Технологические особенности процесса выплавки и разливки стали в условиях ЭСПЦ Белорусского металлургического завода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Непрерывная разливка стали, качество, дефекты, плазмотрон, неметаллические включения, сталь, МНЛЗ, модернизация.

Цель работы - изыскание наиболее эффективных мероприятий по внедрению новой технологии разливки стали в ЭСПЦ-2 РУП “БМЗ” с целью повышения производительности МНЛЗ-3, улучшения качества выпускаемых марок сталей.

В настоящей работе изучены технологические особенности процесса выплавки и разливки стали в условиях ЭСПЦ Белорусского металлургического завода.

Показана экономическая эффективность от применения реконструктивных мероприятий, рассмотрены вопросы охраны труда и экологии в электросталеплавильном цехе №2 РУП «БМЗ».

Применение реконструктивных мероприятий по совершенствованию технологии непрерывной разливки стали в ЭСПЦ-2 РУП "БМЗ" позволит:

- значительно расширить сортамент выплавляемых марок сталей;

- сократить время разливки стали до 68 мин;

- повысить производство литой заготовки в ЭСПЦ-2 до 600 тыс. т в год.

Содержание

• Введение
• Глава 1. Обоснование реконструкции цеха
• 1.1 Анализ типичных дефектов при непрерывном литье
• 1.2 Совершенствование использования промежуточного ковша
• 1.3 Обоснование предлагаемых реконструктивных мероприятий
• 1.3.1 Защита жидкого металла от вторичного окисления
• 1.3.2 Установка рафинировочной перегородки в промковш
• 1.3.3 Установка плазменного подогревателя для промежуточного ковша МНЛЗ
• 1.4 Выводы по главе
• Глава 2. Технология разливки стали на МНЛЗ-3
• 2.1 Подготовка материалов, оборудования и систем технологического обеспечения
• 2.1.1 Требования к расходуемым материалам
• 2.1.2 Требования к металлу обрабатываемой плавки
• 2.2 Непрерывная разливка стали на МНЛЗ-3
• 2.2.1 Характеристика оборудования [16]
• 2.2.2 Подготовка МНЛЗ-3 к разливке металла
• 2.2.3 Разливка стали
• 2.2.4 Разливка стали сериями
• Глава 3. Расчет основных параметров МНЛЗ
• 3.1 Скорость разливки
• 3.2 Производительность МНЛЗ
• 3.3 Продолжительность разливки одного ковша
• 3.4 Линейные параметры заготовки
• 3.5 Время затвердевания слитков
• 3.6 Годовая производительность МНЛЗ
• 3.7 Тепловая работа кристаллизатора
• 3.8 Расчёт водовоздушного охлаждения блюма
• 3.9 Выбор и расчет мощности плазмотрона
• Глава 4. Специальная часть
• 4.1 Классификация, определения и механизм образования характерных дефектов непрерывнолитой стали
• 4.2 Методы предотвращения образования дефектов литой заготовки
• 4.2.1 Промышленные испытания глуходонных погружных стаканов
• Глава 5. Экономика и организация производства
• 5.1 Технико-экономическое обоснование проекта
• 5.2 Расчет годовых расходов на эксплуатацию оборудования
• 5.2.1 Расчет затрат на материалы
• 5.2.2 Расчет фонда заработной платы и отчислений на социальные нужды
• 5.2.3 Амортизация оборудования и транспортных средств
• 5.2.4 Амортизация зданий, сооружений и инвентаря
• 5.2.5 Текущий ремонт оборудования
• 5.2.6 Затраты на топливо и энергию на технологические цели
• 5.3 Расчет годового экономического эффекта
• 5.3 Заключение
• Глава 6. Охрана труда и окружающей среды
• 6.1 Требования охраны труда к устройству и содержанию предприятия. Общая классификация
• 6.2 Территория сталеплавильного производства
• 6.3 Здания и сооружения
• 6.4. Меры электробезопасности при обслуживании и ремонте применяемой техники
• 6.4.1 Расчет защитного заземления
• 6.5 Организация пожарной охраны
• 6.6 Шум и вибрация
• 6.7 Охрана окружающей среды
• 6.7.1 Защита воздушного бассейна
• 6.7.2 Вредные вещества рабочей зоны производственных помещений
• 6.8 Освещение рабочей зоны ЭСПЦ
• 6.8.1 Расчет искусственного освещения ЭСПЦ
• Заключение
• Список использованных источников
• Введение
• Разливка - важный этап сталеплавильного производства. Технология и организация разливки в значительной степени определяют качество готового металла и количество отходов при дальнейшем переделе. Неправильно организованной разливкой можно испортить качественно выплавленную сталь. Даже незначительная небрежность в подготовке разливочного оборудования часто ведёт к большим потерям металла при разливке. Совершенствование технологии разливки может служить резервом увеличения производства стали.
• Непрерывная разливка стали даёт возможность экономить значительные средства в результате выхода годного, снижения эксплуатационных затрат и капитальных вложений, в тоже время обеспечивает высокое качество продукции, удовлетворяющее требованиям потребителей.
• При производстве металлопродукции из непрерывнолитых заготовок с выходом годного 96 % достигается следующее сокращение расхода сырья: стали до 200 кг/т; извести - до 10 кг/т; легирующих - до 2 кг/т.
• К 2005 г в странах с развитым сталеплавильным производством количество металла, разливаемого на УНРС, приблизилось к 100 %.
• В Европейском Союзе доля непрерывнолитой стали составила 96,4%, в Японии - 97,2 %, в США - 95,6 %. В России на УНРС в 2005 г разлито около 50% металла, к 2010 г планировалось увеличение до 75 %.
• Доля мелкосортных заготовок составляет 57 %, крупносортных - 15 % и слябов - 58 %. При этом наибольшее внедрение непрерывная разливка получила в электросталеплавильных цехах, что соответствует общемировой тенденции развития сталеплавильного производства. В последние 10-15 лет доля электростали возросла в основном в результате ввода в эксплуатацию мини-заводов. К одним из таких современных мини-заводов можно отнести и "БМЗ".
• Основная задача, стоящая перед специалистами завода - это постоянное совершенствование технологии производства стали с целью снижения её себестоимости при сохранении высокого качества металла. Поэтому одним из основных направлений деятельности предприятия является обновление основных фондов. Решение этой задачи не представляется возможным без проведения коренной реконструкции и технического перевооружения завода.
• Глава 1. Обоснование реконструкции цеха
• 1.1 Анализ типичных дефектов при непрерывном литье
• Качество непрерывнолитого металла определяется отсутствием дефектов, которые делают невозможным его использование при дальнейшей металлообработке и получении продукции требуемого назначения.
• Различают внутренние и поверхностные дефекты стальных блюмов. Основными дефектами внутренней структуры являются: экзогенные и эндогенные неметаллические включения, осевая рыхлость, осевая химическая неоднородность, кристаллизационные трещины (гнездообразные, ликвационные полоски, осевые).
• Основными поверхностными дефектами блюма являются: следы качания кристаллизатора, поверхностные и приповерхностные экзогенны неметаллические включения и каверны, трещины (продольные, поперечные, паукообразные, сетчатые).
• Образование части дефектов связано с нарушениями технологии, с нарушениями стабильности процесса непрерывного литья, с неполной подготовкой стали к разливке, с низким качеством огнеупоров, с неудовлетворительным техническим состоянием оборудования, с неточной настройкой роликового аппарата и его нестабильностью.
• Указанные причины относятся к проблемам технологической дисциплины, культуры производства и степени его автоматизации. Однако большинство из перечисленных дефектов связано с недостаточной научной проработкой особенностей функционирования основных конструктивных элементов УНРС и недостаточным научным обоснованием организации и ведения всего технологического процесса непрерывного литья стали [1].
• Существующие УНРС относятся к машинам предыдущего поколения и имеют изначальные конструктивные недостатки, не позволяющие получить стабильное качество блюмов требуемых марок сталей.
• Так дефекты, связанные с точечной неоднородностью и загрязненностью металла неметаллическими включениями вызваны нерациональной гидродинамикой подачи расплава через промежуточный ковш и далее через погружной стакан в кристаллизатор [2], а также использованием несоответствующих конкретным условиям разливки теплоизолирующей и шлакообразующей смесей и футеровки промковша.
