Проект реконструкции электросталеплавильного цеха

дипломная работа

1.2 Анализ современных МНЛЗ - особенности конструкций, области применения с точки зрения изготовления литых заготовок различного сечения

В мировом производстве черных металлов улучшение качества непрерывнолитых заготовок, наряду с совершенствованием технологии выплавки и внепечной обработки, достигается в результате использования расходуемых материалов требуемого качества, надежной защиты жидкого металла при разливке от вторичных процессов окисления, использования кристаллизатора новых конструкций и механизма качания, применения физических методов воздействия на процесс формирования внутреннего строения слитка в виде электромагнитного поля и мягкого обжатия в зоне затвердевания, автоматизации и оперативного контроля процесса разливки.

Основным функциональным звеном, определяющим процесс в непрерывной разливке заготовок является кристаллизатор, включающий медную водоохлаждаемую гильзу, установленную в ее корпусе, который может совершать возвратно-поступательные движения с заданной частотой и амплитудой. Кристаллизатор имеет систему контроля (поддержания) уровня металла и систему подачи охлаждающей воды в зазор между внешней поверхностью гильзы и рубашкой в корпусе. Важнейшим элементом обеспечивающим эффективность работы кристаллизатора является гильза, под средством которой происходит отвод тепла от затвердевающей заготовки к охлаждающей жидкости непосредственно формируется геометрическая форма заготовки. Обеспечение устойчивого контакта поверхности заготовки с внутренней поверхностью гильзы является едва ли не важнейшей задачей для равномерного формирования твердой корочки и геометрической формы заготовки.

В последнее два десятилетия наибольшее распространение для МНЛЗ получила концепция так называемой «параболической» формы внутренней полости гильзы кристаллизатора, которая в максимальной степени учитывает усадку заготовки по мере ее движения вниз, что позволяет минимизировать величину воздушного зазора между заготовкой и стенками гильзы. Известно, что воздушный зазор имеет термическое сопротивление на порядок выше, чем термическое сопротивление стенки гильзы и может составлять 35-50 % общего термического сопротивления в системе отвода тепла от жидкой стали к охлаждающей воде. Соответственно увеличение воздушного зазора тормозит рост твердой корочки, а при неравномерном воздушном зазоре по граням и углам возможна деформация профиля заготовки. Именно поэтому ряд разработчиков и производителей гильз (например “Europa Metalli”, “Abax”) предпочитают иметь в нижней части гильзы повышенную конусность, которая как бы гарантирует контакт заготовки с поверхностью нижней части гильзы. Вместе с тем, как показывает опыт эксплуатации таких гильз, основной причиной их выхода из строя является сравнительно быстрый износ в нижней части, который начинается с истирания защитного покрытия, а затем и непосредственно тела медной гильзы.

Для разливки круглой заготовки при выборе конструкции гильзы основное внимание уделяется ее верхней части. В ней при литье может возникнуть овальность заготовки из-за разнотолщинности, обусловленной разной величиной газового зазора, что связано с влиянием ряда тепловых и физических воздействий, которые изменяют равномерность теплоотвода от оболочки по периметру.

На МНЛЗ-2 Волжского трубного завода в 2006г проведена реконструкция оборудования зоны кристаллизации для разливки круглых заготовок диаметром 156 мм где в реконструированные кристаллизаторы

фирмы «SMS Demag» были установлены гильзы для круглого сечения «ВНИИМЕТМАШ», что позволило достичь максимальной скорости разливки 3,5 м/мин, снизить брак с 4,5 % до 0,18 %, овальность заготовки уменьшить с 0,46 % до 0,01 % и исключить затраты на доработку заготовок перед отправкой заказчику. При реконструкции МНЛЗ на металлургическом заводе «ТМК-Решица» (Румыния) использовались гильзы кристаллизаторов для круглой заготовки сечением 177 мм, разработанные и изготовленные «ВНИИМЕТМАШ» и получены аналогичные результаты.

Основные поставщики гильз большого квадратного и круглого сечения: «EM Moulds s.r.l.», «KME Germany AG & Co. KG», «Рочес ЗАО», «ОллГрадо ООО», «Anssen Metallurgy Group Co LTD», «GPO Impex LLP», «AGC Technologies GmbH», «ВНИИМЕТМАШ».

