Непрерывная разливка сортовой заготовки
  Раздел 1.3

Защита струи стали в процессе непрерывного литья сортовых заготовок из качественных и специальных марок стали

Наиболее прогрессивной с точки зрения обеспечения высокого уровня качества заготовки представляется схема подачи металла из промковша в кристаллизатор с помощью системы «стопор-моноблок» – «стакан-дозатор» – «погружной стакан». Поэтому разливка стали закрытой струей на сортовых МНЛЗ применяется в настоящее время в том случае, когда речь идет о качественных низколегированных и легированных сталях, раскисленных алюминием [4, 14, 38].

В странах СНГ разливка закрытой струей осуществляется, как правило, на многоручьевых МНЛЗ:

  • ЗАО «Донецкий электрометаллургический завод» (квадрат 150 мм; круг диаметрами 150 и 180 мм) [120];
  • ОАО «Челябинский металлургический комбинат» (квадрат 180 мм; круг 150 мм) [121];
  • ОАО «Западно-сибирский металлургический комбинат» (квадрат 150 мм; круг диаметрами 150; 170; 200 мм;) [122, 123];
  • ОАО «Северсталь» (квадрат 150 мм) [124];
  • ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (квадрат 150 мм) [125];
  • ОАО «Оскольский электрометаллургический комбинат» (квадрат 150 мм) [126, 127];
  • ООО «Электросталь» (квадрат 135 мм) [128].

В Восточной Европе разливка сортовой заготовки закрытой струей осуществляется на металлургическом комбинате «Мечел Тырговиште» в Румынии (квадрат 140 мм; 150 мм; 180 мм), металлургических заводах «ELSTAL Labedy Ltd.» в Польше (квадрат 100 мм; 120 мм; 140 мм и 160 мм), «Trinecke Zelezarny» (квадрат 150 мм; 180 мм) [129] и «Nova Hut Ostrava» в Чехии (квадрат 150 мм; 180 мм) [130].

Поскольку закрытой струей обычно разливаются качественные стали, требования к движению потоков металла в промковше существенно изменяются. Прежде всего, это относится к обеспечению процесса всплытия неметаллических включений при движении потоков стали от металлоприемника к стаканам-дозаторам. Между тем, известные приемы, используемые для рафинирования стали в промковшах слябовых МНЛЗ, не могут в полной мере быть использованы для пром-ковшей многоручьевых МНЛЗ. Это объясняется неодинаковым расстоянием от металлоприемника до стаканов-дозаторов, расположенных по длине промковша, что затрудняет применение различного рода порогов и перегородок. Другим немаловажным фактором является то, что промковш часто используется как для разливки открытой, так и закрытой струей, что исключает применение различных конструктивных изменений.

Наиболее распространенным решением для промковшей, используемых при разливке закрытой струей, является применение металлоприемников, которые позволяют затормозить струю металла, вытекающую из защитной трубы, и направить поток вверх под углом к зеркалу металла. В металлургической практике такие металлоприемники известны под общим названием «турбостоп» (рисунок 1.14) [131-135].

Металлоприемники типа «turbostop» различных фирм производителей

Рисунок 1.14 – Металлоприемники типа «turbostop» различных фирм производителей: а) «Foseco» (масса 295 кг); б) «Calderys» (масса 200 кг); в) «RHI» (масса 170 кг)

Учитывая различную конфигурацию промковшей и количество ручьев сортовых МНЛЗ, следует ожидать, что оптимальная конструкция металлоприемника может быть найдена применительно к конкретным условиям разливки и требованиям к качеству заготовки.

Весьма важной функцией промковша при разливке качественных сталей является предотвращение тепловых потерь и вторичного окисления, основным источником которых является зеркало металла, которое имеет досточно развитую поверхность именно для многоручьевых МНЛЗ. Поэтому, для снижения потерь тепла зеркало металла утепляется специальными теплоизолирующими смесями (ТИС). Выбор ТИС является многофункциональной задачей, в которой следует учитывать ее химическое взаимодействие с футеровкой промковша (то есть повышенный износ футеровки в зоне шлакового пояса), удельный расход, теплоизолирующие свойства, поведение ТИС по ходу разливки, технологические свойства (ТИС не должна быть источником неметаллических включений, попадающих в сталь, а также предотвращать вторичное окисление стали), воздействие на окружающую среду и пр. [136].

В настоящее время в зарубежной и отечественной практике широкое применение нашло высокоэффективное теплоизолирующее покрытие на основе золы рисовой шелухи (ТИС-ЗРШ) [137, 138]. Оно обеспечивает стабильную разливку стали длинными сериями при минимальном износе футеровки промковша в зоне шлакового пояса. Расход такой теплоизолирующей смеси составляет 0,20-0,25 кг/т стали, что в несколько раз ниже, чем расход синтетических теплоизолирующих смесей, создаваемых, как правило, на основе угольной золы.