• Важнейшую роль в образовании поверхностных и подповерхностных трещин играет конструкция кристаллизатора и его тепловая работа, а также конструкция механизма качания кристаллизатора и назначенный режим качания. Так неправильно подобранная конусность внутренних стенок кристаллизатора приводит к нарушению теплоотвода от формирующейся оболочки слитка, истиранию поверхности стенок, неравномерному проникновению ШОС, что приводит к возникновению продольных и паукообразных трещин. К таким же негативным последствиям приводит неравномерность температуры стенок по периметру и длине кристаллизатора. Неэффективная тепловая работа кристаллизатора приводит к значительному нагреву медных стенок и их разупрочнению, захвату частиц меди коркой слитка, которые становятся очагами зарождения паукообразных трещин. Использование рычажно-шарнирного механизма качания кристаллизатора с электромеханическим приводом из-за наличия неустранимых люфтов приводит к несовпадению траектории качания с направлением движения слитка, что создает поперечное деформирование оболочки слитка, вызывающее трещины на фронте кристаллизации, а также грубые следы качания, вдоль которых в дальнейшем развиваются поперечные трещины. Кроме того, эксцентриковые механизмы качания не обеспечивают изменения частоты и амплитуды качания в необходимых пределах, что не позволяет повысить скорость вытягивания слитка без появления грубых следов качания и трещин как продольных, так и поперечных.
• Наряду с кристаллизатором существенное влияние, как на качество поверхности блюма, так и на внутреннюю макроструктуру оказывает правильная организация вторичного охлаждения с использованием водяных или водовоздушных форсунок. Отсутствие данных о теплогидравлических характеристиках форсунок и их нерациональное размещение вдоль движущегося блюма, а также необоснованное распределение расходов воды по зонам УНРС, способствует возникновению кристаллизационных трещин в температурном интервале хрупкости стали, а на заключительной стадии затвердевания блюма приводит к образованию мостов и как следствие к осевой несплошности, шнуровой ликвации и расслою. Циклическое изменение температуры поверхности блюма, связанное с дискретным расположением форсунок и наличием поддерживающих роликов при общем снижении температуры до температур ослабления межзёренных границ и твердофазных превращений стали приводит к образованию и распространению сетчатых трещин.
• При несогласованности скорости движения слитка и режима вторичного охлаждения возникает выпучивание и деформирование блюма поддерживающими роликами и валками тянущей клети, приводящие к внутренним гнездообразным трещинам и зональной ликвации.
• 1.2 Совершенствование использования промежуточного ковша
• Для снижения дефектов непрерывнолитой заготовки, связанных с неметаллическими включениями, необходимо совершенствовать технологию на всех участках производства стали: выплавки, внепечной обработки и непрерывной разливки.
• Одним из элементов УНРС, влияющим на конечное содержание неметаллических включений, является промежуточный ковш.
• Промежуточный ковш, изначально служивший распределительным устройством, по мере развития непрерывной разливки превратился в рафинировочный агрегат.
• Имеются сведения о значительном количестве вариантов рафинировочных устройств промежуточных ковшей, однако простой механический перенос их на другие ковши без учета их конструктивных особенностей приводит в ряде случаев не к уменьшению, а к увеличению неметаллических включений и повышенному износу футеровки промежуточного ковша.
• Значительное влияние на удаление включений оказывают гидродинамические явления, происходящие в металле на пути от сталеразливочного ковша до жидкой лунки слитка, в том числе в промежуточной емкости УНРС. Как показывает практика, повышение физической однородности непрерывно литых заготовок в значительной степени зависит от способа и ряда технологических факторов подвода металла в промежуточный ковш, а из него в кристаллизатор [4].
• Промежуточные ковши современных МНЛЗ снабжены приспособлениями, позволяющими устранить влияние таких источников загрязнения, как вторичное окисление, эрозия огнеупоров, попадание частиц покрывного шлака в поток расплава и при этом обеспечить всплывание и поглащение неметаллических включений шлаком за счет правильной организации движения металла, исключающей появление застойных зон и укороченных путей, обеспечить использование дополнительных технологических приемов - продувки инертными газами, применения специальных крышек и покровных шлаков из специальных флюсов, регулирования температуры, проведение раскисления и микролегирование стали [4].
• На современных установках сталь заливают в промежуточный ковш через удлиненный погружной стакан с поддувом инертного газа. С той же целью для уменьшения взаимодействия металла с воздухом, а также для теплоизоляции ковш накрывается крышкой, а на зеркало металла присаживают флюсы, из которых формируются шлаки умеренной основности, способные поглощать продукты раскисления и эффективно препятствовать насыщению стали газами [5].
• На практике вводится система герметизации и газовой защиты в промежуточном ковше.
• Для этой цели используют фибровые герметизирующие плиты, а для замещения воздуха в промежуточном ковше нагнетают аргон [6].
• Активному удалению неметаллических включений способствуют правильный выбор наклона стенок ковша и расстановки перегородок, продувка металла аргоном через вращающиеся насадки для дробления газовой струи и эффективного перемешивания расплава, рациональное раскисление, в том числе экзотермическими ферросплавами, дающими жидкие продукты раскисления.
• Особое внимание уделяют новому способу рафинирования металла за счет течения расплава через специальные отверстия в перегородках, устанавливаемых во внутренней полости промежуточного ковша [6].
• В промежуточных ковшах повсеместно устанавливают пороги-стенки, перегородки, обеспечивающие лучшее очищение металла от неметаллических включений.
• В качестве примера на рисунке 1.1 приведена принципиальная схема промежуточного ковша многоручьевой МНЛЗ, предусматривающая наличие порогов-стенок (не полного профиля) между местом выхода металла на отбойник, через удлиненную трубу-стакан из сталеразливочного ковша в промежуточный ковш.
• Рисунок 1.1- Промежуточный ковш многоручьевой МНЛЗ.
• На степень удаления неметаллических включений значительное влияние оказывает температура металла в промежуточном ковше. Показано, что существует оптимальная температура перегрева металла в промежуточном ковше, которая обеспечивает максимальное снижение неметаллических включений. Для поддержания оптимальной температуры металла на ряде зарубежных заводов используется технология подогрева металла в промежуточном ковше с внешним источником.
• На заводе «Nucor Steel» в Норфолке в 15 т промежуточном ковше используется плазмотрон постоянного тока. На УНРС завода фирмы SOLLAC во Флоранже разливают 240т плавки с точной регулировкой температуры с плазменным подогревом. В настоящее время в мире работают около 15 установок нагрева стали в промежуточных ковшах УНРС [7]. Распространение подогрева стали в промковше ограничено по причине сложности оборудования плазменного подогрева, трудности его размещения на рабочей площадке действующих УНРС, необходимостью совмещения в одном агрегате двух достаточно сложных для управления процессов: непрерывной разливки и плазменного нагрева.
• Рисунок 1.2 - Общий вид установки плазменного нагрева металла в промежуточном ковше: 1 -- разливочный ковш, 2 - поток жидкой стали, 3 - плазмотрон, 4 - плазменная дуга, 5 - огнеупорная крышка, 6 - камера нагрева,7 - кристаллизатор.
• Другим направлением рафинирования металла от неметаллических включений в промежуточном ковше является вакуумирование. На НЛМК в ККЦ-2 на УНРС № 5 и 6 длительное время эксплуатируется установка поточного вакуумирования стали, в которой струя металла перед попаданием в промежуточный ковш проходит через вакуумкамеру. Технология позволяет снизить количество неметаллических включений в слябах [8] (рисунок 1.3).
• Рисунок 1.3 - Установка поточного вакуумирования стали на УНРС НЛМК.
• Более простой, но достаточно эффективной мерой по удалению неметаллических включений из металла является совершенствование геометрии внутренней полости промежуточного ковша с целью создания оптимальной гидродинамики потока жидкой стали.
• В работе [9] показано, что значительное количество неметаллических включений затягивается в вихревую воронку, образующуюся при входе металла в разливочное отверстие. С целью гашения воронки использовался промежуточный ковш с вставками вихрегасителями (рисунок 1.4).
• Рисунок 1.4 - Промежуточный ковш со вставками вихрегасителями а - движение металла без вставок вихрегасителей. б - движение металла со вставками вихрегасителями

