Непрерывная разливка сортовой заготовки
  Раздел 3.6

Исследование особенностей работы промковшей трехручьевой сортовой МНЛЗ

По проекту трехручьевая сортовая МНЛЗ ООО «Электросталь» была рассчитана на разливку стали сериями 5-7 плавок. Поэтому по мере повышения производительности ЭСПЦ потребовалось обеспечить увеличение производительности МНЛЗ, в том числе и за счет увеличения серийности разливки.

Промковш МНЛЗ ООО «Электросталь» (рисунок 3.29) отличается небольшой вместимостью (10-12 т), В нем устанавливаются металлоприемник типа «turbostop» и стартовые трубы.

Промковш ООО Электросталь после торкретирования

Рисунок 3.29 – Промковш ООО «Электросталь» после торкретирования (вид сверху)

Как показали наблюдения, бойная плита металлоприемника после разливки 12 плавок имеет ровную, гладкую поверхность, без каких либо заметных повреждений и следов износа (рисунок 3.30). Вместе с тем, рабочий слой футеровки стен промковша в месте установки металлоприемника подвергается повышенному износу.

Применение стартовых труб является обязательным элементом реализации так называемого «открытого» старта [298]. Его преимуществом является возможность начала разливки без дополнительных мероприятий по открытию отверстия стакана-дозатора. Это достигается вследствие перетекания стали через верхний срез стартовой трубы в процессе наполнения промковша. Стартовые трубы устанавливаются над стаканами-дозаторами и имеют, как правило, разную высоту. Это позволяет обеспечить поочередный старт ручьев МНЛЗ.

Между тем, при использовании стартовых труб в условиях сортовой МНЛЗ ООО «Электросталь» обозначилась технологическая проблема, существо которой заключалось в захвате большого количества шлаковых включений в кристаллизатор, что способствовало увеличению количества прорывов.

Отработанный металлоприемник типа turbostop

Рисунок 3.30 – Отработанный металлоприемник типа «turbostop» (внизу бойная плита)

В ходе исследований на физической модели установлено, что при понижении уровня металла в промковше происходит захват нижнего слоя шлака и затягивание его в стартовую трубу (рисунок 3.31), а затем в кристаллизатор. Установлено, что захват частиц шлака в стартовый стакан происходит уже при падении уровня металла в промковше на 12-15%. При этом на поверхности шлака визуальные изменения в виде вихрей и воронок практически не наблюдаются.

Следует иметь в виду, что при разливке длинными и сверхдлинными сериями происходит постепенное накопление количества шлака в промковше, попадающего с последними порциями металла, вытекающего из сталеразливочного ковша. Соответственно, оператор, имея только визуальную оценку, может допускать падение уровня металла в промковше ниже допускаемого значения в процессе замены сталеразливочного ковша. Это будет приводить к захвату покровного шлака в металл и обусловливать прорывы корочки заготовки под кристаллизатором. Соответственно, применение стартовых труб для обеспечения начала процесса литья при разливке длинными сериями представляется достаточно нетехнологичным решением.

Захват шлака в стартовый стакан при падении уровня металла в промковше на 120 мм и на 140 мм

Рисунок 3.31 – Захват шлака в стартовый стакан при падении уровня металла в промковше на 120 мм (а) и на 140 мм (б): слева – вид в вертикальной плоскости; справа – вид сверху

Выполненная на физической модели оценка движения потоков металла в промковше при использовании металлоприемника типа «turbostop» позволила установить, что в этом случае наблюдается существенное снижение износа стенок и днища промковша, а также происходит интенсивное всплытие шлаковых включений. В месте падения струи возникает сильная циркуляция металла и происходит ее торможение. Основным функциональным недостатком металлоприемников такой конструкции является неравномерное разрушение стенок, что существенно меняет направленность движения потоков стали.

Кроме того, стабильное состояние поверхности расплава в промковше наблюдается лишь в случае определенного уровня налива металла. При разливке с максимальным уровнем налива жидкого расплава происходит интенсивное бурление и активное перемешивание металла с покровным шлаком в зоне падения струи стали, что обусловливает повышенный износ рабочего слоя футеровки (рисунок 3.32). Данные технологические особенности разливки объясняются тем, что при работе с максимальным уровнем металла в промковше, струя металла, падающая из сталеразливочного ковша, создает высокотурбулентные потоки над металлоприемником, а не в области, ограниченной его стенками.

Схема работы металлоприемника типа turbostop при различном уровне наполнения промковша

Рисунок 3.32 – Схема работы металлоприемника типа «turbostop» при различном уровне наполнения промковша

Для обеспечения разливки стали сверхдлинными сериями был выполнен комплекс исследований, позволяющих разработать металлоприемник ведрообразного типа, учитывающий специфику работы трехручьевого промковша. Математическое моделирование процессов течения расплава и распределения тепловых потоков в объеме действующего промковша сортовой МНЛЗ ООО «Электросталь» выполнялось с использованием пакета прикладных программ ANSYS Interactive.

