Современные огнеупорные системы

Технологические факторы стабилизации скорости бесстопорной разливки на сортовой МНЛЗ

Г. И. Касьян, С. Н. Писарский, А. В. Кодак, А. Я. Минц, В. И. Сирченко Донецкий электрометаллургический завод, Донецк

В 2007-2008 гг. с целью повышения серийности разливки на сортовой МНЛЗ и качества заготовок в условиях отсутствия системы быстрой замены стаканов-дозаторов промежуточного ковша были выполнены исследования, направленные на стабилизацию скорости разливки. Установлено, что причиной повышения скорости разливки, приводящего к вынужденному закрытию ручьев при достижении установленных пределов скорости, наряду с размытием канала стаканов-дозаторов, является повышение уровня окисленности стали. При этом скорость износа ZrO2 стаканов-дозаторов пропорциональна уровню окисленности стали. Уровень окисленности стали в промковше МНЛЗ определялся прибором «Sidertop-R» и датчиками Сеlох фирмы «Heraeus Electro-Nite». По результатам выполненных исследований установлена зависимость скорости разливки от активности кислорода a[O] металла в промковше, скорректирована технология раскисления стали для бесстопорной разливки (открытой струей) и предусмотрено использование недорогих кварцевых труб на участке стальковш-промковш для снижения скорости разливки в случае ее повышения на отдельных плавках.

У 2007-2008 рр. з метою підвищення серійності розливання на сортовій МБРЗ і якості заготівок в умовах відсутності системи швидкої заміни стаканів-дозаторів проміжного ковша було виконано дослідження, спрямовані на стабілізацію швидкості розливання. Встановлено, що причиною підвищення швидкості розливання, що призводить до вимушеного закриття рівчаків при досягненні встановлених меж швидкості разом із розмиттям каналу стаканів-дозаторів, є підвищення рівня окисленості сталі. При цьому швидкість зносу ZrO2 стаканів-дозаторів пропорційна рівню окисленості сталі. Рівень окисленості сталі в промковші МБРЗ визначався приладом «Sidertop-R» і датчиками Сеlох фірми «Heraeus Electro-Nite». За результатами виконаних досліджень встановлено залежність швидкості розливання від активності кисню a[O] металу в промковші, скореговано технологію розкислювання сталі для безстопорного розливання (відкритим струменем) і передбачено використання недорогих кварцевих труб на ділянці стальковш-промковш для зниження швидкості розливання у разі її підвищення на окремих плавках.

In 2007-2008 for the purpose to increase seriality of casting on billet CCM and quality of billets without system of fast replacement of tundish nozzles the researches directed on stabilisation of casting speed have been executed. It is established that the reason of increase of casting speed, leading to the compelled strands closing at achievement of the established limits of speed, along with deterioration of nozzle channel, is increase level of аctivity of oxygen in steel. Thus speed wear of nozzle’s ZrO2 is proportional to level of steel oxidation. Level of steel oxidation in tundish was defined by device «Sidertop-R» and sensors Сeloх of company «Heraeus Electro-Nite». By results of the executed researches dependence of саsting speed from metal oxygen a[O] activity in tundish is established, the technology of steel deoxidation for open stream сasting is corrected and is provided using of inexpensive quartz pipes on a site ladle-tundish for decrease of casting speed in case of its increase on separate fusions is provided.

На рис. 1 представлена динамика производства сортовой МНЛЗ ЭСПЦ ДЭМЗ с момента пуска, косвенно отражающая развитие технологии. Показатель в 1 млн. т в 2008 г. не превышен по причине вынужденных простоев ДСП-2 из-за начавшегося в октябре 2008 г. финансового кризиса. Максимальное же месячное производство МНЛЗ в 2008 г. находилось на уровне 91350 т, что эквивалентно годовой производительности на уровне 1,1 млн. т/год. Снижение объема производства в 2009 г. обусловлено такими факторами, как смена собственника предприятия и отсутствие оборотных средств.

