50 лет МНЛЗ

Этапы и перспективы совершенствования технологии непрерывной разливки стали на ОАО «Днепровский меткомбинат»

Буга И.Д., Ивко В.В., Сургучев Е.А., Носоченко О.В., Махлай Ю.П., ОАО «Днепровский меткомбинат»

С целью ухода от затратной разливки стали в изложницы, в 1986 году в соответствии с решением союзного и республиканского министерств, в конвертерном цехе Днепровского металлургического комбината было начато строительство отделения непрерывного литья заготовок (0НЛЗ). В 1994 году строительство было завершено с вводом в эксплуатацию двух однотипных шестиручьевых блюмовых машин криволинейного типа для литья заготовок основного сечения 335x400 мм. Проектная производительность каждой МНЛЗ составила 700 тыс. тонн заготовки в год.

Вазовый радиус 14 м криволинейных МНЛЗ дал возможность разливки на повышенных скоростях с хорошим качеством поверхности и макроструктуры, а наличие криволинейного участка с плавным многоточечным разгибом заготовки, еще с не затвердевшей жидкой фазой, обеспечил низкий уровень (не более 0,3%) относительной деформации оболочки слитка на границе твердой и жидкой фазы, что в свою очередь позволило исключить образование внутренних трещин и иметь резерв повышения скорости разливки при отливке заготовок с большим поперечным сечением. При проектной скорости 0,6 м/мин устойчивая разливка обеспечивалась и при скоростях 0,7 - 0,75 м/мин.

За период ввода в эксплуатацию шестиручьевых МНЛЗ по июнь 2010 г. производство непрерывнолитых заготовок составило почти 16,5 млн. тонн и обеспечило получение комбинатом реальной экономии годного металла не менее 1,2 млн. тонн (по 9% на каждой тонне отлитой заготовки) за счет уменьшения технологических отходов металла в виде обрези.

Из непрерывнолитых заготовок сечением 335x400 мм в полном объеме освоена технология прокатки трубных заготовок диаметром 130 - 320 мм.

Отделение непрерывной разливки явилось новым участком внутри действующего цеха, где ежемесячно разливалось около 40% от общего объема производства стали.

На протяжении всего периода эксплуатации машин непрерывного литья производились работы по увеличению их производительности путем повышения серийности (проектная серийность 4 плавки), которые в основном заключались в модернизации существующего оборудования и подбора высококачественных огнеупорных и шлакообразующих материалов.

Первоначальный опыт эксплуатации МНЛЗ показал, что основным препятствием к увеличению серийности являлась Невысокая стойкость промежуточного ковша, секций вторичного охлаждения, технологичность применяемых утепляющих и шлакообразующих смесей промежуточного ковша. На основании этого был намечен комплекс мероприятий для устранения вышеуказанных недостатков, которые производились по следующим направлениям.

Совершенствование конструкции промежуточных ковшей

Проектная конструкция промежуточного ковша с кирпичной футеровкой надежно обеспечивала разливку серий до 8 плавок, однако при дальнейшей попытке увеличения серийности, температура металлического кожуха промежуточного ковша после разливки 9-й плавки в серии в районе задней стенки достигала 350 °С. Это было связано с повышенным (по сравнению с боковыми и передними стенками) износом футеровки в результате воздействия интенсивных потоков жидкого металла, поступающих из сталеразливочного ковша. При этом неравномерная температура футеровки промежуточного ковша приводила к деформации металлического кожуха, нарушении целостности футеровки и проникновении к кожуху жидкого металла через изношенную футеровку с последующим прогаром брони промковша.

Для устранения указанных недостатков конструкция промковща была модифицирована путем выполнения со стороны задней стенки футерованного выступа размером 120x2000x1200 мм. Это обеспечило повышение толщины рабочего слоя задней стенки промежуточного ковша в два раза и, таким образом, позволило увеличить в 2003 г. плановую стойкость футеровки до 14 плавок и соответственно снизить удельные затраты на огнеупоры и уменьшить образование отходов (технологической обрези и скрапа) на 2-3 кг/т по сравнению с разливкой стали в ковши проектной конструкции.

Подбор огнеупоров промковша

Параллельно с модификацией конструкции промковша производился подбор огнеупоров сталеразливочной проводки промковша, так как попытки увеличения серийности плавок с использованием данных огнеупоров отечественного производства не приводили к желаемым результатам из-за их низкой стойкости, в частности, стопоров-моноблоков и стаканов-дозаторов.

