автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Увеличение производительности машин непрерывного литья заготовок при разливке стали методом "плавка на плавку"

Введение.

ГЛАВА 1. Существующая практика непрерывной разливки стали методом «плавка на плавку».

1.1. Длительность серии и производительность МНЛЗ.

1.2. Качество металла.

1.3. Организация производства.

1.4. Служба основных технологических узлов МНЛЗ.

ГЛАВА 2. Технология получения непрерывнолитых слябов на Магнитогорском металлургическом комбинате.

ГЛАВА 3. Изучение влияния количества плавок, разливаемых в одной серии методом «плавка на плавку», на макроструктуру непрерывнолитого сляба.

3.1. Изучение макроструктуры металла при разливке серий длительностью до 35 плавок.

3.2. Контроль качества макроструктуры металла текущего производства при увеличении количества плавок в серии.

3.3. Влияние настройки кристаллизатора на макроструктуру непрерывнолитых слябов.

3.4. Влияние номера плавки в серии и количества плавок, разлитых через один кристаллизатор, на макроструктуру непрерывнолитых слябов.

ГЛАВА 4. Разработка способов уменьшения длины переходной зоны при разливке в серии стали разных марок.

4.1. Постановка задачи.

4.2. Методика исследования распределения химических элементов по длине переходного участка.

4.3. Разделение плавок методом одновременной замены сталеразливочного и промежуточного ковшей.

4.4. Разделение плавок при помощи стальной пластины.

4.5. Образование разделительного пояса при минимальном остатке металла в промежуточном ковше.

4.6. Плавки с совмещением разных способов разделения.

Проект кислородно-конвертерного цеха Магнитогорского металлургического комбината выполнен Магнитогорским Гипромезом в 1983 г. Проектируемый цех являлся основным звеном реконструкции сталеплавильного производства металлургического комбината, предусматривавшей замену мартеновского способа получения стали кислородно-конвертерным.

Проектом предусматривалось повышенное (до 45 %) содержание лома в шихте конвертерной плавки. Для расплавления увеличенного количества лома предполагалось производить его подогрев в конвертере перед заливкой чугуна с использованием угольного топлива. Проектом была принята комбинированная продувка металла - кислородом сверху и нейтральным газом снизу.

Первая очередь цеха проектной производительностью 5 млн.т слябовой заготовки в год введена в эксплуатацию в декабре 1990 г.

Цех имел два конвертера вместимостью 370 т каждый с выплавкой стали классическим способом (доля лома в шихте 22.23 %, продувка кислородом сверху, использование кусковой извести для наведения шлака); два агрегата доводки стали с основными технологическими операциями -небольшой корректировкой и выравниванием металла по химическому составу и температуре; четыре машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) криволинейного типа для отливки слябов сечением 250х(750.2350) мм с проектной производительностью 1,25 млн. т слябов в год каждая.

Впоследствии дополнительно введены в эксплуатацию третий конвертер, вакууматор порционно-циркуляционного типа, агрегат усреднительного перемешивания металла и агрегат "печь-ковш".

Выплавлялся, в основном, металл обычного сортамента: сталь углеродистая конструкционная качественная и обыкновенного качества, автокузовная, в небольших количествах - низколегированная.

Динамика изменения важнейших показателей периода освоения и эксплуатации цеха приведена в табл. 1.

Таблица 1

Основные показатели кислородно-конвертерного цеха ОАО «ММК» Год 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001

Производство,

1,35 2,51 3,00 3,05 4,29 5,38 5,85 5,98 6,62 7,60 7,90 млн. т

Длительность

60 44 43 41 40 39 38 38 40 41 41 плавки, мин Масса плавки

339 342 335 334 341 350 349 351 354 353 351 в слябах, т

Как следует из представленных в табл.1 данных, к 1999 г проектная производительность первой очереди ККЦ была перекрыта на 20 %. При этом основные параметры конвертерной плавки - масса и длительность плавки -не превышают проектных показателей.

Резкий рост производства в 1997 г был достигнут за счет повышения степени использования конвертеров. Так проектом предусматривалась работа двух установленных конвертеров по схеме «один в работе, другой в ремонте или в резерве». В действительности в 1997 г почти половину всего календарного времени в работе были задействованы оба конвертера.

