Смирнов А.Н., Сафонов В.М. и др. Металлургические мини-заводы

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 3. Процессы и оборудование для внепечной обработки … 291

проведения специального профилактического ремонта, вклю-

чающего дополнительную подливку днища. Это нарушает нор-

мальный ритм эксплуатации ковшей и требует, как минимум, по-

вышения их количества. Следовательно, при использовании мо-

нолитной футеровки днища ковша дополнительно следует согла-

совывать его эксплуатационные свойства со стойкостью проду-

вочного узла.

Таким образом, при проведении комплексной внепечной

обработки

стали происходит значительный неравномерный износ

отдельных частей футеровки сталеразливочного ковша. Для по-

вышения эффективности службы футеровки ковша целесообраз-

но гармонизировать работу наиболее изнашиваемых ее элемен-

тов, что обеспечит возможность организации локальных ремон-

тов. Применение наливных монолитных футеровок для стен и

днища ковша имеет ряд специфических особенностей, которые

связаны с характером

их эрозионного износа и растрескивания

рабочего слоя.

292 Металлургические мини-заводы

ГЛАВА 4. НЕПРЕРЫВНАЯ РАЗЛИВКА СТАЛИ НА

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ МИНИ-ЗАВОДАХ

Непрерывная разливка стали является одним из наиболее

бурно развивающихся технологических процессов. Благодаря

последним достижениям в части техники и технологии литья в

настоящее время в условиях мини-завода представляется воз-

можным реализовать производство непрерывнолитой заготовки

практически любого требуемого сечения и качества.

4.1. ПРОГРЕСС

В НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКЕ СТАЛИ

Процесс непрерывной разливки стали начал получать

промышленное развитие в середине 50-х годов прошлого столе-

тия [305]. Бурное его распространение и широкое внедрение

происходило с начала 60-х годов в странах Западной Европы,

СССР, Японии и США. Этому способствовал экономический

рост, наблюдаемый в большинстве промышленно развитых

стран мира, что

обусловило, по сути, быстрое внедрение многих

высокоэффективных технологических процессов и стимулиро-

вало развитие новых технологических построений в черной ме-

таллургии.

По разным оценкам в 2003 г. примерно 850 - 860 млн.т

стали было разлито на более, чем 1800 МНЛЗ. В большинстве

стран мира доля стали, разливаемой на МНЛЗ, превышает 90 -

95%. Исключение составляют такие страны как

Россия, Украина,

Казахстан, Бразилия и некоторые другие, доля непрерывной раз-

ливки в которых значительно ниже в силу продолжающейся ре-

конструкции сталеплавильного комплекса. Ожидается, что прак-

тически полное оснащение предприятий черной металлургии

Глава 4. Непрерывная разливка стали на мини … 293

Второй этап (60-е - начало 70-х годов) характеризуется

быстрым внедрением МНЛЗ на многих металлургических заво-

дах промышленно развитых стран мира. В этот период

производителям МНЛЗ пришлось конкурировать с

консервативным, но

сравнительно дешевым, процессом

разливки стали в слитки. Это потребовало создания новой

системы технологий в сталеплавильном переделе. В конечном

счете, основные показатели, достигаемые при непрерывной

разливке стали, заметно превзошли лучшие показатели

слиткового передела. В этот период в максимальной степени

проявились преимущества непрерывной разливки – высокая

экономическая эффективность, энерго- и ресурсосбережение, а

машинами непрерывной разливки стали произойдет примерно к

2020 г. Промышленно производятся непрерывнолитые заготовки

следующих максимальных сечений: блюм 600×670 мм, сляб

250×3200 мм и круг диаметром 600 мм. На рубеже веков полу-

чила промышленную реализацию технология непрерывной раз-

ливки полосы.

Анализируя путь, который прошла непрерывная разливка

стали в течение последних 40 - 45 лет, следует выделить не-

сколько

революционных этапов.

На первом этапе (50-е - середина 60-х годов) осуществле-

на теоретическая проработка и промышленное оформление спо-

соба непрерывной разливки стали, что позволило создать объек-

тивные предпосылки для уверенного выхода на рынок новых

технологий. В конструкционном плане (рис. 4.1) преобладали

МНЛЗ вертикального типа (или с загибом заготовки после за-

твердевания). Уже

тогда непрерывная разливка стали обеспечила

прямое (без обжимного передела) получение промышленной за-

готовки различных сечений (сляб, блюм, сортовая заготовка и

т.п.).

294 Металлургические мини-заводы

сурсосбережение, а также полная адаптация к конкретным ста-

леплавильным цехам. В целом к концу этого периода стало со-

вершенно очевидным, что непрерывнолитая заготовка не усту-

пает по качеству заготовке, полученной прокаткой на обжимном

стане. Выход годной заготовки составлял уже 94 - 97 % (против

78-82 % при разливке в слитки), что в совокупности с исключе-

нием

из системы технологических процессов обжимных станов

рассматривалось как одно из наиболее эффективных энерго- и

ресурсосберегающих мероприятий в черной металлургии в це-

лом.