С началом внедрения в производство в 1996 году стопоров-моноблоков и стаканов-дозаторов производства фирм «Ставерма» (Германия), а в 1998 г. и фирмы «Везувиус» (Германия), удалось постепенно к 2000 г. повысить среднюю серийность до 8,2 плавок.

Дополнительно для уменьшения износа футеровки промковша, с 2002 г. было внедрено нанесение на кирпичную футеровку торкретпокрытия, что в дальнейшем увеличило серийность до 14 - 16 плавок в зависимости от сортамента разливаемых марок стали.

Подбор шлакообразующих и утепляющих смесей промковша

Первоначально защиту зеркала металла в промковше модифицированной конструкции осуществляли посредством использования двухслойного шлакового покрытия, состоящего из шлакообразующей смеси марки ШОС ДМК и теплоизолирующей смеси марки КШУ ДМК, которые производились непосредственно на комбинате. ШОС ДМК изготавливалась из отходов производства силикомарганца, шлакового порошка ШП-Мр1, плавикового шпата и углеродосодержащего материала (коксовой мелочи). Производство КШУ ДМК осуществлялось на основе алюмокремнеземистого наполнителя (шамота)'' и углеродосодержащего материала (коксовой мелочи). Общий расход смесей составлял 0,5 кг/т и обеспечивал сохранение стабильной температуры металла в промковше. Однако к 7 - 8 плавке в серии двухслойное шлаковое покрытие бралось коржом и препятствовало свободному ходу стопоров. Для предупреждения образования коржа приходилось периодически скачивать шлак из промковша и наводить новый шлак. Несмотря на указанные меры, полностью ликвидировать этот недостаток не удалось, поэтому производилось подрезание коржа вокруг стопоров кислородом.

Таким образом, для повышения серийности до 15 плавок и выше, возникла необходимость поиска новых утепляющих смесей, обеспечивающих достаточную жидкоподвижность на протяжении всей серии.

В качестве защитного покрытия металла в промковше были предложены, опробованы и применялись в разные периоды следующие утепляющие смеси:

В процессе разливки указанные покрытия имели хорошую жидкоподвижность в течение разливки 13 - 16 и более плавок, не препятствовали работе стопоров. имели относительно стабильный химический состав и обеспечивали низкий уровень колебания температуры металла в промковше.

Совершенствование конструкции секций вторичного охлаждения (СВО)

Из-за увеличения продолжительности разливки проектная конструкция роликов СВО обеспечивала стойкость в среднем всего до 30 - 40 плавок из-за заклинивания роликов или выпадения (разрушения) втулок, что приводило к частой замене секций и увеличению времени подготовки МНЛЗ к разливке.

Для повышения стойкости СВО была поставлена задача определить оптимальный зазор между втулкой и осью ролика, что должно уменьшить вероятность заклинивания ролика, увеличить его работоспособность и повысить стойкость СВО в целом. В процессе опытно-промышленного изучения влияния зазора между осью и втулкой ролика на стойкость СВО был установлен оптимальный зазор, который не приводил к нарушению технологической оси при настройке ручьев.

Следующим этапом было предложено изменить конструкцию втулки ролика СВО. Усиливающим фактором явилось увеличение длины и наружного диаметра втулки, отсутствие ограничительного бурта. Конструкция самого ролика при этом не изменилась. Это повысило надежность работы втулок и позволило их изготавливать в условиях комбината из передельного чугуна марки 11-1 вместо заложенного по проекту антифрикционного чугуна марки АЧС-3.

Внедрение этих мероприятий позволило увеличило стойкость СВО до 100 150 плавок, сократило количество их замен, тем самым уменьшило затраты времени на подготовку МНЛЗ к разливке.

Внедрение всего комплекса мероприятий по модернизации существующего оборудования и подбора высококачественных огнеупорных и шлакообразующих материалов особенно стал ощутим с выводом из эксплуатации в первом полугодии 2009 г. одной из МНЛЗ на реконструкцию и работе второй МНЛЗ в усиленном режиме за счет разливки с «перековшовками». Так при работе на одной серии трех промежуточных ковшей достигнута серийность 43 - 46 плавок, при работе четырех промежуточных ковшей - до 56 плавок. Средняя серийность в этот период составила 19,7 плавок в 2009 г. и 22,7 плавки в первом полугодии 2010 г.

