Внепечная обработка чугуна и стали
СОДЕРЖАНИЕ Доклад №11

Инновации в развитии шиберных затворов для сталеразливочных ковшей

Кушнерев И.В., ООО «Группа «Магнезит», Россия, Шенбреннер В., Knollinger FLO-TEC GmbH, Германия

УДК 669.18.046

Шиберные затворы для сталеразливочных ковшей типа «книжка» позволяют повысить эффективность использования огнеупорных плит и снизить трудозатраты на эксплуатацию и обслуживание оборудования. Совершенствование шиберных затворов, учитывающее запросы потребителя, и направленное на упрощение конструкции, обеспечение свободного выбора форматов огнеупорных плит, повышение надежности работы и создание условий для повышения чистоты разливаемой стали возможны только путем внедрения инновационных решений.

Ключевые слова: Шиберный затвор, сталеразливочный ковш, огнеупорные плиты, разливка стали, чистая сталь, инновация

В современной металлургии разливка стали с использованием шиберных затворов приобретает все большее значение. История развития шиберных затворов показывает постепенный переход от систем жесткого типа, характеризующихся, как правило, использованием магнезиальных огнеупорных плит стойкостью в одну разливку к многоплавочным системам типа «книжка», позволяющим, во-первых, использовать плиты с высокой стойкостью, и, во-вторых, повысить оперативность переподготовки ковша к новой разливке. За счет этого снижается общее время межплавочных простоев, повышается оборачиваемость ковша и достигается экономия не только на огнеупорах, необходимых для эксплуатации шиберных затворов, но и на количестве и, следовательно, футеровке сталеразливочных ковшей. Кроме того, улучшаются условия труда персонала за счет упрощения обслуживания шиберного затвора.

Первый работоспособный шиберный затвор для сталеразливочных ковшей, к тому моменту уже внедренный на ряде предприятий, был запатентован в 1967 г., хотя идея бесстопорной разливки возникла еще в 19 веке. В первом шиберном затворе огнеупорные плиты обмазывались мертелем, устанавливались в кассету и затем высушивались. Кассета с плитами прижималась к вварной плите (фланцу) ковша и верхней огнеупорной плите посредством болтов или клиньев.

В 1969 г. в США на рынке появилась система типа «книжка» FLOCON.

Для использования огнеупорных плит в данном шибере их бандажировали и поставляли на металлургические предприятия готовыми к использованию. Прижатие огнеупорных плит осуществлялось посредством пружин, поджимаемых при помощи двух штанг.

В 1972 г. система FLO-CON была экспортирована в Европу и в дальнейшем выпускались на основе лицензий по всему миру в течение нескольких десятков лет. Благодаря бандажированным плитам и прижатию посредством пружин шиберные затворы FLO-CON имели конкурентное преимущество перед другими затворами. Позднее конкуренты приложили усилия к совершенствованию своих систем и так же предложили на рынок шиберные затворы для бандажированных плит и с пружинной системой прижатия.

Шиберные затворы системы FLO-CON оказались чрезвычайно успешны и были установлены более чем на 1000 ковшей по всему миру.

Одним из ответвлений от системы FLO-CON является результат ее инновационного развития – система FT (FLO-TEC) (рис. 1) компании Knollinger FLO-TEC GmbH (Германия), вобравшая в себя все лучшее от прародителя.

Шиберный затвор модели FT

Рис. 1 - Шиберный затвор модели FT

Knollinger FLO-TEC является владельцем лицензии на производство шиберных затворов FLO-CON и имеет многолетний опыт их изготовления и совершенствования.

Изначально в системе FLO-CON как и прочих шиберных затворах на рынке может быть использован только один формат огнеупорных плит. При этом потребитель оказывается ограничен, во-первых, в выборе поставщика огнеупоров, и, во-вторых, в использовании плит такой формы, которая позволяет достигать большей стойкости или же обеспечивает лучшее соотношение цена/качество.

Компания Knollinger FLO-TEC поставила перед собой задачу изменить данную ситуацию и улучшить положение конечного потребителя. Результатом работы стал шиберный затвор FT.

В развитии модели FT воплощен весь многолетний опыт производства и эксплуатации шиберов FLO-CON, но вместе с тем, систему FT нельзя отождествлять с FLO-CON по причине инновационной возможности использования в шибере FT огнеупорных плит различных форматов (FT, LS, Z-21, FLO-CON и др.), отсутствующей во всех других моделях, а также ряда конструктивных отличий.

Некоторые из возможных вариантов форматов плит представлены на рис. 2.

Примеры форматов используемых плит

Рис. 2 - Примеры форматов используемых плит

Новой вехой в развитии шиберных затворов системы FT стало создание газоплотной модели FT3-GT.

