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

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 4. Непрерывная разливка стали на мини … 311

е е

В результате применения вышеперечисленных решений

достигается существенное повышение производительности

МНЛЗ, улучшение качества поверхности и внутренней структуры

сляба, снижение затрат на строительство машины и ее обслужи-

вание и т.п.

Резкое изменение представлений о современной слябовой

МНЛЗ привело к тому, что большинство машин в странах Евро-

пы, Японии и США подвергаются серьезной

модернизации. Но-

вые же МНЛЗ, сооруженные по вышеперечисленным принципам,

имеют производительность в 1,5 - 1,8 раза выше, чем МНЛЗ, по-

строенные 15 лет назад. Это позволяет предположить, что суще-

ственного роста числа МНЛЗ в мире наблюдаться не будет, по-

скольку возрастет их удельная производительность.

Генеральным направлением развития технологии и конст-

руктивного оформления МНЛЗ для

получения плоской заготовки

является уменьшение ее толщины, что обеспечивает снижение

затрат на последую ую прокатку, уменьшение базового радиуса

МНЛЗ и создание условий для совмещения разливки и прокатки

в единый технологический цикл (например, посредством стана

Стеккеля). В последнее десятил ти все большее распростране-

ние получают МНЛЗ для отливки слябов средней (100 - 150 мм)

толщины, тонких слябов

(около 50 - 60 мм и менее), а также по-

лосы толщиной 6-10 мм.

Наиболее серьезным научным прорывом представляется

создание рядом западных компаний МНЛЗ для разливки тонкого

сляба, обеспечивающей качества листа на уровне листа из тради-

ционного сляба. Преимуществами такой технологии является:

высокое качество продукции, возможность получения слябов

шириной свыше 3000 мм, уменьшение потерь энергии

и металла

в ходе последующего прокатного передела и пр. Отличительной

312 Металлургические мини-заводы

особенностью таких МНЛЗ является принципиально новая кон-

фигурация внутренней полости кристаллизатора, имеющей так

называемую «чечевицеобразную» форму (рис.4.5). При этом

толщина сляба в осевой зоне у мениска составляет, как правило,

150-170 мм при толщине сляба на выходе из кристаллизатора 55-

70 мм. Такая конфигурация кристаллизатора позволяет не только

обеспечить подвод металла с помощью погружного

стакана спе-

циальной плоской формы («бобровый» хвост), но и улучшить пи-

тание жидкой сердцевины заготовки за счет обжатия твердой ко-

рочки в нижних горизонтах.

Рис.4.5. Конфигурация кристаллизатора тонко слябо-

вой МНЛЗ

В этом случае в основу технологии получения листа поло-

жена концепция литейно-прокатных модулей, представляющих

собой совмещенную систему технологий по разливке и прокатке

металла. В конечном счете, промышленная реализация концеп-

ции литейно-прокатных модулей позволила обеспечить все необ-

ходимые условия для строительства мини

металлургических за-

Глава 4. Непрерывная разливка стали на мини … 313

водов для производства листа, которые конкурентоспособны по

ряду параметров с интегрированными металлургическими заво-

дами с традиционной технологией. Литейно-прокатные модули,

созданные на базе непрерывной разливки стали на тонкий сляб, в

настоящее время получают все большее распространение в раз-

вивающихся странах (то есть в странах, где наращивается по-

требность в листовом прокате

). Благодаря использованию наибо-

лее современных достижений в области непрерывной разливки

стали (электромагнитное перемешивание, «мягкое» обжатие, по-

гружной стакан типа «бобровый» хвост и пр.) эти модули будут

использоваться и в будущем.