Функциональная зона вторичного охлаждения является крайне важной с точки зрения качества заготовки. Это, в первую очередь, относится к предотвращению формирования различного рода термических внутренних напряжений в твердом каркасе заготовки. Вторичное охлаждение (режимы) может влиять на геометрическую форму заготовки, формирование трещин, осевую пористость и ликвацию. Высокая эффективность метода водовоздушного охлаждения объясняется тем, что благодаря высокой кинетической энергии с металлом одновременно контактирует большое количество распыленной воды. При одном и том же расходе воды площадь теплообмена между водой и заготовкой увеличивается: с одной стороны, вода мелко распылена и число капель очень велико, а с другой, - эти капли равномерно распределяются по поверхности заготовки, так как факел имеет устойчивую форму конуса. Известно, что соотношение воздух-вода не является единственным и решающим фактором влияния на коэффициент теплоотдачи. В виду этого фирмой «Lecher Gmbh» (Германия), являющейся одним из лидеров в производстве форсунок в мире, производились исследования зависимости коэффициента теплоотдачи в зависимости от

давления воды в форсунке. Установлено, что в случае давления воды 400 кПа для форсунки 11/90-40-40 наблюдается прекращение поступления воздуха в смеситель форсунки (воздух вытесняется жидкостью) и с этого момента начинается уменьшение коэффициента теплоотдачи. В свою очередь применение современных форсунок серии 100.259 (Master-Cooler), позволяет устойчиво работать, в данном случае при максимальном давлении жидкости до 550 кПа, что обеспечивает эффективное охлаждение заготовки. Форсунки этой серии позволили обеспечить стабильную работу МНЛЗ и исключить прорывы металла. Кроме того данный вид форсунок был специально сконструирован для получения максимальных значений коэффициентов теплоотдачи в диапазоне 500-600 кПа. Последние результаты в области исследования и разработок двухкомпонентных распыляющих систем привели к созданию форсунок с минимальным расходом воздуха и одновременно с широким расходом регулирования. При постоянном давлении воздуха 2,5 бар возможно достижение соотношения 1:23. Это соотношение в 2-3 раза больше, чем у однокомпонентных форсунок. Новым решением, которое получило развитие в последние годы, стала вертикальная прокладка труб квадратного сечения для воздушных и водяных подводов. Форсунки в таком исполнении с предусмотренным подсоединением крепятся на вертикальных пластинах. Обвязка с подводящими трубками становится больше не нужна. Все распылители в этом случае находятся за пределами корпуса сегмента и подсоединены непосредственно к подводящему коллектору. Такой метод подсоединения и крепления форсунок, испытанный фирмой «Lecher Gmbh» (Германия), позволил гибко располагать их по ширине заготовки с тем, чтобы получить равномерность распределения охладителя и более эффективное охлаждение на различных зонах (установка форсунок в шахматном порядке). Фирмой «Lecher Gmbh» рекомендуется конструкция «Split Pipe», позволяющая отделять переднюю часть с распылителем от корпуса форсунки, а также автоматически фиксировать направление струи. Это особенно важно для верхних сегментов, находящихся вблизи кристаллизатора.

Следующим преимуществом такой конструкции можно назвать то, что смеситель находится непосредственно на коллекторе и готовая водовоздушная смесь подается к соплу форсунки. Это позволяет компактно располагать и свободно охватывать любое межроликовое расстояние. В целом разработанное фирмой «Lecher Gmbh» вторичное охлаждение заготовки распыленной водовоздушной дисперсией значительно улучшило теплопередачу, обеспечив при этом более интенсивный рост затвердевшей корки и более равномерное охлаждение заготовки, что позволило повысить скорость вытягивания заготовки на 15-20% и снизить количество брака заготовки по продольным и диагональным трещинам.

На машинах непрерывного литья Оскольского электрометаллургического комбината (ОАО «ОЭМК») разливают сталь широкого сортамента марок. Разливка высокоуглеродистой стали, в большей степени склонной к образованию дефектов, требует мягкого и равномерного вторичного охлаждения. Широко применяемая в настоящее время система водяного вторичного охлаждения блюмов не позволяет обеспечить плавного снижения температуры поверхности по длине заготовки и равномерное ее охлаждение по ширине из-за наличия участков локального переохлаждения. Обеспечить мягкое и равномерное вторичное охлаждение непрерывнолитых блюмов сечение 300х360 мм позволяет водовоздушная система вторичного охлаждения, разработанная «ВНИИМЕТМАШ».

Система основана на принципе образования водовоздушной смеси в коллекторах в непосредственной близости от форсунок. Новая система вторичного охлаждения обеспечивает повышение качества трещиночествительной стали и снижения брака по раскатанной трещине с 0,02 % до 0 %, снижения доработки поверхности с 31 % до 14 %. Кроме других возможностей, режим мягкого обжатия представляет собой особо

эффективное средство устранения нежелательных сегрегационных эффектов и, следовательно, повышения качества непрерывнолитых заготовок. Это достигается за счет уменьшения толщины заготовки в зоне завершения кристаллизации в результате приложения внешних усилий до величины нормальной термической усадки, что позволяет выровнять резкий перепад объемов и предотвратить всасывание сегрегированного остаточного расплава. В то время как этот процесс уже используется при разливке слябов, геометрические параметры заготовок квадратного сечения, несмотря на положительные результаты испытаний, не позволили реализовать его на практике. Впервые данный режим обработки был успешно испытан и реализован на МНЛЗ SO компании Saarstahl AG.

