Непрерывная разливка в ККЦ ОАО "ММК им. Ильича"

Бочек А.П., Климанчук В.В., Шебаниц Э.Н., Ларионов А.А., Губко И.Г., Фентисов И.Н., Токий А.Н., Якин М.Н.
ОАО «Мариупольский комбинат им. Ильича»

Внедрение непрерывной разливки в ККЦ осуществлялось в два этапа – в 1993 и 2006гг.

На первом этапе в июле 1993г., в ККЦ было введено в строй отделение непрерывной разливки стали (ОНРС) в составе двух одноручьевых машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), транспортно-отделочного отделения и участков подготовки промежуточных ковшей (ПК), ремонта и настройки оборудования.

МНЛЗ производства ПО "Уралмаш" криволинейного типа с базовым радиусом 8000 мм (годовой производительностью по 750 тыс.т.) предназначены для получения слябовых заготовок толщиной 235, 250, и 280 мм, шириной 1550-1900 мм и длиной 5600-8500 мм из углеродистых и низколегированных сталей.

С первых дней началась кропотливая работа по освоению новой технологии разливки стали. Инженерно-техническими работниками комбината совместно с НИИ проводились ряд работ, направленных на внедрение ресурсо - энергосберегающих разработок, использование новых материалов.

Одним из важнейших направлений является разработка и внедрение мероприятий по защите жидкого металла от теплопотерь и вторичного окисления на пути от конвертера до кристаллизатора (К) машины непрерывного литья заготовок.

Полупродукт, получаемый в конвертерах емкостью 150т, сливается в сталеразливочный ковш (СК) с основной футеровкой, предварительно разогретой до 1200^оС на стендах высокотемпературного разогрева СК и подается на агрегат доводки стали (АДС).

После обработки на АДС металл утепляется разработанной на комбинате^* теплоизолирующей смесью (ТИС), состоящей из гранулята огнеупорного наполнителя и углеродсодержашего материала (УСМ).

Установленный на резервную позицию подъемно-поворотного стенда МНЛЗ СК накрывают теплоизолирующей крышкой (стойкость футеровки крышки составляет более 4000 плавок). Из СК металл поступает в 19-т промежуточный ковш, оснащенный универсальной фильтрационной системой, включающей устройство в ПК перегородок с гидравлическими фильтрационными элементами в комплексе с продувкой аргоном через канальные керамические фурмы. Применялась кирпичная (стойкость 6…7 плавок) футеровка промежуточного ковша. Для повышения производительности МНЛЗ была разработана и внедрена наливная (арматурный) с торкрет. (рабочий) слоем футеровка (стойкость 15…20 плавок). В период освоения сталь отливали сериями по 5…40 плавок, в 2000г. серийность достигла 150 и более плавок.

Для утепления зеркала металла в ПК в начальный период применяли шлакообразующие смеси (ШОС), используемые в кристаллизаторе, которые не в полном объеме выполняли свои функции: теплоизоляцию зеркала металла, ассимиляцию неметаллических включений, обеспечение безаварийной работы ПК в течении серии на ПК.

В настоящее время в ПК используют разработанную совместно с комбинатом ТИС-2, представляющую собой порошкообразную массу на основе легковесных огнеупорных кислых и основных наполнителей, УСМ и др. материалов.

Для улучшения условий работы ПК особенно стойкостью 15…20 плавок (средняя 17,7 плавок), возникла необходимость увеличения емкости ТИС по Al₂O₃ и сохранению работоспособности ТИС на протяжении работы серии на ПК. Это достигнуто применением двухслойного покрытия в расходной камере (перегородкой ПК делится на две камеры – приемную и расходную), когда в начале разливки в эту камеру подается ШРС, а сверху, после ее подплавления и равномерного распределения по зеркалу металла в ПК - утепляющая ТИС-2. В приемной камере металл утепляется ТИС-2.

Получено значительное улучшение условий ассимиляции Al₂O₃, МnО (Al₂O₃ с 25 до 37 %), в расходной камере ПК ТИС жидкоподвижна, не образует "коржей" на зеркале металла, нейтральна по отношению к футеровке ПК, обеспечивает нормальную работоспособность стопору.

Внедрение ТИС в СК, крышек для СК, ШРС и ТИС-2 в ПК, позволило снизить температуру металла на выпуске из конвертера на 20^oС, стабилизировать температуру плавки в ПК в пределах 5^oС.