Говоря о МНЛЗ для получения тонких слябов, следует,

прежде всего, иметь в виду, что такая продукция может иметь

весьма ограниченное

применение в силу сравнительно низкого ее

качества. Вместе с тем, учитывая тот факт, что в этом случае по-

является возможность создания мини-заводов по производству

небольших объемов листового проката в удаленных от основных

производителей листа регионах, видимо, число МНЛЗ для полу-

чения тонкого сляба будет увеличиваться. В настоящее время та-

ких

МНЛЗ (литейно-прокатных модулей) насчитывается чуть бо-

лее пятидесяти, из которых около двух третей находится в США

и развивающихся странах. Основными преимуществами мини

металлургических заводов для производства листа являются

уменьшение потерь тепла металлом за счет исключения этапа ох-

лаждения заготовки, повышение компактности производства,

уменьшение сроков проектирования и строительства мини-завода

и т.п.

Технология непрерывной разливки с прямым получением

листа (полосы) является едва ли не самым последним по времени

концептуальным решением в области литья стали, направленным

314 Металлургические мини-заводы

на кардинальное снижение затрат на металлопродукцию. Сама

идея отливки тонкой полосы между двумя вращающимися водо-

охлаждаемыми валками известна достаточно давно. Еще в 1866

году Г. Бессемер запатентовал такой способ разливки стали. Од-

нако понадобилось более 130 лет для того, чтобы были получены

надежные результаты и пущены в эксплуатацию первые про-

мышленные комплексы. Технология

непрерывной разливки с

прямым получением листа имеет вполне очевидные преимущест-

ва и достаточно удачно совмещает дискретный процесс выплавки

стали с процессом непрерывной разливки и прокатки. При этом

она исключает из технологической цепочки дорогостоящие опе-

рации повторного нагрева заготовки и многократного обжатия

сляба.

Таким образом, к началу двадцать первого века в

количе-

ственном плане произошло практически полное насыщение ме-

таллургических предприятий мира различного рода МНЛЗ и со-

ответствующим технологическим обеспечением. Основные на-

правления развития техники и технологии непрерывной разливки

стали применительно к оснащению металлургических мини-

заводов фокусируются на совершенствовании процессов литья

сортовых заготовок традиционных сечений и на создании новых

МНЛЗ для получения

тонких слябов и листа.

Наблюдающееся в последнее время заметное увеличение

удельной производительности сталеплавильных агрегатов спо-

собствует развитию тенденции ускоренной модернизации суще-

ствующих МНЛЗ с целью повышения их производительности

при одновременном повышении качества заготовки. Это, прежде

всего, относится к сортовым МНЛЗ.

Дальнейшее развитие технологий и конструкций машин

для непрерывной разливки стали,

видимо, следует ожидать в час-

ти создания высокоэффективных комбинированных модулей или

Глава 4. Непрерывная разливка стали на мини … 315

мини-заводов, которые будут иметь гибкую технологическую

связь при совмещении процессов выплавки стали, ее разливки и

последующей прокатки заготовки.

Продолжится ориентация на создание мини-заводов с не-

большим годовым объемом производства на базе концепции ли-

тейно-прокатных модулей, что позволяет получать сравнительно

малые объемы металлопродукции и обеспечивать прямые связи

производителя с

непосредственным потребителем и устранит за-

траты на услуги посредников.

4.2. ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ КОВШ В СИСТЕМЕ ПРОЦЕССОВ

ПЕРЕМЕЩЕНИЯ МЕТАЛЛА НА УЧАСТКЕ «СТАЛЕРАЗ-

ЛИВОЧНЫЙ КОВШ» – «КРИСТАЛЛИЗАТОР МНЛЗ»

Жидкая сталь подается к МНЛЗ с помощью сталеразли-

вочных ковшей. Учитывая дискретный способ подачи стали к

МНЛЗ, для обеспечения непрерывного процесса литья использу-

ется система технологических

переливов металла, которая обес-

печивает дозирование стали в течение всего цикла работы МНЛЗ.

Общая схема движения металла на участке «сталеразливочный

ковш» - «кристаллизатор МНЛЗ» представлена на рис.4.6.

