Что такое онрс в металлургии
НЕПРЕРЫ́ВНАЯ РАЗЛИ́ВКА СТА́ЛИ
Том 22. Москва, 2013, стр. 477-478
Скопировать библиографическую ссылку:
НЕПРЕРЫ́ВНАЯ РАЗЛИ́ВКА СТА́ЛИ, осуществляется на спец. агрегате при непрерывном поступлении жидкого металла в водоохлаждаемый кристаллизатор с одновременным непрерывным вытягиванием из него формирующегося слитка (непрерывно-литой заготовки). Способ получения продукции непосредственно из жидкого металла (т. н. бесслитковая прокатка) предложен Г. Бессемером в 1855, но не был реализован из-за технич. трудностей. Более перспективным оказался метод получения из жидкого металла промежуточной заготовки посредством отливки через водоохлаждаемую форму (изложницу) – кристаллизатор. Стальная заготовка таким методом впервые получена З. Юнгансом (Германия) в 1939. Непрерывная разливка позволила организовать высокопроизводит. процесс произ-ва заготовок, по профилю и размерам пригодных для непосредств. использования их на соответствующих прокатных станах. При Н. р. с. улучшается качество заготовок и значительно повышается (на 12–25%) выход годного металла из жидкой стали, а также экономится энергия (на 85% сокращается расход условного топлива на нагрев под прокатку), создаются условия для полной механизации и автоматизации процесса разливки стали, улучшаются условия труда и снижается загрязнение окружающей среды.
Непрерывная разливка металлов
Условия загрязнения стали неметаллическими включениями при разливке. Совершенствование конструкции промежуточного ковша. Формы порогов, перегородок и турбогасителей, применяемых в промежуточных ковшах. Функции шлакообразующих смесей для кристаллизатора.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 18.03.2015 |
| Размер файла | 9,1 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
5.1.2 АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ТРУДА РАЗЛИВЩИКА В КОНВЕРТЕРНОМ ЦЕХЕ
Разливщик обеспечивает безаварийную работу по подготовке МНЛЗ к работе, разливке плавки и выдачи «конца» слитка, контроль над работой оборудования, выполняет погрузочно-разгрузочные работы и поддерживает в чистоте свое рабочее место (закрепленный за ним участок). Рабочим местом разливщика является территория отделения разливки стали.
На разливочной площадке существует ряд опасных и потенциально опасных факторов:
Опасность механического травмирования;
Опасность поражения электрическим током;
Опасность взрыва и пожара;
Повышенный уровень шума;
Повышенная запыленность и загазованность;
Таблица 20.Опасные и вредные производственные факторы.
Выполняемая работа (технологическая операция).
Применяемое оборудование, механизмы, приспособления, а также материалы, вещества.
Опасный или вредный производственный фактор.
Общее мероприятие по защите или нормализации.
Подготовка к разливке.
Двухпозиционный стенд, промежуточный ковш, разливочный кран.
Передвижение стенда, крана; горячая поверхность и футеровка промежуточного ковша; газовые горелки.
Исправность спецодежды; соблюдение мер безопасности при движении стенда и кранов
Сталеразливочный ковш, кислород.
Воспламенение одежды разливщика; брызги металла
Исправность спецодежды; герметичность кислородных шлангов.
Сталеразливочный ковш, промежуточный ковш, устройство автоматической подачи ШОС, кристаллизатор.
Выбросы металла из промежуточного ковша, кристаллизатора.
Исправная спецодежда, отсутствие влаги в кристаллизаторе.
Сталеразливочный ковш; промежуточный ковш; устройство автоматической подачи ШОС, кристаллизатор.
Падение скрапин и шлака со сталеразливочного ковша, пыль, токсичные газы (СО)
Осмотр и очистка сталеразливочного ковша от мусора, вентиляция.
Переход с плавки на плавку.
Двухпозиционный стенд, сталеразливочный ковш.
Передвижение стенда, выплески металла.
Не находиться в зоне возможных выплесков и на пути передвижения стенда.
Замена погружного стакана.
Промежуточный ковш, кристаллизатор, газовые горелки.
Тепловое излучение, жидкий металл, шлак.
Отбор проб и замер температуры.
Брызги, лучистое тепло.
Использование зонда с ручкой не менее двух метров, обязательно просушенной; исправная спецодежда.
Кристаллизатор, лейка с водой.
Качественная усадка металла; аккуратное заливание водой.
Кантовка шлака из сталеразливочного ковша.
