Совершенствование конструкции металлоприемника промковша для разливки стали сверхдлинными сериями

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 18 Июля 2013 в 12:20, научная работа

Краткое описание

Одним из направлений развития техники и тех-
нологии разливки стали на сортовую заготовку явля-
ется увеличение производительности МНЛЗ и мини-
мизация затрат, непосредственно связанных с органи-
зацией процесса литья. В этом аспекте крайне важ-
ным технологическим элементом является обеспече-
ние высокого показателя серийности разливки (не-
сколько десятков ковшей) непосредственно из одно-
го промковша (ПК) [1]. Например, в ОАО «Челябин-
ский металлургический комбинат» достигнута сред-
няя серийность разливки 39 плавок (максимальная 54
плавки) [2], а на металлургическом заводе «Badische
Stahlwerke GmbH» (Германия) средняя серийность
составляет 45-50 плавок из одного ПК на 5-ти ручье-
вой сортовой МНЛЗ [3]. Это обеспечивает стабиль-
ность работы МНЛЗ, а также снижает удельные за-
траты на огнеупоры, обеспечивающие процесс литья,
и удельные отходы металла, связанные с остановкой
машины

Скачать целиком (369.42 Кб) Сколько стоит заказать работу?
Содержимое работы - 1 файл

Страницы из MГП 5, 2009.pdf

— 380.80 Кб (Скачать файл)
Page 1
I l%2 ++30#(7%1* ? ( #.0-.03$- ? /0.,;8+%--.12</2009

5
 20
 УДК 669.18.046.58
 Смирнов А.Н. /д.т.н./, Кравченко А.В.
Донецкий национальный технический университет
 Соловых С.Г.
 ООО «Калдерис-Украина»
 Совершенствование конструкции металлоприемника промковша
для разливки стали сверхдлинными сериями
 © Смирнов А.Н., Кравченко А.В., Соловых С.Г., 2009 г.
 Увеличения стойкости футеровки промковша удается достичь при применении
металлоприемников
специальной
геометрической
формы
из
высокопрочных
бетонов,
учитывающих специфику конструкции промковша и условий разливки. Рассмотрены результаты
моделирования потоков в металлоприемнике. В условиях конвертерного цеха ОАО «Енакиевский
металлургический завод» достигнута максимальная серийность разливки 64 плавки, что
соответствует разливке 9,3 тыс. т стали из одного промковша. Ил. 3. Библиогр.: 7 назв.
Ключевые слова: сортовая МНЛЗ, серийность разливки, металлоприемник, стойкость
футеровки промковша
Improvement of tundish lining resistance is achieved due to application of metallic reservoirs of special
geometric shapes. These metallic reservoirs are made of high-strength concretes so that the specific character
of tundish construction and teeming conditions are considered. The results of flows simulation in the metallic
reservoir are discussed. The maximum serial teeming (64 melts) that corresponds to teeming 9.3 thousand tons
of steel from one tundish is achieved at OJSC “Yenakiyevskiy Iron & Steel Works”.
Keywords: continuous casting machine, serial teeming, crucible, resistance of tundish lining
 СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
 Одним из направлений развития техники и тех-
нологии разливки стали на сортовую заготовку явля-
ется увеличение производительности МНЛЗ и мини-
мизация затрат, непосредственно связанных с органи-
