Непрерывная разливка стали – новый виток развития сталеплавильного производства ОАО «ТАГМЕТ»
Сапунов С.Ю., Стонога В.А., Стонога А.В., Мотренко С.А.
ОАО «ТАГМЕТ»
ОАО «Тагмет» - предприятие, специализирующееся на производстве трубной продукции.
Сталеплавильное производство ОАО «Тагмет» представлено существующим мартеновским цехом.
В составе мартеновского цеха имеется главное здание с шихтовым, печным, разливочным и уборочным пролетами, а также отдельностоящие двор изложниц, вспомогательные отделения, обеспечивающие работу цеха и вновь построенное двухпролетное здание отделения непрерывного литья заготовок (ОНЛЗ).
В настоящее время в мартеновском цехе находится в эксплуатации три мартеновские печи, емкостью 270 т каждая, работающие скрап-процессом на твердой завалке, с отоплением природным газом и мазутом. Выплавка стали в печах производится с применением современной технологии перемешивания ванны за счет донной продувки аргоном.
В мартеновском цехе выплавляются углеродистые, легированные и низколегированные марки сталей для производства труб, в основном, нефтяного сортамента.
Выпуск стали из печей производится по У–образному качающемуся желобу в 2 ковша емкостью по 150 т, с массой металла в каждом – 135 т. Ковши оборудованы пробками для продувки аргоном снизу и шиберными затворами. Шлак сливается в шлаковые ковши емкостью 11 м3.
Производственная мощность мартеновского цеха в составе 3-х печей позволяет выплавлять 600 тыс. т стали в год.
ОАО «Тагмет» проводит поэтапное техперевооружение сталеплавильного производства завода, включая:
- организацию в мартеновском цехе участка внепечной обработки стали. В 2000 году введена в эксплуатацию двухпозиционная установка печь-ковш поставки фирмы «Даниели», Италия. На установке осуществляются операции по окончательному раскислению металла, доводке его до заданного химического состава, десульфурации, удалению неметаллических включений, нагреву металла до заданной температуры и выравниванию ее в объеме ковша;
- организацию в цехе непрерывной разливки стали. В 2006 году введена в эксплуатацию пятиручьевая МНЛЗ для отливки заготовок сечением круг D 340; D 360; D 400; D 150 мм, длиной 3,5-12,0 м;
- сооружение, в перспективе, электродуговой сталеплавильной печи ДСП-135 с увеличением производительности цеха до 950 тыс. т литой заготовки в год. При этом, мартеновские печи выводятся из эксплуатации.
Техперевооружение мартеновского цеха с сооружением комплекса МНЛЗ направлено на повышение технического уровня и эффективности сталеплавильного производства с внедрением технологии непрерывной разливки стали, что обеспечит существующие трубопрокатные цеха завода качественной исходной литой заготовкой D 340; D 360; D 400 мм; позволит получать товарную заготовку D 150 мм на уровне мировых стандартов; повысит конкурентоспособность выпускаемой продукции на рынках сбыта.
Существующая ранее технология разливки стали в слитки не обеспечивала современные требования к качеству металла; приводила к снижению выхода годного за счет значительных размеров головной (усадочной) и донной обрези; образованию рыхлости головной и срединной частей слитка из-за неравномерности его охлаждения; требовала значительных затрат труда для устранения поверхностных дефектов слитков.
При этом, процесс разливки стали в слитки является одной из трудоемких операций металлургического производства, с высоким процентом ручного труда и тяжелыми условиями работы из-за отсутствия возможности полной механизации и автоматизации процесса.
Для решения проблемы качества исходной заготовки для трубопрокатных цехов завода, увеличения выхода годного металла, снижения брака выпускаемой трубной продукции, получения товарной заготовки, улучшения условий труда работающих осуществляется техперевооружение сталеплавильного производства мартеновского цеха на базе внедрения современного высокоэффективного оборудования и технологии непрерывной разливки стали.