В 1998 г на каждой МНЛЗ было отлито почти по 1,5 млн.т слябов, причем проектная производительность МНЛЗ была существенно превышена без какой-либо реконструкции.

Увеличение производительности МНЛЗ было достигнуто преимущественно за счет организационных факторов, в числе которых выделяется увеличение количества плавок, разливаемых в одной серии методом «плавка на плавку». В 1997 г средняя длина серии при разливке по методу «плавка на плавку» достигала двадцати ковшей, а в некоторых случаях длина серии превышала 60 плавок. Увеличение количества плавок разливаемых на МНЛЗ в одной серии, а также супцественное расширение сортамента разливаемых сталей привело к росту брака непрерывнолитых слябов по химическому составу вследствие смешивания металла плавок разных марок стали в серии. Так, в 1997 г. больше половины обш;его брака слябов приходилось на брак по химическому составу.

Рост производства и начало строительства третьего конвертера потребовали проведения работ, направленных на дальнейшее увеличение производительности МНЛЗ без существенной их модернизации.

Одним из основных направлений повышения производительности МНЛЗ, явилось увеличение количества плавок, разливаемых в одной серии, так как при этом существенно увеличивалось фактическое время работы МНЛЗ за счет снижения количества циклов переподготовки.

В данной научно-исследовательской работе представлены результаты, полученные в ходе исследования влияния количества плавок, разливаемых в одной серии*А на производительность МНЛЗ и качество получаемой непрерывнолитой заготовки, а также способы, позволяющие снизить брак металла по химическому анализу при разливке методом «плавка на плавку». а В дальнейшем для краткости применяется термин «серийность разливки»

Общие выводы

1. При разливке стали на слябовых машинах криволинейного типа по методу "плавка на плавку" не наблюдается ухудшения макроструктуры слябов или увеличения их химической неоднородности, связанного с длительностью серии. Некоторые колебания качества металла по ходу серии связаны с влиянием других технологических факторов, таких как химический состав металла, подготовка его к разливке, скорость разливки и т.д.

2. Длительность серии при разливке стали на слябовых машинах криволинейного типа по методу "плавка на плавку" может быть доведена до 100. 120 плавок без уменьшения скорости разливки стали и ухудшения макроструктуры слябов.

3. В серии можно разливать сталь разных марок существенно (на порядок и более) отличающихся по содержанию основных химических элементов. При этом на каждом ручье необходимо вырезать участок сляба переходного химического состава.

4. Применение стальных пластин различной конструкции для разделения в кристаллизаторе металла разных марок стали не оказывает существенного влияния на длину переходного участка сляба. В то же время использование стальных пластин для разделения в кристаллизаторе металла разных марок стали приводит к увеличению скорости износа медных стенок кристаллизатора и повышению вероятности возникновения аварийной ситуации. Поэтому осуществлять разделение металла разных плавок пластинами, вводимыми в кристаллизатор нецелесообразно.

5. Наименьп1ую длину переходные участки имеют в том случае, если переход от разливки одной марки стали к другой производится со сменой промежуточного ковша. В этом случае длина переходного участка составляет 6 м (по 3 м до и после разделительного пояса) при большом различии в содержании химических элементов в металле смежных плавок и 3 м (по 1,5 м до и после разделительного пояса) при небольшом различии в химическом составе металла смежных плавок.

6. При переходе от разливки одной марки стали к другой без замены промежуточного ковша длина переходных слябов зависит от массы металла, оставленного в промежуточном ковше, содержания элементов в металле смежных плавок и размеров поперечного сечения отливаемых слябов.

7. При переходе от разливки одной марки стали к другой без замены промежуточного ковша обш;ая масса переходных слябов во всех ручьях равна 2.4-кратной (в зависимости от различия химического состава металла смежных плавок) массе металла, оставленного в промежуточном ковше.

8. Для уменьшения массы переходных участков слябов необходимо снижать массу металла, оставляемого в промежуточном ковше, до 8. 10 т. Дальнейшее снижение массы оставляемого металла недопустимо из-за попадания шлака в кристаллизатор и возникновения аварийной ситуации.