Рис. 4.1. МНЛЗ вертикального типа

Третий этап (70-е – 80-е годы) характеризуется двумя ос-

новными тенденциями. Во-первых, в этот период окончательно

оформилась тенденция реконструкции сталеплавильных цехов с

Глава 4. Непрерывная разливка стали на мини … 295

целью их оснащения МНЛЗ. Стратегия неуклонного повышения

качества заготовки позволила существенно превысить традици-

онные показатели качества, достигаемые при разливке металла в

слитки. Кроме того, в это же время происходит адаптация про-

цесса МНЛЗ к различным типам заготовки, используемой в про-

катном производстве (сортовая заготовка и блюм, сляб, фасон-

ная заготовка, круг

и т.п.). Но стратегически более важное зна-

чение приобрела тенденция строительства новых сталеплавиль-

ных цехов и металлургических заводов со 100% непрерывной

разливкой стали, в первую очередь, на слябы и блюмы. Развитие

этой тенденции во многом стимулировало совершенствование

конструкции МНЛЗ, что, в конечном счете, обусловило создание

промышленных образцов радиальных и криволинейных

МНЛЗ

(рис.4.2). Наиболее значимым явлением в этот период явилось

успешное совмещение слябовых и блюмовых машин непрерыв-

ной разливки стали с кислородными конвертерами большой

единичной мощности, а также оформление концепции мини ме-

таллургического завода для получения сортовой непрерывноли-

той заготовки.

Основу успешного функционирования мини металлурги-

ческих заводов составляет высокая экономическая эффектив-

ность работы основных технологических агрегатов, входящих в

их состав, а также высокая степень их функциональной совмес-

тимости между собой в едином технологическом цикле. Исклю-

чительно важной особенностью новых мини-заводов является

стремление конструкторов и технологов обеспечить максималь-

но высокую удельную производительность плавильных агрега-

тов и МНЛЗ, производящих сортовую заготовку. Это достигает

ся за счет увеличения числа ручьев сортовых МНЛЗ (6-8 ручьев)

и увеличения серийности разливки (без остановки машины).

296 Металлургические мини-заводы

Рис. 4.2. МНЛЗ радиального и криволинейного типов

Четвертый этап, начало которого следует относить к кон-

цу 80-х или началу 90-х годов, характеризуется заметным сни-

жением темпов прироста объемов производства стали в мире и

практически полным отсутствием прироста в ведущих металлур-

гических странах. В последнее десятилетие основной прирост

был достигнут, главным образом

, за счет КНР и Южной Кореи.

Это стимулировало создание новых эффективных технологиче-

ских процессов внепечной обработки и непрерывной разливки

стали. Весьма характерным представляется тот факт, что при-

Глава 4. Непрерывная разливка стали на мини … 297

мерно 50 - 55 % всех МНЛЗ были либо сооружены, либо рекон-

струированы именно в последние 10 - 12 лет. Прогрессивные

изменения касаются практически всех основных технологиче-

ских и конструктивных аспектов и носят взаимосвязанный ха-

рактер.

В целом к началу двадцать первого века непрерывная раз-

ливка стали представляет собой весьма сложную динамически

развивающуюся систему технологических и конструктивных

решений

. Доминантные контуры этой системы можно предста-

вить следующим образом:

- теория и практика непрерывной разливки стали распола-

гает всем необходимым комплексом решений для организации

высокоэффективных технологических систем получения слябо-

вой, блюмовой, круглой и сортовой заготовки традиционных се-

чений;

- ведущие машиностроительные компании мира, произво-

дящие МНЛЗ, располагают большим опытом в их

создании, что

позволяет им предлагать потребителям такое оборудование, ко-

торое в максимальной степени соответствует конкретному стале-

плавильному цеху и концепции его развития;

- для большинства сталеплавильных цехов основной ак-

цент делается на реконструкции действующих МНЛЗ с целью

повышения качества заготовки, производительности и наиболее

полного совмещения работы сталеплавильных агрегатов и МНЛЗ

единый технологический процесс;

- создание комплексной системы автоматизации процессов

непрерывной разливки стали, которая включает в себя систему

автоматического поддержания уровня металла в кристаллизаторе,

систему контроля уровня и кондиций металла в промковше, сис-

298 Металлургические мини-заводы

тему динамического охлаждения заготовки в зоне вторичного ох-

лаждения, систему диагностики качества заготовки и пр.

