Непрерывная разливка сортовой заготовки
  Раздел 3.5

Оптимизация параметров работы промковша 6-ти ручьевой сортовой МНЛЗ

Результаты рассмотренных в предыдущих разделах исследований были положены в основу создания оригинальной конструкции металлоприемника ведрообразного типа, которая была реализована совместно с ООО «Калдерис-Украина» [297]. Отработка конструкции и исследования эксплуатационных возможностей металлоприемника осуществлялись в условиях высокопроизводительных шестиручьевых сортовых МНЛЗ конвертерного цеха ПАО «Енакиевский металлургический завод». Фактически этот цех является крупнейшим производителем сортовой непрерывнолитой заготовки в Восточной Европе.

При модернизации МНЛЗ (конструкция АО «НКМЗ») с целью повышения ее производительности основное внимание было уделено реконструкции промковша (рисунок 3.18), который предназначен для разливки стали на шесть ручьев и имеет повышенный износ разработанного металлоприемника типа CU 084 (конструкции фирмы «Calderys»), а также низкую стойкость рабочего слоя футеровки промковша (12-15 плавок).

Анализируя работу промковша многоручьевой сортовой МНЛЗ при разливке длинными и сверхдлинными сериями следует выделить следующие функциональные особенности:

  • постоянный контакт определенной части днища промковша со струей металла, падающей из сталеразливочного ковша, что приводит к ускоренному размыванию огнеупорного слоя в месте падения струи;
  • периодическое многократное изменение уровня металла в промковше (во время замены сталеразливочных ковшей), что, по меньшей мере, изменяет динамику движения потоков стали, а также негативно влияет на эксплуатационные показатели рабочего слоя футеровки;
  • бурление металла и его активное перемешивание с покровным шлаком в зоне падения струи стали, что обусловливает дополнительный износ рабочего слоя футеровки;
  • попадание в промковш шлака из сталеразливочных ковшей, что существенно изменяет свойства и толщину покровного шлака в промковше по ходу разливки;
  • организация движения потоков стали в промковше таким образом, чтобы разность величины температуры стали, вытекающей из центральных и крайних ручьев, была минимальной, что обеспечивает стабильность процесса литья.

Оценка характера износа этого металлоприемника производилась на отработанных после разливки образцах. На рисунке 3.22 приведен характерный пример износа днища металлоприемника, который можно считать удовлетворительным для данных условий разливки. Дополнительный износ стенок металлоприемника был отмечен в случае появления веерообразной формы струи (рисунок 3.23), падающей из сталеразливочного ковша (разливка без защиты струи) на протяжении 10-15 мин. разливки и более.

Отработанный металлоприемник, расколотый по оси симметрии

Рисунок 3.22 – Отработанный металлоприемник, расколотый по оси симметрии

Веерообразная форма струи при истечении из сталеразливочного ковша

Рисунок 3.23 – Веерообразная форма струи при истечении из сталеразливочного ковша

Кроме того было установлено, что повышенный износ внутренней полости металлоприемника и прилегающих к нему зон футеровки промковша зависит от положения металлоприемника относительно места падения струи, истекающей из сталеразливочного ковша.

В ходе промышленных исследований были изучены два основных положения падения струи металла в промковш, соответствующие точкам, приведенным на рисунке 3.24. Установлено, что стойкость металлоприемника значительно возрастает при смещении места падения струи в точку 1.

Это, видимо, следует связывать с изменением гидродинамики движения потоков в металлоприемнике, что проиллюстрировано рисунком 3.25 на основании данных физического моделирования.

При попадании падающей струи в центр металлоприемника формируется практически симметричная картина движения восходящих потоков металла. Это обеспечивает значительное снижение величины касательной скорости вихревых потоков в верхней зоне рециркуляции металлоприемника и как следствие, снижает скорость разрушения металлоприемника.

Точки падения струи металла из сталеразливочного ковша в металлоприемник

Рисунок 3.24 – Точки падения струи металла из сталеразливочного ковша в металлоприемник: 1 – центр металлоприемника; 2 – точка падения струи в промковш до начала исследований

Динамика распределения потоков при центральном и смещенном истечении струи

Рисунок 3.25 – Динамика распределения потоков при центральном (а) и смещенном (б) истечении струи

В случае отклонения струи на несколько десятков миллиметров по оси симметрии металлоприемника в сторону прямой стенки, происходит кардинальное изменение динамики распределения потоков. Прежде всего, в области боковых стенок за выходными окнами образуются высокотурбулентные вихревые потоки, имеющие высокую касательную скорость. Соответственно, максимальная нагрузка, создаваемая вытекающими из металлоприемника потоками, приходится на верхнюю часть боковой стенки металлоприемника, значительно снижая ее стойкость. Наличие вихревых течений в области стенки промковша, прилегающей к металлоприемнику, приводит к быстрому размыванию рабочего слоя футеровки и ограничивает, тем самым, его эксплуатационную стойкость. Следовательно, для увеличения эксплуатационной стойкости металлоприемника марки CU 084 представляется целесообразным сместить его к центру в сторону прямой стенки промковша за счет увеличения толщины задней стенки металлоприемника. Промышленное использование разработанных конструктивных решений в части геометрической формы металлоприемника и его положения в промковше в совокупности с рядом других технологических решений и приемов позволило в условиях ПАО «ЕМЗ» достигнуть средней серийности разливки на уровне 32-35 плавок (максимально достигнутая серийность – 87 плавок) (рисунок 3.26).

