Создание и промышленная реализация современных высокоэффективных МНЛЗ для условий новых и действующих производств: опыт НКМЗ

Белобров Ю.Н., Плугатарь В.С., Пильгаев В.М., ЗАО «Новокраматорский машиностроительный завод»
Смирнов А.Н., ДонНТУ
Цупрун А.Ю., НПО «ДОНИКС»

Последние годы металлурги стран СНГ и, в первую очередь России и Украины, переживают период инновационного развития, направленного в основном на замену устаревших и затратных технологий на более эффективные, экономичные и экологически более чистые. В первую очередь это коснулось сталеплавильного передела, где имелось наибольшее отставание от экономически развитых стран. В Украине, например, в начале 90-х годов доля стали, выплавляемой в мартеновских печах, превышала 50%, а доля непрерывнолитых слябовых и сортовых заготовок не превышала 20%.

Современный уровень развития системы производства и разливки стали в мире предполагает дальнейшее повышение эффективности функционирования основных агрегатов, входящих в технологическую цепочку выплавка – разливка стали. В начале 90-х годов, предвидя необходимость и неизбежность модернизации металлургической отрасли, НКМЗ принял стратегию комплексного поставщика, учитывающую желание потенциальных заказчиков видеть в роли партнера фирму, способную предложить решение их проблем на всех этапах металлургического передела. Важнейшей функциональной единицей этой цепочки является непрерывная разливка стали.

Между тем в технологическом и конструкционном плане к МНЛЗ предъявляются все более высокие требования. В этом плане особенно важной представляется тенденция реконструкции действующих сталеплавильных цехов с целью увеличения их производительности и повышения потенциала энерго- и ресурсосбережения. При этом роль МНЛЗ существенно возрастает, а производители машин сталкиваются с проблемой вписывания машины в уже существующее технологическое пространство, что в ряде случаев затрудняет реализацию хорошо известных конструктивных решений.

НКМЗ разработана оригинальная система подходов и решений, позволяющих обеспечивать высокую конкурентоспособность машин различного класса. Накопленный исследовательский, конструкционный и технологический опыт позволил обеспечить создание высокоэффективных МНЛЗ, которые успешно функционируют на ряде предприятий СНГ.

В настоящее время НКМЗ реализовал 4 проекта сортовых МНЛЗ, построенных по собственной концепции, в том числе 2 шестиручьевые МНЛЗ (с достигнутой производительностью 1,15 млн.т/год), 1 трехручьевая и 1 двухручьевая.

Все МНЛЗ имеют базовый радиус 7 метров, гильзовый кристаллизатор, электромеханический механизм качания, зону вторичного охлаждения, построенную под концепцию полужесткой затравки с двумя прижимными роликами конического профиля, пятироликовую тянуще-правильную машину с плавным разгибом в двухфазном состоянии по методике НКМЗ.

Качество поверхности и макроструктура заготовок соответствуют лучшим мировым показателям. Конструкция установок предусматривает возможность их дооснащения системой электромагнитного перемешивания.

В основу проекта 6-ти ручьевых сортовых МНЛЗ для ОАО «Енакиевский металлургический завод» были положены собственные инжиниринговые решения и современные научные достижения области материаловедения, теории кристаллизации, систем автоматизации и пр. При этом основными определяющими критериями при разработке проекта являлись:

• высокое качество конечного продукта, достигаемое применением технологий внепечной обработки стали, технологии непрерывной разливки с усовершенствованной технологией охлаждения слитка и его плавного разгиба, применением системы электромагнитного перемешивания (ЭМП), а также более совершенной системой управления всем процессом непрерывного литья заготовок;
• высокая производительность, достигаемая сокращением времени внепечной обработки стали на установке «ковш-печь», более высоких скоростей разливки за счет применения высокоскоростного параболического кристаллизатора с гильзой длиной 1000 мм;
• эффективность, достигаемая за счет увеличения выхода годного в непрерывном технологическом процессе, в том числе и за счет увеличения серийности разливки;
• высокая надежность, простота и удобство техобслуживания.

Помимо этого сортовые МНЛЗ производства ПО «НКМЗ» в настоящее время успешно эксплуатируются на ОАО «Омутнинский металлургический завод» и ГУП «Литейно-прокатный завод» (г.Ярцево).

НКМЗ также реализовал ряд проектов слябовых МНЛЗ, построенных как по собственной концепции, так и совместно с фирмой VAI.

Большое внимание в проектах слябовых МНЛЗ уделено вопросам компактного расположения оборудования, эффективного использования имеющихся площадей, оптимизации схем движения исходного сырья, ковшей, расходных материалов и непрерывнолитых заготовок, оптимизации схем подвода трубопроводов и кабелей, что в совокупности обеспечило минимум инвестиционных затрат по проекту в целом.

При построении технологической оси МНЛЗ, определении параметров охлаждения непрерывнолитой заготовки и параметров разгиба использована оригинальная концепция, разработанная с широким использованием компьютерных программ расчета основных технологических параметров, а также данных физического моделирования.

