Оптимизация технологии для увеличения производства универсальной сортовой МНЛЗ (ДЭМЗ)

Касьян Г.И., Писарский С.Н., Волков А.В.
Донецкий электрометаллургический завод

Непрерывная разливка стали (НРС) – это такой технологический передел в металлургии, который базируется на целом ряде разделов фундаментальных и прикладных наук, в том числе: теория кристаллизации, теплофизика и теплопередача, физико-химические процессы в расплавах и их свойства, гидродинамика, механика и других. Повышение скоростей разливки предполагает и интенсификацию тепло- и массообменных процессов в формирующейся заготовке, повышение термомеханических напряжений в корочке, увеличение протяженности жидкой лунки. Технологический процесс непрерывной разливки на скоростях, близких к предельным при условии получении заготовок с гарантированным уровнем качества по всем параметрам требует четкого понимания закономерностей процесса и существующих ограничений, максимально возможной степени автоматизации для снижения негативных последствий от вероятных ошибок технологического персонала МНЛЗ. Современные скоростные МНЛЗ аккумулируют в себе достижения в области технологии НРС, опыт конструирования и машиностроения, а также опыт эксплуатации механического, гидравлического, электрического оборудования, многоуровневых систем управления и автоматики.

Необходимо отметить, что прогресс в развитии МНЛЗ выражается не только в повышении скорости разливки и расширении размерного и марочного сортамента производимых заготовок, но и в улучшении их качества, повышении коэффициентов выхода годного и загрузки оборудования, что, в конечном счете, определяет высокие технико-экономические показатели производства МНЛЗ.

На Донецком электрометаллургическом заводе (до 2008г. – ММЗ “ИСТИЛ (УКРАИНА)” впервые на Украине была освоена разливка на высокоскоростной универсальной сортовой МНЛЗ. Её основные параметры приведены в табл. 1, достигнутые производственные показатели – в табл.2.

Таблица 1. Технические данные сортовой МНЛЗ DANIELI (введена в эксплуатацию 24.06.1999г.)

Достигнутые в 2008-2010 годах показатели максимального месячного производства МНЛЗ (91-92 тыс.т) эквивалентны годовой производительности на уровне 1,1 млн.т/год с разливкой открытой и закрытой струей различных профилей при наличии 4-6 перевалок по заказам в месяц. Достигнутый до 2010г. технологический уровень производства МНЛЗ обеспечивал при разливке открытой струей серийность разливки 14-16 плавок, закрытой – до 6-ти плавок без потерь ручьев и срывов серий. В 2010г. после внедрения системы СNC быстрой замены дозаторов промковша при бесстопорной разливке освоена серийность разливки до 30 плавок. Для увеличения серийности до уровня 45-60 плавок проводятся работы по оптимизации конструкции и огнеупоров промковша с обеспечением возможности скачивания шлака.

Таблица 2. Динамика основных показателей производства непрерывнолитой квадратной заготовки при бесстопорной разливке

* средние значения

После модернизации ДСП-2 в 2006г. с сокращением цикла выплавки с 62-64 до 50-52мин. и повышения скоростей разливки на МНЛЗ для устранения случаев переливов металла в кристаллизаторе при автозапуске ручьев для бесстопорной разливки были выполнены работы по оптимизации параметров автозапуска ручьев при разливке открытой струей. После их корректировки случаи перелива на старте были устранены.

Для повышения скорости разливки заготовок кв.100, 120мм и синхронизации циклов выплавки и разливки на МНЛЗ этих профилей на предприятии проводятся работы по оптимизации конусности гильз кристаллизаторов.

Рис. 1. Развертка внутреннего профиля гильзы с цветовым масштабом износа поверхности и фактический профиль гильзы в 2-х взаимно перпендикулярных продольных сечениях

С учетом заметного влияния профиля гильз кристаллизатора на стабильность разливки и ромбичность заготовок в 2007г. приобретен и освоен лазерный сканер фирмы VATRON (Австрия) для измерения фактической геометрии и износа гильз. На рис. 1 показаны графические файлы рапорта измерений – развертка внутреннего профиля гильзы с цветовым масштабом износа поверхности и фактический профиль гильзы в 2-х взаимно перпендикулярных продольных сечениях.

