Огнеупорный аспект при производстве и разливке стали
  Доклад №13

Усовершенствование конструкции футеровки днища сталеразливочного ковша для повышения качества и выхода годной непрерывнолитой заготовки

Куберский С.В., Максаев Е.Н., Семирягин С.В., Головчанский А.В., Донбасский государственный технический университет

Предложена новая схема выполнения футеровки днища сталеразливочного ковша с целью предотвращения интенсивного воронкообразования при истечении из него последних порций металла. Использование данной конструкции позволяет повысить качество непрерывнолитого металла, уменьшить потери стали с ковшевым шлаком, количество шлака попадающего в промежуточный ковш, а также вероятность возникновения аварийных ситуаций обусловленных нарушениями шлакового режима процесса и экзогенными неметаллическими включениями.

Ключевые слова: непрерывная разливка, перековшовка, сталеразливочный ковш, футеровка, днище, воронкообразование, потери металла, затягивание шлака, прорывы, качество.

Условия конкурентоспособности на рынке металлопродукции требует от производителей постоянного снижения ее себестоимости, существенно зависящей от выхода годного. Высокие показатели выхода годной стали на этапе непрерывной разливки достигаются путём снижения аварийности процесса, количества брака, обрези, а также остатков металла в промежуточных и сталеразливочных ковшах. Наличие определенного остатка жидкой стали в сталеразливочном и промежуточном кошах является неизбежным технологическим условием. Это обусловлено в первую очередь эффектом воронкообразования в конце истечения металла из технологических емкостей, что приводит к попаданию в промковш и кристаллизатор ковшевого шлака, значительно отличающегося по химическому составу от шлаковых расплавов находящихся на их поверхности. В свою оче-редь это вызывает изменение свойств шлаков непрерывной разливки, за-грязнение стали неметаллическими включениями и может приводить к крайне негативным последствиям, вплоть до прорывов непрерывнолитой заготовки [1-4].

Поэтому разработка технологических и конструктивных решений способствующих уменьшению попадания в промковш и кристаллизатор большого количества шлака на заключительной стадии непрерывной разливки плавки и потерь металла с ковшевыми остатками является весьма актуальной задачей. Для разливки стали на слябовых машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) в кислородно-конвертерном цехе (ККЦ) ПАО «Алчевский металлургический комбинат» (АМК) используются 300 тонные сталеразливочные ковши.

Преследуя цель минимизации остатка металла в сталеразливочном ковше, в практике предприятия используется операция визуальной отсечки шлака, которая заключается в закрытии шиберного затвора при появлении шлака в районе погружной трубы, что во многом зависит от субъективной оценки разливщиком количества шлака поступающего в промковш вместе с металлом. Причем количество шлака попавшего в промковш совместно с металлом от момента образования воронки до закрытия шибера может увеличиваться в случаях его большей жидкоподвижности. Таким образом, после завершения разливки плавки из сталеразливочного ковша в районе погружения защитной трубы образуется концентрированное пятно высокоосновного печного шлака, состав которого значительно отличается от шлака присаживаемого в промковш для обеспечения изолирующих и рафинирующих функций.

Анализ технологических параметров непрерывной разливки в условиях ПАО «АМК» позволил установить, что учащение срабатывания сигналов системы программ раннего обнаружения и оповещения о возможных прорывах происходит в начале и конце разливки. Это следует связывать с тем, что на завершающей стадии разливки в ковше начинает проявляться эффект воронкообразования, который способствует перемешиванию металла со шлаком и частичному попаданию его в промковш. При этом падение уровня металла в промковше (во время перековшовки) создает благоприятные условия для захвата неметаллических включений струями стали, вытекающими из промковша в кристаллизатор. Изменение физико-химических свойств шлака при насыщении исходного состава шлакообразующих смесей различными неметаллическими включениями, всплывающими на поверхность мениска в кристаллизаторе, показало, что это явление изменяет вязкость и температуру плавления шлака [4] и может стать причиной образования дефекта или прорыва.

Соответственно в конце и начале разливки ковша нарушаются нормальные условия теплоотвода и смазки в кристаллизаторе, увеличивается вероятность возникновения аварийных ситуаций, а также ухудшается качество слябов (рис. 1).

Для снижения интенсивности воронкообразования на заключительном этапе разливки и предотвращения попадания шлака в сталеразливочный стакан необходимо увеличивать количество металлического остатка в ковше, а это приводит к снижению выхода годной стали. Доля скрапа в шлакометаллическом остатке каждой плавки ПАО «АМК» составляет 0,5-0,7% (1,5-2 т).

Исходя из диаметра рабочего пространства в районе дна сталеразливочного ковша, значение которого составляет ~3200 мм, высота жидкой стали в момент образования воронки составляет не более 30 мм. Среднее значение высоты шлакового покрова по данным измерений при подготовке металла на агрегате ковш-печь составляет 120 мм.

деффекты поверхности сляба

Рисунок 1 – Дефекты поверхности (а-г) в местах прилипания сляба к стенке кристаллизатора

Гидродинамическое взаимодействие шлака и стали на заключительном этапе разливки создает сложную задачу контроля и разделения этих фаз в момент образования воронки. Основными параметрами, влияющими на процесс её формирования, являются диаметр сталеразливочного стакана, высота и физические свойства шлакометаллического остатка, а также скорость его истечения. Положительное влияние на сокращение количества шлакометаллического остатка, оказывает уменьшение скорости истече-ния стали в конце плавки регулировкой пропускной способности шиберного затвора, а также наличие более вязкого шлака на поверхности расплава в сталеразливочном ковше. Однако подход к снижению жидкоподвижности печного шлака является менее рациональным, т.к. ухудшает шлаковый режим и условия рафинирования металла при подготовке плавки на агрегате ковш-печь [1].

