку жидкой стали. При этом добиваются подъема уровня шлака в приемной части желоба 1 до уровня поверхности сливного носка 3, по которому печной шлак отводится в шлаковую чашу. Желоб имеет цапфы 10 для его наклона с целью слива остатков металла в ковш. Заслонка закрепляется на валу 5 в подшипниковых опорах 6. Предусмотрен принудительный поворот заслонки в обоих направлениях и при надлежащей мощности привода исключается возможность ее зависания даже при наличии металлической настыли на внутренней поверхности канала желоба.

Рис. 4.Новая конструкция печного желоба

В настоящее  время, несмотря на неоднократные попытки, желоба со скиммерными устройствами на мартеновских печах не применяют.

Альтернативным  решением отсечки шлака при выпуске  стали из мартеновских печей является использование качающегося желоба на агрегатах, выпускающих сталь в два ковша. Качающиеся раздвоенные желоба успешно применяют на ряде металлургических предприятий в мартеновских цехах. Использование такого желоба, помимо распределения металла по ковшам, позволяет полностью отсекать шлак на одном из ковшей. С этой целью, при наполнении обоих ковшей металлом примерно на 3/4, желоб поворачивают. Это позволяет один из ковшей заполнить только металлом. После налива в этот ковш необходимого количества стали желоб поворачивают в другую сторону и оставшийся металл и весь печной шлак пропускают через второй ковш.

На электродуговых печах для отсечки печного  шлака используют эр-керный выпуск стали. При этом в ковш при правильной организации выпуска попадает 300-500 кг шлака. Часть шлака засасывается в воронку металла в конце выпуска, а часть попадает при наклоне печи в обратную сторону, т.е. количество шлака в ковше определяется скоростью качания печи.

На электродуговых печах с центральным выпуском наиболее высокие показатели отсечки шлака достигаются за счет установки на них скользящих затворов, обеспечивающих управляемый донный выпуск стали безповорота корпуса печи. В технической литературе отмечаются преимущества такой технологии - сокращение длительности плавки на 5-7 мин, уменьшение расхода электроэнергии на 6-10 %, электродов на 10-13 % и др. ДонНТУ и НПО "Доникс" разработали усовершенствованную конструкцию затвора, имеющего принципиальные отличия от зарубежных аналогов, который обеспечивает надежную работу без использования дорогостоящих керамических плит и специального инструмента.

В настоящее  время наиболее широкое применение имеет конвертерный способ получения жидкой стали, при котором используются различные способы отсечки шлака на выпуске металла.

По данным  количество попадающего в ковш шлака  во время выпуска стали из конвертера распределяется следующим образом: 15—20 % - в начале выпуска, 65-70 % - в конце  выпуска, 15-20 % во время возврата конвертера в рабочее положение. В процессе выпуска некоторое количество шлака также выносится в ковш вследствие образования в жидкой ванне воронки, которая, вращаясь, затягивает в струю вытекающей стали шлак. В условиях постоянно возрастающих требований к качеству металла проблеме отсечки шлака при выпуске металла из конвертера предметно стали уделять внимание с начала 70-х годов XX века. Тем не менее, в СНГ до настоящего времени используется визуальный способ: оператор, управляющий сливом из конвертера, по изменению цвета струи металла, а также по изменению шума, создаваемого падающей струёй, судит о проникновении шлака и поворачивает конвертер в исходное положение.

  При этом результат сильно зависит от квалификации (и отношения) оператора, а зачастую условия процесса не позволяют относительно точно определить момент проникновения шлака даже опытному оператору. В результате в ковш попадает непредсказуемое количество высокоокисленного шлака со всеми вытекающими из этого последствиями.

Рис. 5.Сливное отверстие с установленным "тампоном" до его фиксации (а) и после (б)

Вместе с тем, в конвертерном производстве развитых стран достаточно широко применяются различные способы предотвращения выноса шлака в ковш в начале и конце выпуска металла.

К методам  отсечки шлака в начале выпуска  можно отнести использование различных пробок - огнеупорные, металлические, деревянные, из волокна, из старой ткани и хлопчатобумажных отходов, которые устанавливаются в выпускное отверстие для предотвращения выплеска шлака при наклоне конвертера. Последнее достижение по этому методу - использование расширяющейся заглушки или одноразового "тампона". Схема представлена на рис. 5.