Средняя серийность МНЛЗ, на протяжении всего периода эксплуатации

Рисунок 3.26 – Средняя серийность МНЛЗ, на протяжении всего периода эксплуатации

По совокупным оценкам возможностей технологической системы ПАО «ЕМЗ» более глубокая гармонизация организационных, технических и технологических элементов, направленных на обеспечение стабильности работы МНЛЗ, может обеспечить среднюю серийность разливки на уровне 70-80 плавок при достижении рекордной серийности на уровне 100 плавок.

Для достижения таких показателей следует рекомендовать следующие основные технические мероприятия, которые позволят снизить удельный расход огнеупоров и в целом стабилизировать процесс разливки:

  • использование в промковше теплоизолирующих смесей на основе биогенного кремния, инертных к рабочей футеровке промковша и имеющих низкую теплопроводность;
  • минимизация попадания шлака в промковш из сталеразливочного ковша, а также обеспечение возможности скачивания шлака из промковша в ходе разливки;
  • установка на шиберный затвор сталеразливочного ковша системы обнаружения шлака;
  • отработка разливки стали с переменным уровнем при литье сверхдлинными сериями (700-900 мм), что обеспечит максимальное использование эксплуатационного ресурса шлакового пояса промковша;
  • совершенствование технологии выплавки и подготовки металла с целью предотвращения перебоев в подаче металла на МНЛЗ и, как следствие, уменьшения его количества в промковше менее 18-20 т;
  • применение наиболее прогрессивных систем футеровки рабочего слоя промковша, в максимальной степени учитывающих реальные условия разливки в условиях ПАО «ЕМЗ».

Аналогичные исследования по применению металлоприемника колодцеобразного типа для обеспечения разливки стали сверхдлинными сериями выполнены для условий мини-завода ЗАО «Донецкий электрометаллургический завод», имеющего в своем составе 6-ти ручьевую сортовую МНЛЗ конструкции «Danieli». Особенностью конструкции промковша этой МНЛЗ является бoльшее, чем в промковше НКМЗ, удаление места падения струи относительно оси расположения стаканов-дозаторов (рисунок 3.27).

При этом расстояние от оси падения струи металла до кожуха кривой стенки промковша составляет 480 мм. После нанесения теплоизоляционного, бетонного и рабочего слоев, а также защитной кирпичной кладки (принято в практике этого завода) данное расстояние находится в пределах 200-250 мм. Такая конструкция промковша в области падения струи металла из промковша представляется крайне неудобной с точки зрения организации разливки длинными сериями. Это связано с тем, что срок эксплуатации рабочего слоя уменьшается в связи с ее размыванием в зоне падения струи. Также наблюдается повышенный износ футеровки в углах сопряжения дельтаобразных стенок и плоскостей стен кармана для приема металла.

Общий вид промковша ЗАО «ДЭМЗ» без металлоприемника

Рисунок 3.27 – Общий вид промковша ЗАО «ДЭМЗ» без металлоприемника

С учетом вышеизложенного был выполнен комплекс исследований на физической и математических моделях, который позволил оптимизировать конструкцию металлоприемника применительно к условиям ЗАО «ДЭМЗ» (рисунок 3.28). Главным отличием этой конструкции является смещение выходных окон ближе к оси расположения стаканов-дозаторов за счет удлинения металлоприемника в поперечном сечении.

Испытания металлоприемника в промышленных условиях позволили обеспечить разливку сериями 45-60 плавок. Между тем, основным звеном, лимитирующим длительность разливки, являются участки рабочего слоя футеровки промковша в области углов сопряжения дельтаобразных стенок и плоскостей стен кармана для приема металла.

В целом полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что для обеспечения разливки сверхдлинными сериями представляется целесообразным выполнить модернизацию конструкции промковша за счет:

  • увеличения расстояния от оси падения струи металла до дельты промковша с 480 до 800 мм за счет изменения площади днища промковша;
  • ликвидации внутренних углов сопряжения дельты, что позволит защитить рабочий слой футеровки и более аккуратно скантовывать промковш после разливки, что избавит конструкцию футеровки от двух зон повышенного износа;
  • обеспечения наклона кривой стенки на угол до 15°, тем самым увеличив расстояние от высокотурбулентной зоны падения струи до торкрет-слоя в плоскости шлак-металл.

В целом в результате выполненных на двух шестиручьевых промковшах промышленных исследований была отработана принципиально новая конструкция металлоприемника ведрообразной формы, обеспечивающая разливку сверхдлинными сериями на многоручьевых сортовых МНЛЗ. Разработанная конструкция и полученные экспериментальные и теоретические выводы могут быть положены в основу разработки новых металлоприемников для различных типов промковшей (в том числе и для разного количества ручьев МНЛЗ).

Металлоприемник ведрообразной формы для условий разливки на шестиручьевой МНЛЗ конструкции Danieli

Рисунок 3.28 – Металлоприемник «ведрообразной» формы для условий разливки на шестиручьевой МНЛЗ конструкции «Danieli»

  Раздел 3.5
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