Рис.4. Вид окна компьютерной информационной системы “Диспетчер” с результатами определения ромбичности заготовок текущей плавки

Графические файлы паспорта измерений профиля и износа гильз кристаллизатора лазерным сканером фирмы VATRON.

В 2008г. в режиме “Советчик мастера” быть введен в эксплуатацию измерительный комплекс фирмы AVIAOK (Россия) на базе системы машинного зрения для определения геометрических параметров профиля заготовок, который позволяет в процессе разливки на МНЛЗ контролировать фактическую ромбичность заготовок по ручьям и принимать, при необходимости, оперативные технологические меры для их устранения. Оптическая цифровая система (рис.2), установленная в начале холодильника заготовок с шагающими балками, формирует цифровое изображение торца заготовок, которое обрабатывается по специальной программе. Видео-изображение и результаты его обработки с привязкой к номеру ручья, плавке и номеру заготовки отображаются на мониторе поста управления (рис.3) в режиме реального времени, а также в электронном рапорте продукции компьютерной системы “Диспетчер” (рис.4) для оперативного контроля ромбичности заготовок в процессе разливки.

К перспективным мероприятиям, обеспечивающим дальнейшее по-вышение технико-экономической эффективности производства МНЛЗ, следует отнести замену существующих механизмов качания кристаллизаторов (МКК) шарнирно-рычажного типа на механизмы рессорного типа с гидравлическим или электромеханическим приводом. При использовании МКК рессорного типа вместо традиционных шарнирно-рычажного типа, разливка может вестись на скоростях, близких к предельным, что связано с повышенной жесткостью таких столов, повышенной точностью их хода и, как следствие, минимальным динамическим воздействием на зеркало металла и корочку формирующейся в кристаллизаторе заготовки. В случае разработки МКК рессорного типа под существующий электромеханический привод для сортовой МНЛЗ ДЭМЗ можно ожидать заметного удешевления такой замены.

Опыт эксплуатации сортовой МНЛЗ ЭСПЦ в АО (частное) “ДЭМЗ” фирмы DANIELI показал, что, несмотря на достаточную надежность, удобство в обслуживании и заложенные резервы, в ней имелся ряд недоработок, с которыми пришлось столкнуться в процессе эксплуатации и которые создали серьезные проблемы. В частности были выполнены исследования по оптимизации режимов работы, аппаратуры и настроек гидросистемы прижатия роликов ТПА к заготовке. По результатам выполненных заводскими специалистами исследований было принято решение о замене отдельных элементов гидросистемы, отказе от рекомендованных DANIELI режимов с переходом на универсальный режим с улучшеными динамическими характеристиками и стабильностью поддержания давления. В сочетании с оптимизацией усилий прижатия роликов к заготовке это позволило устранить брак круглых заготовок d180мм по продольным поверхностным трещинам, которые возникали из-за неконтролируемого повышения усилия прижатия роликов ТПА к заготовке, а также снизить отсортировку круглых заготовок по геометрии профиля (овальности и диаметру). Кроме того, были устранены имевшие место дефекты макроструктуры и геометрии профиля при скоростной разливке заготовок кв.100мм.

К конструктивным недоработкам сортовой МНЛЗ с учетом её универсальности в отношении возможности производства круглых заготовок, можно отнести отсутствие устройств центрирования заготовок перед ТПА. Их наличие позволяет за счет удержания заготовки в сегментной проточке роликов в определенной степени нейтрализовать различные неблагоприятные факторы, в том числе нестабильность технологических параметров, снизить отсортировку круглых заготовок по овальности, диаметру и длине. Такое устройство было спроектировано, изготовлено и опробовано при производстве заготовок d 150, 160, 180мм. Однако несмотря на свою эффективность, но оно нуждается в доработке, учитывающей тяжелые условия эксплуатации.

Общим недостатком известных сортовых МНЛЗ различных фирм можно считать отсутствие эффективных средств для борьбы с ромбичностью заготовок. Можно назвать порядка десяти причин её возникновения, но арсенал оперативных технологических мер для её снижения довольно ограничен и не гарантирует достижение результата. Учитывая, что ромбичность является самым характерным по объему отсортировки дефектом сортовых заготовок, создание эффективного средства для её подавления представляется одной из наиболее актуальных задач.

© Касьян Г.И., Писарский С.Н., Волков А.В., 2010