• Рисунок 1.5 - Индекс крупных неметаллических включений (N) в блюмах. а - разлитые без подавления б - с подавлением вихревых движений.
• Более эффективно применение полнопрофильных перегородок различной геометрии с отверстиями, при которых формируются интенсивные турбулентные потоки, способствующие укрупнению и всплыванию неметаллических включений [10]. Применение промежуточного ковша с полнопрофильными перегородками позволякт снизить содержание включений всех типов (в первую очередь размером более 20 мкм) уменьшилось в 1,8 - 2,2 раза. Удаление из стали более мелких включений (менее 20 мкм) достигаются путем создания за перегородкой промежуточного ковша сплошной завесы из пузырей аргона, подаваемого через пористый блок [8].
• Возможно применение специальных фильтров для фильтрации крупных неметаллических включений [8].
• Рисунок 1.6 - Промежуточный ковш с полнопрофильными перегородками. 1,2 - приемная и раздаточная камера, 3,4 - барьерная и полнопрофильная перегородка, 5,6 - наклонный щелевидный и прямой цилиндрический каналы. 7 - скопление включений, 8 - зона взаимодействия разливочного стакана, 9 - зона затягивания, 10,11 - кристаллизатор, 12-шлак.
• В последнее время (особенно на УНРС с числом ручьев более двух) получило распространение применение специальной огнеупорной вставки, так называемого «турбостопа», позволяющей существенно гасить энергию падающей струи и более равномерно распределять потоки.
• В целом, можно сказать, что конструкция промежуточных ковшей претерпела серьезные изменения: увеличивается вместимость ковшей, глубина ванны металла. Широкое распространение получает практика устройства перегородок, порогов, конструкций для организации включений путем продувки газами, для организации фильтрации включений. Все эти работы предваряются моделированием течения металла, сопровождаются изысканиями новых огнеупорных материалов и конструктивных решений.
• Рисунок 1.7 - Применение изделия «турбостоп» и схема течение металла в промежуточном ковше.
• Чтобы обеспечить всплытие включений из жидкой стали и захвата их покрывным шлаком предложены и реализованы следующие меры [11]
• - обеспечение необходимого времени для всплывания включений за счет укрупнения промежуточного ковша;
• - оборудование промежуточного ковша перегородками для улучшения в нем характера потоков жидкой стали;
• - обеспечение всплытия включений путем подогрева жидкой стали в промежуточном ковше;
• -продувка жидкой стали в промежуточном ковше аргоном;
• - электромагнитное перемешивание расплава в промежуточном ковше;
• - герметизация промежуточного ковша;
• - применение для футеровки рабочего слоя ковша высокоосновных огнеупорных масс;
• - регулярное обновление покрывного шлака по мере насыщения его неметаллическими включениями при ассимиляции.
• 1.3 Обоснование предлагаемых реконструктивных мероприятий
• Задачей данного дипломного проекта является изыскание наиболее эффективных мероприятий по внедрению новой технологии разливки стали в ЭСПЦ-2 РУП “БМЗ” с целью повышения производительности МНЛЗ-3, улучшения качества выпускаемых марок сталей. Для обеспечения реализации задач данного проекта и на основании анализа приведенных литературных данных, предлагается:
• - применение погружных стаканов для защиты струи от вторичного окисления.
• - установка рафинировочных перегородок в промежуточные ковши;
• - установка плазменного нагревателя в промежуточный ковш;
• 1.3.1 Защита жидкого металла от вторичного окисления
• Для защиты жидкого металла от вторичного окисления при разливке сталей под шибером сталеразливочного ковша устанавливают защитную трубу с помощью специального манипулятора с ручным приводом, а между промежуточным ковшом и кристаллизатором - специальное устройство в виде патрубка с подачей или без подачи в полость патрубка аргона.
• В качестве защиты струи металла от вторичного окисления применяются на участке стальковш - промковш защитная труба марки ТКСБ-39, а на участке промковш - кристаллизатор погружной стакан марки СКСБ-91, производимый ОАО “Динур”.
• Выбор материала для изготовления погружного стакана обусловлен необходимостью снижения количества неметаллических включений состава Al₂O₃ в кордовой стали.
• Поэтому в качестве материала используются огнеупорные изделия из кварцита, которые меньше влияют на загрязнённость стали неметаллическими включениями, чем высокоглинозёмистые огнеупоры. В процессе разливки происходило незначительное намораживание металла и неметаллических включений на наружную поверхность погружаемого стакана, что приводило к некоторому его зарастанию.
• Уровень износа стенки стакана составил 3,3-4,0 мм, скорость износа 0,033-0,045 мм/т, при этом стойкость стакана составила три плавки. Данная схема предусматривает разливку металла под уровень с применением ШОС.
• Разливка высокоуглеродистых сталей кордового качества под уровень предусматривает применение ШОС для дополнительной защиты металла от вторичного окисления при контакте с атмосферой, а также для ассимиляции неметаллических включений.
• При производстве кордовых марок сталей и сталей кордового качества были испытаны несколько видов шлакообразующих смесей.
• Сравнивая контрольные результаты качества литых заготовок, выяснилось, что применение ШОС "ACCUTHERM ST-SP/512SV-DS" (SiO₂ - 34,2-37,2%; CaO: 23,5-26,5%; MgO: 2,4-3,4%; Al₂O₃: 11ч13%; Fe₂O₃: 2,2ч3,3%; P₂O₅: 1,2 %; CO₂: 3,1ч4,5%; F: 3,5ч4,5%; C: 6,5ч7,5%.) и ШОС "Scorialit 189/E1" (SiO₂: 32ч34%; CaO: 34ч36%; Al₂O₃:4ч5%; Fe₂O₃: 1,5ч2,5%; CO₂: 2,5-3,5%; F: 8%; C: 8ч9%) наиболее благоприятно сказалось на макроструктуре литой заготовки.
• При применении данного материала уменьшается скорость отвода тепла в верхней части кристаллизатора, что способствует выравниванию всего фронта затвердевания заготовки. ШОС присаживаются порциями в количестве, обеспечивающем создание защитного покрытия толщиной 30 мм, при этом толщина жидкой фазы составляла 6-8 мм.
• Расход ШОС составляет 0,3-0,45 кг/т. Образование "коржей" и грубого шлакового гарнисажа на стенках кристаллизаторов при этом минимально. У заготовок, разливавшихся с применением ШОС, шлаковые включения практически отсутствуют, складчатость минимальная, поверхность заготовки ровная, без трещин и углублений.