Падение шлака и скрапин мимо шлаковой чаши.
Обеспечить отсутствие людей в опасной зоне.
При всех выполняемых работах.
Неудовлетворитель-ный микроклимат, недостаточное осве-щение. Движущиеся машины и механизмы, производственный шум, промышленная пыль, тепловое излучение.
Средства защиты органов слуха, органов дыхания, специальная одежда (костюм суконный, вачеги), защитные очки со свето-фильтрами из синего стекла.
Разливка стали представляет собой опасную операцию, связанную с жидкой сталью, шлаком, шлакообразующей смесью, передвижением массивных механизмов. Опасными и вредными производственными факторами могут быть: движущиеся и вращающиеся части механизмов, повышенное значение напряжения в электрической цепи, повышенная температура поверхностей оборудования и материалов, повышенная загазованность и запыленность воздуха рабочей зоны.
5.2 МЕРОПРИЯТИЯ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА
5.2.1 ОПАСНОСТЬ МЕХАНИЧЕСКИХ ПОВРЕЖДЕНИЙ
В разливочном отделении источником механического травмирования являются: краны (мостовые и консольные), самоходные сталевозы и шлаковозы, передвижные и поворотные разливочные стенды и стенды промежуточных ковшей.
Для предотвращения механических травм в цехе предусмотрены следующие меры защиты (ГОСТ 12.2.003-91 [28]) :
все лестничные пролеты, края разливочной площадки оборудованы перилами.
краны оборудованы световой и звуковой сигнализацией. В местах работы вывешены предупредительные знаки.
все производственные процессы МНЛЗ механизированы и автоматизированы.
все приводы закрыты кожухами, имеют ограждение высотой 1,2 м. Через все транспортерные ленты и транспортные рольганги оборудованы пешеходные мостики.
для защиты от механических травм предусмотрены индивидуальные средства защиты.
5.2.2 ОПАСНОСТЬ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ
Кислородно-конвертерный цех относится к особо опасным помещениям(ПУЭ-02 [29]), так как электрооборудование работает при высокой температуре воздуха при наличие токопроводящих полов и токопроводящей пыли.
Цех снабжается переменным трехфазным током частотой 50 Гц, напряжением 380/220 В. Подвод электроэнергии осуществляется по четырехпроводной линии. Источником питания электрооборудования является понижающий трансформатор на напряжение 380 В. Для питания электрооборудования постоянного тока предусмотрен полупроводниковый выпрямитель.
В цехе предусмотрены следующие защитные мероприятия:
— для защиты от поражения электрическим током применяется
сопротивление заземления 4 Ом.
— силовые провода помещены в стальные трубы и укреплены на кронштейнах в специальных тоннелях.
— для питания передвижных и переносных электроприемников применяются гибкие кабели с медными жилами, заключенные в общую оболочку.
— для сети общего освещения применяется напряжение 220 В.
5.2.3 ВЗРЫВО- И ПОЖАРОБЕЗОПАСНОСТЬ
Для предотвращения взрывов предусматривается (ПБ 11-401-01 [32]):
газовые шланги оборудованы сухими затворами.
автоматическое отключение подачи воды при возникновении прорыва корочки слитка.
кислородопроводы и кислородные устройства защищены от попадания на них масла.
спецодежда работающего персонала не должна быть загрязнена
Кислородно-конвертерный цех по опасности производства относится к категории «Г» так как имеются вещества в горячем, раскаленном и расплавленном состоянии.
Характеристика огнестойкости конструкций кислородно-конвертерного цеха
Несущие стены, колонны
В случае возникновения пожара для ограничения его распространения устраиваются противопожарные стены.
5.2.3 ОПАСНОСТЬ ОЖОГОВ
Источниками ожогов в ОНРС являются: расплавленным металл и шлак, нагретые элементы оборудования, инструменты, горячие слябы.
В качестве защитных мер применяются:
— дистанционное управление с главного пульта параметрами разливки и контроль её хода.
— в качестве средств индивидуальной защиты от ожогов применяется спецодежда с огнестойкой пропиткой ( ГОСТ 12.4.011-91 [34]).
Однако на рабочем месте разливщика уровень шума достигает 90ч92 дБ, для защиты от которого рабочие используют наушники типа «бируши».