"Тампон" 1 выполнен из пластического огнеупорного  материала, который завернут в полиэтиленовую пленку 7 с целью предотвращения самозатвердевания до его использования. Торцевая пластина 2 соединена внут-ренней полостью 5 с торцевой пластиной 4. Через внутреннюю полость 5 проходит механический захват 6, имеющий выдвигающиеся цанговые выступы. Захват 6 фиксирует "тампон" 8 в требуемом положении, которое соосно с отверстием конвертера 10. "Тампон" устанавливается вблизи задней стенки отверстия 9. С помощью системы рычагов механический захват притягивает торцевые пластины 2 и 4 и материал выдавливается до упора в стенки отверстия 10.

"Тампон" устанавливается перед завалкой  лома. Под действием высокой температуры в процессе плавки пластина 2 расплавляется и спекается с огнеупорным материалом, образуя прочную герметичную "крышку", которая может противостоять давлению газов, вибрациям и толчкам в процессе плавки. Эта "крышка" выдерживает ферростатическое давление в первый момент после опрокидывания конвертера и предотвращает истечение первичного шлака.

Одноразовые заглушки изготавливаются из специального огнеупорного материала и многокомпонентных добавок, что обеспечивает эффективное разрушение и выталкивание "тампона" из отверстия в соответствующий момент времени. Процесс разрушения "тампона" происходит при повороте конвертера в горизонтальное положение. Практикой установлено, что эта заглушка разрушается и удаляется из сливного отверстия в течение 20-25 секунд с момента поворота конвертера, что обеспечивает начало выпуска стали без вовлечения в поток шлака.

Наиболее  важная операция, которая касается выноса шлака, это остановка потока шлак-металл в конце выпуска. Эта задача предусматривает использование методов оперативного обнаружения шлака в струе расплава и устройств для прерывания потока шлак-металл.

Существует  несколько способов определения  проникновения шлакав струю металла. Наиболее широко применяются инфракрасный, вибрационный и электромагнитный способы.

Инфракрасный  метод основан на восприятии чувствительной камерой излучения струи в инфракрасном волновом диапазоне. По изменению параметров излучения фиксируется проникновение шлака. Измерения по этому методу требовательны к чистоте воздушного пространства между камерой и струей металла.

Вибрационный  метод основан на измерении уровня вибраций, которые возникают при движении струи металла. Этот метод применяется, как правило, при сливе металла из сталеплавильного ковша в промежуточный. Чувствительный элемент устанавливается на манипуляторе разливочного стакана. Этот способ измерений чувствителен к влиянию различных вибрационных помех, что уменьшает его надежность.

Наиболее  часто на практике применяется электромагнитный метод, имеющий высокую точность и быстродействие измерений, не зависимых  от акустических и визуальных помех. В отличие от инфракрасного этот метод может работать как при  открытой, так и при закрытой струе  металла. Чувствительный элемент при этом состоит из одной или нескольких обмоток. Обмотка возбуждения создает электромагнитное поле и при изменениях в струе металла, связанных с проникновением в нее шлака, происходит изменение параметров поля, которые фиксируются измерительной обмоткой. Известны и применяются две подобные системы магнитного поля: система EMLIс двумя электрическими катушками, встроенная внутри выпускного отверстия, и система Ameraс одной электрической катушкой внутри

огнеупорного материала выпускного отверстия. Пример такой системы  показан на рис. 6

Рис. 6.Электромагнитная система обнаружения шлака

Основным  недостатком этой системы является необходимость расположения чувствительного элемента в горячей зоне. Эта проблема решается использованием специальных жаропрочных материалов, что существенно увеличивает стоимость оборудования. Замена катушек может осуществляться только при замене огнеупорной футеровки.

Электромагнитный  и инфракрасный методы обнаружения  шлака эффективны при использовании их в сочетании с быстродействующими средствами отсечки шлака. В противном случае целесообразность их применения и поддержания системы в рабочем состоянии становится проблематичной.

При использовании  автоматических систем раннего обнаружения  шлака при сливе металла из конвертера отсечка может происходить  простым поворотом конвертера в исходное вертикальное положение или с помощью специальных устройств. В первом случае операция прерывания потока металла требует относительно продолжительного времени, в течение которого произойдет значительный вынос шлака. В этом случае преимущества оперативного обнаружения шлака становятся менее заметными.

К специальным  устройствам можно отнести следующие.

На практике достаточно широкое применение получили так называемые пассивные методы отсечки шлака поплавкового типа - шар или конус. Эта система основана на физическом эффекте, обусловленном различным удельным весом жидкого металла и шлака, имеющих, соответственно, более высокую и более низкую плотность по сравнению с закрывающим устройством. Устройство (шар или конус) всплывает в стали, но остается под слоем шлака. Выпускное отверстие закрывается после ввода плавающего стопора в расплав перед выпуском жидкого шлака. Для выставки запирающего устройства в зоне слива металла может применяться специальное оборудование. Эффективной системой отсечки считается поплавковая система "dart", при которой используется керамический поплавок, снабженный цилиндрической направляющей, проникающей в сливное отверстие, что предотвращает смещение поплавка в процессе слива металла, как это может происходить при использовании поплавка в виде шара.