1.3.2 Установка рафинировочной перегородки в промковш

Ужесточенные требования к качеству металла вызывают необходимость использования специальных методов и устройств для очистки металла от неметаллических включений, примесей кислорода, водорода и т.д.

Для управления количеством и составом неметаллических включений, в данном проекте предлагается применить технологию рафинирования стали в промковше, с использованием фильтрационной системы перегородок.

Исходя из гидродинамики процесса движения металла в промковше, важно обеспечить необходимое время для всплытия частиц и их ассимиляции покровным шлаком.

В промежуточных ковшах обычной конструкции период пребывания единичной порции металла весьма ограничен и недостаточен для эффективного удаления основной массы включений.

Наиболее существенное влияние на процесс всплывания частиц или их затягивания в канал погружаемого стакана и, следовательно, в тело слитка оказывают скорость и направление конвективного движения металла в промежуточном ковше.

Организуя вынужденные затопленные струи металла в направлении, совпадающем с направлением всплывания частиц, можно создать благоприятные условия для рафинирования стали.

Эта задача может быть решена путем разделения объема промежуточного ковша специальными огнеупорными перегородками на приемную часть и раздаточные камеры.

Данные фильтрационные перегородки предлагается применить для очистки металла от неметаллических включений в промежуточных ковше на МНЛЗ-3.

Качество очистки таким способом в немалой степени зависит от места расположения перегородок по отношению к приемной части промежуточного ковша, а также размера отверстий и угла их наклона к горизонтальной плоскости.

Принцип очистки металла с помощью предлагаемых перегородок основан на организации движения потоков металла в промежуточном ковше, инициирующего флотацию (всплывание) неметаллических включений и ассимилирования их наведенным шлаком.

Для очистки металла в промежуточном ковше предлагаются перегородки марки DAMAG 802 WR с кальциевыми фильтрами следующих конструкций (рисунок 1.8).

Рисунок 1.8 - Рекомендованная геометрия полнопрофильных перегородок.

Таблица 1.1 - Физико-химические характеристики перегородок с кальциевыми фильтрами

Физико-химические показатели	Перегородка промковша
Химический состав, % масс:	Тело перегородки	Фильтрующая часть
MgO	80	-
CaO	-	93
Fe2О3	2	-
Предел прочности при сжатии, МПа
110°Сх24ч	55	10
1500°Сх3ч	45	-
Кажущаяся плотность, г/см3
110°Сх24ч	2,75	2,3
1500°Сх3ч	2,70	-

Испытания показывают [8] удовлетворительную стойкость как перегородок, так и футеровки промежуточного ковша, в т.ч. стопоров-моноблоков. Отверстия в полнопрофильной перегородке не размываются и не зарастают.