зацией процесса литья. В этом аспекте крайне важ-
ным технологическим элементом является обеспече-
ние высокого показателя серийности разливки (не-
сколько десятков ковшей) непосредственно из одно-
го промковша (ПК) [1]. Например, в ОАО «Челябин-
ский металлургический комбинат» достигнута сред-
няя серийность разливки 39 плавок (максимальная 54
плавки) [2], а на металлургическом заводе «Badische
Stahlwerke GmbH» (Германия) средняя серийность
составляет 45-50 плавок из одного ПК на 5-ти ручье-
вой сортовой МНЛЗ [3]. Это обеспечивает стабиль-
ность работы МНЛЗ, а также снижает удельные за-
траты на огнеупоры, обеспечивающие процесс литья,
и удельные отходы металла, связанные с остановкой
машины.
Между тем, практика разливки стали сверхдлин-
ными сериями показывает, что для организации та-
кого процесса требуются некоторые усовершенство-
вания конструкции ПК, относящиеся к их внутрен-
ней конфигурации, а также конструкции футеровки,
которая учитывала бы условия контакта футеровки
со шлаком и металлом в течение нескольких десят-
ков часов. При этом вследствие периодической заме-
ны сталеразливочных ковшей (СК) происходит паде-
ние уровня стали в ПК, что приводит к достаточно
длительному контакту металла с кислородом воздуха
и шлаком нижних уровней футеровки стен ПК.
Длительность разливки стали из одного ПК сор-
товой МНЛЗ лимитируется двумя основными факто-
рами: износом стаканов-дозаторов и опережающим
износом футеровки ПК в зоне падения струи, выте-
кающей из СК. Проблема износа внутренней поло-
сти стаканов-дозаторов полностью решается путем
оптимизации технологии подготовки стали к раз-
ливке и применением устройств для быстрой заме-
ны стаканов-дозаторов, которые в настоящее вре-
мя достаточно хорошо разработаны как зарубежны-
ми фирмами так и отечественными исследователя-
ми [4]. Применение устройства для быстрой заме-
ны стакана-дозатора обеспечивает повышение ста-
бильности процесса литья за счет хорошей организа-
ции струи и постоянства расхода стали, а также ми-
нимизацию вторичного окисления металла на участ-
ке промковш-кристаллизатор.
ОпережающийизносрабочегослояфутеровкиПК
идет в области шлакового пояса, прилегающей к зоне
падения струи, что объясняется турбулизацией пото-
ков в этой части ПК и интенсивным перемешиванием
потоков стали с покровным шлаком вследствие бур-
ления. При разливке сверхдлинными сериями актив-
ный контакт торкрет-слоя ПК с покровным шлаком
составляет несколько десятков часов, что практиче-
ски исключает возможность эффективного примене-
ния высокостойких огнеупоров без дополнительных
мероприятий по их защите, что требует рациональ-
ной организации движения потоков стали, исключа-
ющей интенсивное разрушение рабочего слоя футе-
ровки ПК. Анализируя работу ПК многоручьевой сор
товой МНЛЗ при разливке длинными и сверхдлинны-
ми сериями следует выделить следующее:
- постоянный контакт определенной части днища
ПК со струей металла, падающей из СК, что приво-
дит к размыванию огнеупорного слоя в месте паде-
ния струи;
- периодическое изменение уровня металла в ПК
(во время замены СК), что изменяет динамику движе-
ния потоков стали;
Page 2