5.2.5 ЗАПЫЛЕННОСТЬ, ЗАГАЗОВАННОСТЬ
К наиболее вредным факторам разливки стали относится также запыленность и загазованность воздуха. Источниками загазованности является используемая шлакообразующая смесь, выносы из ковша во время продувки аргоном, поверхность металла и шлака. В пыли обнаруживаются соединения марганца, ванадия, канцерогенные и смолистые вещества, фтор.
Запыленность на рабочем месте разливщика равна 2,0 мг/м3 а при уборке мусора поднимается до 6,0ч8,0 мг/м3. В этом случае рабочие применяют респиратор «лепесток» (ГОСТ 12.4.011-91 [34]).
При составлении санитарно-гигиенической характеристики ОНРС конвертерного цеха необходимо учитывать также естественное и искусственное освещение. Естественный свет проникает в конвертерный цех через световые фонари. При недостаточной очистке остеклений естественное освещение значительно снижается. Условия работы конвертерного цеха требуют частой чистки остеклений. Искусственное освещение обеспечивается рациональным размещением световых точек с соответствующей осветительной арматурой. Фактическая освещенность на разливочной площадке составляет 150 лк при норме 200лк (СНиП 23-05-95 [37]).
В конвертерном цехе должны быть следующие виды искусственного освещения: а) рабочее; б) аварийное для продолжения работ; в) аварийное для эвакуации людей.
В горячих металлургических цехах климат преимущественно радиационный. Условия труда на пультах управления современными МНЛЗ в основном соответствуют требованиям санитарных норм. Микроклимат вблизи кристаллизатора в течение всей работы характеризуется высокой температурой воздуха, что определяется большим количеством лучистого тепла, выделяющегося от расплавленного металла во время его разливки.
Существенно влияют на микроклимат рабочих мест источники вторичного выделения тепла, вследствие поглощения инфракрасных лучей всеми окружающими первичные источники поверхностями. Наряду с теплоизлучением от горячих поверхностей происходит конвективный нагрев воздуха, повышающий температуру в помещениях. Наиболее высокие температуры воздуха отмечены при переходе с плавки на плавку.
Таблица 22. Допустимые величины показателей микроклимата на рабочем месте разливщика (СанПиН 2.2.4. 548-96 [38])
Непрерывная разливка стали
Основаниями успеху развития непрерывной разливки стали являются: большая механизация и автоматизация разливки, сокращение и упрощение металлургического цикла, увеличение выхода и улучшение качества металла.
Установки непрерывной разливки стали (УНРС) известны в нескольких вариантах. Первоначально получила разработку внедрение и распространение УНРС вертикального типа, углубленная ниже уровня цехового пола на 20—30 м. Желание отказаться от заглубления машины привело к созданию башенного варианта (рис. 139, а) высотой до 40 м. Строительство в сталеплавильном цехе машины такого типа имеет ряд трудностей и еще большие затруднения создаются в эксплуатации. Поэтому такой тип УНРС получил меньшее признание и распространение. В установках вертикального типа слиток в продолжение разливки находится в вертикальном положении.
В вертикальных установках с изгибом слитка (рис. 139, б) слиток после выхода из тянущих валков изгибается на 90°. После изгиба специальный правильный механизм выпрямляет его и слиток разрезается на заготовки. Установки с изгибом — меньше по высоте, чем вертикальные. Однако заметное уменьшение высоты установки возможно только при небольшом сечении слитка. С увеличением сечения увеличивается минимальный радиус изгиба. Кроме того, установки с изгибом труднее размещаются в сталеплавильных цехах, даже в сравнении с вертикальными машинами.
Последнее время все большее распространение имеют УНРС радиального типа (рис. 139, в). В этой установке сформировавшийся в кристаллизаторе изогнутый слиток выходит из него по той же дуге, а затем выпрямляется тянуще-правильным механизмом, после чего режется на заготовки. Эта конструкция оказалась наиболее рациональной в организации грузопотоков сталеплавильного цеха.
Общую для всех видов установок упомянутых разновидностей технологию разливки рассмотрим одновременно с конструкцией вертикальной установки непрерывной разливки стали (рис. 140).
Сталеразливочный ковш 1 разливочным краном подается к разливочной машине. Сталь поступает в промежуточный ковш 2, который имеет стопор для одноручьевой машины или несколько стопоров для нескольких ручьев. Промежуточный ковш снабжен перегородкой для задерживания шлака. Из промежуточного ковша сталь через стопорное устройство или стакан-дозатор заполняет кристаллизатор 5. В кристаллизатор с нижней стороны вводится затравка — штанга сечения кристаллизатора или формы будущей заготовки. Верхний торец затравки образует дно кристаллизатора и имеет устройство в виде ласточкина хвоста для сцепления со слитком.