Применение полнопрофильных перегородок уменьшает количество крупных неметаллических (шлаковых) включений, ответственных за дефект типа «точечная неоднородность» и может полностью устранить этот дефект.

1.3.3 Установка плазменного подогревателя для промежуточного ковша МНЛЗ

Производство качественной стали с низким содержанием неметаллических включений при непрерывной разливке зависит от контроля температуры металла в промежуточном ковше.

Оптимальный температурный режим разливки снижает расход огнеупоров и энергии, стабилизирует процессы плавки, разливки и прокатки металла. Японская фирма Nippon Steel разработала конструкцию плазменного подогревателя стали в промежуточном ковше УНРС (рисунок 1.9).

В качестве плазмообразующего газа использован аргон. Температура в центре аргонной плазмы составляет 10000°С и выше. Так как жидкая сталь нагревается в атмосфере инертного газа, то не происходит окисления, обезуглероживания и образования нитридов, что обеспечивает исходную чистоту стали по сравнению с другими видами нагрева.

Рисунок 1.9 Схема плазмотрона "NS-Plasma I": 1 -- плазмотрон; 2 -- сталеразливочный ковш; 3 -- аноды; 4 -- вода

Плазменный подогрев позволяет изменять подвод теплоты в широком диапазоне, даже в случае "холодной" стали в сталеразливочном ковше.

Температура стали в промежуточном ковше резко изменяется в начале разливки (за счет поглощения теплоты футеровкой ковша) и в конце разливки (естественное охлаждение). Поэтому происходит процесс зарастания сталеразливочного стакана, что вынуждает повышать температуру на выпуске стали из печи, чтобы компенсировать падение температуры.

При использовании плазменного подогрева температуру стали на выпуске из печи можно иметь ниже, что способствует снижению расхода огнеупоров.

При плазменном подогреве можно предотвратить колебания температуры по ходу разливки, получить качественную непрерывнолитую заготовку [30] и устранить зарастание сталеразливочного стакана по крайней мере на 20 %.

Используют плазмотроны двух типов -- постоянного тока и сдвоенный плазмотрон переменного тока. Плазмотрон постоянного тока может быть с прямой ("горячий" электрод) и обратной полярностью ("холодный" электрод). Наилучшие результаты показывают плазмотроны с прямой полярностью. Они имеют меньшие размеры, легко ремонтируются, дают стабильную плазменную струю, обеспечивают эффективность теплопередачи. Сдвоенные плазмотроны, один из которых представляет анод, имеют большие размеры и большее тепловыделение, поэтому их лучше использовать при отливке широких слябов.

Проблема создания подового электрода для промковша МНЛЗ может быть решена двумя способами: 1) подключением положительного полюса источника непосредственно к кристаллизатору или к вытягиваемой заготовке; 2) установкой в нижней части стенки промковша или подине специального подового электрода. В первом случае ток протекает от положительного полюса источника по цепи кристаллизатор-заготовка-струя металла-ванна-дуга. Эта схема, конструктивно менее сложная, используется, в частности, в горизонтальных МНЛЗ фирмы "Маннесманн Демаг Хюттентехник" (MDH). Однако опыт эксплуатации этой схемы невелик и нагреватели MDH имеют меньшие мощность и токовую нагрузку. Кроме того, такая схема вносит определенные технологические ограничения, так как электрическая цепь замыкается только при непрерывном истечении струи металла в кристаллизатор, т. е. нагреватель не может быть использован, например, для предварительного нагрева футеровки ПК, сплавления настыли и т. д.

Эксплуатируемые на отечественных дуговых печах постоянного тока подовые электроды с водяным охлаждением малопригодны для использования в промковше. Результатом комплекса работ явилась конструкция неводоохлаждаемого пластинчатого металлокерамического подового электрода. Стойкость его-- более 50 ч при эксплуатации в плавильных установках, т. е. более тяжелых условиях, чем в промковше (так как плавильный цикл предусматривает период расплавления твердой шихты и последующее охлаждение футеровки после слива металла).

Электрод допускает токовую нагрузку до 1,7 А/мм² металлической составляющей. Общее сечение подового электрода при силе тока до 12 кА должно составлять 400 см² (например, 200x200 мм).

Использование подового электрода не исключает возможности применения первой схемы -- подключения анодной шины к кристаллизатору (в случае подтверждения ее работоспособности на практике).

Такая схема является оптимальной и обеспечивает максимальную технологическую гибкость, контроль и управление доводкой металла, поступающего в кристаллизатор.

Интенсивная продувка аргоном способствует значительному теплообмену, завершению реакций обезуглероживания, удалению азота и водорода.

1.4 Выводы по главе

Внедрение данных реконструктивных мероприятий позволит:

1.Повысить производительность агрегата МНЛЗ;

2.Интенсифицирование тепло- и массообмен в объеме затвердевающего металла;

3.Выравнивание градиента температур и химического состава внутри заготовки;

4.Интенсификация теплообмена с окружающей средой; разрушение дендритов у фронта кристаллизации.

5.Перенос неметаллических включений и других частиц из объема расплава к поверхности раздела металл - шлак, ускорение столкновения включений, их рост и увеличение скорости удаления из металла; ликвидация застойных зон.

Глава 2. Технология разливки стали на МНЛЗ-3

2.1 Подготовка материалов, оборудования и систем технологического обеспечения

2.1.1 Требования к расходуемым материалам

Используемые легирующие и раскислители должны иметь размер кусков от 10 до 80 мм. Влажность материалов не должна превышать 1 %. Запрещается присадка легирующих и раскислителей в заводской упаковке (в бочках и бунтах).

Максимальный размер кусков используемых шлакообразующих не должен превышать 40 мм. Использование извести с размером кусков менее 5мм запрещается. Массовая доля влаги в шлакообразующих материалах и утепляющей смеси не должна превышать 1%.