I l%2 ++30#(7%1* ? ( #.0-.03$- ? /0.,;8+%--.12</2009

5
 21
 СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
 - бурление металла и его активное перемешива-
ние с покровным шлаком в зоне падения струи стали,
что обусловливает износ рабочего слоя футеровки;
- попадание в ПК шлака из СК, что существенно
изменяет свойства и толщину покровного шлака в ПК
по ходу разливки;
- разность температуры стали в центральных и
крайних ручьях, была минимальной, что обеспечива-
ет стабильность процесса литья.
Учет перечисленных особенностей работы ПК
для разливки сверхдлинными сериями невозможен
без применения специальных устройств (металло-
приемников, порогов и т.п.), влияющих на гидроди-
намику в ванне ПК в течение всего цикла разливки.
При разработке конфигурации внутренней по-
лости металлоприемника были приняты следующие
принципы:
- она должна обеспечивать эффективное торможе-
ние падающей струи и ограничивать турбулентность
потоков, вызванных падением струи металла из СК;
- ограничивать перемешивание металла с покров-
ным шлаком определенной зоной и предотвращать
интенсивное перемешивание металла и шлака у стен
ПК в зоне падения струи;
- положение и конфигурация окон металлоприем-
ника должны обеспечивать движение потоков в на-
правлении дозаторов крайних ручьев и предотвра-
щать попадание порций металла из СК непосред-
ственно в стаканы-дозаторы средних ручьев;
- не усложнять подготовку ПК к разливке.
Это достигнуто при использовании металлопри-
емника так называемой «ведрообразной» формы с бо-
ковыми окнами (рис. 1), эффективность которой зави-
сит от его размеров и параметров разливки. Оптими-
зацию геометрической формы металлоприемника це-
лесообразно выполнить с привлечением методов фи-
зического и математического моделирования.
Динамическое подобие соблюдается при сохране-
нии числа Фруда [5]. Как показывают исследования
[6], величина числа Рейнольдса независимо от кон-
фигурации и размеров ПК будет практически одина-
ковой.
Основными задачами физического моделирова-
ния являются:
• определение возможности управления процес-
сом перетекания металла из СК в промежуточный;
• изучение характера воздействия струи металла
из СК на характер перемешивания в ПК;
• оценка характера перемешивания металла и по-
кровного шлака в промежуточном ковше, сопрово-
ждающих процесс разливки.
Для решения поставленных задач выбраны ра-
циональные геометрические параметры физической
модели и осуществлен контроль скорости и расхода
жидкости, попадающей в ПК [7]. В качестве рабочей
жидкости, моделирующей жидкую сталь, использо-
валась вода при температуре 18-25
о
 С. Имитация по-
кровного шлака осуществлялась силиконовым или
трансформаторным маслом, имеющим высокое по-
верхностное натяжение и существенно изменяющим
вязкость при изменении температуры.
Модель ПК, включая основные функциональные
узлы, изготавливались из оргстекла в масштабе 1:3.
Движение потоков фиксировалось с помощью циф-
ровой видеокамеры при подкрашивании жидкости
цветными чернилами. Измерение времени пребыва-
ния жидкости в ПК (резидентного времени) выпол-
нялось электрохимическим методом с вводом в жид-
кость небольшого количества концентрированного
раствора поваренной соли и измерением электропро-
водности в нескольких точках объема ванны.
Визуально установлено, что при определенных
размерах и конфигурации металлоприемника могут
быть созданы такие условия, которые будут ограни-
чивать турбулентное перемешивание металла с по-
кровным шлаком в металлоприемнике (рис. 2). При
этом большое значение имеет направление и интен-
сивность истечения металла из окон металлоприем-
ника в объем ванны. Установлено, что при определен-
ном положении струи и окон может наблюдаться вих-
ревая турбулизация в областях, прилегающих к окнам
металлоприемника с внешней стороны, приводящее к
ускоренному разрушению огнеупоров ПК и металло-
приемника.
На распространение потоков в ванне ПК суще-
ственное влияние оказывают положение окон ме-
таллоприемника относительно поперечного сечения
промковша, а также конфигурация их сечения. Как
видно на рис. 3, рациональная конфигурация метал-
лоприемника обеспечивает движение потоков жидко-
сти параллельно длинным стенкам ПК, а затем вдоль
ванны – в ее периферийную зону, где располагают-
ся стаканы-дозаторы крайних ручьев. В дальнейшем
потоки постепенно изменяют направление движения
на преимущественно нисходящее к днищу к крайним
и к средним стаканам-дозаторам. Фактически пред-
ставленная схема движения потоков характеризуется
отсутствием зон критической турбулентности (в том
числе и у поверхности раздела шлак-металл), а так-
же застойных зон, которые слабо вовлекаются в пе-
ремешивание.
Выполненные с помощью математического моде-
лирования (пакет прикладных программ ANSYS) ис-
следования особенностей движения потоков стали в
ПК 6-ти ручьевой сортовой МНЛЗ в целом хорошо
соответствует результатам, полученным в ходе физи-
ческого моделирования. Это, прежде всего, относит-
ся к направлению движения основных конвективных
потоков и их поведения в областях, прилегающих к
стенкам ПК. Установлено, что весьма значимым яв-
ляется положение окон металлоприемника относи-
тельно оси падающей струи. Так, при смещении по-
ложения окон (или позиции металлоприемника) все-
го на 70-80 мм в поперечном сечении ПК могут на-
блюдаться зоны повышенной турбулентности в обла-
стях, прилегающих к стенкам ПК и металлоприемни-
ка, что должно привести к ускоренному износу футе-
ровки промковша.
Основными критериями, используемыми для
оптимизации геометрических параметров окон, были
Page 3