Важнейшим функциональным и технологическим элемен-

том является промежуточный ковш, так как благодаря ему в зна-

чительной степени определяет устойчивость и стабильность про-

цесса разливки

в целом. Промковш предназначен для приема из

сталеразливочного ковша жидкого металла, сохранения его с ми-

нимальными тепловыми потерями и распределения его по от-

дельным ручьям машины со сравнительно одинаковым ферроста-

тическим давлением в ходе разливки при одновременном обеспе-

316 Металлургические мини-заводы

чении предотвращения вторичного окисления расплавленного

металла и загрязнения его неметаллическими включениями, а

также попадания шлака в кристаллизатор. Кроме того, промковш

выполняет функции усреднения металла по химическому соста-

ву, температуре и повышению качества заготовки.

Рис. 4.6. Общая схема движения металла: 1 - сталеразли-

вочный ковш; 2 – жидкий металл; 3 – промковш; 4 –

защитная труба; 5 – стопор-моноблок; 6 – стакан-

дозатор; 7 – погружной стакан; 8 кристаллизатор;

9 - заготовка

Глава 4. Непрерывная разливка стали на мини … 317

Промковш является последней емкостью, которая футеро-

вана огнеупорами на пути стали от сталеплавильного агрегата к

кристаллизатору. В связи с этим конструкция промковша оказы-

вает значительное влияние на качество литого металла, его даль-

нейший передел и выход годного.

Жидкий металл, который поступает из сталеразливочного

ковша в промковш, должен по возможности иметь минимальные

потери тепла на этом участке движения и минимально контакти-

ровать со шлаком промковша и воздухом. Помимо этого, в пром-

ковше должны быть созданы благоприятные условия для всплы-

тия неметаллических включений в шлак при условии предотвра-

щения дополнительного загрязнения стали неметаллическими

включениями, попадающими в нее при разрушении футеровки

промковша.

Поэтому конструкция

промковша должна учитывать сле-

дующие основные факторы:

• число и расположение ручьев МНЛЗ;

• число последовательно разливаемых плавок;

• оснащенность специальными устройствами;

• сечение заготовок;

• характер конвективных потоков металла, способствующих

отделению неметаллических включений;

• достаточную вместимость, позволяющую осуществлять

замену сталеразливочных ковшей во время серийной раз

ливки;

• способ начала разливки

и метод удаления шлака и остат-

ков металла после окончания разливки;

• способ регулирования процесса истечения металла из

промковша;

318 Металлургические мини-заводы

• возможность финишной рафинирующей обработки метал-

ла в промковше посредством его продувки нейтральным

газом;

• возможность корректирующей доводки химического со-

става стали посредством ввода порошковой проволоки

специального состава.

Для того чтобы снижение температуры металла было не-

значительным, в частности, в начале разливки, путь стали в

промковше должен быть как можно короче

. Днище и стенки про-

межуточного ковша должны иметь ровные поверхности, чтобы

не препятствовать движению потока стали. Выступающие углы

футеровки, кроме того, подвергаются большему износу, сокра-

щают таким образом срок службы промежуточного ковша и за-

трудняют удаление настылей из промежуточного ковша. Внеш-

няя форма промковша должна позволять свободное наблюдение

за уровнем

жидкого металла в кристаллизаторе. Вместе с тем, для

многоручьевых МНЛЗ проблема снижения разности между тем-

пературой стали для крайних и средних ручьев остается, по-

прежнему, достаточно серьезной технологической проблемой,

решение которой требует применения специальных приемов.

В практике непрерывной разливки стали следует, напри-

мер, отметить стремление использовать два асимметричных про-

межуточных ковша

при разливке стали на 8-ми ручьевых МНЛЗ,

что уменьшает число прорывов при разливке сортовой заготовки

[306].

