50 лет МНЛЗ

ООО «НПКП СОЛОТВИН» - производство теплоизолирующих и шлакообразующих смесей для современных МНЛЗ

Шлемко С.В., Шостак С.В., ООО «НПКП Солотвин», Пащенко А.В., Акулов В.В., Писмарев К.Е., Табия А.А., ОАО «Алчевский металлургический комбинат»

ООО «НПКП Солотвин» (г. Донецк) разрабатывает и производит теплоизолирующие и шлакообразующие смеси, применяющиеся при разливке стали, с 1994г. За это время были разработаны композиционные смеси для защиты металла в сталеразливочных ковшах и в промковшах МНЛЗ, теплоизолирующие смеси для сифонной разливки стали в слитки, в том числе колесные и трубные, а также шлакообразующие смеси для непрерывной разливки стали на сортовых и слябовых МНЛЗ. Все разработанные смеси ориентированы на отечественную сырьевую базу, исключение составляют некоторые добавки, импортируемые из за рубежа (расширяющийся графит, флюоритовый концентрат). Производство смесей на предприятии включает в себя систему входного контроля сырья и материалов, их предварительную подготовку, в том числе просеивание через сита с размером ячейки 1,0-1,6мм, предварительное усреднение углеродсодержащего материала из различных партий, при необходимости сушку, систему взвешивания и строгого дозирования компонентов смесей перед загрузкой в смеситель, контролируемые процессы перемешивания компонентов в смесителях ленточного типа, предварительный контроль показателей смеси (по пробе из смесителя), при необходимости, корректировку состава, систему перекачиваия (передачи) смеси в бункеры фасовочных узлов, фасовку с контролем массы смеси в единице упаковки, укладку мешков со смесью в контейнеры, складирование контейнеров с готовой продукцией и отгрузку её потребителям. На всех этапах приготовления смеси работает система аспирации, что исключает попадание отходов производства в атмосферу. В состав предприятия входит аккредитованная лаборатория анализа качества синтетических смесей, в которой определяются показатели качества сырья и готовой продукции.

Учитывая особую важность технологических показателей шлакообразующих смесей (температура плавления, вязкость, скорость и характер кристаллизации), определяющих их работу в кристаллизаторе МНЛЗ, ООО «НПКП Солотвин» совместно с кафедрой металлургии стали ДонНТУ была создана исследовательская лаборатория, оснащенная комплексом оборудования для определения физико-технологических характеристик смесей. На основе результатов этих исследований были определены основные технологические показатели базовых составов смесей и степень влияния на них отдельных компонентов, что позволяет целенаправленно оптимизировать в узких пределах составы и свойства ШОС, применительно к конкретным условиям.

Вся производимая на предприятии продукция сертифицирована по системе УкрСЕПРО, технология производства смесей аттестована в этой же системе.

Современные слябовые МНЛЗ, учитывая сортамент разливаемых сталей, должны быть обеспечены смесями, сочетающими не только технологичность, но и исключение возможности науглероживания металла в процессе разливки.

В условиях ОАО «Алчевский металлургический комбинат» для защиты металла в промковше с 2007г. применяются смеси, производимые ООО «НПКП Солотвин», при этом, на основе совместных исследований с комбинатом, разработана следующая технология разливки низко- и ультранизкоуглеродистых сталей:

  • в начале серии, после наполнения промковша на 1/4 объема, на поверхность металла вводится 200-250кг ассимилирующей шлакообразующей смеси марки 4КМ-0;
  • после подъема уровня металла в промковше выше нижней кромки защитной трубы, загружается 200-240кг низкоуглеродистой теплоизолирующей смеси марки 3КВ-4, которую распределяют равномерно по поверхности шлака и при необходимости (после смены стальковша, замера температуры металла и отбора проб), добавляют по ходу разливки первых трех плавок серии;
  • с четвертой плавки в промковш порциями загружают теплоизолирующую смесь марки 3КВ-3 и применяют её до завершения разливки всей серии.

При разливке среднеуглеродистых сталей в промковше применяется два вида смесей – ассимилирующая марки 4КМ-0 и теплоизолирующая – марки 3КВ-3, обладающих повышенными теплоизолирующими свойствами.

Химический состав смесей для промковша приведен в таблице 1.