Динамика объемов производства сортовой МНЛЗ ДЭМЗ за период 2001-2009 гг.

Рис. 1. Динамика объемов производства сортовой МНЛЗ ДЭМЗ за период 2001-2009 гг.

В табл. 1 представлена динамика основных показателей производства непрерывнолитой квадратной заготовки открытой струей в 2005-2009 гг., на рис. 2 – динамика удельного (на 100 тыс. т заготовок) количества аварийных прорывов металла под кристаллизатором. Начиная с 2007 г. отмечено их снижение в 2-4 раза по сравнению с предшествующими годами. Можно отметить, что до 2008 г. при разливке открытой струей практически отсутствовали прорывы по шлаку, а начиная с 2008 г. их доля в общем количестве составила 17-20 %, что связано с ужесточением режима экономии раскислителей и ферросплавов и ростом количества случаев, когда не выдерживалось отношение [Mn]/[Si].

Таблица 1 - Динамика основных показателей производства непрерывнолитой квадратной заготовки открытой струей

Динамика основных показателей  производства непрерывнолитой квадратной заготовки открытой струей

Рис. 2. Динамика удельного (на 100 тыс. т заготовок) количества аварийных прорывов металла под кристаллизатором за 2005-2009 гг.

При решении комплекса вопросов по повышению эффективности производства сортовой МНЛЗ и улучшению качества заготовок одним из них была стабилизация скорости разливки открытой струей. Известно, что при стопорной разливке нестабильная скорость обусловлена затягиванием разливочного стакана вследствие отложения на его стенках тугоплавких включений корунда или алюминатов кальция неоптимального состава. При бесстопорной разливке на отдельных плавках серии были заметны (до 20 %) снижение скорости разливки по причинам, не связанным с отложением включений в канале стакана-дозатора, колебаниями уровня и температуры металла в промковше, и рост по отдельным ручьям (чаще центральным). Указанное повышение скорости (обычно начиная с 8-10-й плавки серии) в дальнейшем приводило к вынужденным закрытиям ручьев из-за достижения на них предельно установленных значений скорости, а в ряде случаев – срыву плановой серийности и потерям производства, обусловленными вынужденным простоем ДСП-2 для синхронизации циклов выплавки и разливки после переподготовки МНЛЗ.

Выполненные в УкрНИИО петрографические исследования образцов стаканов-дозаторов ТЕХКОМ после разливок серий показали, что механизм разрушения (износа) канала дозатора заключается во взаимодействии окислов железа жидкой стали с компонентами связки по границам зерен ZrO2-огнеупора с образованием легкоплавкой стеклофазы. С ростом окисленности стали интенсивность изменения фазового состава и разрушения огнеупора по межзеренным границам растет.

Для оценки влияния режимов раскисления на скоростную стабильность бесстопорной разливки в 2007 г. подготовили и выполнили программу исследований. Были проведены серии плавок с различными режимами раскисления, контролем окисленности металла на ДСП-2, УПК и МНЛЗ, отбором дополнительных проб металла, шлака, футеровки промковша, а также применением огнеупорных защитных труб на участке стальковш-промковш. Активности кислорода a[O] стали в промковше МНЛЗ определяли прибором «Sidertop-R» и датчиками Сеlох фирмы «Heraeus Electro-Nite». По опытным плавкам выполнили сравнительный анализ динамики скорости разливки по серии, а также установили зависимость скорости разливки от активности кислорода a[O] металла в промковше. Испытания вариантов технологии проводились поэтапно (табл. 2).

Таблица 2 - Этапы испытания технологии

Этап № 1 – раскисление металла по базовой технологии на выпуске ДСП-2 с расходом раскислителей согласно техкартам: вариант 1, а – раскислителем алюминиевым в оболочке РА-30; вариант 1, б – алюминием вторичным (в чушках).