Непременным условием к технологии производства непрерывнолитых слябов является наличие эффективной защиты струи металла от вторичного окисления при транспортировке металла на участках между СК-ПК-К. В период освоения непрерывной разливки на нашем комбинате защита осуществлялась с помощью огнеупорных изделий: огнеупорной трубой на участке СК-ПК и погружным стаканом на участке ПК-К, но результаты получались не стабильными из-за инжектирования воздуха к жидкому металлу в месте стыковки защитной трубы и стакана-коллектора шиберного узла СК и погружного стакана к разливочному стакану ПК.

Для повышения эффективности защиты в полость огнеупорных изделий подвели инертный газ через кольцевые коллектора. Опробовали газообразный азот и аргон с расходом 300…400л/мин в защитную трубу и 170…250л/мин в погружной стакан, однако с азотом получили низкую эффективность из-за высокого содержания в нем кислорода (3…7%). Более стабильные результаты получили при использовании комбинированной защиты струи металла с помощью огнеупорных изделий и аргона.

В настоящее время применяется комбинированная защита с использованием огнеупорных изделий и уплотнительных вкладышей взамен аргона (более дешевых по сравнению с аргоном и устройствами подвода Ar).

Внедрение защиты струи металла и использование универсальной фильтрационной системы в ПК на 50…80 % (отн.) снизило угар легкоокисляющихся элементов (Al, Ti) в стали на участке СК-ПК-К, в 2,5…4,5 раза уменьшило количество неметаллических включений. Количество металла с дефектами выявляемыми УЗК снизилось в 2…3,5 раза.

При пуске ОНРС в К применяли пяти-компонентную шлакообразующую смесь (ШОС-5) на основе цемента. С 1994 г. перешли на более дешевую 4-х компонентную (ШОС-4) на основе отходов Никопольского и Запорожского ферросплавного заводов. Обе смеси изготавливали на участке приготовления ШОС ККЦ "Азовсталь". В 1995г. было принято решение о разработке новой ШОС на основе плавленых флюсов (ПШОС), которая состоит из двух компонентов - плавленого флюса и УСМ, что значительно упрощает технологию ее приготовления. ШОС обладает стабильностью по химическому составу, не гигроскопична, не сепарируется, флюс обладает неограниченным сроком хранения.

Для изготовления ШОС собственного производства в ноябре 1998г. на участке шлакообразующих смесей был введен в строй новый корпус с оборудованием, где освоили изготовление ШОС -5 и ПШОС из плавленого флюса и УСМ (флюс поставляют со стороны, на участке приготовления ШОС его сушат, осуществляют помол и смешение).

В настоящее время под ПШОС производят разливку на МНЛЗ№1 и2 всего марочного сортамента.

Обе МНЛЗ оборудованы усовершенствованной водо-воздушной системой охлаждения слябов, обеспечивающей выравнивание толщины корочки сляба после выхода из кристаллизатора и исключающую ступенчатость подачи хладагента при переходе из одной зоны охлаждения в другую благодаря дифференцированной подаче водо-воздушной смеси на каждую форсунку.

Качество непрерывно-литого металла и металлопродукции во многом зависит от состояния и надежности работы как отдельных узлов, так и оборудования МНЛЗ в целом.

Одним из основных узлов машины непрерывного литья заготовок, оказывающим значимую роль на качество непрерывно-литых заготовок, является кристаллизатор. На слябовых МНЛЗ применяются К сборной конструкции, состоящие из широких и узких стенок, заключенных в стальной корпус. В качестве материала для стенок К используется дефицитная медь – на широкие стенки марки М1Р, на узкие – марки МС. При этом следует отметить, что в процессе эксплуатации К износ на истирание и механическая обработка при ремонтах составляет 25…30% от общей толщины плиты, а 70…75 % меди идет в отходы.

Специалистами комбината "им. Ильича" разработано и внедрено несколько мероприятий, направленных на повышение стойкости и экономию меди К.

Для увеличения стойкости узких стенок К были разработаны конструктивные мероприятия – вставки из износостойких и жаропрочных материалов в местах максимального износа. Внедрение данной разработки позволило до трех раз увеличить стойкость К (с 70 до более 200 плавок), уменьшить расход остродефицитной меди, снизить трудозатраты на ремонт К и повысить производительность МНЛЗ за счет снижения количества переподготовок МНЛЗ.

Снижение удельного количества медного сплава в составе стенки К возможно применением биметаллических плит, для чего на комбинате "им. Ильича" была разработана технология изготовления двухслойных плит для узких стенок К сваркой разнородных металлов методом импульсных нагрузок.