Таблица 1. Химический состав смесей, применяющихся для защиты металла в промковше.

Такая технология позволяет сохранить на поверхности металла в активном состоянии слой основного шлака, практически исключить процесс науглероживания металла, обеспечить на необходимом уровне его теплоизоляцию, а воздействие образующегося защитного слоя на поверхности металла на огнеупоры минимальным.

Технологические показатели работы МНЛЗ при применении в промковше ассимилирующей и теплоизолирующих смесей производства ООО «НПКП Солотвин» и смесей фирмы STOLLBERG приведены в таблице 2.

Таблица 2. Технологические показатели работы МНЛЗ при применении в промковше смесей различных производителей

* среднее значение по серии плавок

Таким образом, предложенные в качестве альтернативы импортным смесям ассимилирующая и теплоизолирующие смеси производства ООО «НПКП Солотвин» для промковша, обеспечивают необходимые технологические условия работы МНЛЗ, при этом затраты на отечественные смеси в 2-2,5раза меньше, чем на импортные.

Шлакообразующие смеси для кристаллизатора слябовых МНЛЗ должны выполнять комплекс важных функций:

  • защищать металл от контакта с атмосферой и минимизировать его теплопотери;
  • ассимилировать неметаллические включения;
  • обеспечивать смазку стенок кристаллизатора и снижать усилие вытягивания заготовки;
  • регулировать и обеспечивать равномерный теплоотвод от кристаллизующейся оболочки заготовки.

Учитывая высокую стоимость погружных стаканов, смесь (шлак) также должна обладать минимальным агрессивным воздействием на материал стакана.

Если смесь не обеспечивает хотя бы одну из этих функций, процесс разливки осложняется и качество отливаемых заготовок ухудшается.

Современные МНЛЗ оснащены автоматизированными системами контроля параметров разливки и по этим параметрам легко оценить степень соответствия шлакообразующей смеси условиям разливки, соответственно, имеется возможность оптимизации технологических свойств смеси применительно к конкретным условиям.

При разработке смесей для кристаллизатора МНЛЗ определяющими характеристиками являются химический состав, физические свойства (размер частиц, температура и скорость плавления) и природа исходных компонентов, которые и обеспечивают комплекс технологических свойств синтетических смесей.

Работа смеси в процессе разливки определяет условия образования и параметры шлакового гарнисажа на поверхности формирующейся заготовки, который влияет на усилие вытягивания, а также интенсивность и равномерность отвода тепла от кристаллизующейся корочки заготовки к стенкам кристаллизатора, что, в свою очередь, оказывает влияние на качество поверхности заготовок [1, 2].

На настоящее время существует более 200 марок шлакообразующих смесей, при разработке которых авторы прежде всего основывались на практических результатах их применения в конкретных условиях марочного состава разливаемых сталей и параметров оборудования [3].

Основу ШОС составляет композиция CaO-SiO2-Al2O3 с добавками флюсующих и углеродсодержащих материалов. Источники флюсующих добавок (флюорит, криолит, сода кальцинированная) ограничены, и эти материалы характеризуются стабильным составом и свойствами, поэтому различие свойств смесей определяется прежде всего базовыми ингредиентами, в качестве которых производители смесей, как правило, используют местные материалы.

Процесс проникновения шлака непосредственно в зазор между заготовкой и кристаллизатором, и формирование в нем шлаковой прослойки является наиболее ответственным в работе ШОС, так как этим процессом фактически определяется возможность образования поверхностных и подповерхностных дефектов заготовки, а также вероятность прорыва металла. На этом этапе существенную роль играют вязкость и температура затвердевания шлака («температура излома»), поверхностное натяжение на границах шлак – твердый металл и шлак – кристаллизатор, величина теплового потока от заготовки к кристаллизатору, а также стабильность поступления жидкого шлака с поверхности расплавленного металла через участок мениска [4].

При разработке ШОС для кристаллизатора МНЛЗ ОАО «Алчевский металлургический комбинат» была поставлена задача замены импортных смесей смесями отечественного производства, при безусловном сохранении качественных показателей отливаемых заготовок и технологических показателей разливки.

