CC BY
73
УДК 621.74
К. С. Кусаинова1, Н. И. Гурбик1, М. А. Левенец1, А. С.Тарасенко, П. О. Быков2
'студенты, 2 к.т.н., доцент, Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар.
МОДЕРНИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ КРИСТАЛЛИЗАТОРА СОРТОВОЙ МНЛЗ ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ ГИЛЬЗ С ВОЛНИСТЫМ ВНУТРЕННИМ ПРОФИЛЕМ
Статья посвящена вопросу решения проблемы «ромбичности» заготовки. Анализируют результаты первичного испытания.
Ключевые слова: кристаллизатор, конструкция, сортовая МНЛЗ, профиль, заготовка, ромбичность.
В процессах непрерывной разливки стали качество продукции зачастую определяется формой получаемой заготовки. Одним из распространенных дефектов непрерывнолитой заготовки является ромбичность и вспучивание слитка.
Очевидно, что конструкция кристаллизатора оказывает непосредственное влияние на геометрию заготовки. Например, известно, что более выраженная конусность уменьшает степень ромбичности заготовки. По мере износа гильзы кристаллизатора величина конусности уменьшается, что приводит к проблемам с геометрией заготовки и повышению риска прорывов. Поэтому важно правильно определить сроки вывода кристаллизатора из эксплуатации.
Крепление «фут-роликов» к нижней части кристаллизатора обеспечивает дополнительную поддержку ручья, что само по себе снижает вероятность вспучивания заготовки. Даже если «фут-ролики» не требуются для поддержки ручья, их применение рекомендуется для уменьшения ромбичности заготовки. Кроме того «фут-ролики» будут компенсировать недостатки в работе МНЛЗ, связанные с настройкой машины, которые также могут стать причиной искажения формы заготовки.
Одной из причин неправильной геометрии заготовки может быть недостаточная скорость водяного потока для охлаждения кристаллизатора, а также неоднородность водяного потока. Это открытие привело к значительным улучшениям в системе охлаждения кристаллизатора, таким как применение изготовленных взрывным методом водяных рубашек и других видов конструкций с допусками в узких пределах. Эти усовершенствования значительно улучшили равномерность теплоотвода от медной гильзы, в то же время появился потенциал увеличения скорости движения воды в кристаллизаторе вследствие уменьшения водяного зазора.
Несмотря на все усовершенствования конструкции кристаллизатора, которые внедрялись на протяжении многих лет, проблема ромбичности заготовки не исчезла, в особенности при разливке среднеуглеродистых (0,2 - 0,4 % С) сталей. Действительно, ромбичность считается одной из самых острых проблем при разливке заготовок. В прошлом методы борьбы с ромбичностью были основаны на оптимизации системы
охлаждения кристаллизатора, поэтому проблему пытались решить при помощи изменения конусности, скорости воды, смазки и настроек механизма качания. Считалось что другие параметры разливки, которые относятся к зоне вторичного охлаждения (после выхода из кристаллизатора), такие как система распыления воды, не оказывают заметного влияния на предотвращение ромбичности, хотя существует немало примеров того, что забитые водяные форсунки или низкая температура распыляемой воды негативно влияли на форму заготовки.
Принимая во внимание вышесказанное, рядом ученых были сформулированы причины ромбичности заготовки и предложено возможное решение проблемы [1, 2]. Когда жидкая сталь попадает в гильзу кристаллизатора, первоначально сформировавшаяся корочка не обладает достаточной твердостью и ведет себя как наполненный водой резиновый шар, принимая форму кристаллизатора. Двигаясь ниже по кристаллизатору, корочка начинает затвердевать и может смещаться относительно стенок кристаллизатора по мере того, как она сжимается при затвердевании. Поскольку основной объем сопротивления тепловому потоку зависит от воздушного зазора, именно это смещение относительно охлаждающих поверхностей приводит к неоднородному формированию корочки, разнице напряжений и проблем с геометрией заготовки ниже кристаллизатора. Внешние факторы, такие как неустойчивый ход механизма качания и неправильная регулировка машины, будут также способствовать смещению корочки относительно стенки кристаллизатора и созданию неоднородных условий охлаждения. Кроме того, забитые отложениями или плохо спроектированные каналы форсунок распыления воды в зоне вторичного охлаждения (ниже кристаллизатора) будут влиять на корочку заготовки таким образом, что заготовка может вытягиваться или изгибаться, и это действия будет передаваться прямо в кристаллизатор, также являясь причиной неоднородного охлаждения. Этот эффект можно наблюдать на заводах, где есть проблемы с системой распыления воды и где наблюдается устойчивая тенденция к неоднородному износу кристаллизатора, как показано на рисунке 1. Именно эти внутренние нагрузки, вызванные несимметричным ростом корочки в кристаллизаторе, приводят к искажению формы заготовки после выхода из гильзы. Кроме того, сопутствующая деформация растяжения, вызванная искажением формы, часто приводит к образованию трещин на границе раздела твердой и жидкой фаз.
