Непрерывная разливка сортовой заготовки
  Раздел 8.3

Особенности непрерывной разливки стали в структуре микро-завода

Основу успешного функционирования микро-заводов обеспечивает выбор рациональной схемы непрерывной разливки и оптимального количества ручьев для сортовых и блюмовых МНЛЗ при условии увеличения серийности разливки (без остановки машины) [106]. По оценкам различных экспертов, средняя годовая производительность одного ручья для современных сортовых МНЛЗ составляет 200-250 тыс. т в год [107]. Это создает благоприятные условия для применения в структуре микро-заводов одноручьевых сортовых МНЛЗ. Соответственно, стоимость одноручьевой МНЛЗ в любом случае будет в 1,5-1,6 раза ниже, чем у двухручьевой.

Следовательно, при разработке концепции производства стали на микро-заводах, производительность которых не превышает 100-150 тыс.т. в год, должна решаться задача обеспечения стабильного процесса литья на одноручьевых МНЛЗ при подаче стали от плавильного агрегата малыми порциями. Стабильные условия разливки и качество производимой продукции достигаются в этом случае в широком диапазоне скоростей литья (1,0-7,0 м/мин для сортовых МНЛЗ). Однако при малой массе плавки в ковше (6-20 т) и ритмичности подачи ковшей 60-90 минут для серийной разливки становится необходимым варьировать скорость вытягивания заготовки от 0,12-0,20 до 0,8-0,9 м/мин. Это, в свою очередь, приводит к повышенным потерям тепла металлом непосредственно в промковше.

Наряду с обеспечением высокого качества заготовки низкие скорости разливки позволяют максимально синхронизировать работу плавильных агрегатов и МНЛЗ, а, следовательно, обеспечить производство продукции методом «плавка на плавку», что приводит к увеличению выхода годного и снижению себестоимости продукции. Основным вариантом синхронизации работы плавильных агрегатов и разливочных машин в технологическом построении микро-заводов является использование в структурной схеме производства металлопродукции УКП.

Обобщая известные варианты построения металлургических микро-заводов, отметим их разнообразие, которое определяется спецификой решаемых задач. Тем не менее, эффективность функционирования микро-заводов во многом определяется наличием в его составе прокатного оборудования для предварительного обжатия заготовки и ее последующей прокатки.

Примером микро-завода, функционирующего в «неметаллургическом» районе, может служить металлургический завод «Zeljezara Split» (Хорватия) с годовым производством 80-110 тыс.т. В состав завода входит ДСП (масса плавки 26 т, мощность трансформатора 25 МВА), УКП (мощность трансформатора 12 МВА), двухручьевая сортовая МНЛЗ (сечение заготовки от 100х100 мм до 130х130 мм, скорость разливки – 1,8-2,3 м/мин), методическая двухзонная толкательная двухрядная нагревательная печь с размерами активного пода 13700х6500 мм (номинальная производительность печи при холодном посаде заготовок – 30 т/ч), а также мелкосортный полунепрерывный стан 310, предназначенный для производства арматурного ребристого и круглого проката диаметром от 8 до 25 мм (рисунок 8.6).

Склад заготовок перед нагревательной печью и готовой продукции

Рисунок 8.6 – Склад заготовок перед нагревательной печью (слева) и готовой продукции (справа)

Практически аналогичное построение предполагается для запущенного недавно в эксплуатацию металлургического завода ООО «ТСА Стил Групп» (г. Павлоград) [544]. Отличие заключается в наличии двух ДСП с массой плавки 15 т каждая. Кроме того на двухручьевой сортовой МНЛЗ осуществляется разливка стали как открытой, так и закрытой струей. Получаемая заготовка в настоящее время прокатывается на сортовом прокатном стане ПАО «Донецкий металлургический завод».

