автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Разработка, модернизация и промышленное освоение новых конструкций технологических узлов высокоскоростных машин непрерывного литья сортовых заготовок

Введение.

Глава I Высокопроизводительные МНЛЗ для производства сортовых заготовок.

Глава II Модернизация узлов 6-ти ручьевой МНЛЗ Молдавского металлургического завода.

Глава Ш Исследование взаимодействия тянуще-правильного устройства (ТПУ) с непрерывно-литой заготовкой.

3.1 Анализ температурного и фазового состояния непрерывнолитой заготовки.

3.2 Энергосиловые параметры тянуще-правильного устройства.

Глава IV Разработка и освоение новой конструкции тянуще-правильного устройства.

Глава V Технико-экономические показатели эксплуатации модернизированной МНЛЗ.

В мировой металлургической практике к 80-ым годам прошлого века определились экономические преимущества мини заводов с объемом производства 0,5.1,5 млн. т проката в год. Особенно широко такие заводы сооружались для производства мелкосортного проката.

В 1985 году на территории СНГ были сооружены и введены в промышленную эксплуатацию первые три минизавода - в Молдавии, на Дальнем Востоке и в Белоруссии. Эти предприятия предназначались для производства мелкосортного проката. Каждый завод имел в своем составе электросталеплавильный цех с двумя электродуговыми печами емкостью 100 т, две 6-ти ручьевые машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), отливающие заготовки 125x125 мм, и мелкосортно-проволочный непрерывный прокатный стан. Проектная мощность завода составляла ~ 700 тыс. т в год, что соответствовало мировому техническому уровню сталеплавильного производства периода проектирования и строительства этих заводов.

Один из этих заводов (Белорусский) был сооружен «под ключ» передовыми и наиболее опытными западными фирмами «Vôest Alpine» (Австрия) и «Danieli» (Италия). Два других были спроектированы и сооружались отечественными институтами и предприятиями. (Оборудование прокатного стана для этих заводов было поставлено предприятиями ГДР). Проект МНЛЗ был разработан ВНИИМЕТМАШ [1].

Молдавский металлургический завод (ММЗ) адаптировался в новых экономических условиях, освоил технологию, усовершенствовал оборудование и достиг наиболее высоких технико-экономических показателей производства. Это обеспечило заводу конкурентоспособные позиции на мировом рынке.

В последующие годы в мировой практике сталеплавильного производства были разработаны и промышленно освоены новые решения, которые привели к коренному увеличению производительности и улучшению технико-экономических показателей. Эти решения постоянно внедрялись на ММЗ.

Благодаря существенному увеличению мощности печных трансформаторов, использованию альтернативных источников энергии в печи, внедрению агрегатов «печь-ковш», новых конструктивных решений собственно печи, производительность одной электродуговой печи емкостью 100. 120 т достигла 1 млн. т в год. Новая технология и конструктивные решения позволили обеспечить повышенные жесткие требования по температуре, химсоставу и т.д., предъявляемые к жидкой стали, предназначенной для разливки на МНЛЗ. Одновременно решалась задача соблюдения жесткого графика цикличности подачи ковшей с металлом для обеспечения серийности разливок на МНЛЗ.

Параллельно с развитием сталеплавильной технологии на заводе реализовывались усовершенствования технологии непрерывного литья, а также соответствующая модернизация конструкции узлов МНЛЗ и вспомогательных систем для увеличения производительности и сокращения производственных издержек. Одновременно велась работа по повышению качества непрерывнолитых заготовок, повышению выхода годного и расширения марочного сортамента для удовлетворения потребностей рынка в качественном прокате.

Усовершенствование конструкции узлов МНЛЗ проводилось специалистами Молдавского завода с участием ВНИИМЕТМАШа.

Автор настоящей работы принимал активное участие на всех этапах реконструкции механического оборудования электросталеплавильного, разливочного и прокатного производств. Автор обеспечивал выбор направ

Рис. 1 Машина непрерывного литья заготовок на Молдавском металлургическом заводе. ления реконструкции, выдачу исходных данных и технических заданий, проектирование, изготовление оборудования, его монтаж и освоение.