Совместно с фирмой Маннесман Демаг была разработана концепция проектирования и расчета "блока мягкого обжатия" (SR) для шестиручьевой МНЛЗ. Для определения влияния обжатия по толщине на структуру металла от клети к клети, в некоторых опытах применяли следующий порядок: четыре отрезка блюма обжимали по толщине в различном числе клетей SR. Сначала применяли только клеть № 1, затем клети № 1 +2, затем клети № 1 + 2 + 3 и наконец все четыре клети. В каждом случае от блюма отбирали пробу. По продольным серным отпечаткам высокоуглеродистой стали с 0,8 % С при обжатии за проход в первой клети 1 мм, во второй 2 мм, в третьей 3 мм и в четвертой 2,5 мм были сделаны следующие выводы о влиянии мягкого обжатия: при суммарном обжатии 3 мм, достигавшемся в клети № 2, уже отмечалось уменьшение ликвации по продольной оси затвердевания, однако V-- образная ликвация была еще очень заметной; при суммарном обжатии 6 мм, достигавшемся в клети № 3, осевая ликвация уже была в значительной мере устранена; это относится и к V-образной ликвации; достигнутое в третьей клети усреднение химического состава сердцевины блюма уже было настолько хорошим, что дальнейшее увеличение суммарного обжатия до 8,5 мм в клети №4 не дало никакого дополнительного улучшения, обнаруживаемого по серным отпечаткам, однако микропористость уменьшилась.

Шестиручьевая МНЛЗ криволинейного типа компании Saarstahl AG в Фёльклингене введена в эксплуатацию в апреле 2004 г. Заложенные в проекте параметры МНЛЗ (радиус кривизны 11м, многоточечное выпрямление) позволяют удовлетворять жесткие требования в отношении качества поверхности и внутренней структуры заготовки. К особенностям агрегата относятся кристаллизаторы, обеспечивающие очень высокую скорость разливки (до 4 м/мин) в закрытом режиме, система резонансных колебаний с гидравлическим приводом и высокомощные устройства для перемешивания расплава в кристаллизаторе и ручье, функционирующие в широком диапазоне частот, проводки для точного направления и высокоэффективного охлаждения заготовки с использованием высокого давления и двухкомпонентного агента. Размеры поперечного сечения заготовки составляют 150x150 мм при длине 8--15,5 м или 180x180 мм при длине 6--13 м. Основным элементом агрегата является узел мягкого обжатия в сегментном исполнении. Вместо традиционных тянущих роликов агрегат располагает шестью имеющими гидравлический привод сегментами на ручей, которые обеспечивают точную установку зазора и распределение усилий в зоне завершения кристаллизации и, следовательно, целенаправленное влияние на формирование внутренней микроструктуры заготовки. Дополнительно имеется динамическая расчетная модель DSC (Dynamic Solidification Control -- динамический контроль кристаллизации), с помощью которой определяются оптимальные параметры процессов вторичного охлаждения и мягкого обжатия.Возможности режима мягкого обжатия для уменьшения ликвации в средней части заготовки ограничены способностью к удлинению корочки на границе твердой и жидкой фаз. Так как повышенная нагрузка на корочку в зоне фронта кристаллизации приводит к образованию внутренних трещин, величина отдельных стадий деформации не должна превышать максимально допустимого значения. Соответствующее предельное значение можно установить экспериментально и путем расчета [ 2 ].

1.3 Реконструктивные мероприятия по улучшению качества заготовки

Одной из основных проблем, стоящих перед специалистами черной металлургии при получении заготовок высокого качества, является проблема получения чистотой стали. Немаловажную роль в решении этой задачи играет своевременное и тщательное изучение передового мирового опыта и результатов наиболее перспективных исследований в области снижения и устранения дефектов, полученных при производстве стали.

Реконструктивные мероприятия, обеспечивающие повышение производительности цеха, снижение энергоемкости производства стали и повышение качества литой заготовки, согласно тематике данного дипломного проекта разрабатываются на базе существующего оборудования ЭСПЦ - 2 РУП «БМЗ».

На агрегате МНЛЗ с целью улучшения качества внутренней структуры слитка и повышения производительности машины предлагается:

- изменение конструкции кристаллизатора, применение гильз позволяющих получить заготовку круглого сечения;

- применение электромагнитного перемешивания в кристаллизаторе разработанное фирмой Danieli Rotelec;

- изменение конструкции секций зоны вторичного охлаждения (ЗВО), применение комбинированного: водяного и водовоздушного охлаждения круглофакельными форсунками;

- применение системы мягкого обжатия заготовки.

Делись добром ;)