Непрерывная разливка стали

на сортовую заготовку (се-

чение квадрат 100 - 180 мм) получила максимальное распростра-

нение для мини металлургических заводов. Инновационные ре-

шения в области интенсификации работы электросталеплавиль-

ной печи (плавка менее чем за 60 минут) и применение в техно-

логической системе агрегатов «ковш-печь» обусловили в начале

90-х гг. прошлого века целесообразность создания высокопроиз-

водительных многоручьевых сортовых МНЛЗ

для многочислен-

ных мини заводов. На начало 2003 г. в мире насчитывалось свы-

ше 3900 ручьев сортовых МНЛЗ, что обеспечило разливку при-

мерно 185 - 190 млн. т стали. Однако только 18 - 20% от общего

количества сортовых МНЛЗ можно считать современными высо-

коскоростными агрегатами.

В целом развитию и тотальному применению метода не-

прерывной разливки сортовой заготовки способствовали

сле-

дующие достижения:

- радикальное повышение производительности МНЛЗ за

счет увеличения скорости вытяжки заготовки до 5-6 м/мин в со-

вокупности с увеличением числа ручьев (до 6-8);

- большой прогресс в стойкости огнеупорных материалов,

используемых для дозирования стали (стаканы-дозаторы) и для

рабочего слоя футеровки промковша, что обеспечивает разливку

сериями 20-30 плавок из одного промковша

с последующей его

заменой без остановки МНЛЗ;

- кардинальное повышение товарного качества непрерыв-

нолитой заготовки за счет автоматизации процесса разливки и

порезки;

Глава 4. Непрерывная разливка стали на мини … 299

- создание и конструктивное оформление концепции уни-

версальных высокоэффективных технологических модулей для

выплавки и разливки стали.

Тенденция увеличения производительности сортовой

МНЛЗ путем повышения скорости разливки продолжает разви-

ваться. Поэтому многие научно-технические разработки в этой

области направлены на усовершенствование конструкции кри-

сталлизатора за счет повышения интенсивности и равномерности

теплоотвода.

Известно, то

в процессе нарастания твердой корочки за-

твердевшего металла тепловой поток к стенке кристаллизатора

уменьшается. Этому же способствует постепенное увеличение

газового зазора. Неравномерное распределение тепловых потоков

при продвижении заготовки вызывает неравномерный прогрев

стенки кристаллизатора. Различная температура слоев корочки

затвердевшего металла вызывает различную усадку и деформа-

цию этих слоев, что приводит к возникновению

сложнонапря-

женного состояния затвердевшей оболочки заготовки. Ведущие

фирмы-производители кристаллизаторов стремятся делать по-

правку на естественную усадку непрерывнолитого слитка и вы-

полнять внутреннюю поверхность кристаллизатора в виде так на-

зываемого параболического профиля или переменного попереч-

ного сечения.

Таким образом, бурное развитие техники и технологии по-

зволили ведущим производителям сортовых МНЛЗ

существенно

повысить их производительность и обеспечить высокое качество

заготовки. Современная сортовая МНЛЗ обязательно несет в себе

следующие конструктивные и технологические решения: произ-

водительность одного ручья – до 250 тыс. т стали в год; скорость

разливки – до 6,0-6,5 м/мин; разливка осуществляется как откры-

300 Металлургические мини-заводы

той, так и закрытой струей; кристаллизатор удлиненный парабо-

лический или другой специальной геометрической формы, спо-

собствующей эффективному формированию качественной твер-

дой корочки; предпочтительное число ручьев 4 - 6 (иногда 7 - 8);

автоматический контроль уровня металла в кристаллизаторе;

электромагнитное перемешивание в кристаллизаторе и т.п.

Производство крупных заготовок прямоугольного, квад-

ратного, круглого и фасонного (балка) сечений развивается в по-

следние годы в направлении повышения качества заготовки при

повышении производительности МНЛЗ. Мировое производство

непрерывнолитых блюмов оценивается на уровне 130 - 135 млн. т

в год. На начало 2003 г. в мире насчитывалось примерно 285 -

290 (1050 - 1070 ручьев) блюмовых МНЛЗ, из них около 50 ма-

шин для разливки крупной фасонной заготовки и 100 машин для

получения круглой

заготовки. При этом средняя производитель-

ность одного ручья для блюмовой МНЛЗ составляет соответст-

венно примерно 125 - 130 тыс. т стали в год.

Между тем, рекордные показатели производительности

одного ручья на лучших МНЛЗ мира значительно выше. Напри-

мер, на японских металлургических заводах «Symitomo Metal»

(размер блюма 300×400 мм) и «Daido Steel» (размер блюма

370×480 мм) она составляет

300 тыс. т стали в год, а на австра-

лийском заводе «BHР Steel» (размер блюма 400×630 мм) - 400

тыс. т стали в год. По оценкам различных экспертов, средняя го-

довая производительность одного ручья для современных блю-

мовых МНЛЗ должна составлять 200 - 250 тыс. т в год. Следова-

тельно, для большинства блюмовых МНЛЗ средний показатель

их

удельной производительности представляется достаточно низ-

ким с позиций последних достижений в области непрерывной

разливки. Вместе с тем, как показывает анализ работы современ-

ных МНЛЗ, далеко не все производители стали стремятся к мак-