Эффективность применения современных огнеупоров при непрерывной разливке на ПАО «ДМКД»

Фоменко А. П., Гладилин О. Ю.
ПАО «Днепровский меткомбинат им. Ф. Э. Дзержинского», Днепродзержинск

Одним из способов повышения производительности машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) является увеличение серийности разливок плавок. На Днепровском металлургическом комбинате им. Ф. Э. Дзержинского (ПАО «ДМКД») в 2010 г. этот показатель превысил 20 плавок (МНЛЗ № 2 и 3) при проектной величине 4 плавки. Средняя серийность на МНЛЗ № 2 составляет на сегодняшний день 19,5 плавок в серии. Такого существенного увеличения серийности плавок на МНЛЗ № 2 и 3 удалось добиться в несколько этапов.

Основными препятствиями к увеличению серийности плавок были невысокая стойкость промежуточного ковша и огнеупоров сталеразливочной проводки, а также работа применяемых утепляющих и шлакообразующих смесей промковша. Благодаря анализу этих недостатков составили комплекс мероприятий для их устранения.

С 2009 г. налажено производство непрерывнолитого квадрата сечением 280 мм с закругленными углами, что значительно улучшило качество непрерывнолитой заготовки за счет снятия термических напряжений в углах заготовки. В полном объеме освоена технология прокатки трубных заготовок диаметром 130-320 мм из непрерывнолитых заготовок сечением 335x400 мм. В 2010 г. опробовали производство заготовок сечением 350x500 и 410x500 мм, что в перспективе должно улучшить качество трубной заготовки больших (свыше 300 мм) диаметров.

Огнеупоры сталеразливочной проводки и футеровки промковша

Изначально, в 1994 г. при пуске МНЛЗ № 2 и 3 в качестве огнеупоров сталеразливочной проводки промковша использовали огнеупоры отечественного производства – стопоры-моноблоки и стаканы-дозаторы Константиновского огнеупорного завода, а также стаканы-дозаторы и кварцевые погружные стаканы Красногоровского огнеупорного завода. Стопоры-моноблоки и стаканы-дозаторы отличались невысокой стойкостью, склонностью к механическому разрушению и большому размыву материала огнеупоров. Средняя серийность разливки при использовании вышеупомянутых огнеупоров не превышала 2,9 плавки.

С внедрением в производство в 1996 г. стопоров-моноблоков и стаканов-дозаторов производства фирм «Ставерма» и «Везувиус» (Германия) к 2000 г. среднюю серийность удалось увеличить до 8,2 плавок. Однако при этом было установлено, что лимитирующим звеном повышения серийности разливок является повышенный износ футеровки задней стенки промковша в районе подачи струи металла из стальковша.

В процессе непрерывной разливки температура металлического кожуха промежуточного ковша после серии из 8-10 плавок в районе задней стенки достигала 350 °С. Причиной этого был повышенный (по сравнению с боковыми и передними стенками) износ футеровки в результате воздействия высокотемпературных потоков жидкого металла, поступающих из сталеразливочного ковша. Из-за неравномерной температуры футеровки промежуточного ковша происходила деформация металлического кожуха, а в результате проникновения к нему жидкого металла через изношенную футеровку появлялся прогар брони промковша. Все это приводило к аварийному завершению разливки, снижению серийности, производительности МНЛЗ и потере металла (браку).

С целью ликвидации указанных недостатков конструкцию промковша модифицировали, выполнив футерованный выступ размером 120x2000x1200 мм со стороны задней стенки. Это повысило толщину рабочего слоя задней стенки промежуточного ковша в 2 раза и, таким образом, в 2003 г. привело к увеличению серийности разливки до 13,1 плавки.

Нанесение торктет-покрытия на кирпичную футеровку при подготовке промковшей увеличило среднюю серийность до 14-15 плавок (2006-2008 гг.) в зависимости от сортамента разливаемых марок стали.

Применяемые в настоящее время торкрет-массы и их химический состав для защиты футеровки промежуточных ковшей представлены в табл. 1.

Таблица 1 - Химический состав применяемых в настоящее время торкрет-масс

Расход торкрет-массы для МНЛЗ № 2 составляет ~ 1,5 т для ковшей с кирпичной футеровкой и ~ 2,0 т – с бетонной.

Применение монолитных футеровок промковша с торкрет-покрытием увеличило среднюю серийность до 19-20 плавок (2009-2011 гг.).

Следует отметить, что попытка внедрения в 2005-2009 гг. стопоров-моноблоков и стаканов-дозаторов (производство фирм «Далмонд», «Дуферко» и «Пуянг») с целью уменьшения себестоимости получаемой продукции не дала ожидаемого эффекта.

