CC BY
41
МЕТАЛЛУРГИЯ СТАЛИ
УДК 621.746.5.047 Долматова О.Л., Столяров А.М.
АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОДНОРУЧЬЕВОЙ СЛЯБОВОЙ МНЛЗ КРИВОЛИНЕЙНОГО ТИПА С ВЕРТИКАЛЬНЫМ УЧАСТКОМ
Аннотация. Производительность любого сталеплавильного цеха, в том числе и кислородно-конвертерного, лимитируется пропускной способностью отделения непрерывной разливки стали. Поэтому задача повышения производительности машин непрерывного литья заготовок всегда является актуальной. При помощи математического моделирование произведена оценка влияния нескольких факторов на суточную производительность одноручьевой слябовой МНЛЗ криволинейного типа с вертикальным участком.
Ключевые слова: трубная сталь, непрерывная разливка, МНЛЗ, производительность, параметры разливки, сравнение влияния.
В работе в качестве базовой машины принята одноручьевая слябовая МНЛЗ кислородно-конвертерного цеха ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» [1-9]. Данная МНЛЗ производства фирмы «SMS Siemag» имеет следующую техническую характеристику:
Тип МНЛЗ
Количество ручьев, шт. Годовая проектная производительность, млн. т слябов Размеры отливаемых слябов (мм): толщина ширина длина
Металлургическая длина машины, м Длина вертикального участка, м Главный радиус кривизны машины, м Максимальная скорость вытягивания (по механизмам), м/мин Максимальная скорость вытягивания толщиной 190, 250, 300 мм, м/мин: низкоуглеродистая сталь перитектическая сталь Вместимость сталеразливочного ковша, т
Вместимость промежуточного ковша, т
Высота медных стенок кристаллизатора, мм Частота качаний кристаллизатора,кач./мин Амплитуда качания
© Долматова О.Л., Столяров А.М., 2016
Криволинейная с вертикальным участком 1
1,65
190, 250, 300 1400-2700 4100-12000 или 2500-4100 34,2
около 2,7 11
2,5
слябов
2,0; 1,4;
1,45; 1,3;
1,0 0,8
370 50 900 до 300
кристаллизатора, мм до 3,5
Сгибание и разгибание сляба в 7 точках
Количество сегментов в ЗВО, шт. 5 Система вторичного охлаждения:
сегменты 1-10 вода-воздух
сегменты 11-15 вода
Отметка разливочной площадки, м около 13,8
Несомненными достоинствами машины являются наличие достаточно протяженного вертикального участка и большой базовый радиус изгиба технологического канала. МНЛЗ имеет оборудование, позволяющее производить мягкое обжатие сляба на достаточно протяженном участке технологического канала - от шестого до пятнадцатого сегмента зоны вторичного охлаждения (ЗВО).
Анализ влияния различных параметров на производительность МНЛЗ осуществлен методом математического моделирования. Для вычисления производительности машины при работе основным методом «плавка на плавку» использована формула [10]
P
M ■ 1440 •
100 •
^ +
n
(1)
с J
где P - суточная производительность машины, т/сут;
М - масса металла в сталеразливочном ковше, т; 1440 - количество минут в сутках;
gг - выход годных заготовок, %;
Т р - продолжительность разливки металла одной плавки, мин;
Т п - длительность паузы между сериями, мин; Пс - среднее количество плавок в одной серии, пл.
т
п
В уравнении (1) продолжительность разливки металла из одного сталеразливочного ковша рассчитывается по уравнению
И
N• Р • F • w
' Уст
(2)
где N - количество ручьев машины, шт.;
Рст - плотность твердого горячего металла заготовки, т/м3;
F - площадь поперечного сечения заготовки, м2;
W - скорость вытягивания заготовки из кристаллизатора, м/мин.
В формуле (2) скорость вытягивания сляба зависит от группы марок разливаемой стали, толщины заготовки и перегрева металла в промежуточном ковше над температурой ликвидус. На данной машине в основном разливается металл трубного сортамента в соответствии с требованиями температурно-скоростного режима, характеристика которого представлена на рис. 1.