Рисунок 1 - Значительный неоднородный износ кристаллизатора, связанный с ромбичностью заготовки
Исходя из перечисленных причин ромбичности заготовки ряд производителей оборудования [2] поставили задачу разработки такой конструкцию кристаллизатора, которая позволяла бы центрировать твердеющей слиток и обеспечивала бы его равномерное охлаждение.
Конструкция кристаллизатора с волнистым внутренним профилем. В качестве решением поставленной задачей был разработан кристаллизатор с волнистым внутренним профилем (рисунок 2). Главной особенностью новой конструкции является волнистый внутренний профиль горячей поверхности, создающий зеркальный волнистый отпечаток на поверхности заготовке в начале процесса затвердевания слитка. Волнистость обеих поверхностей блокирует перемещение корочки из в стороны в сторону, направляя ее по длине гильзы. Кристаллизатор и корочка «сцеплены» друг с другом до такой степени, что возникает более равномерный теплоотвод и, следовательно, обеспечивая однородное формирование корочки в наиболее сложный период нахождения в кристаллизаторе.
Несомненно, необходимо тщательно рассчитать геометрию гильзы с волнистым внутренним профилем, чтобы избежать чрезмерного сцепления корочки и стенки кристаллизатора, что неизбежно привело бы к нарушению процесса разливки. Поэтому проектируется волна такой высоты и длины, чтобы корочка слитка могла сжиматься внутр без пиковых точек в области сцепления на поверхности медного кристаллизатора или на корочки слитка. Геометрия волнистого профиля может меняться в зависимости от размера разливаемой заготовки и линейного положения в кристаллизаторе. Обычно высота волны предлагается в пределах 0,5 - 5,0 мм и длина волны - в пределах 1 - 30 мм (точные значения запатентованы).
г ) 1
1
) ( > (
1 /
\ _/ I
X - длина волны; h - высота волны Рисунок 2 - Параметры конструкции гильзы с волнистым внутренним профилем
Другим преимуществом гильзы с волнистым внутренним профилем является более равномерное распределение смазки в зоне мениска. Все существующие сегодня системы распределения смазки работают по следующему принципу: масло подается через пластину вверху корпуса кристаллизатора и стекает вниз
по стенке кристаллизатора в зону мениска. При этом наибольшее внимание уделяется тому, что бы масло равномерно подавалось вверху кристаллизатора. Однако, когда масло достигает уровня металла, ситуация меняется в худшую сторону. Поскольку процесс сгорания масла будет влиять на теплоперенос в зоне мениска, очевидно, что вопрос равномерности распределения масла очень важен. Волнистый внутренний профиль гильзы обеспечивает «каналы» для движения масла по длине гильзы, поэтому нужно с уверенностью сказать, что масло будет равномерно распределятся по всей длине от пластины до зоны уровня металла.
Промышленные испытания медных гильз с волнистым внутренним профилем проводились компанией СМС Steel Texas (США) [2], являющейся производителем арматурного проката, сортовых и ковких марок стали, разливка осуществлялась МНЛЗ со следующими характеристиками (таблица 1).