2.1.2 Требования к металлу обрабатываемой плавки

Перед обработкой металла на установке внепечной обработки стали нужно произвести проверку наличия необходимых материалов и работоспособность оборудования. Проверку заполнения бункеров необходимыми материалами, соответствующими требованиям нормативной документации, наличие расходуемой катанки, проволоки с наполнителем SiCa, C, S, Al+Ca на трайбаппарат, подачу газов необходимого давления. Исправную работу системы загрузки-разгрузки материалов, электромагнитного перемешивания, энергетических систем оборудования, систем контроля управления и сигнализации. Наличие средств отбора проб металла, контроля температуры и окисленности стали.

В случае необходимости ковш с металлом перед отдачей на МНЛЗ передается на установку RH или VD, при этом температура металла должна быть на 15 - 30 ⁰С выше температуры передачи плавки на МНЛЗ-3.

2.2 Непрерывная разливка стали на МНЛЗ-3

2.2.1 Характеристика оборудования [16]

В состав МНЛЗ - 3 входят: промежуточный ковш; кристаллизатор с ЭМП; механизм качания кристаллизатора; зона вторичного охлаждения; тянущее устройство; финальная катушка; затравка; устройство для резки заготовки и оборудование для быстрой смены ковша.

Жидкая сталь из сталеразливочного ковша поступает в промежуточный, а затем в радиальный кристаллизатор, снабженный механизмом качания. После выхода из кристаллизатора слиток, проходя через зону вторичного охлаждения, движется по роликовой проводке, образованной верхним и нижним рядами роликов. У узких торцевых граней ролики имеются лишь вблизи кристаллизатора.

Для удобства замены при ремонтах группы соседних верхних и нижних роликов объединены в отдельные секции, где в общем каркасе смонтировано от 2 до 7 пар роликов.

Верхняя часть роликовой проводки предотвращает выпучивание корки слитка. В связи с тем, что по мере увеличения толщины затвердевающей корки жесткость слитка возрастает, диаметр роликов по мере отдаления от кристаллизатора увеличивается.

Таблица 2.1 - Основные показатели МНЛЗ-3

Наименование показателя	Численное значение
Сечение заготовки, мм	250 х 350 и 300 х 400
Количество ручьев	4
Время разливки одного ковша, мин	68
Время переподготовки, мин	60
Полная производительность МНЛЗ, т/год	598600
Металлургическая длина, м	12
Толщина корки на выходе из кристаллизатора, мм	21,3
Скорость разливки, м/мин	0,5-0,7

2.2.2 Подготовка МНЛЗ-3 к разливке металла

Подготовка МНЛЗ-3 к разливке металла включает в себя: подготовку первичной зоны охлаждения; подготовку системы вторичного охлаждения; проверку элементов поддерживающей системы секций вторичного охлаждения; подготовку работы механического, энергетического и электрического оборудования, приборов КИПиА и АСУТП, связи; подготовку ручья к разливке.

Подготовка первичной зоны охлаждения включает в себя проверку состояния кристаллизаторов. Для этого необходимо: промыть водой, обдуть сжатым воздухом плиты кристаллизаторов от возможных остатков шлака и металла с предыдущих плавок, затем тщательно протереть ветошью рабочую полость кристаллизаторов и визуально проверить качество поверхности плит на наличие дефектов: выбоин, задиров, царапин, вмятин. При обнаружении поверхностных дефектов на рабочих стенках кристаллизатора глубиной более 1 мм, а так же трещин, отслоения покрытия, кристаллизатор подлежит замене.

После установки кристаллизатора в него подается вода под рабочим давлением 7 кгС/см².

Независимо от состояния поверхности плит и размеров кристаллизатора, плиты подлежат замене при разливке более 500 плавок при трёхслойном покрытии плит и свыше 200 плавок при однослойном покрытии.

Проверка работы системы вторичного охлаждения производиться в следующем порядке: форсунки системы вторичного охлаждения должны стоять перпендикулярно к граням слитка; факел раскрытия форсунок по визуальной оценке должен охлаждать слиток равномерно.

Проверка элементов поддерживающей системы вторичного охлаждения включает в себя: ролики на секциях вторичной зоны охлаждения должны быть в технически исправном состоянии, (включая системы подачи смазки и охлаждения роликов секции), легко вращаться от руки, на поверхности роликов не должно быть механических повреждений, остатков шлака и металла.

Проверка работы механического, энергетического, электрического оборудования, приборов КИПиА, АСУТП и связи производится техническим персоналом по обслуживанию МНЛЗ-3 и включает в себя: сборку и проверку электросхем, давления и расход воды; давления кислорода, природного и инертного газа, воздуха, проверку работы системы пароотсоса, проверку готовности системы регулирования уровня металла в кристаллизаторе.

Подготовка ручья к разливке включает в себя: подготовку и проверку исправного состояния затравки производят на участке ее хранения. Затравка должна быть очищена, иметь исправное крепление головки, а места соединения прошприцованы; головка затравки должна иметь исправный паз, боковые щеки - без задиров и плотно подогнанные к корпусу головки.

Затравка транспортируется по ручью в направлении кристаллизатора со скоростью, не превышающей 2,0 м/мин.

На расстоянии от 1,0 до 1,5 м до кристаллизатора затравку останавливают, а затем ввод в кристаллизатор производится на пониженной скорости, не превышающей 0,3 м/мин, на высоту 450 мм от верхнего торца медной плиты кристаллизатора, а затем затравка опускается вниз на 10-20 мм.

Головка затравки обдувается сжатым воздухом до полного удаления влаги.

Зазоры между стенками кристаллизатора и головкой затравки уплотняются шнуровым асбестом или огнеупорным войлоком.

Углы кристаллизатора промазываются массой следующего состава (объемных частей): 3 части алюмосиликатного мертеля с 1 частью воды.

Стенки кристаллизатора промазываются графитом с добавлением технического или рапсового масла в соотношении 1:1.

На разливочной площадке подготавливаются аварийные емкости для слива остатков металла и шлака из промковша.

Все емкости должны быть сухими и очищенными от шлака и скрапа. Шлакообразующая смесь подается на МНЛЗ-3 в специальных контейнерах или в бумажных мешках. Каждая партия шлаковой смеси проверяется на химический состав и влажность. На разливочную тележку устанавливается подготовленный зафутерованный промковш.

Для разогрева футеровки и погружных стаканов до температуры не менее 900 ^оС включаются горелки. Продолжительность разогрева промковша не должна превышать 4-х часов.

В случае аварийной остановки МНЛЗ-3 разрешается продолжать разогрев промковша в течение 8 часов, не превышая температуры 900^оС.