Максимальная  эффективность достигается при  оптимальной плотности керамического материала, обеспечивающей расположение конуса на границе шлак-металл. Вязкость и толщина слоя шлака, а также внутренний диаметр отверстия учитывается изменением геометрических размеров конуса. Для снижения потерь металла при обеспечении минимального выноса шлака в конической поверхности поплавка выполняются специальные каналы для движения металла. Поплавковые системы чаще всего используются для отсечки шлака.

Например, система по отсечке шлака компании "Мопосоп" состоит из манипулятора, конуса (огнеупорныйшейп) и инфракрасной камеры. Манипулятор (рис. 7) характеризуется точным контролем позиции при

оптимизации угла наклона конвертера для размещения конуса в летке, что обеспечивает стабильность повторения позиций при  забросе конуса. Управление манипулятором  полуавтоматическое (PLC) или полностью автоматическое, что исключает человеческий фактор.

Рис. 7. Поворотный манипулятор для размещения конуса в летке

Конус обычного типа - стержень, скрепленный с головкой конуса (система "dart"). Принципиальное отличие этой системы в подходе к разработке свойств и формы конуса. Материал головки и стержня разработан из условий его работы при температуре до 1800 °С в течение 3-4 мин. Геометрические размеры соответствуют диаметру летки. Плотность огне-упора соответствует задаваемым конкретным требованиям. Длина и диаметр конуса соответствуют форме летки и глубине ванны с металлом. На конусной головке выполнены пазы с учетом водоворотного эффекта и достижения максимально возможного слива стали. Меньшая высота конуса, по сравнению со стандартной, и увеличенный верхний диаметр исключают прилипание его к летке (рис. 8).

а - обычного типа; б – усовершенствованный

Рис. 8.Конус (огнеупорный шейп)

Инфракрасная  камера для оптимизации контроля и управления при отсечке шлака  специально разработана для стационарной длительной службы в условиях производства, с программным обеспечением для  анализа. Система работает на более чем 20 металлургических предприятиях, в т.ч. Америки, Австрии, Англии и др.

Отмечаются  металлургические преимущества в снижении толщины шлака в ковше до 40-50 мм и ниже, рефосфорация 0,0028 % или ниже, экономия алюминия до 0,25 кг/т стали, повышение усвоения по Siи Мп, увеличение выхода годного металла от 0,1 % и выше.

По имеющейся  информации в настоящее время  система "Мопосоп" внедрена в ККЦ на меткомбинате "Северсталь".

Систему со скользящим затвором применяют, как  было отмечено, в электросталеплавильных печах для закрытия выпускного отверстия  с наружной стороны. Использование системы типа шиберного затвора для перекрытия сливного отверстия конвертера не получили распространения из-за громоздкости, высокой стоимости и сложности технического обслуживания.

Быстродействующим устройством отсечки шлака является газодинамическая система. При обнаружении шлака в струе металла в выпускное отверстие снизу под большим давлением подается газ, который останавливает выпуск расплава. Традиционно в этом направлении работает фирма "VAI", которая впервые в 1976 г. оборудовала такой системой 30-тонный LD-конвертер в Линце, а в настоящее время предлагает новую концепцию стопора "VAI-CON". В новой стопорной системе используется сложная компьютерная программа для уменьшения общего объема выноса шлака. Впервые такая система внедрена в сталеплавильном цехе на заводе фирмы Ilva, Таранто, в августе 2000 г. (рис. 9).

Комплекс включает электромагнитную систему обнаружения шлака, стопорную форсунку "VAI-CON", азотную компрессорную станцию, аккумулятор газа. Система не использовалась во время предварительного слива шлака. Для минимизации образования вихревых потоков шлака и стали (образование воронки) фирма "VAI" рекомендует применять систему "Isojet", разработанную фирмой "VeitschRadex". Операция закрытия отверстия в конце выпуска стали осуществляется в течение одной секунды, включая задержку, необходимую для генерирования давления подачи азота. Вынос шлака на постшлаковой стадии составляет примерно 2 %, что является неизбежным минимумом. В целом, за счет использования этой системы можно устранить более 60 % выноса шлака в ковш за счет запирания отверстия во время определенных фаз качания конвертера.

Обладая рядом достоинств, к которым можно  отнести возможность постоянного  контроля процесса запирания, быстродействие, данная система имеет уязвимое место - сопло, через которое подается газ, забивается шлаком и подлежит частой очистке. Новая стопорная система "VAI-CON"