9. Масса переходных участков слябов при разливке в серии разных марок стали с заменой промежуточного ковша или при оставлении минимального количества металла при переходе от одной марки стали к другой, не превышает технологических отходов металла, получаюпцихся при остановке МНЛЗ для подготовке к разливке стали другой марки.

1. Григорьев Ф.Н., Дружинин И.И., Осипов В.Г. Разливка стали методом «плавка на плавку» Металлург, 1962. - №1. С. 22-23.

2. Рыхов Ю.М., Генкин В.Я., Тедер Л.И. Особенности непрерывной разливки стали методом «плавка на плавку» в конвертерном цехе НовоЛипецкого металлургического завода.// Непрерывная разливка стали. -Выпуск №1. М: - Металлургия, 1973. - С. 11-19.

3. Н. Schrewe; Verfahrens und Anlagentechnische entwicklungen beim Stranggiessen von breiten Brammen// Intemationaler Eisenhuttentechnischer Kongress, Dusseldorf. - Vol. 3. - 1974. - P. 38-40.

4. Попандопуло И.К., Михневич Ю.Ф. Непрерывная разливка стали.- М.: Металлургия, 1990. 295 с.

5. Н. Nemoto, Т. Kawawa, et al. On sequence casting of steel. Tetsu to Hagane. Vol. 57. - 1971. - P. 53.

6. Исследование непрерывной разливки стали/ под ред. Дж. Б. Лина. -М.: Металлургия, 1982. 196 с.

7. Достижения в области непрерывной разливки стали.// Труды международного конгресса. Перевод с англ. под ред. Евтеева Д.П., Колыбалова И.Н. М.: Металлургия, 1987. - 245 с.

8. Пат. 5131454 США, МКИа5А В 22 D11/00; №655792; Заявл. 14.02.91 Опубл. 21.07.92; НКИ 164/459

9. Дюдкин Д.А. Качество непрерывной стальной заготовки. Киев: Тэхника, 1990.-134С.

10. Добронравов А.И., Носов С.К., Суспицин В.Г. Предупреждение дефектов непрерывнолитых слитков. Магнитогорск: МГМА, 1997.- 23 с.

11. Weinber F. The ductility of continuosly cast steel near the melting point - hot tearing. - Metallurgical Transactions, 1979. - v.lOB. - P. 219-227.

12. Grey R. G., Perking A., Walker B. Quality of continuously cast slab. -Paper for presentation at the Sheffield international conference on solidification and casting. 18-21 July 1977.

13. Дождиков В.И., Горяинов B.A., Емельянов B.A., Ермолаева Е.И. Математическое моделирование форсуночного охлаждения непрерывного слитка.// В кн. Непрерывное литье стали. М.: Металлургия, 1978. - №5.-С.20-25.

14. О механизме образования трещин на поверхности непрерывнолитых слитков. Ермолаева Е.И., Урбанович Л.И., Угарова СП. и др.//Изв. АН СССР. Металлы. 1981. - №1. - С. 91-94.

15. Исследование охлаждения крупных слябов, отливаемых на вертикальных МНЛЗ. Поживанов A.M., Горяинов В.А., Дождиков В.и. и др. //Сталь. 1979. - №9. - С 64-66.

16. Саррак В.И., Забильский В.В., Разумов С.Д., Уманец В.И, Поверхностные трещины непрерывнолитого слитка и пути предотвращения их образования. Москва: ЦНИИиТЭИЧМ, 1984.-130 с.

17. I. S. I. J., Steelmaking Dept. Conference, 62"'а Session, 1975.

18. Повышение стойкости огнеупоров для непрерывной разливки стали. Карклит А.К., Материкин Ю.В., Фридман Л.Я. и др./ В сб. «Непрерывная разливка стали», №1. -М.: Металлургия, 1973. С. 108-109.

19. Бахчеев Н.Ф., Корнилов В.Л., Суспицын В.Г., Биктагиров Р.К. Опыт металлографического контроля качества непрерывнолитых слябов.// Сталь. 1996. - №10.- С. 20-22.

20. Оценка состояния МНЛЗ на основе контроля макроструктуры непрерывнолитых слябов./ Суспицин В.Г., Биктагиров Р.К. и др.// Совершенствование технологии на ОАО «ММК»: Сб. трудов. ЦЖ. Вып. 2. -Магнитогорск, 1998. С. 96-102.