Изготовлены и прошли успешное испытание биметаллические узкие стенки К из материалов М1Р+МС и ст3сп+МС. Тепловая работа опытных биметаллических стенок их износ не отличается от штатных. Качество опытного и сравнительного металла на одном уровне.

Внедрение данной разработки позволит экономить до 70% меди на узких стенках путем замены ее на другие материалы в биметаллических плитах.

Высокие показатели экономичности и работоспособности слябовых криволинейных МНЛЗ в большой степени определяются сроком эксплуатации роликов зоны вторичного охлаждения.

Слябовые МНЛЗ, работающие в ОНРС ККЦ ОАО ММК им. "Ильича" отличаются от ранее установленных на других комбинатах малым (8м) радиусом, жесткой роликовой проводкой, блочной компоновкой секций.

Уменьшение радиуса кривизны позволило снизить ферростатическое давление на корочку сляба и нагрузки на ролики, что положительно влияет на качество получаемых заготовок, т.к. при этом снижаются растягивающие напряжения в металле.

Сравнивая результаты прогибов двухопорных кованых роликов одинаковых типоразмеров МНЛЗ с радиусами 8 и 10м можно отметить, что max величины прогибов роликов на машинах с радиусом кривизны r=8м меньше на 1,0…1,5мм.

К недостаткам относится меньшая металлургическая длина машины (27.9м при r=8м и 37,0м при r=10м.) из-за чего вынуждены были ввести ограничение скорости разливки по сравнению с max проектной (1,2 м/мин), так как глубина жидкой лунки выходит за пределы роликовой проводки при разливке на скоростях более 1,1м/мин.

Блочное исполнение роликовых секций позволило всю подготовку к ремонтам производить на стендах и за счет четкой организации сократить время текущих ремонтов с 4 до 1,5…2 суток, капитальных - с 15 до 5…7 суток.

Внедрение научных разработок по усовершенствованию конструкции узлов и механизмов МНЛЗ, позволило повысить надежность их работы и более чем в 2 раза увеличить регламентные сроки эксплуатации оборудования.

Для экономии времени переподготовок МНЛЗ и кратной с К заменой, увеличен срок службы первой секции с 150-200 плавок до 400 за счет усовершенствования герметизации подшипникового узла и предотвращения, тем самым, заклинивания роликов.

Условия работы роликов МНЛЗ характеризуются высокими знакопеременными силовыми и термическими нагрузками. В результате чего поверхность роликов подвергается интенсивному коррозионно-механическому, термоусталостному разрушению, приводящему к образованию сетки разгара, кольцевым трещинам и значительно сокращают срок их службы.

Для повышения стойкости роликов было выбрано два направления: бандажирование и наплавка роликов. Кованые ролики, отслужившие свой регламентный срок, снимаются с МНЛЗ, проверяются в цехе ремонта металлургического оборудования и, при необходимости, протачиваются до удаления дефектов, и так продолжается до достижения ремонтного размера, после чего подвергаются одному из видов восстановления: бандажированию или наплавке.

Конструкция бандажированных роликов включает несущую ось из бывших в эксплуатации кованых роликов с насаженными на нее кольцевыми биметаллическими бандажами. Стойкость бандажированных роликов d 270 и 300мм без механической обработки составила 0,67…1,27млн. тн. стали.

Параллельно с этой работой силами УГМ было разработано и внедрено восстановление отработавших свой срок роликов методом наплавки высокохромистыми материалами. Стойкость наплавленных роликов (d 370мм) превышает 1,5 млн. тн. (две наплавки).

Ввиду того, что технологический процесс восстановления роликов методом наплавки выполняется цехами УГМ в полном объеме, прост в реализации и не связан с необходимостью получения комплектующих со стороны, как это имеет место с бандажированными роликами, на нашем комбинате полностью перешли на восстановление роликов методом наплавки. В УГМ разработали и внедрили технологию изготовления роликов для МНЛЗ№1и2 и обеспечивают потребность ККЦ в полном объеме.

Внедрение новых технологий, усовершенствование оборудования, четкая организация труда способствовало превышению проектных показателей МНЛЗ№1 и 2 более, чем в 1,5 раза и обеспечило получение высококачественной сертифицированной металлопродукции.