Динамика средней серийности разливки плавок на шестиручьевых МПЛЗ приведена на рисунке 1.

Параллельно с усовершенствованиями конструкции отдельных узлов МПЛЗ проведена большая работа по увеличению массы плавки. Рост массы плавки обеспечен реализацией комплекса работ по оптимизации шихтовки плавки и увеличению объема сталеразливочных ковшей, грузоподъемности кранового оборудования.

Рис. 1. Динамика роста средней серийности плавок на шестиручьевых МНЛЗ.

Динамика увеличения средней массы плавки приведена на рисунке 2.

Рис. 2. Динамика увеличения средней массы плавки

Некоторое снижение массы плавки на МНЛЗ в 7009-2010 г.г.. объясняется мировыми кризисными процессами в черной металлургии в этот период.

При эксплуатации одной из МНЛЗ впервые в Украине специалистами комбината разработана, внедрена и в течение 1997 - 2000 г.г. успешно использовалась технология комбинированной одновременной разливки заготовок двух сечений: 335x400 мм на 4-х ручьях и 160x160 мм на 2-х ручьях, для чего. проведена соответствующая реконструкция с установкой нового оборудования. Поставка литой заготовки 160x160 мм для дальнейшего передела осуществлялась непосредственно на сортопрокатный стан «350», минуя ее предварительную подготовку на трубозаготовочном стане. Качество полученного при этом товарного сортового проката соответствовало утвержденным требованиям и стандартам.

Накопленный опыт комбинированной разливки позволил в 2009 г. освоим. производство на одном из ручьев непрерывнолитого слитка сечением 280x280 мм с закругленными углами, что улучшило качество непрерывнолитой заготовки за счет снятия термических напряжений в ее углах.

В июне 2010 г. на одном ручье разработана и освоена технология производства слитка сечением 350x500 мм и разрабатывается технология разливки блюмов сечением 410x500 мм. Это обеспечит повышение производительности МНЛЗ и расширение номенклатуры выпускаемого проката из непрерывнолитого металла, в частности осевой заготовки, трубной заготовки диаметром 330 мм и более, рельс, шпунта и др.

Новым этапом в развитии непрерывного литья на комбинате явился ввод в эксплуатацию в августе 2008 г. семиручьевой, полностью автоматизированной, с использованием новейших управляющих технологических комплексов высокопроизводительной сортовой МНЛЗ-1 производства фирмы «§1етеш-УАЬ> (Австрия) производительностью 1,4 млн. тонн квадратных заготовок в год.

Новая МНЛЗ сооружена и введена в эксплуатацию в рекордно короткий срок под непосредственным авторским надзором специалистов фирмы «81етепз-УА1» и рассчитана дш выпуск квадратных заготовок сечением от 130 до 210 миллиметров. Особенность и эффективность новой МНЛЗ в том, что благодаря применению на сортовых станах ее продукции, исключаются дорогостоящие промежуточные передельные этапы прокатки - обжимное и заготовочное производства. Продукция сортовой МНЛЗ в период мирового кризиса оказалась конкурентоспособной и востребованной.

Радиус новой семиручьевой МНЛЗ составляет 9 м, а максимальная скорость вытягивания заготовок сечением 130x130 мм - до 4,2 м/мин.

Конструкция МНЛЗ предусматривает применение современного оборудования:

  • высокопроизводительного кристаллизатора «01ато1с1»;
  • гидравлического механизма качания кристаллизатора «Оупайех»;
  • вторичного охлаждения в 4-х зонах с индивидуальным регулированием каждой зоны;
  • системы жесткой затравки для уменьшения времени подготовки МНЛЗ к разливке;
  • современной конструкции тянуще-правильной машины;
  • эффективной системы отгрузки с рольгангами, перегружателями и кантующими холодильниками;
  • современное исполнение систем автоматизации и визуализации процессов, включая автоматизацию 2-го уровня.

МНЛЗ поставлена с оборудованием для отливки заготовок квадратного сечения 130, 150, 160 и 200 мм. Заготовки сечением 130, 150, 160 мм, отливаю гея открытой струей, а заготовки сечением 200 мм разливаются с применением стопора и защитой металла в кристаллизаторе шлакообразующей смесью.