Предпосылкой к созданию новой модели стал тот факт, что при разливке через шиберный затвор постоянно существует опасность возникновения подсосов воздуха внутрь шибера и, в особенности, между огнеупорными плитами.

Прежде всего во время интенсивного дросселирования возникает ситуация, когда гнездовой блок, ковшевой стакан и отверстие в верхней плите заполнены жидкой сталью, находящейся под ферростатическим давлением. При этом через отверстие в верхней плите истекает малое количество стали в отверстие в нижней плите, имеющее тот же самый диаметр. В результате в этой области возникает разрежение, что приводит к появлению подсоса воздуха между плит. В некоторых случаях как доказательство можно наблюдать белую окантовку у трещин в огнеупорных плитах, звездообразно распространяющихся от разливочного канала к периферии. Это указывает на выгорание углерода за счет воздуха, проникающего через трещины.

Можно предположить что, в области на границе ковшевого стакана и стакана-коллектора с огнеупорными плитами, так же возникает эффект насоса.

Для высококачественных марок стали данное явление является крайне нежелательным по причине возникновения вторичного окисления, ведущего к увеличению количества неметаллических включений.

Создание инновационного газоплотного шибера позволяет устранить влияние данного явления на качество стали.

Корпус шиберного затвора всесторонне уплотнен. Среди прочего уплотнения имеются между монтажной плитой и корпусом, в области штанги тяги шиберного затвора и вокруг стакана-коллектора. Так же имеется уплотнение между вварной плитой ковша и монтажной плитой шиберного затвора.

В корпус шиберного затвора подается инертный газ, главным образом аргон, что создает небольшое избыточное давление. В результате разрежения, возникающего в разливочном канале, происходит подсос инертного газа вместо воздуха.

Конструктивно шиберный затвор выполнен в виде трехплиточного затвора, что позволяет удешевить конструкции по сравнению с двухплиточным прототипом, и добиться оптимального соотношения между затратами и достигаемым результатом.

Как и любые трехплиточные шиберные затворы, газоплотный рекомендуется прежде всего предприятиям, использующим разливку в изложницы сверху или через сифон, а так же в литейные формы. В этом случае достигается не только повышение качества слитка, но и реализуются преимущества неподвижного стакана-коллектора.

Газоплотный шиберный затвор является так же разумным решением для непрерывной разливки стали, так как увеличение расходов на огнеупоры за счет использования третьей плиты компенсируется повышением чистоты заготовки.

Основными отличительными чертами систем FT и FT3-GT от других современных шиберных затворов являются:

  1. Простота конструкции, определяющая низкие эксплуатационные затраты;
  2. Использование газовых пружин вместо механических;
  3. Возможность модификации зоны установки огнеупорных плит под плиты различных форматов, что делает шиберный затвор универсальным.

Перекрытие разливочного канала осуществляется при помощи гидравлического привода, который может быть реализован в различных условиях и вариантах: с прямым приводом, приводом через коленчатый рычаг, приводом через передаточную тягу. Ось вращения откидного корпуса может располагаться, как на широкой, так и на узкой гранях. Так же существуют специальные трехплиточные модели шиберного затвора, рекомендуемые для разливки стали в изложницы.

Эксплуатация шиберного затвора FT и FT3-GT возможна на ковшах вместимостью от 10 до 350 т при диаметре разливочного канала до 100 мм. При этом затвор полностью совместим с современными системами обнаружения шлака.

Для крепления монтажной плиты к фланцу ковша используются быстросменные втулки с внутренней резьбой, приравниваемые к фланцу с внутренней стороны ковша. При износе резьбы, выявленном при контрольном осмотре после кампании ковша, неисправные втулки удаляют и приваривают новые.

Для запирания откидного корпуса используется компактный зажимной гидроцилиндр, позволяющий упростить конструкцию системы запирания шиберного затвора. Использование данного подхода позволяет быстро открывать и закрывать шиберный затвор в любых ситуациях.

Использование поворотной оси для закрепления подвижной рамы шиберного затвора на монтажной плите позволяет легко снимать откидной корпус в случае необходимости.

Прижатие огнеупорных плит реализуется при помощи специальных газовых пружин (рис. 3). Данный тип пружин, как правило, не требует охлаждения и стабильно функционирует до температуры около 620 °С. Сила прижатия газовых пружин с повышением температуры в отличие от механических пружин не снижается, а возрастает за счет расширения газа. Контроль работоспособности газовых пружин возможен непосредственно на ковше при помощи щупа без использования специальных манометров. Неисправную газовую пружину легко заменить непосредственно на ковшевом стенде в кратчайшие сроки. Использование десяти газовых пружин (по 5 справа и слева от разливочного канала) позволяет реализовать равномерное прижатие огнеупорных плит и эксплуатировать затвор даже в случае выхода из строя одной из пружин.