Существуют различные версии композиционного состава ТИС-ЗРШ, которые отличаются незначительными добавками других растительных отходов (например, зола лузги подсолнуха и т.п.). Однако наилучшие результаты, как правило, обеспечивает чистая зола рисовой шелухи. По ходу разливки она практически не расходуется, сохраняя свои свойства, в том числе и низкую насыпную плотность. Ее физические характеристики практически не меняются в результате ассимиляции всплывающих неметаллических включений, попадания шлака из сталеразливочного ковша и разрушения футеровки. При контакте с жидкой сталью она быстро формирует жидкую пленку толщиной 5-7 мм, которая резко уменьшает поглощение кислорода и азота сталью. В то же время это покрытие поглощает неметаллические включения (оксиды алюминия), находящиеся в жидкой стали, препятствуя образованию настылей в промежуточных ковшах. При этом не расплавившаяся часть ТИС-ЗРШ располагается на поверхности в виде рыхлой субстанции, что обеспечивает эффект максимальной теплоизоляции. На практике установлено, что при использовании золы рисовой шелухи потери тепла в промковше сокращаются в 1,5-2 раза в сравнении с использованием синтетических шлакообразующих смесей [138].

Струя стали между промковшом и кристаллизатором защищается посредством специально устанавливаемого погружного стакана (рисунок 1.4 а, б). Такая схема требует специальных конструктивных решений в части погружного стакана, обусловленных необходимостью обеспечения свободного пространства (20-30 мм) между внешней его поверхностью и стенками кристаллизатора.

На практике различают сквозные и глуходонные погружные стаканы, имеющие четыре боковых отверстия (применяются для блюмовых МНЛЗ). В промышленных условиях вывод из эксплуатации корундографитовых погружных стаканов очень часто обусловливается либо эрозионным износом в зоне шлакового пояса, либо зарастанием их внутренней полости включениями глинозема, что препятствует нормальному течению стали из промковша в кристаллизатор [139, 140].

Для увеличения стойкости зона шлакового пояса погружного стакана выполняется из оксида циркония, который хорошо противостоит эрозионному износу. Для повышения эффективности защиты стали от вторичного окисления (а, следовательно, и скорости зарастания внутренней полости) на практике используются погружные стаканы, совмещенные со стаканом-дозатором в единое изделие и устанавливаемые непосредственно в промковше [141-145]. Невзирая на достаточно очевидные технологические преимущества таких погружных стаканов, следует отметить, что подготовка их к эксплуатации (точная установка в промковше с привязкой к оси кристаллизатора, подогрев изделия перед началом разливки) требует дополнительных усилий и затрат.

Расход металла по ходу разливки регулируется положением головки стопора относительно стакана-дозатора или дросселированием шиберного затвора. Управление положением стопора осуществляется с помощью специального механизма, работающего либо в ручном, либо в автоматическом режиме.

Преимуществом такой схемы дозирования металла, по сравнению с разливкой через стакан-дозатор, является:

  • возможность оперативного изменения расхода металла;
  • возможность полного перекрытия истечения металла из данного стакана-дозатора в случае производственной необходимости;
  • возможность существенного увеличения внутреннего диаметра стакана-дозатора (в сравнении со свободным истечением), что в несколько раз снижает скорость его зарастания отложениями корунда;
  • применение корундографитовых материалов для изго-товления стакана-дозатора взамен дорогостоящего оксида циркония;
  • хорошая совместимость с системами автоматического поддержания уровня металла в кристаллизаторе.

В настоящее время на ряде металлургических заводов мира вместо стопора-моноблока в промковше применяется трехплитный шиберный затвор [1, 146]. Дозирование стали при этом осуществляется за счет перемещения средней плиты.

В целом, как показывает практика, трехплитный шиберный затвор может при определенных условиях обеспечить разливку сериями 8-10 плавок, что, тем не менее, заметно уступает показателям, которые достигаются при использовании стопоров-моноблоков (15-25 плавок). Также применение шиберных затворов в определенной степени изменяет условия разливки, что может оказывать влияние как на сам процесс литья, так и на качество непрерывнолитой заготовки. Особенно это относится к процессу старта МНЛЗ и регулированию расхода металла в ходе разливки.

По сравнению с разливкой со стопором разливка из промковша через трехплитный шиберный затвор имеет следующие достаточно серьезные функционально-технические недостатки:

  • для старта процесса разливки должна предусматриваться дополнительная система операций и приспособлений, поскольку затвор в момент наполнения промковша остается открытым;
  • при разливке через трехплитный шиберный затвор удлиняется система каналов, по которым движется сталь, от промковша до погружного стакана, что повышает вероятность его зарастания отложениями корунда;
  • при смещении шиберной плиты возможно образование «мертвых» зон, в которых происходит намерзание капель металла и отложение неметаллических включений, что может существенно влиять на точность дозирования металла;
  • поскольку регулирование расхода металла при использовании шиберного затвора осуществляется за счет изменения положения средней плиты, то в ходе такого дросселирования происходит разрушение компактной геометрической формы струи, ее разбрызгивание и разрушение огнеупоров, входящих в контакт со струей;
  • наличие определенного технологического зазора между плитами шиберного затвора является дополнительным источником подсоса воздуха (вторичного окисления) в движущуюся струю стали, что особенно негативно проявляется при разливке вакуумированных сталей и сталей с повышенным содержанием алюминия;
  • шиберный затвор подвергается дополнительным температурным нагрузкам в силу того, что он располагается над зеркалом металла в кристаллизаторе, что требует дополнительных защитных мероприятий.

В целом же обе рассмотренные схемы дозирования стали при переливе ее из промковша в кристаллизатор в настоящее время, широко применяются на металлургических заводах и соответствуют требованиям надежности, безопасности и совместимости с современными системами автоматизации, в частности, с системой поддержания уровня металла в кристаллизаторе.

  Раздел 1.3
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