В 2005 году в ККЦ ОАО МК «Азовсталь» пущены в эксплуатацию две реконструированные по собственному инжинирингу двухручьевые слябовые МНЛЗ № 5 и № 3 поставки «УРАЛМАШ». Основные параметры этих МНЛЗ после реконструкции, выполненной ПО «НКМЗ» приведены в табл.1.

На МНЛЗ установлены новый подъемно-поворотный стенд; стопорные устройства промковшей; новый кристаллизатор радиального типа с щелевыми каналами в боковых стенках и системой позиционирования боковых стенок в процессе разливки; гидравлический механизм качания с рессорными связями; два роликовых сегмента – семироликовый с роликами D150 мм и девятироликовый с водоохлаждаемыми роликами D180 мм; новая система охлаждения кристаллизатора и ЗВО на все сегменты, в том числе и старые; машина газовой резки с рольгангом; полный комплекс вспомогательного оборудования со стендами настройки кристаллизаторов, механизма качания и роликовых сегментов; система управления.

Также на МНЛЗ установлено новое оборудование водоразборных узлов, систем гидравлики и смазки, а также современная система управления.

После реконструкции значительно улучшилось качество слябов по геометрии, наружной поверхности и макроструктуре. При этом по месячной производительности (свыше 360-370 плавок) превышен гарантируемый показатель, что обеспечило производство 1.400 тыс. тонн слябов в год.

Таблица 1. Технические параметры слябовых МНЛЗ №3 и №5 после реконструкции

Развитием работ по созданию высокоэффективным слябовых МНЛЗ стал проект вертикальной слябовой МНЛЗ для ККЦ-1 ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат» (табл.2).

Особенностью этого проекта являются повышенные требования к качеству сляба, что объясняется спецификой разливки и охлаждения сталей электротехнического сортамента.

Цели реконструкции вертикальной МНЛЗ:

• высокое качество литых слябов по геометрическим параметрам и макроструктуре;
• обеспечение требуемой производительности;
• расширение сортамента отливаемых заготовок по толщине от 200 до 300 мм;
• увеличение стойкости технологического оборудования и повышение его ремонтопригодности.

Сохранение вертикальной технологической оси обеспечивает следующие преимущества:

• симметричная структура непрерывнолитой заготовки;
• идеальные условия для самоудаления газов и неметаллических включений;
• простота настройки роликовой направляющей ручья;
• благоприятные условия для разливки сталей склонных к трещинообразованию в связи с отсутствием напряжений изгиба и правки непрерывнолитого слитка;
• возможность варьировать продолжительностью разливки плавки, обеспечивая согласование оптимального графика совместной работы с конверторами и другими МНЛЗ.

При этом, по сути, создана полностью новая МНЛЗ, отвечающая по всем параметрам, достижение которых возможно в существующем цехе, мировому уровню.

В настоящее время по контракту с ОАО «НЛМК» начат монтаж оборудования вертикальной МНЛЗ №3 в ККЦ №1.

Таблица 2. Технические параметры вертикальной МНЛЗ

Еще одним оригинальным проектом, выполняемым ПО «НКМЗ» является проект комбинированной МНЛЗ для условий производства стали в ЭСПЦ мини-завода. Данный проект востребован при необходимости получения с одного сталеплавильного агрегата как сортовой, так и слябовой заготовки. Работа слябовой и сортовой частей предусмотрена попеременная. Данное решение позволяет получить экономию как капитальных так и эксплуатационных затрат за счет совмещения энергетических систем, уменьшения потребных производственных площадей, а также сокращения количества обслуживающего персонала. Ориентировочная производительность такого комплекса около 1,5 млн.т/год.

Благодаря комплексу НИР, проведенным совместно с ДонНТУ и НПО «ДОНИКС», конструкторские подразделения НКМЗ располагают современными математическими моделями и программами, позволяющими с большой точностью рассчитать необходимые технологические и энергосиловые параметры МНЛЗ, моделировать стандартные и нестандартные ситуации технологического процесса. Аналогичные работы выполнены по всей цепочке от плавильного агрегата до стана горячей прокатки.

Большое внимание в проектах уделено вопросам экологии и защиты окружающей среды. Разработанная качественно новая современная технология сопровождается более низким негативным воздействием на окружающую среду по сравнению с существующим положением сталеплавильного производства, при этом образование промышленных отходов по сталеплавильному производству значительно уменьшилось.

Многие из выполненных научных и проектных работ отмечены дипломами на международных выставках и конкурсах, а также Российскими наградами. Комплекс разработок в области создания отечественной сортовой высокопроизводительной МНЛЗ в 2002 г. отмечен Государственной премией Украины в области науки и техники.

© Белобров Ю.Н., Плугатарь В.С., Пильгаев В.М., Смирнов А.Н., Цупрун А.Ю., 2010