В настоящей работе рассматриваются результаты коренной реконструкции основных технологических узлов 6-ти ручьевой машины непрерывного литья сортовых заготовок (МНЛЗ) Молдавского металлургического завода (рис. 1) и, в частности, разработка новой конструкции тянуще-правильного устройства МНЛЗ (теоретическое обоснование, создание и освоение оборудования).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На Молдавском металлургическом заводе произведена коренная реконструкция существующей машины непрерывного литья заготовок, в результате которой модернизированы основные технологические узлы МНЛЗ:

- ковши промежуточные;

- кристаллизаторы;

- механизмы качания кристаллизаторов (патент на изобретение №2264275);

- камера, направляющие секции и система форсуночных коллекторов зоны вторичного охлаждения;

- затравки и механизмы их уборки;

- уборочные устройства.

2. Реконструированное оборудование 6-ти ручьевой МНЛЗ обеспечивает эксплуатацию со следующими технико-экономическими показателями:

- средняя рабочая скорость литья, м/мин 3,8.4,2

- время разливки плавки весом 120 т, мин ~ 50

- коэффициент времени горячего использования МНЛЗ 0,91

- среднее число плавок в серии, шт. 10. 12

- выход годных заготовок от жидкой стали 0,98

- освоено производство заготовок из качественных марок стали кордовая, канатная и др.

- годовая производительность комплекса ДСП-«ковш-печь»-МНЛЗ, т более 1 млн.т

3. Реконструкция узлов МНЛЗ была направлена на:

- обеспечение технологии высокоскоростного непрерывного литья при возможно большом числе плавок в серии;

- расширение марочного сортамента в сторону качественных марок;

- обеспечение термической стойкости узлов при длительной непрерывной разливке;

- сведение к минимуму непроизводительных потерь времени на выполнение плановых ремонтов, замену сменных узлов и подготовку МНЛЗ к приему серии плавок;

- комплексную автоматизацию управления МНЛЗ.

4. Выполнен анализ взаимодействия валков тянущих устройств с непрерывнолитой заготовкой:

- разработана методика оценки энергосиловых параметров процесса вытягивания;

- рассмотрено влияние тянущих устройств на напряженно-деформированное состояние заготовок и качество их макроструктуры;

- выработаны исходные требования к конструкции тянуще-правильных устройств для высокоскоростных сортовых МНЛЗ.

5. Разработана и освоена оригинальная конструкция полно-приводной валковой тянущей клети. Конструкция защищена патентом на изобретение № 2247004.

6. Все конструкторские разработки усовершенствования МНЛЗ выполнялись совместно специалистами Молдавского металлургического завода и ВНИИМЕТМАШа с участием автора. Новое оборудование узлов изготовлено на машиностроительных предприятиях СНГ.

7. Разработанные конструктивные решения отдельных узлов МНЛЗ были использованы в качестве базовых при проектировании и освоении новых и реконструкции существующих МНЛЗ на ряде металлургических предприятий СНГ - «Амурметалл», Енакиевском, Бакинском, Волжском трубном, Нижнесергинском, Лиепайском, Белорусском и др.

113

Заключение

В результате анализа взаимодействия ТПУ с заготовкой при вытягивании на МНЛЗ, разработана новая конструкция полноприводного тянуще-правильного устройства, обеспечившая стабильную работу МНЛЗ при высокоскоростной непрерывной разливке сериями с большим числом плавок.

ТПУ обеспечивает получение заготовок с требуемым качеством геометрии, наружной поверхности и макроструктуры.

Новая конструкция позволила обеспечить стабильное вытягивание заготовки при давлении масла в гидроцилиндрах в пределах 15.20 ати, а по затравке 30.35 ати. Эти величины в 2.4 раза меньше, чем на ТПУ первоначальной конструкции.

Разработанная конструкция ТПУ с системами гидропривода, охлаждения и смазки в течение многолетней эксплуатации на МНЛЗ ММЗ показала высокую безаварийную работу.

Регламентная замена валковых блоков производится для переточки валков не чаще одного раза в год.

Разработанная конструкция ТПУ защищена патентом на изобретение Российской Федерации № 2247004 [52]. Конструкция рекомендуется для применения на вновь создаваемых и реконструируемых МНЛЗ.

ГЛАВА V. ТЕХНИКОЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЭКСПЛУАТАЦИИ МОДЕРНИЗИРОВАННОЙ МНЛЗ

Постоянное совершенствование технологии и организации производства, а также модернизация оборудования обеспечили существенное улучшение технико-экономических показателей эксплуатации МНЛЗ.