Когда уровень металла 3 поднимается над затравкой на высоту 300—400 мм. включается механизм вытягивания заготовки. Под действием тянущих валков этого механизма затравка опускается и тянет за собой формирующийся слиток.
Перспективна также разливка под вакуумом.
Одновременная разливка через несколько кристаллизаторов одной установки дает соответственное число ручьев, доходящее до 8.
Корка нижней части слитка формируется под действием теплоотвода холодной затравкой. Под тянущим воздействием затравки слиток с жидкой сталью в середине выходит из кристаллизатора и попадает в зону вторичного охлаждения слитка 6. Толщина корки должна быть при выходе заготовки из кристаллизатора не менее 25 мм. Это достигается главным образом правильно выбранной скоростью движения заготовки. Скорость должна быть в пределах 0,6—0,9 м/мин для заготовок 160×900 мм, 0,55—0,85 м/мин для заготовки 180 × 1000 мм и 0,8—1,2 м/мин для квадрата 200 × 200 мм. Соответственная средняя скорость на один ручей оказывается равной 44,2 т/ч. При превышении,оптимальной скорости разливки развивается центральная пористость. Кроме этого, на стабильность процесса непрерывной разливки и качество слитка влияет температура металла. Замечено, что при температуре выше 1560° С заготовка бывает поражена наружными трещинами, при температуре ниже 1560° С происходит затягивание стакана. Установлено, что лучшая температура для разливки на УНРС 1540—1560° С. Для этого температура нагрева металла в 200-т печи перед выпуском должна быть 1630 – 1650°С.
В зоне вторичного охлаждения происходит интенсивное непосредственное охлаждение слитка водой с помощью брызгал. Система вращающихся холостых (не силовых) роликов предохраняет поверхность слитка от коробления, а слиток от изгиба. В результате интенсивного охлаждения в зоне вторичного охлаждения стенки слитка быстро утолщаются, кристаллизация распространяется вглубь. Степень охлаждения и скорость вытягивания слитка соответственно подбираются так, чтобы слиток затвердевал полностью к моменту поступления его в клеть тянущих валков 7. Скорость вытягивания и производительность машины представлены в табл. 33.
Ниже тянущего устройства находится газорезка 9. Отрезанная от слитка заготовка удерживается захватом, поступает в кантователь 10, укладывается на рольганг 11. Заготовка транспортируется рольгангом к лифту и поднимается на уровень пола цеха. Заготовка после выхода из машины при 850—900° С направляется в термосные ямы, на склад или в прокатный цех.
В наземном варианте рис. 139, а машина установлена в башне высотой 30—40 м. В этом варианте достигается хорошая вентиляция, облегчается отвод охлаждающей воды, упрощается выдача и уборка слитков. Существенными недостатками его являются: технические трудности и большие затраты, вызванные сооружением высоких и прочных зданий — башен, и технической сложности передачи ковша с жидкой сталью на большую высоту.
В последние годы строят установки непрерывной разливки преимущественно радиального типа. Особенностью, радиальной установки непрерывной разливки является то, что при разливке на ней формируется криволинейный непрерывный слиток в кристаллизаторе с криволинейной (радиальной) рабочей полостью. Это изменение конструкций уменьшает высоту машины по сравнению с УНРС, углубленной в землю на 25—30 м (колодец) или построенной над уровнем пола цеха в виде башни высотой до 40 м. Высота радиальной установки оказывается в 2—3 раза меньше. Эта особенность — преимущество радиального типа УНРС перед колодцевой и башенной установками — вызывает ряд других преимуществ, как-то: 1) стоимость капитальных затрат снижается на 50% по сравнению с двумя предыдущими машинами; 2) сооружение радиального типа УНРС возможно в любом сталеплавильном цехе, при использовании имеющегося кранового оборудования; 3) возможно производство заготовки любой длины.
Выход годных слябов на радиальной УНРС достигает 93,5%, а иногда 98,5%; расход жидкой стали 1,075 т/т годных слябов Выход листа первого сорта 99,7%. Экономический эффект разливки на УНРС по сравнению с разливкой в изложницы бесспорен.
Механические свойства металла, прокатанного или кованного из непрерывных заготовок, равноценны, а порой и выше свойств качественного катаного или кованого металла из обычных слитков. Заготовки-слитки непрерывной разливки характерны однородной структурой, значительно меньшей ликвацией, равномерным распределением в слитке неметаллических включений и незначительным развитием осевой пористости.