Газовые пружины

Рис. 3 - Газовые пружины

Среди особенностей места установки огнеупорных плит следует выделить:

  1. простоту изменения конфигурации под плиты другого заранее известного формата;
  2. фиксацию огнеупорных плит сменными магнитами, притягивающими плиты за металлические бандажи и позволяющими надежно закрепить плиты в местах их установки;
  3. минимальные люфт в месте установки плит позволяет отказаться от центрирования плит при помощи эксцентриков.

Замена огнеупорных материалов (плиты, стакан-коллектор, ковшевой стакан) соответствует общей практике работы с современными шиберными устройствами. При этом в качестве особенности шиберов Knoellinger FLO-TEC можно отметить, как правило, отказ от использования байонетного механизма замены стакана-коллектора, используемого в других современных шиберах. Связано это с двумя факторами: во-первых, как правило, стойкость шиберного припаса лимитируется огнеупорными плитами, т.е. стакан-коллектор заменяется не раньше замены плит, а одновременно с ними, и, во-вторых, для любой байонетной гайки существует опасность самопроизвольного раскручивания, что создает опасность для надежного функционирования шиберного затвора. В результате конструкция и эксплуатация шибера существенно упрощаются, а промышленная безопасность повышается. Вместе с тем, по желанию потребителя байонетный разъем может быть установлен на шибер Knoellinger FLO-TEC.

При замене ковшевого стакана требуется применять отбойный молоток. При этом есть риск локального повреждения монтажной плиты вокруг ковшевого стакана, требующий замены в целом исправной монтажной плиты. Для предотвращения возникновения такого рода ситуаций в шиберных затвора FT и FT3-GT разливочный канал опоясывает быстросменное защитное кольцо. Отбойный молоток может повредить только кольцо и в случае повышенного износа кольца его легко заменить.

Многолетний опыт эксплуатации шиберных затворов Knoellinger FLO-TEC на предприятиях Западной Европы на ковшах вместимостью от 60 до 290 т демонстрирует надежность и эффективность эксплуатации оборудования для разливки стали на сортовых, блюмовых и слябовых МНЛЗ, а так же для разливки в изложницы сверху или сифонным способом.

Стойкость плит зависит от условий каждого конкретного предприятия. Имеющийся опыт показывает следующую возможную стойкость огнеупорных плит корундо-графитового состава:

  • сортовая МНЛЗ, 5 ручьев, ковш емкостью 80 т, диаметра канала 40 мм – 5 разливок;
  • слябовая МНЛЗ, 2 ручья, ковш емкостью 290 т, диаметра канала 90 мм – 4 разливки;
  • сифонная разливка, ковш емкостью 110 т, диаметра канала 55 мм – 3 – 8 разливок.

При этом важно помнить, что результаты эксплуатации одних и тех же огнеупорных плит отличаются от предприятия к предприятию и стойкости могут достигать более высоких значений.

В период с 2007 по 2011 год шиберный затвор модели FT успешно испытан на нескольких предприятиях России и Украины на ковшах вместимостью от 160 до 350 т и диаметрами разливочных каналов от 55 до 70 мм. До наступления кризисного периода шиберный затвор был внедрен и успешно эксплуатируется с 2007 г. по настоящее время в ККЦ ПАО «Енакиевский мталлургический завод».

Результаты эксплуатации и промышленных испытаний показывают возможность достижения стойкости огнеупорных плит (табл. 1) на уровне 3-5 разливок в зависимости от особенностей технологии внепечной обработки, в частности, использования обработки кальцийсодержащими материалами, и разливки стали.

Таблица 1 - Характеристики огнеупорных плит

Характеристики огнеупорных плит

*Плиты на основе шпинели рекомендуются для разливки стали с содержанием растворенного кальция более 25 ppm.

Заключение

Шиберные затворы модели FT и FT3-GT компании Knollinger FLOTEC GmbH представляют собой современную, простую и надежную систему, решающую проблему потребителя при выборе огнеупорных материалов с оптимальным соотношением цена/качества благодаря гибко модифицируемой конструкции зоны установки огнеупорных плит. Повышение чистоты разливаемого металла может быть достигнуто при разливке стали через газоплотный шиберный затвор FT3-GT. Опыт эксплуатации в Западной Европе, странах СНГ и России показывает возможность успешно применять шиберный затвор на ковшах емкостью от 60 до 350 т для разливки стали различных марок и достигать стойкости плит на уровне 3 и более разливок.

© Кушнерев И.В., Шенбреннер В., 2011

СОДЕРЖАНИЕ Доклад №11

СТАТЬИ

ПОПУЛЯРНОЕ

КОНФЕРЕНЦИИ

КНИГИ