21. Ефимов H.A., Видяйкин Ю.И., Степанов И.Г. Совершенствование организации и планирования производства в кислородно-конвертерных цехах. М: Металлургия, 1992. 138 с.

22. Бауэр К. X. Современное состояние непрерывной разливки стали.// Черные металлы. 1973. - №6. - С. 18.

23. Нисковских В.М., Карлинский С.Е., Беренов А.Д. Машины непрерьшнолитого литья слябовых заготовок.-М: Металлургия, 1991. 243 с.

24. Мировые тенденции развития сталеплавильного производства в 21 в.// Тр. Межд. Конф. Черная металлургия России и стран СНГ в 21 в. -Москва, 1994. М.гМеталлургия, 1994. - т.2. - 160 с.

25. Основные направления развития процесса непрерывной разливки слябовых заготовок.// Тр. 1-го контр. Сталепл.: Москва, окт. 1992. М.: ОАО институт «Черметинформация». - 1993. - 263 с.

26. Щвертфегер. Металлургические проблемы при непрерывном литье стали.// Черные металлы. 1978. - №6. - С.З.

27. Реллеймеер X., Яух Р., Рюттингер К. Результаты исследований процесса непрерывной разливки стали.// Черные металлы. 1983. - №9. -С.37.

28. Улучшение качества непрерывнолитых слябов. Поживанов A.M., Шаповалов А.П., Климнов Ю.С. и др. // Сталь. 1984. - №8. - С.25-27.

29. Структура и неметаллические включения непрерывнолитого слитка стали, стабилизированной алюминием. Манохин А.И., Носоченко О.В., Матевосян E.H. и др. // Сталь. 1970. - №12. - С.81-84.

30. Евтеев Д.П. Совершенствование технологии непрерывной разливки стали и улучшение качества слитка.// Сталь. 1979. - №12. - С.910 -911.

31. Штайнметц Э., Линденберг Х.У., Лее Ю. Образование внутренних треш,ин при непрерывной разливке коррозионных и жаростойких сталей.// Черные металлы. 1985. - №20. - С.29.

32. Улучшение качества непрерывнолитой заготовки для толстолистового проката. Паршин В.М., Булянда А.А, Немов И.Ф. и др. // Сталь. 1988.- №2. - С.28-32.

33. Евтеев Д.П., Паршин В.М., Сауткин И.М., Фульмахт В.В. Повышение качества непрерывнолитого слитка.// Сталь. 1977. - №10. -С. 95-97.

34. Дюдкин Д.А., Гончаров Н.В., Носоченко О.В., Шукстульский И.Б. Влияние технологических параметров на неоднородность непрерывнолитой заготовки.// Сталь. 1982.- №9. - С.45-48.

35. Флендер Р. Образование внутренних трещин в непрерывнолитых заготовках.// Черные металлы. 1982.- №23. - С.24.

36. Этьен А., Франссен Р., Птрле Р. Влияние вторичного охлаждения при непрерывном литье на выпучивание граней и микроструктуру слябов.// Черные металлы. 1987. - №20. - С. 18.

37. Харстс К., Такке Т.Г. Критерии расчета слябовых МНЛЗ с высокими требованиями к качеству непрерывнолитой заготовки.// Черные металлы. 1998.- №4. - С.24.

38. Причины образования осевых трещин в слябах, отлитых на криволинейных МНЛЗ. Малиночка Я.Н., Есаулов B.C., Носоченко О.В. и др.// Сталь. 1984. - №1. - С.32-33.

39. Освоение МНЛЗ в ККЦ завода «Азовсталь». Носоченко О.В., Рыхов Ю.М., Юдкин Д.А. и др. // Сталь. 1980. - №4. - С.79-81.

40. Совершенствование технологии непрерывного литья слябов и крупных блюмов за рубежом.// Обзорная информация института Черметинформация , сер. Сталеплавильное производство, вып. 5.-М.: Металлургия, 1983.

41. Конференция фирм «Фест-Альпине» по непрерывной разливке стали.// Черные металлы. 1984. - № 10. - С. 19.

42. Шперль X. Конференция по МНЛЗ фирмы «Маннесман».// Черные металлы. 1986. - №26. - С.8.