Значительно увеличен объем производства непрерывнолитых заготовок (рис. 5.1). Расширен марочный сортамент, включающий в настоящее время высокоуглеродистые и легированные марки стали. Выход годных заготовок достигает 98,7%, рис. 5.2. Улучшено качество макроструктуры, а также геометрии сечения и качество наружной поверхности заготовок.

Сокращены потери и издержки производства - снижен расход огнеупоров, рис. 5.3, увеличена стойкость гильз кристаллизаторов, рис. 5.4. Снижены до минимума потери ручьев, рис. 5.5. Значительно увеличен фонд рабочего времени, рис. 5.6. Коэффициент горячего использования МНЛЗ «металл в кристаллизаторе» достигает 91 %. Существенно улучшены основные показатели работы МНЛЗ, такие как среднее время разливки плавки, рис. 5.7, число разливаемых плавок непрерывно в серии, рис. 5.8.

Однако несколько выросли расходы на ремонты, рис. 5.9. Увеличение затрат на ремонтные работы очевидно связано с существенным увеличением времени горячего использования оборудования, затрат на подготовку сменных узлов и обслуживание МНЛЗ, вызванных увеличением производительности.

Достигнутые показатели производства позволили Молдавскому заводу стать базой для обучения персонала развивающихся производств металлургических предприятий СНГ. ММЗ силами своих специалистов оказывает металлургическим заводам услуги по разработке инжениринговых решений модернизации и развития сталеплавильного производства. На ММЗ организовано обучение персонала по всем специальностям новых производств.

Для разработки и поставки оборудования MHJ13 был организован консорциум в составе НКМЗ-ММЗ-ВНИИМЕТМАШ. Основой для разрабатываемых консорциумом MHJI3 служит опыт, накопленный ММЗ при освоении и модернизации 6-ти ручьевой МНЛЗ. Разработанные решения были использованы при создании и освоении МНЛЗ Енакиевского метзавода, а также при модернизации МНЛЗ на заводах Амурметалл, Бакустил, Сулинском, Волжском, Нижнее-Сергинском, Волгоградском «Красный Октябрь» и др. х х О Iсо

1200000

1000000

800000

§ 600000 н о Ч

§ 400000 о

О а

200000

1998 год

1999 год

2004 год

Рис. 5.1 Годовой объём производства НЛЗ на СЗАО «ММЗ» 5

Ж Ш О л « о X к 2 со

100 98 96 94 92 90 88 86 84 82 80

97,7

98,4

98,7

1998 год

1999 год

2004 год Выход годной заготовки к жидкой стали I ■ Выход годной заготовки к металлошихте'

Рис. 5.2 Выход годной заготовки на СЗАО «ММЗ»

Рис. 5.3 Расход огнеупоров промковшей к О а га с; с рГ Л с 2

350

300

250 -

200 л 150 и § 5 О 6

100

50

326,8

264,3

1998 год

1999 год

2004 год

Рис, 5.4 Средняя стойкость гильз кристаллизаторов на МНЛЗ на СЗАО «ММЗ» ш и Л Г о. х а 0) ь о с

1,8 1,6 1.4 1,2 1

0,8 0,6

0,4 -Ь 0,2 0

1,6

0,8

1998 год

0,9

0,5

0,41

0,18

1999 ГОД

2004 год Потери ручьёв от подготовленных общие □ Потери ручьёв из-за прорывов

Рис. 5.5 Потери ручьёв нгМНЛЗ СЗАО «ММЗ» ж о н >. о X ф г ф а ш

340 330 320 310 300

280 290 а> т о ю сд

О- 270 ч о 260 е

250

328,51

287,54

276,76

1998 год

1999 год

2004 год

Рис. 5.6 Фонд рабочего времени по годам на СЗАО «ММЗ»

1998 год

1999 год

2004 год

Рис. 5.7 Среднее время разливки плавки на МНЛЗ СЗАО «ММЗ» 8 12 го С ю

К О К с « а а и о

X >5 а г о к к X

Ч ф о. о 0

11

6,5

5,1

- 1 — г

1998 год

1999 год

2004 год

Рис. 5.8 Средняя серийность разливки на МНЛЗ СЗАО «ММЗ»

70000 ь 60000 о ю

О. 50000 д>

Е 40000 х о

§ 30000 о. 20000 ь а 10000 га со 0

62806

Я73Я9 42172

1998 год I 1999 год 2004 год

Рис. 5.9 Затраты на ремонтные работы.

Ill

1. Белитченко А.К., Ротенберг A.M. и др. Шестиручьевые радиальные МНЛЗ для производства сортовых заготовок на Молдавском металлургическом заводе. Сталь, № 2, 1990, с.30-32.