Первые испытания проводились на заготовке размером 127*127 мм, на четвертый ручей была установлена гильза с волнистым внутренним профилем из материала CuAg, использовался механизм качания, испытания проводились ближе к концу разливки стали 1022 (0,19 - 0,23 % С). Две первые плавки были выполнены при скорости 3,5 м/мин, затем скорость повышалась до 4,5 м/мин. Вначале было отмечено небольшое «подергивание» ручья, но оно быстро прекратилось, по этому данный факт посчитали типичным для начала нового кристаллизатора. Значения параметров разливки в гильзу с волнистым внутренним профилем и в стандартную гильзу были одинаковы, но качественные наблюдения показали, что заготовки, разлитые через гильзу с волнистым профилем, имеют более прямую форму. Визуальный осмотр цвета заготовки, видимого в зоне вторичного охлаждения, не выявил заметных различий. Следы механизма качания присутствовали на поверхности заготовки, хотя их было сложнее заметить из-за волнистого опечатка на поверхности заготовки.
Для оценки были приготовлены три комплекта образцов заготовки, разлитой через гильзу с волнистым профилем и через стандартную гильзу. Были выполнены легкое травление, линейные измерения, а также зачистка углов заготовки.
Таблица 1 - Характеристика МНЛЗ
МНЛЗ 2006 Concast ®machine
Число ручьев Четыре
Тип механизма качания Гидравлический
Смазка кристаллизатора Масляная смазка, 35 мл/мин
Размер сечения и скорость разливки 127^127 мм при 4,0 м/мин 134^194 мм при 3,3 м/мин
Тип гильзы кристаллизатора KME Elbrodur®G AMT
(стандартный)
Конусность (стандартная) Параболическая
Уровень мениска 115 мм
Длина кристаллизатора 1000 мм
Устройство электромагнитного Есть
перемешивания
«Фут-ролики» Есть
Система распыления воды (вторичное охлаждение) Гидравлическая, три зоны
Механизм вытягивания заготовки Двухопорный жесткий
Резка заготовки Кислородно-дуговая
Отвод заготовки/кантователь Шаговый транспортер
Образцы заготовки, разлитой через гильзу с волнистым профилем, сохранили волнистый рисунок на поверхности, совпадающий с рисунком внутреннего профиля гильзы. Общая форма практически квадратная, с ромбичностью всего 0,1 мм. Была отмечена небольшая выпуклость 0,4 мм в средней зоне, в углах нет вмятин и трещин. Для сравнения на образце заготовки, разлитой через стандартную гильзу, были отмечены ромбичность в 10 раз выше (хотя вполне приемлемая <1,5 мм), а также несколько вмятин и трещин в углах. Зачистка углов образца, разлитого через гильзу с волнистым профилем, не выявила проблем с качеством заготовки. Измерения ромбичности заготовки из стали 1022 дали следующие результаты (таблица 2).
Таблица 2 - Характеристика ромбичности заготовок
Скорость разливки, м/мин 3,5 4,0 4,5
Ромбичность, мм: - гильза с волнистым профилем - стандартная гильза
0,1 0,1 0,1
1,0 1,5 1,0
Основной размер заготовки, разливаемой на заводе - 134*194 мм (заготовка под минисляб) - применялся для производства заготовок для арматурного и сортового проката. Поэтому второй этап испытаний гильз с волнистым профилем был выполнен на заготовке этого сечения. На ручей № 4 была установлена гильза с волнистым внутренним профилем из материала CuAg, на ручей № 1 - стандартная гильза.
Как и при проведении предыдущего теста, начало разливки и дальнейшая разливка прошли без осложнений. Разливалась сталь с содержанием углерода 0,45 %, которая применяется для производства арматурного проката. При исследовании кристаллизатора во время разливки не было замечено признаков налипания корочки к стенкам, также было видно, как жидкая сталь затекает в волнообразные углубления внутри медной гильзы. Волнистый отпечаток сохранился на поверхности литой заготовки.
При обследовании ручья выявили, что разлитая заготовка имеет практически квадратную форму в сравнении заготовкой, разлитой через контрольную гильзу.
Г» и и
В действительности в одной точке при разливке через контрольную гильзу наблюдались серьезные проблемы вследствие неправильного расположения распылительных стоек. Чтобы протестировать работу гильзы с волнистым внутренним профилем в данных условиях, было решено поменять гильзы местами и проверить работу кристаллизаторов, пока плавленый цех работал с меньшей мощностью по причине недостатка электроэнергии. Качество заготовки, разлитой
через гильзу с волнистым внутренним профилем на ручье № 1, немедленно улучшилась без изменений рабочих параметров машины.