Учитывая тот факт, что на характер воронкообразования в конце разливки плавки значительное влияние оказывает высота находящегося в ковше расплава, для снижения потерь стали с ковшевым шлаком в данной работе предложено изменение конструкции футеровки днища сталеразливочного ковша. В используемую схему футеровки днища сталеразливочного ковша (рис. 2) были внесены изменения, представленные на рисунке 3.

футеровка сталеразливочного ковша

Рисунок 2 – Схема нижней части футеровки сталеразливочного ковша, используемого в ККЦ ПАО «АМК»

Рисунки 2 и 3 показывают, что проектирование схемы футеровки дна ковша на базе существующего оборудования аргонных пробок и сталеразливочного отверстия не повлекло значительных конструктивных решений. Изменение конфигурации дна осуществляется за счет выполнения бетонных наливов (выступов) на существующую футеровку с использованием специального шаблона.

В условиях ПАО «АМК» бетонные наливы высотой 100 мм на донной части ковша выполняли вокруг сталеразливочного стакана и продувочных узлов. Причем этот наливной слой не должен попадать в область повышенного износа футеровки и возможного «намерзания» настылей в районе аргонных пробок, которые образуются после кантовки шлакометаллического остатка.

При одинаковом количестве остатков металла в ковше выполненные таким образом бетонные наливы позволяют значительно увеличить высоту его слоя в районе дозирующего устройства в конце разливки и тем самым продолжить процесс без воронкообразования, обеспечивая меньшие потери стали со шлаком и снижая вероятность попадания большого количества шлака в промежуточный ковш. Увеличение уровня налива при таких изменениях в футеровке днища составляет не более 50 мм, а доля скрапного металла в шлакометаллическом остатке, кантуемом в чаши, уменьшается на 0,5-1 т.

сталеразливочный ковш

Рисунок 3 – Схема сталеразливочного ковша (продольное сечение Б-Б и поперечное А-А) с изменённой конструкцией футеровки дна: 1 – металлический корпус (броня), 2 –цапфы; 3, 4, 5 – слои огнеупорной футеровки соответственно: изоляционный, арматурный, рабочий; 6 – сталеразливочный стакан с шиберным затвором, 7 – продувочные элементы (аргонные пробки); 8 – выступ на футерованном дне из огнеупорного бетона, 9 – шаблон

Внедрение новой схемы футеровки днища сталеразливочных ковшей в условиях ПАО «АМК» позволило получить значительный экономический эффект. Стойкость футеровки сталеразливочного ковша в ККЦ ПАО «АМК» в среднем составляет 85 плавок. Для изменения схемы футеровки дна стальковша использовали высокоглиноземистый бетон с содержанием Al2O3 85-86%. Объем бетона требуемого для подливов составляет 0,5-0,55 м3, а масса 1,5-1,7 т. Во время эксплуатации стальковша происходит износ бетонного налива и необходимо его восстановление. Эту операцию производят в период «горячего» ремонта после 40-45 разливок (износ бетона около 50%). Поэтому общий расход бетона на компанию стальковша составляет 2,3-2,6 т, а средние затраты на дополнительный бетонный налив при компании из 85 плавок 1,5-1,7 грн/т. В тоже время при использовании новой конструкции футеровки днища удалось уменьшить потери металла со шлаком на 0,75-0,82 т/плавку и увеличить выход годной стали на 65-70 т/ компанию. Экономический эффект за одну компанию эксплуатации сталеразливочного ковша с новой конфигурацией днища составляет в среднем около 2,9 грн/т. Кроме того, обеспечены более стабильные условия процесса непрерывной разливки, а снижение шлакометаллического остатка на каждой плавке позволяет увеличить количество кантовок в чашу, что способствует снижению парка шлаковых чаш.

Таким образом, изменение схемы футеровки дна сталеразливочного ковша обеспечивает в конце разливки уменьшение площади взаимодействия металла и шлака при достаточном, для предотвращения воронкообразования, уровне столба расплава в районе дозирующих устройств. При этом увеличивается выход более чистой стали, снижаются ее потери с ковшевым шлаком и количество шлака попадающего в промежуточный ковш. Кроме того, отмечено снижение количества аварийных ситуаций при непрерывной разливке обусловленных нарушениями шлакового режима процесса и экзогенными неметаллическими включениями.

Библиографический список

  • 1. Смирнов А.Н., Непрерывная разливка стали / А.Н. Смирнов, С.В. Куберский, Е.В. Штепан // Донецк: ДонНТУ. – 2011. – 482с
  • 2. Ботников С.А., Современный атлас дефектов непрерывнолитой заготовки и причины возникновения прорывов кристаллизующейся корочки металла / С.А. Ботников // Изд. 2-е. Волгоград: Панорама – 2011. – С. 82.
  • 3. Лейтес А.В. Защита стали в процессе непрерывной разливки / А.В. Лейтес // Москва: Металлургия. – 1984. – 288с.
  • 4. Смирнов А.Н., Анализ поведения ШОС в кристаллизаторе слябо-вой МНЛЗ и её влияние на образование прорывов / А.Н. Смирнов, Е.Н. Максаев, С.В. Куберский // Сб. научных трудов ДонГТУ. – Алчевск, 2012. – № 38.– С. 112 – 122.
  Доклад №13
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