43. Повышение качества непрерывнолитых заготовок особо низкоуглеродистой стали. Цветков М.А., Савченко В.В., Чернавин СБ. и др. //Сталь. 1989. - №1. - С.28 - 30.

44. Особенности напряженно-деформированного состояния непрерывнолитых слябов. Глазков А.Я., Понченко И.Г., Андреенко O.K., Белкин Е.Л. // Сталь. 1987. - №9. - С34-37.

45. Определение деформации корки непрерывнолитых слябов в роликовой зоне МПЛЗ. Сталь, 1986, №8, С21

46. Производство стали в 300-т конверторах НЛМЗ.// Черная металлургия. Бюллетень НТИ.- 1978.- №23. - СЗ

47. Улучшение качества литых слябов путем совершенствования технологии непрерывной разливки стали.// Черная металлургия. Бюллетень НТИ.-1982.-№18.-С.51.

48. Разработка системы контроля технологической оси и раствора роликов вертикальной МНЛЗ.// Материалы 1-й международной технической конференции «Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства». Череповец. - 1998. - С.46-48.

49. Влияние настроечных размеров кристаллизатора на качество макроструктуры непрерывнолитого сляба. Бодяев Ю.А., Горосткин СВ., Филиппова В.П.// Совершенствование технологии на ОАО «ММК»: Сб. трудов. ЦЖ . Вып. 4. Магнитогорск, 2000. - С. 93-98.

50. Бахнэр Э. Условия затвердевания и температурное поле в кристаллизаторе МНЛЗ.//Черные металлы. 1976. - №5. - С. 3.

51. Шюрмен Э., Фига Л., Кайзер Х.П. и др. Влияние качания кристаллизатора на качество поверхности непрерывнолитого сляба.//Черные металлы. 1986. №22. С.27-33.

52. Достижения в области непрерывной разливки стали: Труды 4-го международного конгресса./ Перев. С англ. М.: Металлургия, 1987. - 224 с.

53. I.S.I.J., SteelmakingDept. Conference, 63rd Session, 1976.

54. Непрерывное литье стали. Труды международной конференции. Пер. с англ./ под. Ред. И.Н. Колыбалова и Б.Е. Гуревича М.: Металлургия, 1982.-480 с.

55. Дубров Н.Ф., Власов Н.Н., Корроль В.В. Разливка стали. М.: Металлургия, 1975. 199 с.

56. Теория непрерывной разливки. Рутес B.C., Аскольдов В.И., Евтеев Д.П. и др. М.: Металлургия, 1971.-294 с.

57. Максимей И.В. Имитационное моделирование на ЭВМ.-М:Радио и связь, 1988.-160 с.

58. Непрерывная разливка стали в заготовки крупного сечения/ Чижиков А.Н., Перминов В.П., Иохимович В.Л. и др. М.: Металлургия, 1970.- 136 с.

59. Дефекты стали: Справочник/ Под ред. С. М. Новокшеновой и М.Н. Виноград. М.: Металлургия, 1984.-200 с.

60. Матвеенко И.В., Тарский В.А. Оборудование литейных цехов. М.: Машиностроение, 1985. 400 с.

61. Влияние конструктивных и технологических параметров МНЛЗ на качество слябов. Нисковских В.М., Карлинский СЕ.// Создание и исследование сталеплавильных агрегатов и МНЛЗ высокой производительности. М.: ВНИИметмаш, 1981. С.30-34.

62. Стальное литье: Справочник. М.:Машгиз, 1961.-127 с.

63. Тепловые процессы при непрерывном литье стали.// Ю.А. Самойлович, С А. Крулевецкий, В. А. Гонряйнов и др. М.: Металлургия, 1982.- 152 с.

64. Правила технической эксплуатации механического оборудования машин непрерывного литья заготовок. М.: Металлургия. 1991. -235 с.

65. Нисковских В.М., Карлинский С.Е., Беренов А.Д. Машины непрерывного литья слябовых заготовок.- М: Металлургия, 1991. 240 с.

66. Отливка сортовой заготовки на восьмиручьевых установках непрерывной разливки стали. Каменский Ю.А., Голованов В.П., Дружинин В.П. и др./ В сб. «Непрерывная разливка стали». №1. М.: Металлургия, 1973. С.71-76.