В условиях ОАО «АМК» прошли опытное опробование и применяются различные виды ШОС для кристаллизатора МНЛЗ. Химический состав основных из них приведен в таблице 3.

Исследования вязкости шлаков, образующихся при плавлении указанных в табл.3 смесей, а также характера их затвердевания («температуры излома») выполнены в условиях ДонНТУ на усовершенствованном электроротационном вискозиметре. Температуру плавления ШОС, (размягчение, плавление, растекание) определяли на высокотемпературном микроскопе МНО-2, а степень кристалличности шлаков – по специальной методике, имитирующей условия кристаллизации шлака между стенкой кристаллизатора и поверхностью заготовки.

Видно, что при заметном различии химического состава исследованных смесей, вязкость их отличается не существенно (за исключением смеси SC-30T DALMOND, которая показала несоответствие условиям разливки), а температура «излома» (начала затвердевания) расплава этих смесей различна, что говорит о различном характере кристаллизации шлаков.

На рисунке 1 приведена зависимость вязкости шлаков основных ШОС, применяющихся при разливке низкоуглеродистых (смесь SТ-С89/DP) и среднеуглеродистых сталей (смесь GS-813/P) и опытной смеси 4КМ-12 от температуры.

Таблица 3. Химический состав исследованных ШОС для кристаллизатора МНЛЗ.

Результаты исследования основных физических свойств шлакообразующих смесей приведены в таблице 4.

В 2009г. в ККЦ ОАО «АМК» было проведено опытно-промышленное опробование (первый этап – апрель) и промышленные испытания (второй этап – август-октябрь) ШОС для кристаллизатора МНЛЗ отечественного производства - 4КМ-12 (ООО «НПКП Солотвин» г. Донецк) и ШОС-7.2 (ООО «МД-Групп» г. Запорожье).

В качестве сравнительных смесей на первом этапе применялись смеси PS-5AT (Prosimet) и GS-813/P (ALSICAL), на втором этапе – PS-5AT, а затем, при разливке низкоуглеродистых сталей, – смесь SТ-С 89/DP (STOLLBERG).

Разливка металла осуществлялась в штатном режиме на существующем сортаменте в слябы сечением (200-250)мм х(1150-1600)мм.

Все смеси при вводе в кристаллизатор хорошо растекались по поверхности металла, закрывая его ровным плотным слоем.

Таблица 4. Результаты исследования физических свойств ШОС для кристаллизатора

Приведенная зависимость показывает, что по технологическим свойствам смесь 4КМ-12 может применяться при разливке как низкоуглеродистых (< 0,06%С), так и среднеуглеродистых сталей (< 0,30%С), что и было подтверждено на практике.

При подаче в кристаллизатор смеси ШОС-7.2 наблюдалось интенсивное горение её с появлением пламени по всей поверхности, смесь 4КМ-12 вела себя аналогично смеси GS-813/P и PS-5AT.

Прорывов на опытных плавках и брака заготовок не было. Скорость разливки составляла 1,1-1,4м/мин.

Для объективной оценки плавки разливались по-ручейно (со сменой смеси на ручьях в процессе разливки одной серии) и по сериям (на обоих ручьях применялась одна смесь).

Технологические показатели работы МНЛЗ на первом этапе испытания опытных смесей приведены в таблице 5.

Таблица 5. Технологические показатели работы МНЛЗ на различных шлакообразующих смесях

При этом отмечено, что стабильность работы под опытной смесью 4КМ-12 была значительно выше, чем под смесью ШОС-7.2, и сопоставима с работой под импортными смесями (стабильность работы оценивалась по количеству алярмов и аварийных ситуаций, фиксируемых системой «Mold Expert»), отмечен также повышенный расход погружных стаканов при работе на смеси ШОС-7.2 (повышенная массовая доля MnO в шлаке).

Учитывая различие химического состава по основным компонентам испытанных смесей, представляет интерес оценка ассимилирующей способности образующихся в кристаллизаторе МНЛЗ шлаков. В таблице 6 приведен состав смесей и шлаков из кристаллизатора.

Зависимость вязкости некоторых марок ШОС от температуры

Таблица 6. Химический состав смесей и шлаков, отобранных из кристаллизатора

Видно, что абсолютное значение увеличения массовой доли Al2O3 в шлаке по сравнению со смесями составляет от 1,82% (ШОС-7.2) до 2,86% (4КМ-12), что указывает на достаточную емкость шлаков по отношению к включениям глинозема независимо от исходного содержания Al2O3 в смесях.