При проведении расчетов постоянные значения имели следующие параметры:
- масса металла в сталеразливочном ковше, равная 360 т;
- выход годных заготовок, равный 97 %;
- длительность паузы между сериями, равная 150
мин;
- количество ручьев машины, равное единице;
- плотность твердого горячего металла заготовки, равная 7,5 т/м3.
В работе анализировалось влияние на суточную производительность МНЛЗ следующих факторов:
- толщины отливаемого сляба, равной 190, 250 и 300 мм;
- ширины заготовки, равной 2000, 2300 и 2600 мм;
- перегрева стали марки 17Г1С-У в промежуточном ковше над температурой ликвидус, равного 20, 30 и 40°С;
- количества плавок в серии, равного 4, 5, 6, 7 и 8 плавкам.
В результате моделирования были получены зависимости, представленные на рис. 2 и 3.
си ю и с
0
к
X
1
аз ей
I—
и Ь и ей
и
о о а
о ^
и
1,4 1,3 1,2 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6
15
190 мм
250 мм
300 мм
20 25 30 35 40
Перегрев металла в промежуточном ковше, °С
45
Рис. 1. Температурно-скоростной режим нерерывной разливки трубного металла на слябы разной толщины
Т
£
0 "Р
со с;
1
л
ь
о
X
л
ё I-Е СЕ О Ш
О ^
О О.
а
5300 5100 4900 4700 4500 4300 4100 3900 3700
1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 2600 2700
Ширина сляба, мм
Рис. 2. Зависимость суточной производительности МНЛЗ от ширины и толщины (цифры у линий) отливаемых слябов при постоянных значениях перегрева металла (А^ и количества плавок в серии (пс)
Пс = 25 °С 5 пл. 250 мм
90 мм
300 мм
Рис. 3. Зависимость суточной производительности МНЛЗ от количества плавок в серии перегрева стали марки 17Г1С-У в промежуточном ковше над температурой ликвидус при отливке слябов сечением 300x2000 мм
Из рис. 2 следует, что наибольшая производительность МНЛЗ достигается при разливке трубного металла на слябы толщиной 250 мм. Это объясняется тем, что такие слябы вытягиваются из кристаллизатора со средней скоростью в 1,27 раза большей, чем слябы толщиной 300 мм, в то время как толщина сляба уменьшается в меньшее (1,2) количество раз. При переходе от слябов 190 к 250 мм толщина заготовки, а значит и производительность МНЛЗ, возрастает в большее количество (1,32) раз, чем происходит снижение средней скорости вытягивания (в 1,16 раза). Увеличение ширины отливаемой заготовки ведет к прямо пропорциональному росту производительности машины.
Данные рис. 3 свидетельствуют об увеличении производительности МНЛЗ при возрастании количества плавок в одной серии по криволинейной зависимости с замедлением темпа прироста. Чем горячее разливаемый металл, тем ниже производительность машины.
Сравнительные данные по оценке влияния факторов на суточную производительность МНЛЗ приведены в таблице.
Из таблицы видно, что с ростом толщины сляба и перегрева трубного металла в промежуточном ковше над температурой ликвидус производительность МНЛЗ снижается, а при увеличении ширины заготовки и количества плавок в серии она растет. Для сравнения воздействия факторов минимальное изменение производительности было принято равным единице.
На рис. 4 показана сравнительная оценка влияния рассмотренных факторов.
Наиболее сильное влияние (в 3,8 раза больше, чем минимальное изменение) на суточную производительность МНЛЗ из четырех рассмотренных факторов оказывает ширина отливаемой заготовки. Это объясняется тем, что скорость вытягивания сляба из кристаллизатора не зависит от ширины заготовки, а только от ее толщины. Меньшее влияние (в 2,2 и 1,3 раза) соответственно оказывают количество плавок в серии и перегрев металла, а самое минимальное -толщина отливаемой заготовки.
Результаты математического моделирования
Наименование фактора Диапазон изменения фактора / Величина изменения Суточная производительность МНЛЗ, т/сут
Интервал изменения Величина изменения
Толщина сляба, мм 250-300 50 4626-4262 - 364
Ширина сляба, мм 2000-2600 600 3459-4843 + 1384
Перегрев металла, °С 20-40 20 4880-4408 - 472
Количество плавок в серии, пл. 1оо 4203-4986 + 783
Наименование фактора
Рис. 4. Сравнительная оценка влияния разных факторов на суточную производительность МНЛЗ
Таким образом, в результате математического моделирования установлено, что для достижения высокой производительности одноручьевой слябовой МНЛЗ криволинейного типа с вертикальным участком желательно преимущественно отливать слябы толщиной 250 мм с максимальной шириной и наибольшим количеством плавок в серии. При этом лучше разливать трубную сталь с относительно невысоким перегревом в промежуточном ковше над температурой ликвидус.