Этап № 2 – раскисление металла по опытной технологии на выпуске ДСП-2 с расходом раскислителей согласно техкартам и дополнительно на УПК силикокальциевой порошковой проволокой (ПП) с удельным расходом проволоки марки СК40 0,4 кг/т: вариант 2, а – раскислителем алюминиевым в оболочке РА-30 на выпуске + силикокальциевой порошковой проволокой на УПК; вариант 2, б – алюминием вторичным (в чушках) на выпуске + силикокальциевой порошковой проволокой на УПК.

Этап № 3 – проведение серий опытных плавок с использованием защитной трубы на участке cтальковш-промковш. При использовании защитной трубы раскисление металла опытных плавок производилось по базовой технологии (РA-30 на выпуске).

По результатам исследований установлено, что максимальные относительные приросты скорости разливки по серии Vотн = 8,1-9,2 % получены на сериях с раскислением алюминием (РА-30 и Alвт) при среднем значении a[O] = 24,5 ppm, а минимальные Vотн = 1,0-4,9 % – на плавках с дополнительным раскислением на УПК порошковой проволокой с SiCa при средним значении a[O] = 23,6 ppm. При раскислении Alвт на выпуске a[O] как на 1-м, так и на 2-м этапах исследований достигались более низкие значения a[O] по сравнению с раскислением РА-30. В случае использования ПП с СК40 обеспечивался минимальный прирост Vотн = 1, а с СК30 = 4-5 %. Причиной указанных различий может быть более низкое усвоение СК30 по сравнению с СК40. Это подтверждается результатами химического анализа проб металла из промковша – на сериях с использованием СК30 на отдельных плавках содержание Ca было < 0,0005 % при среднем значении [Са] = 0,00093 %, а на сериях с СК40 такого снижения не отмечено при среднем содержании [Са] = 0,00108 %.

Полученная зависимость активности кислорода в стали a[O] от остаточного содержания кальция в пробах металла из промковша показана на рис. 3.

Рис. 3. Зависимость активности кислорода в стали а[О] от остаточного содержания кальция в дополнительных пробах металла из промковша

Видно, что с повышением содержания кальция, являющегося сильным раскислителем, значение a[O] снижается. Следовательно, при бесстопорной разливке на сортовых МНЛЗ стали с содержанием Al менее 0,006 % снижение скорости износа стаканов-дозаторов промковша может быть достигнуто за счет дополнительной обработки металла на УПК кальцийсодержащими материалами (SiCa, FeCa).

Измеренные значения a[O] на ДСП-2 по опытным сериям составили 410-1087 ppm, на УПК – в начале обработки – 2-100, в конце обработки – 2-18 ppm.

На сериях с использованием защитной трубы на участке стальковш-промковш было получено среднее относительное снижение скорости разливки Vотн = 9,4 %. При этом среднее значение a[O]ср = 21,4 ppm было более низким, чем на при раскислении только алюминия на выпуске (a[O]ср = 24,5 ppm) или алюминия на выпуске + СК40(30) на УПК (a[O]ср = 23,6 ppm). Для предотвращения срыва серии при проведении 3-го этапа работ на ряде плавок из-за заметного снижения скорости разливки при снижении a[O] до 15-17 ppm защитную трубу вынужденно снимали, после чего скорости разливки быстро восстанавливались, а значениия a[O] возрастали до уровня более 20 ppm. На рис. 4 представлена зависимость скорости разливки от a[O] при стабильной массе металла в промковше в пределах 24,5-25,4 т. Установленная зависимость скорости бесстопорной разливки от уровня окисленности стали объясняется известной зависимостью жидкотекучести стали от содержания в ней кислорода.

Анализ содержания окислов железа и марганца в шлаке промковша по ходу разливки серии для различных вариантов раскисления стали показал, что: среднее содержание суммы FeO в шлаке из промковша составляет (%) 2-7, MnO – 8-24; предполагаемого роста окисленности шлака и, соответственно, увеличения содержания окислов суммы FeO и MnO по ходу серии плавок не наблюдается; минимальное содержание окислов железа (2-3 %) и окислов марганца (5-8 %) отмечено на серии плавок с использованием защитной трубы.