Основным критерием оценки влияния вида смеси на результаты разливки является качество получаемой продукции.

Визуальный осмотр слябов, отлитых под опытными смесями показал, что качество поверхности идентично качеству слябов, отлитых с применением смесей GS-813/P и PS-5AT.

Результаты контроля макроструктуры опытных и сравнительных слябов свидетельствуют, что по этому показателю они соответствовали требованиям нормативно-технической документации и были аналогичными.

По результатам прокатки опытных и сравнительных слябов на стане 3000 отсортировка листов также находилась примерно на одном уровне и не превышала значений, характерных для стабильного текущего производства.

На втором этапе, в период с августа по октябрь 2009г. проведены расширенные промышленные испытания шлакообразующих смесей отечественного производства, которые подтвердили, что, и по технологическим параметрам (усилие вытягивания заготовки, работа трения, интенсивность и стабильность теплоотвода, удельный расход смеси), и по качественным показателям (макроструктура, уровень брака заготовок и отсортировки листового проката), шлакообразующая смесь для кристаллизатора МНЛЗ 4КМ-12 (ООО «НПКП Солотвин») не уступает зарубежным аналогам (PS-5AT (Prosimet), GS-813/P (ALSICAL), SТ-С 89/DP (STOLLBERG), а по некоторым из них, в частности по уровню отсортировки листового проката и расходу погружных стаканов, даже превосходит их.

С ноября 2009г. шлакообразующая смесь 4КМ-12 применяется в условиях ОАО «АМК» в промышленном варианте.

Данные по отсортировке листов, прокатанных из заготовок, отлитых под различными смесями в период с ноября 2009г. по февраль 2010г., приведены в таблице 7.

Таблица 7. Данные по отсортировке листового проката из заготовок, полученных при использовании различных ШОС

В процессе выполнения работы опробован также вариант механизированной подачи смеси в кристаллизатор МНЛЗ с помощью установки, спроектированной и изготовленной сотрудниками ДонНТУ и ООО «НПКП Солотвин» [5]. Установка (опытный образец) обеспечивает непрерывную подачу смеси с регулированием её расхода в необходимых пределах, что обеспечивает повышение стабильности работы МНЛЗ и, как следствие, повышение качества отливаемых заготовок.

Оценка экономической эффективности применения различных смесей в условиях ОАО «АМК» показывает, что удельные затраты на смесь 4КМ-12 в 2,5-2,7 раза ниже, чем на зарубежные аналоги (PS-5AT, GS-813/P).

Исходя из полученных результатов, учитывающих технологические параметры работы МНЛЗ, качество отливаемых заготовок и полученного из них листового проката, а также экономическую оценку применения различных смесей для кристаллизатора МНЛЗ, смесь 4КМ-12 производства ООО «НПКП Солотвин» с ноября 2009г. применяется в условиях ОАО «АМК» в промышленных масштабах в количестве до 40-50% от общего объема с перспективой полной замены импортных смесей смесями отечественного производства.

Библиографический список:

  1. Зайцев А.И., Лякишев Н.П., Артуняк Н.А. и др. // Металлы 2005, №3, с.3-15.
  2. Зайцев А.И., Лейтейс А.В., Либерман А.Л. // Сталь, 2003, №3, с. 70-74.
  3. Зайцев А.И., Калмыков К.Б. // Труды девятого конгресса сталеплавильщиков. 2007, с. – 638-644.
  4. Смирнов А.Н., Макуров С.Л., Епишев М.В. и др. // Металл и литье Украины, 2006, №3. с.55-57.
  5. Еронько С.П., Мечик С.В., Бедарев С.А., Шлемко С.В., Шостак С.В., Поремский В.И. // Металлургические процессы и оборудование, 2009 №2(16), с. 34-38.

© Шлемко С.В., Шостак С.В., Пащенко А.В., Акулов В.В., Писмарев К.Е., Табия А.А., 2010



СТАТЬИ

ПОПУЛЯРНОЕ

КОНФЕРЕНЦИИ

КНИГИ