Низкая стойкость и частые выводы ручьев из-за сколов стопоров (более 10 % от количества устанавливаемых на промковши) не дали возможности перейти к промышленному применению этих огнеупоров. Но уже в 2011 г. успешно прошла испытание опытная партия стопоров-моноблоков, стаканов-дозаторов и корундографитовых погружных стаканов (производство компании «IFGL», Индия; поставка фирмы «Евротехмет»).

Средний износ в единицу времени опытных стопоров-моноблоков в районе шлакового пояса (0,55 мм/ч) ниже износа стопоров фирмы «Везувиус» (1,01 мм/ч).

Средний разгар внутренних каналов стаканов-дозаторов (опытных и применяемых в настоящее время) составляет 52 мм с увеличением внутреннего диаметра канала на 12 мм.

Средняя стойкость у кварцевых погружных стаканов производства Красногоровского огнеупорного завода, применяемых в настоящее время, - около двух плавок, а у опытных корундографитовых погружных стаканов - до 6. Применение опытных погружных стаканов должно уменьшить примерно в 2,5-3 раза отходы металла, образуемые из-за вырезки «поясов», которые возникают при замене погружного стакана. У корундографитовых погружных стаканов (фирма «Пуянг») стойкость - до 5 плавок. В настоящее время согласовывают вопрос об испытании промышленной партии этих огнеупоров.

С целью обеспечения безаварийной работы МНЛЗ № 2 (отсутствие вывода ручьев из эксплуатации по причине проседания стаканов-дозаторов, а также проходов металла между составными кирпичами гнездового блока) в 2011 г. провели испытания и внедрили в производство установку изготовления цельных гнездовых кирпичей марки КГБ-92 № 26 (производство ООО «Фематек-Украина»).

Шлакообразующие и утепляющие смеси для промковша

Первоначально защиту зеркала металла в промковше модифицированной конструкции осуществляли, используя двухслойное шлаковое покрытие, которое состоит из шлакообразующей и теплоизолирующей смесей (производство ДМК). Эти смеси изготавливают из отходов производства силикомарганца, шлакового порошка ШП-Мр1, плавикового шпата и углеродсодержащего материала (коксовая мелочь), а также КШУ (ДМК), которую производят на основе алюмокремнеземистого наполнителя (шамота) и углеродсодержащего материала (коксовой мелочи). Общий расход смеси составляет 0,5 кг/т, что обеспечивает сохранение стабильной температуры металла в промковше. Однако к 7-8 плавке шлаковое покрытие «бралось коржом» и препятствовало свободному ходу стопоров. Для предупреждения образования коржа приходилось периодически скачивать отработанный шлак из промковша и загружать новый. Несмотря на указанные меры, полностью ликвидировать этот недостаток не удалось, поэтому производили подрезание «коржа» вокруг стопоров кислородом и подсыпку свежих порций шлаковой смеси.

С целью повышения серийности плавок до 15 и выше потребовалось использовать новое шлаковое покрытие.

В качестве защитного покрытия металла в промковше предложили, опробовали и внедрили следующие утепляющие смеси: зола рисовой лузги (НПП «Лузар», Днепропетровск); ЗКВ («Солотвин», Донецк); ТИС-2 (ОАО НПП «Техмет», Донецк); «Nermat AF»-«Рефратехник» (Германия); «Изомикс»-«Ропчице» (Польша).

В процессе разливки у таких покрытий была хорошая жидкоподвижность в течение 13-15 и более плавок, они не препятствовали работе стопоров, имели относительно стабильный химический состав и обеспечивали низкий уровень колебания температуры металла в промковше.

Для утепления металла в промковше в настоящее время используют теплоизолирующие смеси ТИС-2-М (МНЛЗ № 1 и 3) и ТИС-2 (МНЛЗ № 2) производства фирмы «Техмет» (Донецк, Украина), позволяющие разливать до 30 плавок в серии на МНЛЗ № 1 и свыше 20 плавок - на МНЛЗ № 2.

Совершенствование технологии разливки стали на сортовых МНЛЗ № 1 и 3

В III квартале 2008 г. получены первые заготовки на новой семиручьевой высокопроизводительной МНЛЗ № 1, полностью автоматизированной, с наличием новейших управляющих технологических комплексов.

Новая МНЛЗ сооружена и введена в эксплуатацию в рекордно короткий срок под непосредственным авторским руководством специалистов фирмы «Siemens-VAI» (Австрия) и рассчитана на выпуск квадратных заготовок сечением от 130 до 200 мм. Ее особенность и эффективность состоит в том, что благодаря применению на сортовых станах ее продукции исключаются дорогостоящие промежуточные передельные этапы прокатки – обжимное и заготовочное производства. Радиус МНЛЗ составляет 9 м, максимальная скорость вытягивания заготовок - до 4,2 м/мин.