Поскольку процесс разливки через гильзу с волнистым профилем проходил без нарушений, было принято решение продлить срок эксплуатации гильзы. Постепенно операторы непрерывной разливки пришли к заключению, что лучше всего работает ручей где установлена гильза с волнистым внутренним профилем, качество заготовки хорошее вне зависимости от условий процесса разливки. Когда кристаллизатор был выведен из эксплуатации, выявилось, что гильза с волнистым профилем, выполненная из материала медь - серебро простояло 1795 плавок т.е. было разлито около 50 тысяч тонн стали (в ТОО «KSP Steel» средняя стойкость кристаллизаторов составляет 600 плавок). Для сравнения, средняя стойкость гильзы из материала Elbrodur®G (медь - хром - цирконий) составляет 1050 плавок. Это достаточно высокая стойкость, но она значительно ниже, чем стойкость гильзы с волнистым внутренним профилем. Несмотря на то, что стойкость гильзы не являлась главной целью испытаний, положительным моментом явился тот факт, что волнистый профиль внутри гильзы не подвержен быстрому износу, в чем были сомнения в начале испытаний. Незначительный износ профиля также является свидетельством того, что возможность смещения корочки в гильзе с волнистым профилем незначительно, что приводит к снижению износа и увеличению стойкости.
Дальнейшая эксплуатация гильз кристаллизатора с волнистым внутренним профилем на заводе показала, что волнистый отпечаток на поверхности заготовки не влияет на качество арматурного проката и торгового сортового проката.
Выводы:
1) Литературный обзор показал, что гильза с волнистым внутренним профилем позволяет:
- разливать заготовки улучшенного качества по ромбичности и другим внешним дефектам;
- повысить стойкость кристаллизаторов.
2) Применение на МНЛЗ Павлодарских сталелитейных заводов, гильз с волнистым внутренним профилем позволит повысить качество заготовок и снизить затраты на их производство за счет повышения стойкости гильз.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Власов, Н. Н. Разливка черных металлов / Н. Н. Власов, В. В. Король, В. С. Радя. - М. : Металлургия, 1987. - С. 272
2 Бакши, Я. А., Гарсия, М., Лоренто, Д. П. Новые гильзы с волнистым внутренним профилем для кристаллизаторов сортовых МНЛЗ // Сталь, № 2. -2014. - С. 19 - 24.
Материал поступил в редакцию 01.06.15.
К. С. Кусаинова, Н. И. Гурбик, М. А. Левенец, А. С. Тарасенко, П. О. Быков Гильзаныц толкынды 1шк1 профил1мен колдану есебшде сортты ДY^М-ныц кристаллизаторыныц к^растырылымдылыгын жацгырту
С. ТораЙFыров атындаFы Павлодар мемелекетлк университетi, Павлодар к.
Материал 01.06.15 баспаFа TYCTi
K. S. Kusainova, N. I. Gurbik, M. A. Levenets, A. S. Tarasenko, P. O. Bykov Modernization of the billet CCM mold construction through using liners with a wavy inner profile
S. Toraighyrov Pavlodar State University, Pavlodar.
Material received on 01.06.15.
Мацала дайындаманъщ «ромбалыгы» туралы мэселелерт шешу сурацтарына арналган алгашкр1 сынаулардыц нэтижелерт талдайды.
The article is devoted to resolving the problem of a rhombic piece. The results of the initial test have been analyzed.
УДК 621.165
С. А. Маденов1, В. Ф. Хацевский2
'магистрант; 2д.т.н., профессор, кафедра ЭиА, Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар
МОДЕРНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ ТУРБИНЫ
В настоящей статье описывается станция, которая может быть использована для управления положением сервомоторов регулирующих клапанов.
Ключевые слова: автоматизация, модернизация, мощность, сервомотор, клапан, турбина, станция.
В настоящее время существующие системы автоматизированного управления процессом регулирования мощности турбин электростанций реализованы на функционировании двухуровневой системы автоматического регулирования фирмы «ССС», нижним уровнем которой является регулирующий микропроцессорный контроллер MPUE-750 и совместимые с ними платы ввода-вывода IOC-555-D версии K.
Эти системы не соотвествуют современным требованиям к полноценным системам управления, выработка их технических ресурсов зачастую приближается к критической, так как эксплуатация установок началась свыше десяти лет назад, неоправданно высоки цены на комплектующие, которые производила только сама фирма «ССС», аналогов комплектующих не существует.
