с,О НАУКА • ТЕХНИКА • ПРОИЗВОДСТВО
УДК 621.746.047:669-413
РЕКОНСТРУКЦИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СЛЯБОВЫХ МНЛЗ - ОПТИМАЛЬНОЕ РЕШЕНИЕ ДЛЯ ОСВОЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВА ЛИСТОВОЙ ПРОДУКЦИИ ОСОБО ОТВЕТСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
© А.В.Куклев, Ю.М.Айзин, ООО «Корад», В.Я.Генкин, ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П.Бардина»,
В.С.Луковников, ЮУМЗ, Г.С.Бобылев, Н.Г.Савинова, ОАО «Северсталь»
Освоение непрерывной разливки широких слябов в промышленных масштабах на металлургических предприятиях бывшего СССР было начато в 1959-1960 гг. с вводом в эксплуатацию двухручьевых вертикальных МНЛЗ для разливки слябов сечением (150х170)х900 мм в новом электросталеплавильном цехе Новолипецкого металлургического завода. В дальнейшем вертикальные слябовые МНЛЗ были построены в действующих мартеновских цехах (Донецкий металлургический завод, 1960 г., сечение 150х(Ю00х1200) мм, завод «Амурсталь», 1967 г., сечение 200х(1000х 1400) мм [1]). В действующих мартеновских цехах соорудили МНЛЗ колодцевого типа, а во вновь вводимых сталеплавильных цехах - полубашенного типа.
Другим направлением, не получившим развития ни в России, ни за рубежом, была конструкция башенного типа. Такая одноручьевая машина была сооружена в отдельном здании сталеплавильного цеха Пермского машиностроительного завода, где в 1963 г. была освоена разливка слябов шириной 1500 мм [2].
Характерная особенность всех этих МНЛЗ - сравнительно короткая металлургическая длина (расстояние от верха кристаллизатора до уровня тянущей клети), где затвердевание слитка должно быть полностью закончено. Это было связано прежде всего с особенностью конструкции и высокой стоимостью и сложностью сооружения глубоких колодцев.
Вследствие небольшой металлургической длины, несовершенной конструкции верхних узлов МНЛЗ и применяемых расходуемых материалов, ограничивающих скорость разливки, производительность этих МНЛЗ не превышала 70-80 т/ч.
Низкая производительность, сложность сооружения и эксплуатации вертикальных машин дали импульс к развитию криволинейных МНЛЗ различного типа, и в 1970-е годы на металлургических предприятиях бывшего СССР было начато сооружение слябовых МНЛЗ радиальных, криволинейных с прогрессивным разгибом и криволинейных с верхним вертикальным участком (с загибом и разгибом) [3]. За счет возможности увеличения металлургической длины на 20-25% производительность таких машин выросла по сравнению
с производительностью вертикальных машин, разливающих слябы аналогичной толщины.
Однако по мере расширения размерно-марочного сортамента разливаемых слябов и области их применения, несмотря на значительное улучшение качества жидкого металла за счет внепечной обработки, стали выявляться характерные дефекты слябов, разлитых на криволинейных МНЛЗ различных типов. Эти недостатки прежде всего были обусловлены особенностями формирования непрерывного слитка в криволинейном ручье и деформациями его при разгибе или загибе и разгибе.
Опыт показал, что такой дефект, как односторонняя ликвация неметаллических включений и газов, полностью не устраняется при разливке даже прошедшего внепечную обработку металла по усовершенствованной технологии на МНЛЗ криволинейного типа с верхним вертикальным участком длиной до 3 м [4].
Наблюдается также несимметричность макроструктуры в поперечном сечении сляба, часто сопровождающаяся повышенной осевой пористостью и химической неоднородностью. Характерными дефектами поверхности слябов, разлитых на криволинейных машинах, являются поперечные и сетчатые трещины, возникающие в затвердевшей части слитка. Причиной их возникновения или развития является понижение пластичности металла в определенном температурном интервале в пределах аустенитной области [5]. Именно при этих температурах поверхности происходит деформация слитка (загиб-разгиб или окончательный разгиб). Если поперечные трещины возникают в основном при разгибе слитка по следам качания и в большей степени со стороны внутреннего радиуса, то сетчатые трещины, очевидно, раскрываются в зоне разгиба. Согласно существующим взглядам [6], зарождение сетчатой трещины происходит в пределах кристаллизатора, по границам аустенитных зерен. В дальнейшем такой «зародыш» может развиться в видимые трещины под влиянием термических факторов (неравномерное по поверхности вторичное охлаждение) или силовых факторов (разгиб).
Равномерный теплоотвод по периметру и высоте сляба в кристаллизаторе при строгом соблюдении
соосности опорных устройств зоны вторичного охлаждения (ЗВО) в сочетании с применением шлако-образующих смесей (ШОС) оптимального состава и режима качания кристаллизатора резко уменьшает вероятность возникновения сетчатых трещин. Мягкое и равномерное вторичное охлаждение обеспечивает не только уменьшение степени развития таких трещин (если они возникли), но и способствует формированию симметричной макроструктуры, уменьшению степени развития осевых дефектов. Совершенствование условий подвода металла в кристаллизатор в сочетании с особенностями затвердевания вертикального слитка способствует наиболее полному удалению в покровный шлак кристаллизатора неметаллических включений (НВ) как внесенных из промежуточного ковша, так и зародившихся на фронте затвердевания. Конструкция вертикальной МНЛЗ создает более благоприятные условия для осуществления воздействия на зону конца затвердевания слитка, что обеспечивает улучшение качества осевой зоны сляба. При этом появляются возможности увеличения скорости разливки на 10-15% и, соответственно, производительности МНЛЗ.