I l%2 ++30#(7%1* ? ( #.0-.03$- ? /0.,;8+%--.12</2009

5
 22
 СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
 отсутствие зон повышенной турбулентности в обла-
стях, прилегающих к футеровке ПК, минимизация
количества и протяженности застойных зон, а также
примерно одинаковое время смещения жидкости от
металлоприемника до любого из стаканов-дозаторов
ПК. Наиболее сложным, как показали исследования,
является соблюдение последнего условия. В настоя-
щей работе принята схема, при которой время движе-
ния жидкости от приемника до 1-го, 2-го, 5-го и 6-го
ручьев примерно на 15-20 % меньше, чем для 3-го и
4-го ручьев, находящихся непосредственно у стенки
металлоприемника. Подобная картина движения по-
токов сохраняется при увеличении размеров проема
окон вследствие эрозии стенок металлоприемника в
процессе разливки не более чем на 10-15 %
Технология изготовления металлоприемника, до-
работка конфигурации его внутренней и внешней по-
верхностей с учетом особенностей производства, а
также выбор огнеупорного материала осуществлены
на производственной базе компании ООО «Калдерис-
Украина». Исследования эксплуатационных возмож-
ностей металлоприемника осуществлялись в услови-
ях высокопроизводительных 6-ти ручьевых сортовых
МНЛЗ конвертерного цеха ОАО «Енакиевский ме-
таллургический завод». Конструкция ПК сортовых
МНЛЗ имеет традиционную дельта-образную фор-
му. Концепция и конструктивное оформление футе-
ровки ПК разработаны компанией ООО «Калдерис-
Украина» таким образом, чтобы привести в соответ-
ствие работу всех огнеупорных элементов, включая
металлоприемник, и обеспечить работу ПК в режиме
разливки сверхдлинных серий. Рациональным оказа-
лось сочетание торкрет-массы Kermag 85EN (содер-
жание MgO ≥ 90 %) для торкретирования стенок и
днища ПК и бетона на основе магнезита для стенок
металлоприемника.
В ходе промышленных испытаний особое вни-
мание уделялось износу стенок металлоприемника и
влиянию изменения его конфигурации на стойкость
рабочего слоя футеровки ПК. Это позволило уточ-
нить необходимую толщину торкрет-слоя в зонах по-
вышенного износа и стенки металлоприемника. До-
полнительно подтверждено, что существенное влия-
ние на работоспособность металлоприемника оказы-
вает его положение в промковше относительно ме-
ста падения струи, вытекающей из сталеразливочно-
го ковша.
По данным за 1-й квартал 2009 г. при использо-
вании разработанной конструкции металлоприемни-
ка средняя серийность разливки составила около 40
плавок, а максимально достигнутая серийность – 64
плавки, что обеспечило стабильную эксплуатацию
рабочего слоя футеровки ПК.
Можно предположить, что дальнейшее совер-
шенствование технологии разливки обеспечит серий-
ность разливки на уровне 70-80 (до 100) плавок.
Заключение
1. Разливка стали на многоручьевых сортовых
 Рис. 3. Динамика распространения жидкости из металло-
приемника вдоль ПК
Рис. 2. Состояние поверхности жидкости в металлоприем-
нике «ведрообразного» типа (вид сверху на физической
модели)
Рис. 1. Установка металлоприемника «ведрообразного»
типа в ПК 6-ти ручьевой сортовой МНЛЗ: 1 – стакан-дозатор;
2 - металлоприемник; 3 – торкрет-слой; 4 - рабочий слой; 5 - ко-
жух промковша
Page 4