Начало реализации второго этапа внедрения непрерывной разливки положено 27 октября 2006 г введением в строй слябовой одноручьевой МНЛЗ №3. Инжиниринг, технология и часть оборудования (кристаллизатор и система качания К) была выполнена фирмой «Сименс – ФАИ», большая часть оборудования изготовлено на НКМЗ. МНЛЗ с базовым радиусом 8000мм (годовой производительностью 1,0 млн.т.) предназначена для получения слябовых заготовок толщиной 150,200 и 250мм, шириной 1000-1900мм и длиной 5600-10500 мм из сталей широкого марочного сортамента от низкоуглеродистых, перитектических, среднеуглеродистых до высокоуглеродистых и трубных. Скорость в режиме разливки 0,6-2,00 м/мин. Ёмкость промежуточного ковша по жидкому металлу – 26 т.

В конструкции этой МНЛЗ использованы большинство известных, запатентованных «Сименс – ФАИ», прогрессивных технических решений:

1. Прямой К, высотой 900 мм с комплектом опорных роликов на выходе из К, оснащен медными стенками с никелевым покрытием. Гидравлическое устройство кристаллизатора обеспечивает возможность изменения размеров сечения по ширине по ходу разливки. Кристаллизатор оборудован системой раннего обнаружения прорывов «Mold Expert».
2. Качание кристаллизатора осуществляется гидравлическим устройством качания «Dynaflex» с изменяющимися по ходу разливки параметрами качания (амплитуда, частота) что обеспечивает достижение высокого качества поверхности.
3. Наличие вертикального участка длиной 2,9 м, включающего К и бендер, обеспечивает лучшие условия для всплытия неметаллических включений и снижает их количество в осевой зоне и под малым радиусом сляба.
4. Сегменты роликовой проводки оснащены роликами с двумя промежуточными опорами, что минимизирует прогиб корочки сляба и благоприятно влияет на его качество.
5. Система «мягкого» обжатия сляба и настройки роликового раствора в необходимый размер с помощью гидроцилиндров обеспечивает высокое качество внутренней структуры.
6. Оптимальный подбор системой «Dynacs» режимов ЗВО в зависимости от химического состава стали, обеспечивает требуемую макроструктуру и качество поверхности непрерывнолитой заготовки.

В процессе освоения разливки на МНЛЗ№3 пришлось коренным образом переработать технологию внепечной обработки металла, а учитывая, что особенностью ККЦ является отсутствие агрегатов печь-ковш и вакууматора, задача эта была чрезвычайно сложной.

Разработка комплексной технологии выплавки металла в конвертерном отделении, подготовка его на АДС и непосредственно разливка, повышение культуры производства послужили основой для освоения производства непрерывнолитых заготовок широкого марочного сортамента.

При разливке возникал целый ряд вопросов по поверхностным дефектам, оперативно решали их, внося с технологами «Сименс – ФАИ» корректировки в режимы разливки. На перитектическом сортаменте проблемный вопрос - колебания уровня металла в кристаллизаторе и, как следствие, образование трещин на поверхности сляба. Для устранения вредного влияния повышенных колебаний ведутся работы по выбору оптимального состава ШОС. Подобран состав отечественной ТИС для утепления зеркала металла в ПК.

С октября 2006 по 2009 год (включительно) на МНЛЗ-3 было отлито около 2,5 млн. тонн слябов. В настоящее время наиболее востребованными являются слябы толщиной 150мм., составляющие 84% от общего производства металла на МНЛЗ-3, которые направляются вместо слитков на ЛПЦ 1700, с последующей передачей гарячекатанного проката в ЦХП, что обеспечило не только снижение расходного коэффициента на прокате, но и повышение качества листа, а также в будущем дает возможность переката непрерывнолитых слябов горячим всадом.

Слябы толщиной 250 мм передаются в ЛПЦ 3000 для переката в толстый лист.

Для получения высококачественной непрерывнолитой заготовки широкого марочного и размерного сортамента, при оптимальных энергозатратах в настоящее время прорабатывается вопрос о замене МНЛЗ№1 и 2 на более современные.

Таким образом в настоящее время ККЦ располагает тремя МНЛЗ проектной мощностью 2,5 млн. т., фактической производственной мощностью 3,4 млн. т., на которых освоена разливка качественных сталей широкого марочного сортамента - от низкоуглеродистых, перитектических, среднеуглеродистых до высокоуглеродистых и трубных.

* Разработка ТИС для СК, ТИС-2 и шлакообразующей рафинировочной смеси (ШРС) для ПК и шлакообразующей смеси на плавленой основе (ПШОС) для К выполнялась совместно с НПП "Техмет" г. Донецк, Украина.

© Бочек А.П., Климанчук В.В., Шебаниц Э.Н., Ларионов А.А., Губко И.Г., Фентисов И.Н., Токий А.Н., Якин М.Н., 2010