На данный момент полностью освоена разливка открытой струей заготовок квадратных сечений 130x130, 150x150 и 160x160 мм, освоение стопорной разливки квадратного сечения 200x200 мм продолжается.

Следует также отметить, что ввод в эксплуатацию МНЛЗ и ее работа в течение первого года осуществлялась без установки печь-ковш, что привело к соответствующей корректировке процесса выплавки и доводки стали для условий разливки открытой струей.

За почти двухлетний опыт эксплуатации семиручьевой сортовой МНЛЗ проведен комплекс мероприятий по совершенствованию технологии и увеличению серийности плавок.

Проектная серийность при разливке открытой струей устанавливалась в количестве 15 плавок. Узким местом при этом являлся повышенный износ магнезиального торкретпокрытия промковша в районе шлакового пояса. 11одбор высокоосновной утепляющей смеси для защиты зеркала металла в промковше позволил значительно уменьшить износ футеровки в районе шлакового пояса и обеспечить серийность в количестве 25-27 плавок в серии. Кроме того, была выполнена реконструкция отдельных промежуточных ковшей путем увеличения их высоты. Это позволило за счет периодического изменения уровня металла в промковше во время разливки с одной стороны - рассредоточить по высоте изнашиваемую часть футеровки и сократить в целом ее износ по толщине, с другой стороны - повысить уровень металла в промковше, за счет чего несколько увеличить скорость вытягивания заготовок, сократив тем самым продолжительность разливки плавки и всей серии в целом, что дало возможность за аналогичное время разлить большее количество плавок. Серийность на реконструированных промковшах доведена до 30-35 плавок.

Динамика средней серийности разливки плавок на сортовой МНЛЗ приведена на рисунке 3.

Большое внимание уделяется качеству непрерывнолитой заготовки. С совершенствованием .технологии разливки стали на блюмовой МНЛЗ неуклонно происходило снижение брака. Бели в начальный период внедрения непрерывной разливки количество брака на МНЛЗ составляло 5,3 - 7,6 кг/т отлитой стали, то после 2000 г. количество брака уже не превышало значения 2 кг/т с постепенным достижением в 2007 г. величины в 1,3 кг/т и стабилизации на этом уровне в последующие периоды.

Рис. 3. Динамика роста средней серийности плавок на сортовой МНЛЗ

Исследования макроструктуры непрерывнолитой заготовки показали полное соответствие ТУ У 14-2-1222-98 9 (Заготовка прямоугольная из непрерывнолитой стали). Допустимые дефекты макроструктуры заготовки при проверке на протравленных темплетах не превышают по центральной пористости 2,5 балла (mах 3), осевая ликвация - 2 баллов (mах 3), ликвационным полоскам и трещинам 1,5 балла (mах 2) и краевым точечным загрязнениям - 1 балла (mах 2).

Макроструктура трубных заготовок диаметром 150-270 мм, полученных из непрырывнолитого металла, полностью соответствует требованиям ГСТУ 3-009-2000.

Макроконтроль трубных заготовок показывает, что центральная пористость не превышает 1,5 балла на диаметре катаной заготовки 150 мм и 2,5 балла на диаметре 270 мм, осевая ликвация - 1,5 балла на диаметре 150 мм и 2,5 балла на диаметре 270 мм, ликвационные полоски и трещины для всех диаметров - 0,5 балла, краевые точечные загрязнения - 1 балла.

Для дальнейшего улучшения макроструктуры непрерывнолитой заготовки в ближайшее время планируется приобрести и ввести в действие устройства электромагнитного перемешивания на сортовых семиручьевых МНЛЗ, что позволит отливать на них трубную заготовку диаметром до 210 мм. В настоящее время на блюмовой и сортовой МНЛЗ проводятся исследования о влиянии внешних физико-механических воздействий на качество непрерывнолитого метал на, получены первые положительные результаты.

В настоящее время завершаются работы по строительству и вводу в работу сортовой МНЛЗ (аналогичной уже существующей) на месте выведенной из эксплуатации в 2009 г. блюмовой шестиручьвой МНЛЗ.

© Буга И.Д., Ивко В.В., Сургучев Е.А., Носоченко О.В., Махлай Ю.П. 2010



СТАТЬИ

ПОПУЛЯРНОЕ

КОНФЕРЕНЦИИ

КНИГИ