Установленное оборудование пятиручьевой машины непрерывного литья заготовок организационно объединено в одну технологическую линию с существующими мартеновскими печами, машиной для скачивания шлака и двухпозиционной установкой печь – ковш.
Выпуск стали из мартеновских печей производится в два сталеразливочных ковша емкостью по 150 т, с массой металла в каждом примерно 135 т.
Выпуск плавок происходит примерно каждые 3 часа. Затем ковши каждой плавки последовательно проходят внепечную обработку и самоходным сталевозом транспортируются из мартеновского цеха в ОНЛЗ на разливку.
На МНЛЗ предусмотрена отливка круглой заготовки, в т.ч.:
- сечением D 340; D 360; D 400 мм, длиной 3,5 – 12,0 м;
- сечением D 150 мм, длиной 6,0 – 12,0 м.
Конструкция МНЛЗ предусматривает, в перспективе, отливку квадратных заготовок сечением D 150 - 340 мм.
Разливка стали на МНЛЗ производится сериями. В основном, при работе цеха в составе 3-х мартеновских печей, в серии разливается 6 ковшей (3 плавки по 2 ковша).
После разливки серии плавок (ковшей) МНЛЗ останавливается для подготовки к следующей серии. Время подготовки включает время от конца разливки на последнем ручье до готовности МНЛЗ к разливке следующей серии и, в зависимости от разливаемого сечения, составляет от 30 до 75 минут.
С организацией непрерывной разливки стали производственная мощность мартеновского цеха не изменилась и составляет 600 тыс. тонн литой заготовки в год.
Распределение объема производства литой заготовки, с учетом разливаемых сечений и указанием выхода годного, приведено в таблице 1.
Таблица 1 – Распределение объема производства и выход годного
Жидкая сталь, поступающая на разливку из мартеновского цеха после доводки на установке печь-ковш, должна соответствовать следующим технологическим требованиям к химическому составу и температуре:
- содержание элементов и примесей, в т.ч. серы, фосфора, меди и др. должно быть обеспечено в строгом соответствии с требованиями марочного сортамента;
- температура металла в сталеразливочном ковше после внепечной обработки должна обеспечивать температуру металла в промежуточном ковше, замеренную термоэлектрическим способом в зоне крайнего (относительно оси МНЛЗ) разливочного стакана, в пределах 10 – 25 ° С выше температуры ликвидус разливаемой марки стали.
Поступающий на разливку сталеразливочный ковш накрывают крышкой, с целью снижения тепловых потерь металла в процессе транспортировки из мартеновского цеха и при разливке.
Разливка стали на МНЛЗ осуществляется с использованием разли-вочного поворотного стенда г/п 2 х 225 т, предназначенного для установки сталеразливочного ковша с металлом в рабочую позицию и обеспечивающего разливку стали сериями. Стенд оснащен устройством взвешивания для контроля массы металла в сталеразливочном ковше.
Промежуточный ковш рабочей ёмкостью 28 т обеспечивает распределение стали по ручьям, а также выдержку металла для всплытия неметаллических включений с целью исключения их попадания в кристаллизаторы. Для снижения тепловых потерь металла в процессе разливки промковш оснащен крышкой.
Перед установкой промковша с помощью тележки в рабочую позицию разливки, производится разогрев его футеровки до температуры 1100-1200oС.
Для защиты струи металла от вторичного окисления, между стале-разливочным и промежуточным ковшом предусмотрена установка с помощью манипулятора огнеупорной трубы, имеющей систему уплотнения инертным газом, что исключает подсос воздуха.
Поддержание постоянного уровня металла в промковше производится при помощи шиберного затвора стальковша и обеспечивается локальной системой автоматизации, работающей от датчиков массы металла в промежуточном ковше.
В процессе разливки производится как ручное, так и непрерывное измерение температуры расплава в промковше, с выведением получен-ных данных в систему базовой автоматизации.
В процессе разливки из промковша отбираются пробы стали для экспресс-анализа.