2. Юзов О.В., Седых А.Н. Мировые тенденции развития мини-заводов// Электрометаллургия, № 6,2000, с.2-6.

3. Минаев А.А., Смирнов А.Н. и др. Высокоэффективные технологические модули основа реструктуризации сталеплавильных комплексов// Металл и литье Украины, № 5-6, 2001, с.7-10.

4. Лука Мотгес (ф-ма Даниели) «Минизаводы последнего поколения» доклад на семинаре в Москве 15-17.02.05. Электрометаллургия, № 5, 2005, с. 45-47.

5. Pavlicevic (М.) et al. Innovative high-speed continuous casting technology with adaptable mould, METEC Book 94 (1994), p. 62-69.

6. Censini (C.) et al. High speed casting with a new mould. Metallurgical Plant Technology International (Ltcember 1995). P. 52-57.

7. Brimacombe (J.K.) et al. Optimum design and operation of moulds for the continuous casting of steel billets. 5th International Iron and Steel Congress (April 6-9. 1986), p.409-424.

8. Шифрин И.Н., Целиков А.А., Ганкин В.Б. О природе образования внутренних трещин при деформации непрерывного слитка в двухфазном состоянии. Сб. «Прогрессивные способы получения стальных слитков», Киев, ИПЛ, 1980, с. 17.30.

9. Шифрин И.Н., Целиков А.А., Данилов В.Л. Конструктивные параметры МНЛЗ и их влияние на образование внутренних трещин в непрерывно-литых заготовках. Сб. « Новое в создании металлургических машин». М., ВНИИМЕТМАШ. 1984, с. 21-28.

10. Либерман А.Л. Отливка мелкосортных заготовок на УНРС. Электрометаллургия, № 9,2004, с. 17-22.

11. Nova I., Supchik J. Development of breakours on CCM № 3 in the company1.pat Nova Hut a.s. Conference proceedings Continuous casting of billets and modeling of steelmaking processes. Oct. 2003, Trinec (Czech Repuublic).

12. Michalek K. Application of physical and numerical modeling to the metallurgical processes optimization. Mining College, Ostrava. 2001.

13. Thomas B.G. Modelling study of inrermixing in tundish and strand during a continuous-casting grade transition. Steelmaking Conference Proceedinga, 1996. S. 519-531.

14. Cristallini et al. Improvements of billet internal quality by means of soft reduction technique. Steelmaking Conference Proceedings. V.77 .Chicago, 1994.

15. Ludlow V. et al. Strategy to minimize central segregation in high carbon steel grades curing billet casting. 4th European Continuous Casting Conference. 2002. P. 430-442.

16. Bulkowski. Et al. Modernization of the 3-strand CCM. Conference proceedings Continuous casting of billets and modeling of steelmaking processes. Oct. 2003, Trinec. P. 69-87.

17. Continuous Casting of Steel, CRM, Brussels, 1986.

18. Odorico M., Salvador G., Poboni R. "Endless Welding Rolling Process" Danieli Technology Book. 2004. P. 262-269.

19. Паршин B.H., Куклев A.B. Разработка и внедрение отечественных технических решений для создания УНРС мирового уровня и модернизации действующих УНРС на предприятиях черной металлургии. Электрометаллургия, № 9,2004, с.2-8.

20. Хорбак У., Коккентидт И., Юнг В. Скоростное литье сортовых заготовок через кристаллизаторы с параболической конусностью. Черные металлы, май, 1998, с. 19-25.

21. Andre, Steven, Sowka. Bloom casting with soft reduction. Mannesman Coutinus Casting Conference, 30.08-1.09.95 Düsseldorf.

22. Фрауэнхубур К., Сабол, Бусвик С., Феррарио Д. Ввод в эксплуатацию литейных агрегатов и прокатных станов для длинномерной продукциифирмой «VAI POMINI MPT», Металлургическое производство и технология металлургических процессов, 2003, с. 34-40.

23. Киреев В.Н. Усовершенствование и промышленное освоение высокопроизводительных MHJI3. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. Научный руководитель Ротенберг A.M., ВНИИМЕТМАШ, 1994.

24. А.К. Белитченко. «Выход на новый уровень развития». Сталь, № 1, 2000, с.4-6.

25. Баначенков В.Г., Белитченко А.К. и др. «Улучшение работы мощных электропечей ДСП-100И6 на Молдавском металлургическом заводе». Сталь, №4, 1990г., с. 36-38.