Разливка на УНРС по сравнению с разливкой в изложницы проще и требует меньше затрат, менее трудоемка, более производительна. Так как слиток формируется непрерывно, то усадочная раковина в слитке-заготовке может быть только в хвостовой части, в то время как при обычной разливке каждый слиток имеет собственную раковину. Таким образом, выход годного металла от машины непрерывной разливки гораздо выше, чем после разливки обычным способом. На машине непрерывной разливки можно получить заготовку различной формы (квадрат, прямоугольник, круг, сляб и т. д.) с размерами широкого диапазона, от квадрата 40 × 40 до прямоугольника 250×1000 мм. Таким образом, при машине непрерывной разливки можно отказаться от обжимных станов и тем самым намного удешевить и упростить металлургический передел. Это обстоятельство, как и то, что применение непрерывной разливки позволяет исключить операции подготовки канавы или составов с изложницами, стрипперование, прокат на блюминге и обжимных станах, все это значительно удешевляет сталь и создает выгодные экономические предпосылки применения УНРС. Особенно эффективно применение непрерывной разливки на строящихся высокопроизводительных металлургических заводах, где можно будет резко сократить производственные площади, количество оборудования, строительные затраты. Расчеты показывают, что стоимость строительства нового завода с непрерывной разливкой находится в пределах стоимости того же завода без нее. Технико-экономические преимущества эксплуатации непрерывной разливки многочисленны и разносторонни. Таким образом, непрерывная разливка стали является одним из важнейших достижений современной металлургии.
«Непрерывная разливка стали началась в Украине 30 июня 1960 года. Это был беспрецедентный в мировой металлургии ввод в эксплуатацию УНРС (в последствии МНЛЗ) для разливки стали из 145 тонного стальковша. Установка четырехручьевая вертикального типа для отливки слябов сечением 150-200?700-1200мм, металлургическая длина 11м, технологическая высота 28м.
Автор этих строк участвовал в строительстве, монтаже оборудования, запуске и освоении УНРС. В то время он был производственным мастером и тоже в июне ему исполнилось 25 лет. Сейчас, 50 лет спустя представляет интерес окинуть взором начальные этапы становления этого эффективного направления в мировой металлургии и развития выработанных решений в последствии. А сейчас несколько слов о том «как это было».
Работы по конструктивному оформлению промышленного образца осуществления способа непрерывной разливки стали в СССР начались, можно сказать, в 1947 году в ЦНИИЧермете имени И. П. Бардина. В этот период начала действовать экспериментальная вертикальная установка полу непрерывной разливки стали ПН-1 на опытном заводе этого института. Последующие 10 лет исследований проведенных на полупромышленных в УНРС Новотульского металлургического завода и завода «Красное Сормово» позволили сформировать технологическое задание и принять революционное решение сконструировать и изготовить УНРС для промышленной экплуотации.
На Коллегии Министерства черной металлургии в СССР в конце 1957 года, проведенной по инициативе и под руководством И.П. Бардина, с участием сотрудников ОНРС ЦНИИЧермета и ведущих специалистов ряда металлургических предприятий была принята конкретная программа сооружения УНРС в стране. Первым объектом ввода в эксплуатацию по этой программе значился – 1959-1960г.г. – мартеновский цех Донецкого метзавода.
В соответствии с этими событиями декан металлургического факультета и заведующий кафедрой «Металлургия стали» Донецкого политехнического института М.Н. Стрелец в 1956-1957г.г. определяет группу студентов для командирования их в г. Горький, на завод «Красное Сормово», для прохождения преддипломной практики. Это была непростая задача – завод по тем временам был «закрытого типа» с жесткими ограничениями на посещения. Тем не менее, М.Н. Стрельцу удалось решить эти проблемы и группа студентов в составе Кондратюк А.М., Дюдкин Д.А., Кондратюк Ю.М., Стефанов И.А., Ретивых А.П., Михеев Н.И., Евтушенко В.Б. отправились на завод «Красное Сормово» изучать непрерывную разливку.
УНРС на заводе «Красное Сормово», пущенная в мае 1955г. вертикальная, двухручьевая, подземного расположения, со сборными водоохлаждаемыми неподвижными кристаллизаторами. Предназначена для разливки стали из 50т. ковша для получения унифицированной заготовки 175?420мм., длинной 1920мм. Производительность 45-55тонн стали в час. По зарубежной литературе на тот период максимальный вес разлива металла составлял 32т.