С целью обеспечения постоянной скорости разливки и надлежащего качества заготовки, разливка стали из промежуточного ковша в кристаллизаторы производится по технологии «под уровень», через погружные разливочные стаканы, обеспечивающие защиту струи металла от вторичного окисления.
Необходимый уровень металла в кристаллизаторе поддерживается с помощью механизма стопора промковша, связанного с автоматической системой контроля уровня металла, в составе которой используются радиоизотопные уровнемеры с кобальтом 60 в качестве радиоактивного элемента.
Колебания уровня металла в кристаллизаторе не превышают ± 2 мм.
Для разливки применяются трубчатые кристаллизаторы конического (для заготовок D 340; D 360; D 400 мм) или параболического (для заготовки D 150 мм) исполнения.
Медная часть кристаллизатора, представляющая собой трубу длиной 800 мм, рассчитана на обеспечение оптимального контакта между затвердевающей корочкой слитка и медной плитой. По ходу разливки на зеркало металла автоматически подается шлакообразующая смесь фракции 63 - 500 мкм для смазки кристаллизатора.
Каждый кристаллизатор оснащен крышкой (перекрытием) для защиты от брызг металла при переливе.
В процессе разливки кристаллизаторы совершают возвратно-поступательное движение. Резонансный механизм обеспечивает точное направление качания кристаллизатора относительно оси ручья и режим работы со следующими параметрами: амплитуда колебаний ± 1 - ± 6 мм, частота колебаний – 50-300 циклов/мин (в зависимости от скорости разливки).
Каждый кристаллизатор оснащен системой электромагнитного перемешивания стали, включающей ротационную мешалку фирмы «АВВ», что обеспечивает получение однородной структуры слитка.
После выхода из кристаллизатора слиток поступает в зону вторичного водяного охлаждения, обеспечивающую равномерное охлаждение слитка и предохранение его корочки от деформации под действием гидростатического давления. Зона вторичного охлаждения включает ряд роликовых секций для поддержания и направления слитка и коллекторы с распылительными соплами.
После зоны вторичного охлаждения слиток поступает в тянуще - правильный агрегат, расположенный при переходе от радиальной к горизонтальной части МНЛЗ и предназначенный для правки и вытягивания ручья. Тянущие валки, устройства изгиба и выпрямления слитка рассчитаны с учетом допустимых деформаций, с целью получения высокого качества как макроструктуры слитка, так и его поверхности.
Для вытягивания слитка предусматривается цепная затравка, которая хранится в специальном устройстве для приема затравки и перед разливкой задается в кристаллизатор с помощью приводных роликов. Система затравки включает основную цепную затравку длиной примерно 15 м, к которой, в зависимости от разливаемого сечения, присоединяется головка затравки и переходники для сечений D 340, D 360; D 400 или D 150 мм. Отсоединение головной части затравки производится автоматически с помощью специального устройства, после чего затравка транспортируется в исходное положение.
Выпрямленный слиток, после выхода из тянуще-правильного агрегата, промежуточным рольгангом транспортируется к автоматическим машинам газовой резки и поступает на рольганг МГР, предназначенный для поддержания заготовок в процессе порезки.
МГР в количестве 5-ти штук (по одной на ручей) осуществляют по-резку заготовки на заданные длины. Определение длины отрезаемой заготовки производится с помощью смонтированного на МГР устройства измерения длины, в составе которого имеется водоохлаждаемый измерительный ролик.
В процессе порезки заготовки МГР перемещается со скоростью ру-чья, а после окончания резки, с помощью приводного двигателя, на по-вышенной скорости возвращается в исходное положение. Кроме того, при помощи МГР отрезаются головная и хвостовая части слитка. Для всех разливаемых сечений длина головной обрези составляет 0,6 м, хвостовой обрези – 1,2 м.
Отходы, образующиеся при газовой резке заготовки на 5-ти ручьях, головная и хвостовая обрезь слитков по желобам с направляющими листами сбрасываются в два приемных короба. Короба установлены на тележках г/п 10 т, размещаемых в приямке под рольгангом.