Конструкция МНЛЗ предусматривает современное исполнение систем автоматизации и визуализации процессов, включая автоматизацию 2-го уровня, а также применение:

• высокопроизводительного кристаллизатора «Diamold»;
• гидравлического механизма качания кристаллизатора «Dynaflex»;
• вторичного водяного охлаждения в четырех зонах с индивидуальным регулированием каждой зоны для каждого ручья;
• системы жесткой затравки для уменьшения времени подготовки МНЛЗ к разливке и достижения максимальной производительности;
• современной конструкции тянуще-правильной клети на каждый ручей;
• эффективной системы отгрузки с рольгангами, перегружателями и кантующим холодильником.

Данное оборудование дает возможность отливать заготовки квадратного сечения 130, 150, 160 и 200 мм. Заготовки сечением 130, 150, 160 мм отливают открытой струей, а сечением 200 мм разливают с применением стопора.

Предусмотрено четыре режима вторичного водовоздушного охлаждения – мягкий, средний, жесткий и сверхжесткий, а также различные режимы качания кристаллизатора. По ходу разливки при необходимости можно менять режимы качания кристаллизатора и вторичного охлаждения.

На сегодняшний день полностью освоена бесстопорная разливка заготовки квадратных сечений 130x130, 150x150 и 160x160 мм, а освоение стопорной разливки продолжается. Максимальная серийность доведена до 35 плавок в серии за счет увеличения высоты стенки промковша на 100 мм.

В январе 2011 г. введена в эксплуатацию новая сортовая МНЛЗ № 3 аналогичной конструкции с МНЛЗ № 1 и с тем же сортаментом. Футеровку промежуточных ковшей для МНЛЗ № 1 и 3 выполняют из огнеупорных жаростойких бетонов марки Criterium 80 PE (производство фирмы «Везувиус») и марки Ceralit Cast AL 58007 (производство фирмы «Кералит»). Расход на один промковш составляет 12,0-13,0 т. В процессе эксплуатации производят ремонты футеровки методом подливки по шаблону (расход - от 0,2 до 3,0 т).

Расход торкрет-масс для торкретирования промежуточных ковшей МНЛЗ № 1 и 3 составляет 3,5-4,0 т на ковш.

С целью повышения производительности и увеличения продолжительности разливки в 2011 г. на сортовых МНЛЗ № 1 и 3 провели испытания и внедрили в технологию подготовки промежуточных ковшей трехсекционные защитные плиты марки КПБ-90 № 53; 54; 55 (производство ООО «Фематек-Украина»). За счет их применения увеличена продолжительность разливки до 36 ч и более. Физико-химические показатели защитных плит марки КПБ-90 представлены в табл. 2.

Таблица 2 - Физико-химические показатели защитных плит марки КПБ-90

Кроме того, после проведения испытаний сухой торкрет-массы марки PN-TDL-MS41 и металлоприемников марки PN-T39-x-ДМКД (производство ООО «Пуянг-Керамет») получены положительные результаты - максимальная стойкость составила 27 плавок при продолжительности разливки 40 ч. При этом, судя по остаточной толщине торкрет-слоя и стенок металлоприемника, возможна более длительная разливка. Испытания сухой торкрет-массы на днище промежуточного ковша также показали отличный результат – скорость износа 0,75 мм/ч.

В процессе подготовки промковша, разливки плавок и удаления остатков металла из ковша отмечены следующие положительные моменты: установку металлоприемника в промежуточный ковш производят за одну операцию кранового оборудования, что снижает крановые операции (в отличие от установки трехсекционных защитных плит и турбостопа); использование металлоприемника не требует дополнительной установки защитных плит; во время разливки серии плавок обеспечивается направленный поток металла по ковшу и предохраняет размыв центральной части передней стенки промковша; в процессе удаления остатков металла из промежуточного ковша после разливки серии плавок снижается нагрузка на машину кантовки, так как происходит отделение металлоприемника из дельтообразной части ковша в районе сливного носка практически без применения штоков, а оставшаяся часть металла благодаря прямоугольной форме легче выходит из ковша.

Для улучшения макроструктуры непрерывнолитой заготовки запланировано приобретение и введение в действие устройства электромагнитного перемешивания на МНЛЗ № 1 и 3. На МНЛЗ № 2 проводят исследования влияния вибрации на качество непрерывнолитого металла (получены первые положительные результаты). Также специалисты ПАО «ДМКД» планируют изучить влияние газоимпульсного перемешивания на качество макроструктуры заготовки на МНЛЗ № 1.