Студенты ДПИ, работая на заводе, не только изучали процессы непрерывной разливки, но уже тогда начали исследовательскую деятельность – была выполнена статистическая обработка параметров НРС и показателей качества метала более тысячи плавок. Был построен целый ряд зависимостей, на базе которых заводчане внесли уточнения в технологические инструкции по совершенствованию процесса и опубликовали эти данные. Об этом свидетельствует приказ директора завода с выражением благодарности студентам ДПИ за проведенную работу.
По возвращении в ДПИ наши студенты успешно защитили дипломные работы по выбранной теме. Состоялся первый в СССР выпуск специалистов по непрерывной разливке стали. По настоянию директора ДМЗ Ектова И.М. молодые инженеры – металлурги Кондратюк А.М., Дюдкин Д.А., Кондратюк Ю.М., Стефанов И.А., Евтушенко В.Б. были направлены на работу в мартеновский цех. Ретивых А.П. уехал в Крым, он в последствии стал Зав. отделом тяжелой промышленности Обкома партии, а Михеев Н.И. (который женился во время практики в г. Горьком) направился в г. Новокузнецк, в последствии стал директором УралГИПРОМЕЗА.
Проблему защиты поверхности металла в кристаллизаторе удалось решить самостоятельно путем подачи на мениск металла аморфного графита определенной зольности. Решение получено впервые. Потери тепла при этом снизились в 10-25 раз. Даже при небольших его расходах (100-200г/т) на зеркале металла отсутствовали пленки и корки. В 4,2 раза снизилось количество шлаковых включений в металле, устранились завороты корок, подкорковые пузыри и прорывы по этой причине. Этот способ послужил основой для развития важного направления – изыскания составов шлакообразующих смесей (ШОС) для различных параметров процесса и марок стали.
В ходе исследований было установлено, что изменение толщины слоя ШОС в пределах 0,2-1,2мм приводит к изменению теплоотдачи на 25 %, возможны разрывы слоя флюса и локальное изменение тепловых условий формирования слитка. Отклонение от заданного регламента приводило к появлению продольных трещин и газовых пузырей. Поэтому был разработан и внедрен простой надежный способ и устройство, обеспечивающие заданный регламент дозированной подачи флюса в кристаллизатор.
В первые годы работы, когда разливались единичные плавки на четыре ручья, был разработан способ уменьшения головной обрези заготовки, который гарантированно позволял уменьшить глубину залегания усадочной раковины в 2-4 раза.
Проблема устранения продольных поперечных трещин и прорывов по этой причине была решена совместно с Институтом проблем литья АН Украины. Работу от института вели академик Ефимов В.А. и Яковше Р.Я. Была разработана и опробована серия кристаллизаторов с нанесением на рабочую поверхность рифлений оптимального профиля и конусности. На рис. 1 приведены разработанный и используемый профиль рифления кристаллизатора для широких слябов не большой толщины.
Рис 1 – Профиль рифления кристаллизатора для отливки слябов шириной 1000- 2000 мм
Использование рифленых кристаллизаторов позволило полностью решить проблему трещинообразования и прорывов металла на ДМЗ при отливке сечений 150×1000-1200мм на скорости до 1,5 м/мин сталей с содержанием серы в пределах 0,02-0,04 %, углерода 0,08-0,23 %, проявляющих наибольшую склонность к трещинообразованию.
Полученные результаты послужили основой для использования таких кристаллизаторов и на других заводах, в частности на НЛМК. Однако, проявившаяся уже в 70-х годах тенденция к переходу на непрерывную разливку с радиальным и криволинейным профилем технологической оси, остановило внедрение рифленых кристаллизаторов. При этом на вертикальной МНЛЗ Донецкого метзавода эти кристаллизаторы используются и в настоящее время, гарантированно обеспечивая высокое качество заготовки в указанных жестких условиях.
Следует отметить, что на ДМЗ впервые были разработаны и опробованы в промышленных условиях кристаллизаторы с переменной конусностью узких граней.