Сталеразливочный ковш с металлом после внепечной обработки с заданной температурой разливки подается на подъемно-поворотный стенд МНЛЗ-3. Отключаются горелки разогрева промковша. Закрываются стопора, и производится визуальный осмотр состояния футеровки промковша.

С помощью гидроцилиндров промковш поднимается в крайнее верхнее положение, тележка перемещается в положение разливки, погружные стаканы центрируются относительно каждого ручья, радиактивный излучатель ставится в положение "открыто".

Время после отключения горелок разогрева промковша до начала заполнения его металлом должно быть не более 5 минут.

2.2.3 Разливка стали

По команде мастера открывают шиберный затвор стальковша. В случае не поступления металла при открытом шиберном затворе канал сталеразливочного стакана прожигается с помощью кислородного копья. Длина загнутого конца копья должна быть не более 500 мм.

Проверка работы шиберного затвора на полное закрытие струи производится после наполнения промковша на 1/2 его высоты. Наполнение промковша производится максимально полной струей.

Защита струи металла из стальковша в промковш производится с помощью огнеупорной погружной трубы, которая закрепляется в манипуляторе. Подача инертного газа (аргона) в погружную трубу производится перед открытием шибера стальковша.

Расход инертного газа должен поддерживаться в пределах 25-40 л/мин по показаниям индикатора «Advisor A70» с постоянным световым сигналом зеленого цвета, разливка с сигналом красного цвета запрещается.

Защита струи металла из промковша в кристаллизатор осуществляется с помощью глуходонного погружного стакана.

При разливке стали с массовой долей Мn более 0,80 % замену кварцевых стаканов производят после разливки каждой плавки.

Для защиты зеркала металла в промежуточном ковше используются утеплители: зола рисовой шелухи, зола рисовой лузги, утеплитель марок П-2, П-3, поставляемые в расфасованном виде по 6 и 10 кг.

Присадка утеплителя в промковш производится после наполнения его металлом в количестве от 5 до 7 т.

Удельный расход утеплителя для первых плавок в серии должен составлять от 0,4 до 0,6 кг, для последующих от 0,2 до 0,4 кг на одну тонну жидкой стали. Влажность утеплителей не должна превышать 1%.

Таблица 2.2 - Химический и фракционный состав утеплителей.

Сортамент, кроме корда	корд	остальной сортамент
Утеплитель П-2, П-3, %	Зола рисовой шелухи, %	Зола рисовой лузги, %
SiO2	22 - 30	SiO2	90-95	SiO2	92-94
CaO	47 - 60	Al2O3	1,5	C	11-18
Al2O3	3 - 7	Fe2O3	0,5	летучие	1-4
Na2O+K2O	0 - 20	C	5
MgO	3 - 7
Wр, не более	0,6			Wр, не более	1,5
С	4 - 6
фракционный состав - не более мм	Фракционный состав - не более 3мм	Насыпная масса - 160-210кг/куб.м

При достижении массы металла в промковше от 12 до 15 т приступают к открытию ручьев в следующей последовательности: от крайних (1,4) к средним (2,3). Уровень металла в промковше доводится до рабочего, что соответствует 700 мм его высоты, при этом масса металла в промковше должна быть не менее 18,0т. При замене стальковша не допускается снижение массы металла в промковше менее 12 т.

Корректировка по содержанию алюминия производится путем отдачи алюминиевой катанки в количестве, определяемом по замеру активности кислорода в металле датчиками “Celox” для определения коэффициента усвоения алюминия.

Порошковые проволоки присаживаются в количестве, указанном в нормативной документации, разработанной для каждой марки стали. Там же регламентируется скорость отдачи порошковых проволок. Скорость отдачи материалов изменяется автоматически в зависимости от скорости разливки.

Кристаллизатор наполняется металлом на высоту приблизительно 150 мм от верхнего среза плиты. В процессе наполнения кристаллизатора прирабатывают стопора и перед пуском ручья дают на зеркало металла шлакообразующую смесь. Включается осцилляция и, убедившись, что слиток отделился от стенок кристаллизатора, начинают вытягивать его со скоростью от 0,2 до 0,3 м/мин с последующим плавным переходом на рабочую скорость.

Таблица 2.3 - Химический состав ШОС и их применение для различных групп марок сталей

Показатели	Scorialit-C 163-79/H, %	Scorialit-C 475/F, %	Scorialit-C 189/Е 2, %
SiO2	24,0 - 26,0	30,5 - 32,5	30,0 - 32,0
CaO+MgO	23,5 - 25,5	27,5 - 29,5	18,5 - 20,5
Al2O3	11,5 - 13,5	4,5 - 6,0	4,5 - 6,0
Na2O+K2O	2,5 - 4,0	8,5 - 10,5	9,5 - 11,5
Fe2O3	3,0 - 5,0	0,5 - 2,0	1,0 - 2,5
MnO	0,2	0,1	0,1
С (общ.)	23,0 - 25,0	14,5 - 16,0	23,0 - 25,0
F	5,0 - 6,5	4,5 - 6,0	3,5 - 5,0
Н2О, 600о С	0,8	0,8	0,8
плотность, кг/дм3	0,65 - 0,85	0,8 - 1,0	0,7 - 0,9

После запуска всех ручьев и поднятия металла в кристаллизаторах до рабочего уровня (от 75 до 95 мм от верха плит кристаллизатора) промковш опускают до погружения стакана в металл на 80-120 мм. После выхода на рабочую скорость от 0,6 до 0,7 м/мин включается система автоматического поддержания уровня металла в кристаллизаторе (САПУ). Колебание уровня металла в кристаллизаторе должно быть 5 мм от заданного значения; уровень заполнения металла в кристаллизаторе (от 75 до 80%) должен поддерживаться в течение всей разливки.

Все марки стали разливаются с применением системы автоматического поддержания уровня металла в кристаллизаторе (САПУ) и при включенных катушках электромагнитного перемешивания. В случае аварийного выхода из строя катушек магнитного перемешивания во время разливки разрешается продолжать разливку металла без дополнительного отбора проб для оценки макроструктуры катаной заготовки, кроме кордовой стали.

Режим работы катушек ЭМП в кристаллизаторе при разливке всех марок сталей, за исключением кордовых марок сталей устанавливается следующий: сила тока 250 А; частота 1,2 Гц.