26. Баначенков В.Г., Белитченко А.К., Белов Ю.А., Ротенберг A.M. «Опыт модернизации сортовой MHJI3». Сталь, № 1, 2005, с.71-75.

27. Белитченко А.К., Ротенберг A.M. и др. Авт. Свидетельство № 1514468 «Промковш МНЛЗ». БИ. 1989 N38 с. 47.

28. Белитченко А.К., Ротенберг A.M., Шифрин И.Н., Шахов С.И. и др. Промышленная система ЭМП в кристаллизаторе сортовых МНЛЗ. Тяжелое машиностроение, № 5,2002, с.7-9.

29. Пат. № 2058213 Кристаллизатор MHJI3 /Ротенберг A.M., Шифрин И.Н., Киреев В.Н. и др.//Опубл. 20.04.1996. БИ. 1996 N11 с. 149.

30. Пат. № 2160177 Устройство для перемешивания металла в кристаллизаторе /Ротенберг A.M., Шифрин И.Н., Солодовник Ф.С. и др. // Опубл. 12.10.2000. БИ. 2000 N34 с. 213.

31. Р. Кель и др., Освоение устройства качания кристаллизатора Динафлекс на предприятии «Лех-Штальверке», Сталь, 2001, № 2, с. 52-55.

32. Пат. 2264275 Механизм качания кристаллизатора машины непрерывного литья заготовок /Баначенков В.Г., Киреев В.Н., Ротенберг A.M. и др. //Опубл. 20.11.2005. БИ. 2005 N32. с. 393-394 .

33. Пат. 2243061. Механизм качания кристаллизатора /Белобров Ю.Н., Баначенков В.Г., Плугатарь B.C. и др. // Опубл. 27.12.2004. БИ. 2004 N36. с. 762.

34. М.Нисковских, С.Е.Карлинский, А.Д.Беренов. Машины непрерывного литья слябовых заготовок. М.: Металлургия, 1991. - 272 с.

35. Зубарев А.Г. Теория и технология производства стали для MHJI3. М.: Металлургия, 1986. - 232 с.

36. Борисов В.Т. Теория двухфазной зоны металлического слитка. М.: Металлургия, 1987.

37. Тепловые процессы при непрерывном литье стали / под ред. Ю.А.Самойловича. М.: Металлургия, 1982. - 152 с.

38. Емельянов В. А. Тепловая работа машин непрерывного литья заготовок. -М.: Металлургия, 1988. 143 с.

39. Машины непрерывного литья заготовок. Теория и расчет /Л.В.Буланов, Л.Г.Корзунин, Е.П.Парфенов и др. Екатеринбург: Марат, 2003. - 320 с.

40. Стальной слиток. Т.1. Управление кристаллической структурой / Ю.А.Самойлович, В.И.Тимошпольский, И.А.Трусова и др. Минск: Беларуская навука, 2000. - 583 с.

41. Нехедзи Ю.А. Стальное литье. М.: Металлургия, 1948. - 766 с.

42. Целиков А.И., Никитин Г.С., Рокотян С.Е. Теория продольной прокатки. М.Металлургия, 1982. 334 с.

43. Клименко В.М., Онищенко A.M. Кинематика и динамика процессов прокатки. М.: металлургия, 1984. 232 с.

44. Лякишев Н.П., Шалимов А.Г. Развитие технологии непрерывной разливки стали. М.: Элиз, 2002. 208 с.

45. Работнов Ю.Н. Ползучесть элементов конструкций. М.: Наука, 1963. 545 с.

46. Малинин H.H. Прикладная теория пластичности и ползучести. М.: Машиностроение, 1975. 420 с.

47. Ротенберг A.M., Белитченко А.К. и др. Тянуще-правильные машины шестиручьевых MHJI3 Молдавского метзавода. Сталь, № 7, 1990, с.32-34.

48. Баначенков В.Г., Григорьев В.Е., Ременюк Ю.П. и др. «Внедрение системы «масло воздух на СЗАО Молдавский металлургический завод»». Теория и практика металлургии, Украина, №1,2006г., с. 26.

49. Пат. 2247004 Тянущее устройство машин непрерывного литья заготовок /Баначенков В.Г., Ротенберг A.M., Шифрин И.Н., Смоляков A.C. и др. // Опубл. 27.02.2005. БИ. 2005 N6. с. 694-695.