Обширные исследовательские работы по совершенствованию конструкции технологических узлов проводились совместно с кафедрой металлургического оборудования заводов ДПИ под руководством (Левина М.З. и Пироженко Н.Г.). Это – совершенствование механизма качания кристаллизатора, конструкции поддерживающих устройств и режима вторичного охлаждения заготовки с целью повышения качества внутренней структуры. При этом проводились исследования выпучивания оболочки между опорными роликами и силового взаимодействия между роликами и слитком. Исследовались нагрузки на тянущую клеть при увеличении скорости разливки для определения оптимального режима охлаждения. Разработаны, изготовлены и внедрены новые конструкции поддерживающих устройств и новые режимы охлаждения, обеспечивающие высокое качество внутренней структуры.
На рис. 2 показано обильное трещинообразование при несоответствии режима охлаждения скорости движения заготовки.
Рис.2 Фрагмент радиограммы продольного темплета заготовки 0,15*1,2м2 при первой пробе увеличения скорости до 1,4м/мин
Кстати, в то время проводились весьма интересные исследования с применением радиоактивных изотопов совместно с ПГТУ (Скребцов А.М.). Было получено ряд результатов, которые другими методами исследования получить невозможно. Об этом в отдельной статье этого сборника. Совместно с Киевским институтом автоматики (Сорокин Л.И., Кордун Н.И.) решалась проблема создания автоматической системы управления расходом и уровнем металла в кристаллизаторе.Подход к решении задачи был следующий.
Истинная скорость непрерывной разливки в значительной степени зависит от колебаний уровня металла в кристаллизаторе и определяется выражением
где Vв — скорость вытягивания заготовки, м/мин; dh/d? — изменение уровня металла в кристаллизаторе.
При ручном управлении уровнем металла всегда существует опасность (при падении по каким-либо причинам уровня металла) быстрого наполнения кристаллизатора при полностью открытом стопоре. Скорость подъема уровня металла при этом может в 1,5-2 раза превышать скорость вытягивания заготовки, предусмотренную технологией. Вместе с тем именно истинная скорость разливки определяет величину теплоотвода при заданном сечении и высоте кристаллизатора, уровень термических напряжений в формирующейся оболочке слитка, толщину затвердевающей корки на выходе из кристаллизатора и в начале зоны вторичного охлаждения.
Поэтому уже на первых этапах освоения процесса возникла необходимость создания автоматической системы управления расходом и уровнем металла в кристаллизаторе с целью стабилизации условий формирования заготовки. Задача стабилизации уровня могла быть решена либо изменением расхода металла путем воздействия на стопор промежуточного ковша, либо организацией относительно постоянного расхода металла при полностью открытом стопоре и незначительным подрегулированием скорости вытягивания путем изменения скорости вращения валков тянущего устройства.
Первая система не получила развития из-за неудовлетворительного состояния в то время стопорных устройств. Вторая системы была задействована, что привело к следующим результатам:
В комплексе с другими решениями эта система обеспечивала снижение суммарного брака слябов и листов до уровня, не превышающего 0,05-0,08 %. Впоследствии была также разработана математическая модель управления вторичным охлаждением, основанная на структурной и параметрической идентификации приближенной модели.
С ДонНИИЧерметом (Комаров А.А., Онопченко В.М.) приоритетно проводились исследования по поиску способа снятия теплоты перегрева металла на участке между промковшом и кристаллизатором. При этом образующаяся на охлаждаемой поверхности («промежуточный кристаллизатор») затвердевающая сталь оседает на дно жидкой лунки формирующейся заготовки, ум6еньшая глубину жидкой фазы и снижая ликвацию в осевой зоне. К этой проблеме проявляется интерес и в настоящее время.
Запомнилась, можно сказать, целая эпопея по освоению непрерывной разливки кипящей стали 05, 08 кп для глубокой вытяжки по специальному заданию. Эту работу вел ОНРС ЦНИИЧермета в полном составе сначала под руководством Ицковича Г.М, а затем и директора института И.Н. Голикова. Сложность разливки этой стали заключалась в том, что из-за переокисленности металла, жидкая часть формирующегося слитка могла резко оседать, образуя своего рода «голенища» из затвердевшей оболочки на всю длину кристаллизатора, а затем также резко подниматься. В конечном итоге из всего массива отлитых плавок комплексно сформировали одну плавку удовлетворительного качества для показа зарубежным специалистам.