I l%2 ++30#(7%1* ? ( #.0-.03$- ? /0.,;8+%--.12</2009

5
 23
 СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
 МНЛЗ сверхдлинными сериями лимитируется изно-
сом рабочего слоя футеровки ПК в зоне шлакового
пояса и области падения струи, вытекающей из СК.
Существенного увеличения стойкости футеровки ПК
удается достичь при применении металлоприемни-
ков специальной геометрической формы из высоко-
прочных бетонов, учитывающих специфику конкрет-
ного ПК и условий разливки.
2. По мнению авторов настоящей статьи, не су-
ществует универсальных решений и рекомендаций
для выбора оптимальных геометрических параме-
тров ПК и металлоприемников. Выбор конструктив-
ных решений для металлоприемников должен осу-
ществляться в привязке к конкретным решениям с ис-
пользованием методов физического и математическо-
го моделирования.
3. В результате выполненных исследований раз-
работана принципиально новая конструкция метал-
лоприемника, обеспечивающая разливку сверхдлин-
ными сериями многоручьевых сортовых МНЛЗ. В
условиях конвертерного цеха ОАО «Енакиевский ме-
таллургический завод» достигнута максимальная се-
рийность разливки 64 плавки, что соответствует раз-
ливке 9,3 тыс. т стали из одного ПК. Предполагает-
ся, что при благоприятных организационных, техни-
ческих и технологических предпосылках этот показа-
тель может быть увеличен в 1,5-1,6 раза.
Выводы
Серийность разливки на сортовых МНЛЗ опре-
деляется стойкостью футеровки промковша и может
быть увеличена в 1,5-1,6 раза путем выбора рацио-
нальной формы металлоприемника и подборе огнеу-
поров для его изготовления.
Библиографический список
1. Смирнов А.Н., Несвет В.В. Опыт непрерывной
разливки стали длинными сериями на многору-
чьевой МНЛЗ // Сталь. - 2002. - № 8. - С. 36-39.
2. Освоение технологии непрерывной разливки
стали на сортовых мащинах / А.Г. Левада, Д.Н.
Макаров, В.И. Антонов и др. // Сталь. - 2008. - №
3. – С. 34-36.
3. Schweikle R., Volkert A., Barbe J. High Efficiency
and Reliability, and High Casting Speed on the Billet
Casters at BSW // Proceedings 5-th European Con-
tinuous Casting Conference, Nice, 2005. – La Revue
de Matallurgie: 2005. – P. 382-389.
4. Устройство для быстрой смены стаканов-
дозаторов промежуточного ковша сортовой
МНЛЗ / С.П. Еронько, А.Н. Смирнов, Д.А. Яков-
лев и др. // Труды 9-го конгресса сталеплавильщи-
ков. Старый Оскол, 2006. – М.: Черметинформа-
ция, 2007. – С. 673-678.
5. Mazumdar D., Guthrie R.I.L. The Physical and
Mathematical Modelling of Continuous Casting Sys-
tems // ISIJ International. - 1999. - Vol. 39. - No. 3.
– P. 525-548.
6. Optimization of Molten Steel Flow in Billet Con-
tinuous Casting Tundish at Trinecke Zelezarny/
K.Michalek, J.Pindor, R.Lebeda e.a. // Continuous
casting of Billets. 2-nd International Conf. Trinec
(Czech rep.), 1997. – P. 59-69.
7. Smirnov A., Grydin S., Physical and mathemati-
cal modeling fluid flows movement in tundish for
6-strand billet CCM // 1-st International Conference
Simulation and Modeling of Metallurgical Processes
in Steelmaking (STEELSIM-2005), Brno, 2005. –
Brno: 2005. - P. 244-252.
 Поступила 14.05.09
 В 2010 г. исполнится 50 лет со дня выхода в свет журнала «Металлургическая
и горнорудная промышленность». Свой юбилей журнал отметит в рамках плани-
руемой на апрель международной научно-технической конференции «Конкуренто-
способность продукции ГМК Украины - пути повышения эффективности производ-
ства», проводимой на базе Национальной металлургической академии Украины
(Днепропетровск, пр. Гагарина, 4).
Приглашаем принять участие в конференции, выступить с докладами, обсудить
проблемы, пообщаться с коллегами в официальной и неформальной обстановке.
Материалы конференции будут опубликованы в специальном выпуске нашего жур-
нала. Дата и программа конференции будут указаны в персональных приглашениях.
Добро пожаловать!
Редакция журнала: (056- 744-81-66; т/ф 0562-46-12-95;
www.metinfo@metinform.dp.ua; mgp@metaljournal.com.ua).

Информация о работе Совершенствование конструкции металлоприемника промковша для разливки стали сверхдлинными сериями