Определенный практический интерес в плане производства высококачественной металлопродукции представляет опыт работы металлургического микро-завода ДП «Завод утяжеленных и ведущих бурильных труб» (г. Сумы) и исследования, проведенные в его условиях. Завод был введен в эксплуатацию в 1988 г. и представляет собой типичное построение типа «металлургический микро-завод» со стратегией специализации на определенном сегменте рынка. Металлургическое производство предприятия включает в себя (рисунок 8.7):

Схема металлургического производства ДП УБиВТ

Рисунок 8.7 – Схема металлургического производства ДП «УБиВТ»

  • две трехфазных электродуговых печи вместимостью 18 т каждая (мощность трансформатора 12 МВА);
  • УКП типа ASEA-SKF (скачивание шлака, подогрев металла, электромагнитное перемешивание, вакуумирование, легирование и пр.);
  • установку VOD (для получения низкоуглеродистых коррозионостойких марок стали);
  • двухручьевую машину непрерывной разливки стали вертикального типа для получения заготовок сечением 200x200; 280x280; 350x350; 400x400; 450x450; 500x500; 650x650 мм.

Номинальная мощность по выплавке жидкой стали составляет 87 тыс. т в год. Однако завод выплавляет несколько меньший объем (50-60 тыс. т в год), что обусловлено сложившейся конъюнктурой на мировом рынке бурильных труб. Спектр выплавляемых сталей достаточно широк: от углеродистых до коррозионностойких. Выплавка и доводка сталей производится по схеме: плавление, доводка по содержанию фосфора, углерода и температуре в ДСП, а окончательная обработка, включающая корректировку химического состава и температуры с последующим вакуумированием осуществляется на УКП типа ASEA-SKF.

На практике установлено, что определенное сокращение издержек на производство 1 т стали удается достигнуть при согласованной работе дуговых сталеплавильных печей и машины непрерывной разливки стали, что во многом определяется стабильной и эффективной работой установки «ковш-печь». Она состоит из трех постов, соединенных между собой передвижной тележкой. На первом посту при помощи машины для скачивания шлака производится удаление печного шлака из ковша, затем на втором – наведение синтетического высокоосновного шлака, подогрев стали и добавка ферросплавов и, наконец, на третьем посту выполняется вакуумирование жидкой стали для обеспечения содержания водорода не более 2 ррm. Фактический цикл обработки стали на УКП составляет обычно 60-90 мин.

В конструктивном плане машина непрерывной разливки стали выполнена вертикальной (металлургическая длина – 10 м) и имеет два ручья (по проекту). По технологии, рекомендуемой производителем оборудования фирмой «Danieli», разливка должна осуществляться одновременно на два ручья сериями 1-2 плавки. Однако в процессе эксплуатации МНЛЗ установлено, что непрерывная разливка в таком режиме приводит к большим потерям стали (3,5-4,5%) и нарушает нормальную ритмичность работы ЭСПЦ. Попытки разливки стали более длинными сериями показали, что для этого необходимо существенно варьировать скорость разливки (в противном случае не может быть согласован цикл подачи металла от плавильных агрегатов и цикл замены сталеразливочных ковшей на МНЛЗ), что является крайне сложной технической задачей в силу дополнительных потерь тепла в промковше и при переливе из промковша в кристаллизатор.

При реализации в условиях ЭСПЦ ДП «УБиВТ» системы серийной разливки на МНЛЗ был отмечен повышенный износ футеровки ковшей в зоне шлакового пояса. Это объясняется тем фактом, что для совмещения цикла выплавки стали и ее разливки ковши подавались к установке ковш-печь с некоторым временным запасом, что удлинило время пребывания металла в ковше и потребовало некоторого дополнительного его подогрева [545].

Промковши для МНЛЗ микро-заводов имеют определенную специфику работы, которая обусловлена, прежде всего, повышенными тепловыми потерями в процессе разливки. При этом известно, что уменьшение полезного объема промковша приводит, как правило, к повышению удельных потерь тепла в минуту и снижает температурную однородность стали при ее переливе в кристаллизатор.

В целом современная практика непрерывной разливки стали в условиях микро-завода в значительной степени расширяет круг требований к промковшу как функционально-технологическому агрегату и требует совершенно нового подхода к его конструкции, огнеупорным материалам, используемым для футеровки, а также к возможности проведения операций доводки стали по температуре и химическому составу непосредственно в промковше.