Вышеперечисленным требованиям для многоручьевых

МНЛЗ в наибольшей степени удовлетворяет промежуточный

ковш, форма которого представляет собой удлиненный прямо-

угольник с некоторым увеличением сечения в зоне металлопри-

емника (рис.4.6). При этом длина промковша может варьировать-

Глава 4. Непрерывная разливка стали на мини … 319

ся в довольно широких пределах в зависимости от конструкции

МНЛЗ, числа ручьев и расстояния между ручьями. Определенные

специальные мероприятия по распределению металла между

ручьями целесообразно предусматривать при нечетном их коли-

честве [307].

Необходимая вместимость промковша определяется сече-

нием отливаемых заготовок, числом ручьев, скоростью разливки,

требованиями к возможности всплытия неметаллических вклю-

чений и

ассимиляции их шлакообразующим покрытием. На вме-

стимость промковша влияет также и режим разливки: в случае

серийной разливки она увеличивается с целью обеспечения запа-

са металла, необходимого для замены сталеразливочного ковша

[308]. Как показывает практика, для сортовых 6-ти ручьевых

МНЛЗ вместимость промковша составляет, как правило, 23 - 26

тонн при высоте налива металла 0,7 - 0,8 м. Для

многоручьевых

блюмовых МНЛЗ вместимость промковша колеблется в пределах

25 - 35 тонн металла при той же высоте налива. Вместе с тем, для

современных МНЛЗ вместимость промковша увеличивается, что

обеспечивает возможность разливки металла с повышенными

скоростями при достаточном времени для всплытия неметалли-

ческих включений.

В качестве теплоизолирующего перекрытия промковша

применяются различного рода крышки с

кирпичной кладкой или

с огнеупорной набивной или наливной футеровкой. Для умень-

шения потерь тепла и окисления в промковше применяют специ-

альные защитные теплоизолирующие покрытия. Защитное по-

крытие в промковше должно ассимилировать всплывающие

включения, изолировать зеркало металла от взаимодействия с

воздухом и уменьшить потери тепла. По ходу разливки оно прак-

тически

не расходуется. Его физические характеристики меняют-

320 Металлургические мини-заводы

ся в результате ассимиляции всплывающих неметаллических

включений, попадания шлака из сталеразливочного ковша и раз-

рушения футеровки.

В настоящее время в зарубежной и отечественной практике

широко применяется высокоэффективное теплоизолирующее по-

крытие на основе золы рисовой шелухи. В последнее время такое

покрытие стали использовать на сортовых МНЛЗ ЗАО «ММЗ

«Isteel (Украина)», Белорусский металлургический

завод, Черепо-

вецкий металлургический комбинат «Северсталь» и пр. Это

обеспечивает стабильность разливки стали длинными сериями

при минимальном износе футеровки промковша в зоне шлаково-

го пояса. Расход такой теплоизолирующей смеси составляет 0,22-

0,25 кг/т стали, а колебания температуры стали в процессе раз-

ливки одного сталеразливочного ковша обычно не превышают 3-

4 °С.

Существуют

различные версии композиционного состава

этих смесей, которые отличаются незначительными добавками

других растительных отходов (например, зола подсолнечниковой

лузги и т.п.). Однако наилучшие результаты показывает именно

чистая зола рисовой шелухи. При контакте с жидкой сталью оно

быстро формирует жидкую пленку, которая резко уменьшает по-

глощение кислорода и азота жидкой сталью. В то

же время это

покрытие поглощает неметаллические включения (оксиды алю-

миния), находящиеся в жидкой стали, препятствуя образованию

настылей в промежуточных ковшах.

Свойства золы рисовой шелухи в области точки плавления

материала являются оптимальными для эксплуатации. Над тон-

ким расплавленным слоем покрытие остается в стабильно твер-

дом состоянии и сохраняет свои высокие изолирующие

свойства.

Его низкая насыпная плотность гарантирует максимальную теп-

лоизоляцию при низком коэффициенте расхода материала. На