Рис. 4. Зависимость скорости разливки кв. 150 мм 3SP по P2-5 от а[О] при массе металла в промковше (24,5-25,4) т

В табл. 3 приведены данные по оценке загрязненности заготовок с опытных плавок неметаллическими включениями по ГОСТ 1778 (метод Ш6) по оксидам (строчечным и точечным), силикатам хрупким и недеформируемым для различных режимов раскисления, из которой видно, что загрязненность литого металла оксидами строчечными (ОС) для плавок с раскислением только алюминием на выпуске и с обработкой проволокой с SiCa находятся примерно на одном уровне, а оксиды точечные (ОТ) на всех образцах отсутствуют. Усредненные значения балльной оценки (в баллах) по силикатам находятся на следующих уровнях:

– пластичные (СП) для плавок – без SiCa – 3,11, c SiCa – 3,87;

– хрупкие (СХ) для плавок – без SiCa – 3,87, c SiCa – 3,95;

– недеформируемые (СН) для плавок – без SiCa – 1,96, c SiCa – 1,48.

Таблица 3 - Данный по оценке загрязненности заготовок с опытных плавок неметаллическими включениями

Следует отметить, что неметаллические включения в сталях, квалифицированные по ГОСТ 1778-70 как силикаты хрупкие и силикаты недеформируемые, в действительности являются алюминатами кальция. Примерно равные уровни содержания включений СХ и СН для плавок без обработки SiCa и с обработкой объясняются низким содержанием алюминия в стали (Al менее 0,006 %) при бесстопорной разливке.

Таким образом, выполненные в промышленных условиях исследования показали, что для стабилизации скорости бесстопорной разливки на сортовой МНЛЗ требуется стабилизация уровня окисленности стали в промковше МНЛЗ, что в условиях ограничения содержания алюминия в стали Al менее 0,006 % достигается обработкой стали на УПК порошковой проволокой с кальцийсодержащими материалами (SiCa, FeCa). Для оперативного снижения скорости разливки и увеличения серийности разливки при отсутствии системы быстрой замены стаканов-дозаторов промковша за счет корректировки уровня окисленности стали в промковше эффективно использование защитной трубы на участке стальковш-промковш. По результатам выполненных исследований были внесены изменения в технологию производства заготовок кв. 100-150 мм в ЭСПЦ ДЭМЗ.

В 2008 г. в условиях отсутствия плавок на состав стало актуальным увеличение серийности разливки с 14-16 до уровня более 30 плавок в серии. В апреле 2010 г. была приобретена система CNC фирмы «Vesuvius» для быстрой замены стаканов-дозаторов промковша по ходу разливки. Использование системы CNC повышает технико-экономическую эффективность бесстопорной разливки за счет реализации следующих технологических преимуществ: увеличения серийности разливки более 30 плавок в серии за счет замены сменных (нижних) стаканов-дозаторов промковша по ходу разливки; поддержания скорости разливки в заданных пределах для стабилизации условий разливки, улучшения качества отливаемых заготовок и сокращения потерь ручьев из-за вынужденных закрытий, в т. ч. по причине разливки неорганизованной (веерообразной) струей; возможности оперативного изменения диаметра стакана-дозатора, а также закрытия ручья для согласования работы ДСП-2 и МНЛЗ по ходу разливки серии.

Экономический эффект от внедрения системы CNC обусловлен снижением удельных затрат на материалы, подготовку и разогрев промковшей, а также вследствие снижения в удельном выражении технологических отходов металла (скрап промковшей, обрезь заготовок и др.). Согласно выполненным расчетам срок окупаемости системы СNC составит около четырех месяцев. Кроме того, система CNC упрощает задачу стабилизации скорости бесстопорной разливки для стабилизации уровня качества заготовок.



СТАТЬИ

ПОПУЛЯРНОЕ

КОНФЕРЕНЦИИ

КНИГИ