Одним из важнейших требований к функциональным возможностям МНЛЗ для микро-заводов следует считать обеспечение стабильности литья в условиях серийной разливки при подаче металла небольшими ковшами. При этом для ряда микро-заводов (особенно работающих на экспорт заготовки) весьма важным требованием может являться высокий уровень требований к качеству заготовки.

Исследования особенностей перемешивания металла в одноручьевом промковше (рисунок 8.8) показывают, что среднее время перемещения неметаллических включений от поступающей струи металла до торцевой стенки составляет 50-90 с.

Схема рабочей области промковша одноручьевой МНЛЗ

Рисунок 8.8 – Схема рабочей области промковша одноручьевой МНЛЗ

С глубины 400-450 мм (зоны максимальных скоростей), например, неметаллические включения размером 150 мкм всплывают за 40-200 с в ламинарном потоке и за 20-30 с в турбулентном, включения размером 500 мкм – за 5-15 с в обоих режимах движения гидропотока. Для включений размером 100 мкм минимальное время всплытия с этой глубины превышает 100 с (в турбулентном потоке).

Таким образом, самостоятельно всплыть с глубины 400-450 мм (без формирования оптимальных гидропотоков) могут только включения размером более 150-200 мкм в турбулентном потоке и более 200-300 мкм в ламинарном. Так как скорость большей части нисходящих гидропотоков сопоставима со скоростями всплывания включений, то значительная часть примесных образований размером 400-500 мкм и менее с большой степенью вероятности может попасть в кристаллизатор МНЛЗ. Кроме того, при высокой скорости движения в промковше на поверхности металла образуются вихревые потоки, способствующие оголению зеркала и затягиванию вглубь металла покровного шлака, что приводит к вторичному его окислению. Эти процессы усугубляются при несимметричном расположении трубы для защиты струи, вытекающей из сталеразливочного ковша, и малом (менее 100 мм) заглублении этой трубы в металл.

Определенное повышение эффективности всплытия неметаллических включений может быть достигнуто при использовании специального порога, расположенного в зоне между стаканом-дозатором и местом падения струи из сталеразливочного ковша. При этом в зоне, прилегающей к перегородке, скорость движения металла достигает 0,2 м/с. Потоки в этой области сильно турбулизированы, так как перегородка изменяет направление движения потока, т.е. является турбулизатором. В области, локализованной над стаканом-дозатором, максимальная скорость потоков достигает 0,15 м/с. Скорость потоков у зеркала металла не превышают 0,015 м/с, т.е. активного перемешивания металла со шлаком, по-видимому, не происходит. В области между задней стенкой ковша и защитной трубой зарождаются два вихря. Нижний вихрь, обусловленный влиянием стенки ковша на истекающий в стакан металл, имеет максимальную скорость 0,07 м/с, верхний вихрь, скорость которого достигает 0,2 м/с, вызывает затягивание шлака в расплав металла. Установлено, что изменение уровня металла в промковше существенно влияет на вихревую структуру, особенно в верхней части жидкой ванны. С понижением уровня расплава (например, при замене сталеразливочного ковша) область перегородки становится ближе к зеркалу металла и больше турбулизирует поверхность, что может привести к более интенсивному затягиванию частиц шлака в расплав. Поэтому для промковшей одноручьевых МНЛЗ малой производительности использование специальных перегородок или порогов представляется технически достаточно сложным проектом. Более того, падение уровня металла в промковше более, чем на 300-350 мм делает использование таких перегородок и порогов весьма проблематичным.

В целом же экономическая эффективность сталеплавильного микро-завода зависит как от совершенства отдельных машин и агрегатов, так и от способа объединения их в общий металлургический комплекс. Определяющую роль здесь играет совмещение работы МНЛЗ с прокатным станом. Это достигается путем накопления необходимого для прокатки количества заготовки. Наиболее перспективным путем развития концепции микро-завода является создание совмещенного литейно-прокатного агрегата (ЛПА) как одного из основных компонентов металлургического микро-завода. При этом отличие микро-завода от традиционных металлургических заводов заключается в относительной ограниченности сортаментов готового проката, что также в значительной степени обуславливает ориентацию на потребности в металлопродукции регионального рынка.

  Раздел 8.3
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