И еще один, весьма важный вопрос. В начале 70-х годов прошлого столетия, когда непрерывная разливка уже использовалась во многих странах, на базе МНЛЗ ДМЗ впервые теоретически и практически была доказана целесообразность уменьшения толщины отливаемой слябовой заготовки при увеличении скорости разливки в пределах существующей металлургической длины (10,5 м). На МНЛЗ были установлены на всех ручьях сечения 150×1000-1200 мм. Это минимально и максимально возможная толщина и ширина заготовки по конструкции этой машины. После соответствующей отработки технологии была достигнута максимальная скорость разливки 1,45-1,5 м/мин при обеспечении высокого качества металла. Такая скорость непрерывной разливки для того времени была своего рода прорывом — она более чем в 2 раза превышала скорость на традиционных слябовых МНЛЗ и остается и для настоящего времени хорошим показателем.
Но не менее важным оказалось доказательство, что при уменьшении толщины отливаемой заготовки на существующей конструкции МНЛЗ, т. е. при неизменной металлургической длине и равнозначной ширине слябовой заготовки, можно существенно повысить производительность агрегата. В данном случае толщина сляба была уменьшена с 200 до 150 мм, т. е. в п = 1,33 раза. При этом время затвердевания tзатв уменьшилось в п2 раз, что позволило увеличить скорость разливки в пределах существующей металлургической длины также в п2 раз. Производительность в результате увеличивается в п раз, т. е. Р2 = пР1. Что и было достигнуто.
Из приведенного следует, что для вновь строящихся МНЛЗ заданной производительности уменьшение толщины плоской заготовки в п раз при сохранении ее ширины, уменьшает металлургическую длину в п2 раз, и, соответственно, затраты на ее сооружение. При этом уменьшение глубины жидкой фазы способствует снижению металлоемкости агрегата и повышению качества непрерывнолитой заготовки.
Длительная работа при указанных технологических параметрах позволила определить основные принципы развития процесса непрерывной разливки стали: уменьшение толщины отливаемой заготовки при увеличении скорости разливки и сокращении глубины жидкой фазы. Это обеспечивает конструктивное упрощение агрегата (снижение металлоемкости), достижение заданной производительности при улучшении качества металла и в целом сокращение производственного цикла. Именно на этой основе по- лучило развитие направление непрерывной разливки с получением тонких слябов и слябов средней толщины. К изложенному необходимо добавить, что истоки серийной разливки тоже находятся на ДМЗ. Здесь в 1961 г. впервые была осуществлена разливка способом «плавка на плавку».
Комплекс разработанных технологических решений позволил в начале 70-х годов провести капитальный ремонт УНРС с модернизацией оборудования, что обеспечило стабильную разливку стали широкого марочного сортамента, в том числе с содержанием «С» в пределах 0,08…0,23% и «S» в пределах 0,02…0,04%, на скорости 1,45…1,5м/мин в заготовки 150?1000=1200мм, при неизменной металлургической длине 10,5м, практически без дефектов. Эти достижения и сейчас являются хорошими показателями.
Таким образом, при освоении Установки непрерывной разливки стали на Донецком метзаводе был разработан и использован комплекс методов исследования для совершенствования конструктивных решений и технологических аспектов, обеспечивающих требуемое качество метала при увеличении скорости разливки, производительности и расширения марочного сортамента разливаемых сталей. Этот комплекс методов исследования используется и в настоящее время. Вполне естественно, что многие решения при освоении установки были получены «впервые». За первые 10…14 лет, во всяком случае, с участием автора настоящей статьи, было получено более 40 авторских свидетельств на изобретения и опубликовано порядка 45 статей в ведущих научно-технических журналах. В этой связи вспоминается следующий эпизод. В середине 60-х годов ряд заявок на изобретения «зависли» во ВНИИГПЭ без ответа. Учитывая, что на УНРС очень часто присутствовали иностранные представители для ознакомления – практически все развитые страны, мы направили письмо Председателю народного (партийного) контроля СССР Пельше с просьбой о содействии. Буквально через 10 дней на заводе появился зав. отделом Института патентной экспертизы Васильев Е.И. и в течение недели были согласованы формулы изобретений и получены положительные решения по ряду наших заявок.
О результативной работе молодых инженеров свидетельствует и тот факт, что к концу 60-х годов Дюдкин Д.А., Кондратюк А.М., Осинов В.Г. впервые на заводе защитили кандидатские диссертации.
В 1974-1975 г.г. автором, уже заместителем директора по научной работе ДонНИИЧермет на базе своих знаний была организована лаборатория непрерывной разливки стали.
В заключении можно сказать, что в ходе освоения УНРС на Донецком метзаводе была создана технологическая и конструкционная база для развития и внедрения этого эффективного способа в металлургии.