По имеющимся данным, часть вертикальных МНЛЗ или выведена из эксплуатации (ДМЗ, «Амур-сталь») или реконструирована в криволинейные (ККЦ-1 НЛМК). Действующие вертикальные машины, срок эксплуатации которых превышает 30-35 лет, физически и морально изношены. Это ограничивает возможности разливки на них металла для производства продукции особо ответственного назначения (толстый и судовой лист, штрипс для изготовления магистральных газо- и нефтепроводов и др.). К качеству такого металла предъявляются весьма высокие требования, особенно по типу, величине и количеству НВ, наличию дефектов поверхности, уровню и стабильности механических характеристик, стойкости изделия в агрессивных средах [4].
Для изготовления листовой продукции вышеуказанного сортамента из слябов, разлитых на действующих вертикальных МНЛЗ, необходима их коренная реконструкция.
В настоящее время имеется ряд технологических и технических решений для реализации такой реконструкции. Эти решения применены при реконструкции вертикальной МНЛЗ для разливки слябов в ЭСПЦ ОАО «Северсталь» [7]. Разработчиками и исполнителями реконструкции являются ООО «Корад», ОАО «Ормето-ЮУМЗ» и ОАО «Северсталь».
Реконструированы основные технологические узлы МНЛЗ: промежуточный ковш с системой защиты металла от вторичного окисления в процессе подачи его в кристаллизатор, опорно-направляющие устройства ЗВО, системы подвода и подачи охладителя в ЗВО, узел вытягивания слитка.
Технологически реконструкция сопровождается специальными программами по управлению режимами вторичного охлаждения и мягкого обжатия в зоне конца затвердевания, применением ШОС специального состава для промежуточного ковша и для кристаллизатора.
НАУКА • ТЕХНИКА • ПРОИЗВОДСТВО 61
Принципиальные особенности такой реконструкции заключаются в следующем. С целью уменьшения вторичного окисления и более эффективного удаления НВ из металла, поступающего из сталеразливочного ковша, в промежуточном ковше применяются специальные устройства, регулирующие потоки металла, и шлаки с высокой ассимилирующей способностью.
Модернизированная конструкция кристаллизатора обеспечивает более равномерный теплоотвод от слитка по периметру и высоте за счет изменения системы охлаждения и компенсации усадки широких граней. Кристаллизатор снабжен системами контроля уровня и теплового потока в верхней зоне для предотвращения прорывов. Материал стенок и покрытия позволяет довести межремонтную стойкость до 1000 плавок. Конструкция кристаллизатора позволяет быстро изменять ширину слябов в период подготовки МНЛЗ к разливке. Благодаря особенностям конструкции устройства возвратно-поступательного движения в сочетании с применяемыми составами ШОС достигается существенное улучшение качества поверхности с минимальной глубиной складок, что устраняет условия возникновения поперечных трещин. Снижается также вероятность возникновения продольных и паукообразных трещин.
Рессорный механизм возвратно-поступательного движения кристаллизатора с гидравлическим приводом позволяет оперативно, по ходу разливки, изменять параметры качания кристаллизатора: частоту, ход и закон. Обеспечивается строгая соосность, без перекосов кристаллизатора и опорных устройств ЗВО, контролируется нагрузка на кристаллизатор.
Усовершенствования в ЗВО включают в себя контролируемый по скорости, температуре, и составу стали мягкий режим охлаждения поверхности слитка, стабильную работу форсунок, отсутствие скапливания воды на локальных участках поверхности, отсутствие деформаций оболочки слитка, превышающих критические значения. Такая система охлаждения и поддержки слитка позволяет устранить причины развития паукообразных и сетчатых трещин, а также трещин, возникающих после полного затвердевания.
Система устройств для мягкого обжатия в конце зоны затвердевания по динамической модели, учитывающей содержание углерода в стали, температуру и скорость разливки, обеспечивает существенное улучшение качества осевой зоны слябов - степень развития осевой рыхлости не более балла 1,0-1,5.
Перечисленные технические и технологические решения, реализованные на вертикальной МНЛЗ в комплексе со специальной подготовкой жидкого металла к разливке, являются важными условиями для обеспечения требуемых показателей качества листовой продукции особо ответственного назначения, производимой из литых слябов.
Реконструкция вертикальной МНЛЗ в ЭСПЦ ОАО «Северсталь» и внедрение новой технологии производства позволили получать слябы с осевой пористостью не более балла 1,0-1,5, без поперечных
62 i НАУКА•ТЕХНИКА•ПРОИЗВОДСТВО ■■MHHBBHHHHMiX«.-. ¿-V.
трещин по следам качания, на
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.