Список литературы
1. Мошкунов В.В., Столяров А.М., Казаков А.С. Определение длины лунки жидкого металла в непрерывнолитых слябах из трубной стали с использованием эффекта «искусственного раздутия» заготовки // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2012. №1 (37). С. 24-26.
2. Мошкунов В.В., Столяров А.М., Казаков А.С. Снижение осевой химической неоднородности трубной стали в результате мягкого обжатия непрерывнолитого сляба // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2012. №2 (38). С. 24-25.
3. Столяров А.М., Мошкунов В.В., Казаков А.С. Мягкое обжатие слябов при разливке трубной стали на криволинейной МНЛЗ с вертикальным участком. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2012. 116 с.
4. Мошкунов В.В., Столяров А.М. Влияние мягкого обжатия на макроструктуру слябовой непрерывнолитой заготовки из трубной стали // Вестник Магнитогорского государственного техниче-
ского университета им. Г.И. Носова. 2012. №4 (40). С. 45-47.
5. Мошкунов В.В., Столяров А.М. Определение первого порога проницаемости двухфазной зоны в непрерывнолитых слябах из трубной стали // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2013. №3 (43). С. 38-40.
6. Столяров А.М., Мошкунов В.В., Дидович С.В. Сравнение качества непрерывнолитых слябов, отлитых на МНЛЗ различного типа // Металлургия: технологии, инновации, качество: труды XIX Международной научно-практической конференции: Ч. 2 / Сибирский гос. индустриальный университет; под ред. Е.В. Протопопова. Новокузнецк: Изд. центр СибГИУ, 2015. С. 87-90.
7. Столяров А.М., Мошкунов В.В., Дидович С.В. Об эффективности внешнего воздействия на качество литого и горячекатаного металла //Современные проблемы горно-металлургического комплекса. Наука и производство: материалы XII всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Старый Оскол: Изд-во Старооскол. техн. ин-та им. А.А. Угарова (филиала) ФГАОУ ВПО НИТУ «МИСиС», 2015. Т.1. С. 143-148.
8. Дидович С.В., Столяров А.М., Юречко Д.В. О качестве стали, разлитой на слябовых МНЛЗ с вертикальным участком //Литейные процессы: межрегион. сб. науч. тр. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2014. Вып.13. С. 180-186.
9. Влияние режима мягкого обжатия на макроструктуру непре-рывнолитых слябов разной толщины / И.О. Басак, А.М. Столяров, В.В. Мошкунов, А.С. Казаков // Теория и технология металлургического производства. 2015. №1(16). С. 44 - 47.
10. Столяров А.М., Селиванов В.Н. Технологические расчеты по непрерывной разливке стали: учеб. пособие. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2011. 67 с.
Сведения об авторах
Долматова Ольга Леонидовна - студент кафедры МЧМ, ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». E-mail: [email protected]
Столяров Александр Михайлович - д-р техн. наук, проф. кафедры МЧМ, ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». E-mail: [email protected]
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
ANALYSIS OF POSSIBILITIES FOR OUTPUT INCREASE OF ONE STRAND CURVELINEAR SLAB CCM WITH VERTICAL SECTION
Dolmatova O.L. - Student, Ferrous Metallurgy Department, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia. E-mail: [email protected]
Stolyarov A.M. - D.Sc. (Eng.), Professor, Ferrous Metallurgy Department, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia. Phone: 8(3519)29-85-73. E-mail: [email protected]
Abstract. Output of every steelmaking shop including BOF is limited by capacity of continuous casting sector. Hence problem of productivity increase of CCM is actual at any time. Estimate of different factors influence on one strand curvelinear slab CCM daily output is defined by mathematical modeling.
Keywords: pipe steel, continuous casting, CCM, output, casting parameters, comparison of influence.
♦ ♦ ♦