Короб габаритами 2,5х5,0х0,95 м предназначен для приема отходов и обрези, образующихся на 3-х ручьях МНЛЗ; короб габаритами 2,5х3,2х0,95 м – от 2-х ручьев. Максимальная длина концевой обрези – 2,0 м.
Тележка, после заполнения короба отходами, выезжает из-под рольганга МГР в зону действия цехового крана, при помощи которого производится замена груженого короба на порожний.
От отдельных заготовок, для контроля макроструктуры слитка по всему сечению, отрезают поперечные темплеты толщиной 150-200 мм и направляют их для анализа в макротемплетную лабораторию.
Для отрезки темплетов перед клеймовочными машинами установлены три передвижные МГР, при помощи которых одновременно можно отрезать темплеты на 3-х ручьях из 5-ти.
Система уборки темплетов и отходов газовой резки аналогична приведенной выше и включает размещаемую в заглублении под рольгангом тележку г/п 5 т с коробом габаритами 1,5х4,0х0,5 м, имеющим карманы для темплетов. При необходимости контроля макроструктуры слитка в ходе разливки, тележка выезжает из-под рольганга.
Темплеты выбираются из карманов короба с помощью консольно-поворотного крана г/п 1 т с навесным магнитом г/п 300 кг и передаются в макротемплетную лабораторию.
Темплеты, а затем и все порезанные на мерные длины заготовки автоматически маркируются 2-мя восьмиразрядными клеймовочными машинами, с указанием на торце марки стали, номера плавки, ручья, текущего номера заготовки.
Одна передвижная клеймовочная машина маркирует заготовки, выпускаемые на 3-х ручьях, другая – на 2-х ручьях. Время клеймения 5-ти заготовок (по одной на каждом ручье) двумя машинами составляет приблизительно 50 сек или 15 сек для одной заготовки.
После маркировки заготовки отводящим рольгангом передаются в зону действия манипулятора г/п 12 т, передвигающегося по рельсам и оснащенного траверсой с С-образными крюками для захвата заготовок.
Дальнейшие действия манипулятора по передаче заготовок зависят от разливаемого сечения.
Заготовка D 150 мм, легко подвергающаяся деформации в горячем виде, с отводящего рольганга манипулятором перекладывается на передаточную решетку г/п примерно 90 т перед кантующим холодильником, имеющую ширину 3,0 м, длину 12,0 м.
Далее заготовка с помощью сталкивателя гидравлического действия передается на кантующий холодильник, имеющий длину 24 м, ширину 12 м и предназначенный для равномерного охлаждения заготовок D 150 мм от температуры 800-850oС до температуры 520-580oС. С этой целью заготовка кантуется на 90oС при каждом шаге в процессе перемещения по механизированному холодильнику.
В конце холодильника заготовка сталкивателем передается на сбо-рочную решетку г/п примерно 90т, шириной 3,0 м и длиной 12,0 м.
Заготовки D 340, D 360; D 400 мм, не требующие обязательного охлаждения на холодильнике, манипулятором снимаются с отводящего рольганга и, минуя холодильник, укладываются на сборочную решетку.
Далее, с помощью шлеппера, заготовки со сборочной решетки передаются на рольганг, которым транспортируются на накопительную (буферную) решетку г/п 360 т, шириной 13,0 м и длиной 11,0 м.
Затем заготовки краном г/п 16 т с лапами на траверсе снимаются с решетки и далее либо временно складируются на отведенных площадях, либо жел. дор. транспортом отгружаются потребителю или в трубопрокатные цеха завода.
Реализация проекта модернизации сталеплавильного производства ОАО «ТАГМЕТ» с внедрением установки непрерывной разливки стали позволила увеличить выход годного, улучшить качество продукции, выпускаемой мартеновским цехом.
© Сапунов С.Ю., Стонога В.А., Стонога А.В., Мотренко С.А., 2010