В ходе исследований отрабатывалась методика идентификации и сравнения основных схем движения потоков для двух типов металлоприемника: металлоприемник типа «turbostop» массой 126 кг (рисунок 3.33 а); новый металлоприемник ведрообразной формы массой 306 кг (рисунок 3.33 б). Основное внимание при моделировании было уделено: положению струи, истекающей из сталеразливочного ковша, относительно продольной оси промковша; скорости движения и температуре металла, поступающего из сталеразливочного ковша в промежуточный; углу наклона кривой стенки промковша; уровню металла в промковше.

Общий вид устройств, принимающих металл в промковше

Рисунок 3.33 – Общий вид устройств, принимающих металл в промковше: а) – «turbostop»; б) – «pailtrand»

Результаты, полученные на математической модели промковша с металлоприемником типа «turbostop», подтвердили его высокую эффективность в части торможения падающей струи. Однако процесс торможения потока создает локальную высокотурбулентную область (рисунок 3.34 а), которая сосредотачивает в районе дельты промковша не только высокое избыточное давление (рисунок 3.35 а), но и зону высокой температуры расплава (рисунок 3.36 а). Основной термический удар приходится на футеровку средней части кривой стенки промковша.

В условиях МНЛЗ ООО «Электросталь» повышение стойкости футеровки промковша в области падения струи достигается изменением угла наклона стенки дельты до значения 1150. На математической модели установлено, что характер работы металлоприемника типа «turbostop» в этом случае в целом не изменяется. Работа металлоприемника сопровождается зоной избыточного давления со значением более 8 кПа в районе кривой стенки промковша (рисунок 3.34 б). Поля скоростей и распределение температуры в объеме промковша практически идентичны результатам расчетов для номинального наклона стенки дельты на 970 (рисунок 3.35 б, 3.36 б). Площадь взаимодействия стенки дельты промковша с потоками металла, формируемыми металлоприемником типа «turbostop», уменьшилась на 10-15%.

В отличие от металлоприемника типа «turbostop» ведрообразный металлоприемник не концентрирует турбулентные потоки металла в районе дельты промковша. Его применение обеспечивает увеличение стойкости рабочего слоя футеровки промковша. Это достигается за счет следующих факторов:

  • изменение гидродинамики движения потоков стали в промковше: на выходе из металлоприемника потоки направляются к крайним ручьям (с учетом просчитанного безопасного расстояния от очага развития потока до стенки промковша), а лишь затем – к центральному ручью (рисунок 3.34 в);
  • рациональное распределение давлений жидкости во всем объеме промковша за счет выбора оптимального значения высоты передней стенки металлоприемника, что препятствует возникновению высокотурбулентных потоков в зоне свободной поверхности металла (рисунок 3.35 в).
  • защита боковых стенок промковша от воздействия высокой температуры за счет выбора оптимального угла выходных окон металлоприемника, что способствует смещению зоны высоких температур от мест повышенной эрозии футеровки (рисунок 3.36 в).

Поле распределения скоростей потока в промковше

Рисунок 3.34 – Поле распределения скоростей потока в промковше: а) «turbostop» (угол наклона дельты 970); б) «turbostop» (угол наклона дельты 1150); в) новый металлоприемник ведрообразной формы

Поле распределения избыточных давлений в промковше

Рисунок 3.35 – Поле распределения избыточных давлений в промковше: а) «turbostop» (угол наклона дельты 970); б) «turbostop» (угол наклона дельты 1150); в) новый металлоприемник ведрообразной формы

Поле распределения температуры в промковше

Рисунок 3.36 – Поле распределения температуры в промковше: а) «turbostop» (угол наклона дельты 970); б) «turbostop» (угол наклона дельты 1150); в) новый металлоприемник ведрообразной формы

Промышленная реализация разработанной конструкции металлоприемника обеспечена фирмой ООО «Калдерис Украина» (рисунок 3.37).

Металлоприемник конструкции фирмы ООО Кальдерис Украина для трехручьевого промковша

Рисунок 3.37 – Металлоприемник конструкции фирмы ООО «Кальдерис Украина» для трехручьевого промковша

Предназначенные для разливки сверхдлинных серий металлоприемники устанавливались в промковши, оборудованные системой для быстрой замены стаканов-дозаторов. Процесс монтажа занимал не более 5 мин и не вызвал особых затруднений у персонала. В ходе испытаний нового металлоприемника контролировались характер истечения расплава из стакана-коллектора сталеразливочного ковша в промежуточный на различных этапах разливки металла в сериях, а также особенности износа рабочего слоя футеровки промковшей и металлоприемника в ходе и по окончанию разливки серии.

На промковшах, оборудованных металлоприемниками новой конструкции (всего 3 шт.), было разлито 124 плавки. Максимальная серийность разливки составила 55 плавок. При этом износ рабочего слоя шлакового пояса промковша составил 75 мм при начальной его толщине 120 мм, а износ днища металлоприемника составил 84% (начальная толщина 125 мм) при износе стенок около 50%. В ходе экспериментальной разливки был отмечен всего один прорыв по шлаковым включениям, что подтверждает правильность принятых решений в части обеспечения рациональной гидродинамики в жидкой ванне промковша.

При разливке сверхдлинными сериями с применением металлоприемника типа «turbostop» штатная технология, принятая в условиях ООО «Электросталь», предполагает установку двух дополнительных бойных плит и усиление стен в середине промковша кладкой из 70-80 периклазографитовых кирпичей.

  Раздел 3.6
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