67. Скворцов A.A., Акименко А.Д. Теплопередача и затвердевание стали в установках непрерывной разливки. М.: Металлургия, 1966. 190 с.

68. Нисковских В.М., Карлинский СЕ. Воздействие различных параметров на качество непрерывнолитого сляба.//Сталь. 1983. №12. С.33-35.

69. Энгоян A.M., Шустрович В.М. Выбор параметров качания кристаллизатора с учетом дополнительных воздействий на систему кристаллизатор-слиток// Сталь, 1981. №72. С.39-41.

70. Самойлов Ю.А. Системный анализ кристаллизации слитка. -Киев: Наукова думка, 1983. 248 с.

71. Нисковских В.М., Денисов Ю.В., .Карлинский СЕ. Влияние термоупругих колебаний роликовой зоны вторичного охлаждения МНЛЗ на качество слитков//Сталь. 1981. №3. С.22-24.

72. Карлинский С.Е., Денисов Ю.В. Определение деформации корки непрерывнолитых слябов в роликовой зоне МНЛЗ.//Сталь.1986. №8. С. 21-24.

73. Оценка состояния МНЛЗ на основе контроля макроструктуры непрерывнолитых слябов./ Суспицин В.Г., Биктагиров Р.К., Корнеев В.М. и др. // Совершенствование технологии на ОАО "ММК". Сб. трудов ЦЖ. Вып. №2. Магнитогорск 1998. С. 102-109.

74. Результаты освоения технологии вакуумирования стали на комбинированной установке в ККЦ ОАО «ММК»./ Бодяев Ю.А., Коротких

75. В.Ф., Сарычев А.Ф. и др.// Совершенствование технологии на ОАО "ММК". Сб. трудов ЦЖ. Вып. №2. Магнитогорск 1998. С. 67-79.

76. Совершенствование работы ЗВО МНЛЗ в ККЦ ОАО «ММК»./ Тахаутдинов P.C., Горосткин СВ., Носов А.Д. и др.// Совершенствование технологии на ОАО "ММК". Сб. трудов ЦЖ. Вып. №3. Магнитогорск 1999.-С. 118-122.

77. Влияние количества плавок в серии на качество металла/ Моренко В.А., Юречко Д.В., Филиппова В.П., Суспицин В.Г.// Совершенствование технологии на ОАО «ММК»: Сб. трудов ЦЛК. Вып. 1. -Магнитогорск, 1997.-С 83-86.

78. Кнойтек М., Войта Р., Шефц Й. Анализ металлургических процессов методом математической статистики. М.: Металлургия, 1968 г. -212 с.

79. Ногтев В.П., Юречко Д.В., Сатосин М.В. Сопоставление эффективности шлакообразующих смесей путем измерения силы трения в кристаллизаторе.// Сталь. 1999. -№11. - С. 25-26.

80. Ногтев В.П., Сарычев А.Ф., Горосткин СВ., Юречко Д.В. К вопросу о выборе состава шлакообразующей смеси для непрерывной разливки стали// Совершенствование технологии на ОАО «ММК»: Сб. трудов ЦЖ. Вып. 5. Магнитогорск, 2001. - С 90-97.

81. Исследование влияния состава шлакообразующей смеси на усвоение углерода сталью. Ногтев В.П., Сарычев А.Ф., Горосткин СВ., Юречко Д.В.// Сталь.- 2002.- №1.- С.22-25.

82. Пробоотбор жидкой стали из кристаллизаторов МНЛЗ./ Алексеев В.Л., Корнеев В.М., Горосткин СВ. и др.// Совершенствование технологии на ОАО «ММК»: Сб. трудов ЦЖ. Вып. 1. Магнитогорск, 1997. - С. 80-83.

83. Разделение плавок разных марок сталей одновременной заменой промежуточного и сталеразливочного ковшей / Юречко Д.В., Горосткинсв., Корнеев В.М. и др.// Совершенствование технологии на ОАО «ММК»: Сб. трудов 1ДЖ. Вып. 3. Магнитогорск, 1999. - С. 106-110.

84. Выбор способов разделения плавок сталей, разливаемых в одной серии. Юречко Д.В., Чебыкин Д.В., Корнеев В.М. и др. // Сталь.- 1999.-№11.-0.22-23.