В процессе разливки бурление ШОС с оголением зеркала металла в кристаллизаторе не допускается. В случае образования на стенках кристаллизатора шлакового гарнисажа производится его удаление специальным приспособлением. При смене стальковша, при остановках ручьев или продолжительной (более 2 мин) разливке со скоростью 0,3 м/мин толщину слоя ШОС доводят до 40-60 мм (определяется визуально).

Измерение температуры металла в промковше производят 3 раза (в начале, в середине и в конце разливки) или измеряют непрерывно. При температуре металла в промковше на верхнем пределе допуска, разливка производится со скоростью равной нижнему пределу допуска для соответствующей марки стали и сечения заготовок. Температура металла в стальковше и промковше регламентирована в нормативной документации.

Расход воды на кристаллизаторы для сечения 250х300 мм устанавливается 1750 л/мин, для сечения 300х400 мм - 2250 л/мин.

Отделение затравки производится механизмом отделения, далее затравка переводится в позицию хранения. Размер обрези головной части блюма составляет 600-700 мм, а хвостовой части блюма 1200-1700 мм. Порез блюмов на мерную длину осуществляется, согласно задания производственного отдела.

По окончании разливки плавки шиберный затвор сталеразливочного ковша закрывается и ковш снимается с подъемно-поворотного стенда. Продолжая разливку, в промежуточный ковш добавляется 0,2-0,4 кг утеплителя на 1 т жидкой стали. За 1 м до мерной длины заготовки скорость на ручье снижается от 0,2 до 0,3 м/мин. После выхода заготовки из кристаллизатора скорость на ручье доводится до рабочей. Излучатель переводится в положение "закрыто". Разливка на ручьях прекращается с учетом получения кратных заготовок и остатка металла в промковше массой от 3 до 5 т.

Тележку с промковшом передают в резервную позицию. Для удаления настылей из промковша в районе 1-го, 4-го ручьев и приемного устройства устанавливают специально подготовленные скобы толщиной прутка не менее 40 мм, затем промковш передается на участок ремонта.

Заготовки после маркировки направляются в нагревательную печь прокатного цеха или передаются на склад. Охлаждение заготовок осуществляется в штабеле на воздухе или под колпаками не менее 24 часов согласно технологическим картам для соответствующих марок стали.

Металл из-под колпаков разрешается передавать в методическую печь прокатного цеха тёплым посадом не позднее 5 часов 30 минут после закрытия шибера сталеразливочного ковша.

Отбор проб на определение качества макроструктуры и идентификации дефектов литого блюма производятся по требованию контролеров ОТК, работников НТУ и ЦЗЛ, операторами машины газокислородной резки (МГКР).

2.2.4 Разливка стали сериями

Количество плавок, разливаемых через один промковш, определяется состоянием его футеровки, стопоров и стаканов.

Промежуточный ковш перед сменой сталеразливочного ковша наполняется металлом до максимально допустимой высоты. Сталеразливочный ковш с очередной плавкой должен быть подан на подъемно-поворотный стенд МНЛЗ-3 до окончания разливки предыдущей плавки. Смена стальковшей осуществляется путем вращения стенда. В случае запаздывания следующей плавки в серию скорость разливки предыдущей плавки необходимо уменьшить до 0,4 м/мин в течение не более 15 мин.

В процессе разливки при замене погружного стакана (независимо от продолжительности остановки ручья) производится вырезка дефектного участка блюма: до дефекта - не менее 1,2 м; после дефекта - не менее 0,7 м. На период остановки ручья катушка ЭМП в кристаллизаторе отключается.

Методом "плавка на плавку" с заменой промежуточных ковшей можно разливать сталь одинаковых и разных марок.

Технология замены промежуточного ковша включает в себя следующие операции: при остатке металла в промковше от 3-х до 5-ти т закрываются стопора, и прекращается вытягивание блюмов; промковш перемещается в нерабочее положение; толщина шлакового покрытия в кристаллизаторе доводится до 60-70 мм (визуально); расход воды в первичной зоне устанавливается минимальный - 1100 л/мин; закрывается вода на вторичное охлаждение; переводится в положение разливки предварительно подготовленный промковш; производится запуск МНЛЗ-3.

При замене промежуточных ковшей (перековшовках) и остановках разливки во время перехода с одной марки стали на другую вырезаются дефектные участки блюмов на следующих расстояниях: до дефекта (хвостовая обрезь) - 1,5 м; после дефекта (головная обрезь) - 1,0 м.

На период остановки ручья катушка ЭМП в кристаллизаторе отключается. По ходу разливки отбирается из промковша три пробы металла для определения химсостава, после отливки 15-20, 45-55 и 85-90 т.

Все пробы маркируются и отправляются по пневмопочте на экспресс-анализ. При горячем посаде плавки назначаются по 1 пробе. Проба 2 является основной маркировочной, пробы 1, 3 - контрольные.

Измерение температуры металла в стальковше производится сверху через шлак перед постановкой его на поворотный стенд.

Контроль температуры металла в промковше производится в течение всей разливки с помощью прибора непрерывного измерения.

В случае отсутствия термопар непрерывного замера, измерение температуры металла в промковше производится три раза (в начале, середине и конце разливки) одновременно с отбором проб для определения химсостава стали. Измерение производится в районе 2 или 3 ручья. Термопару погружают в металл на глубину не менее 200 мм.

Глава 3. Расчет основных параметров МНЛЗ

3.1 Скорость разливки

Определяется сечением заготовки и рассчитывается по формуле

V = K(1 + b/a)/b, (3.1)

где V - скорость разливки, м/мин;

K - коэффициент, зависящий от марки стали и сечения заготовки (К = 0,09);

b,a - размеры заготовки; b=300 a=250 мм.

V = (0,09 · (1+0,3/0,25))/0,3 = 0,66 м/мин.

3.2 Производительность МНЛЗ

Производительность одного ручья определяется по формуле

П = p_m·F·V·60, (3.2)

где П - производительность 1 ручья, кг/ч

p_m - плотность металла, p_m = 7450 кг/м³

F - площадь поперечного сечения заготовки, м²

V - скорость разливки, м/мин.

F = а·в, (3.2.1)

П = p_m · (а·в) ·V·60, (3.2.3)

П = 7450· (0,3·0,25) ·0,66·60 = 22127 кг/ч ? 22,13 т/ч.

3.3 Продолжительность разливки одного ковша

Принимаем в среднем массу металла одного ковша равной 100 т, тогда

...