CC BY
110
/¡ггттгг: гс [гшг>ггггг-п:р.
- 3 (85). 2085
/81
The possibilities of perfection of the processes of the metals continuous casting, including at the reconstruction of operating equipment without considerable capital costs, are shown.
ЯВ
В. Ю. ГУНЕНКОВ, РУП «БМЗ», Д Н. АНДРИАНОВ, БИТУ, В. Н. ПРОХОРЕНКО, РУП«БМЗ»
УДК 621.746
НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ СТАЛИ ПРИ МОДЕРНИЗАЦИИ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА РУП «БМЗ»
В связи с широкой программой модернизации сталеплавильного производства на РУП «БМЗ» целесообразно акцентировать внимание на факторах, которые не в полной мере учитываются при эксплуатации агрегатов в действующих цехах. Принятые и осуществляемые проекты на РУП «БМЗ» решают в основном проблемы текущего времени без должного учета ближайшей перспективы. Между тем в последние 20 лет в металлургии происходят серьезные изменения как в технологии, так и в конструкциях основного оборудования, постоянно ужесточаются требования потребителей по содержанию вредных примесей и неметаллических включений, а также по свойствам металлопродукции. Поэтому при определении технологических и конструктивных параметров модернизации агрегатов необходимо учитывать современные научно-технические разработки в этой области.
Эффективность непрерывной разливки в значительной степени зависит от стабильности физико-химического состояния расплава, которое формируется при движении металла от выпуска жидкой стали в ковш, через агрегат внепечной обработки, далее промежуточный ковш и кристаллизатор. Не останавливаясь на известных технологических приемах внепечной обработки расплава, представляется целесообразным уделить внимание вопросам, связанным с МНЛЗ.
Существенные изменения за последние годы произошли в конструкции и функциональных возможностях основного технологического оборудования МНЛЗ, начиная с промежуточного ковша.
Длительное время функция промежуточного ковша практически ограничивалась приемом жидкого металла из сталеплавильного ковша и распределением его по ручьям машины. При этом решались задачи минимизации потерь тепла, предотвращения вторичного окисления и затягивания неметаллических включений в канал разли-
вочного стакана, в какой-то степени усреднения химического состава и температуры и др. В настоящее время промежуточный ковш — это дополнительная самостоятельная реакционная емкость, в которой рафинируют, модифицируют и микро-легируют сталь.
Существуют различные способы достижения высокого уровня технологического процесса МНЛЗ:
• подогрев металла в промковше;
• автоматизация технологического процесса;
• виброобработка стали в кристаллизаторе и др.
Рассмотрим возможности, достоинства и недостатки этих способов.
Подогрев металла в промковше
В мировой практике (Япония, Германия, Англия, США) в последнее десятилетие ведутся исследования в направлении расширения технологических функций и повышения эффективности работы промежуточного ковша (ПК). Одной из важнейших функций ПК является регулирование в возможно более узких пределах температуры металла, поступающего в кристаллизатор, с целью обеспечить оптимальную температуру его перегрева выше температуры ликвидус [1, 2].
Японские исследователи провели изучение макроструктуры непрерывных слитков сечением 110x110 мм из стали с содержанием углерода 0,60—0,64%, отлитых при различных температурах металла в промежуточном ковше. При высокой температуре разливки (1550°С) образовывалась развитая столбчатая структура, в центре осевой части слитка возникала раковина и местами отчетливо просматривались мосты, наблюдали прямую и обратную ликвацию. На границе раздела обратной и прямой ликвации обнаруживали V-образную ликвацию. Для средней температуры разливки (1523°С) было характерно образование равноосных кристаллов, а ликвация была менее
г: готшшта
I 3 (35), 2005 -
выражена. При низкой температуре разливки (1487°С) макроструктура полностью состояла из равноосных кристаллов; усадочная раковина отсутствовала, пористость уменьшилась, перейдя в диффузионную форму; К-образная ликвация также приобрела диффузионный характер (рис. 1). Было установлено, что снижение интенсивности вторичного охлаждения приводит к уменьшению зоны столбчатой кристаллизации и увеличению зоны равноосных кристаллов в осевой части слитка. При этом в слитках из сталей с ограниченным интервалом кристаллизации происходит заметное рассредоточение осевой пористости и осевой ликвации [2].
20
т
О
Рис. 1. Зависимость макроструктуры и ликвации от перегрева металла в промежуточном ковше ДГ (Ь — ширина зоны равноосных кристаллов): 1 — присутствие К-образной ликвации; 2 — отсутствие К-образной ликвации
Для обеспечения оптимальной температуры перегрева выше температуры ликвидус за рубежом наибольшее развитие получили два направления: 1) различные варианты индукционного нагрева металла в ПК; 2) нагрев под воздействием дугового или плазменно-дугового разряда. Второй вариант по сравнению с первым обеспечивает ряд технологических, технических и экономических преимуществ.
Нагреватель плазменно-дугового разряда позволяет достаточно гибко и в широких пределах регулировать подводимую к металлу мощность, при определенных условиях обеспечивать перемешивание его, осуществлять локальный нагрев металла в пределах данной секции ПК, при работе с подачей плазмообразующего газа (в режиме плазмотрона) создавать контролируемую атмосферу, нагревать и активизировать шлак [3].
Дуговые и плазменные нагреватели могут работать как от сети переменного, так и постоянного тока [3, 4].
Основные требования к дуговому (плазменному) нагревателю для ПК:
• достаточная для компенсации максимальных тепловых потерь (при смене сталеразливочно-го ковша) мощность нагрева;
• возможность регулирования температуры металла, поступающего в кристаллизатор, в пре-хелах ±5°С;
• отсутствие загрязнения металла материалом электрода и газовыми примесями;
• возможность контроля уровня металла в ПК по напряжению дуги;
• возможность работы на короткой дуге (50— 150 мм) основное время разливки и увеличение длины дуги (до 250—350 мм) после смены ПК и сталеразливочного ковша;
• надежная работа нагревателя в течение всей серии разливаемых плавок.
При выборе рода тока для дугового нагревателя ПК предпочтение отдано постоянному току, так как при этом дуговой (либо плазменный) разряд имеет ряд известных специфических преимуществ [5, 6], основными из которых являются отсутствие периодического изменения полярности дуги (эмиттером разряда — катодом при этом служит сводовый графитовый электрод или плазмотрон, а не электрод или нагреваемый металл попеременно); использование одного сводового электрода (плазмотрона) вместо трех при нагреве трехфазной дугой переменного тока; протекание рабочего тока по объему ванны от анодного (подового) электрода к дуге; отсутствие скин-эффекта при протекании по проводнику постоянного тока; минимальная индуктивность короткой сети.
Эти отличия позволяют обеспечить ряд важных преимуществ при решении вопросов технологии, экономики, экологии, условий труда обслуживающего персонала и др.
Для определения оптимального типа нагревателя предпочтение отдается плазмотрону с графитовым катодом (ПГК). Он представляет собой полый металлический водоохлаждаемый шток-электродо-держатель с закрепленным на его рабочем торце полым графитовым катодом. Через полость плазмотрона подается плазмообразующий газ (обычно аргон) с расходом 10-20 м3/ч. ПГК надежен, позволяет работать на короткой (до 50—70 мм) дуге, активизирует нежелательные газовые примеси в атмосфере ПК, допускает примерно вдвое большую плотность тока на катоде, чем на обычном графитовом электроде, обеспечивает втрое меньший расход графита и соответственно минимальное загрязнение расплава углеродом [5, 7].
Кроме того, ПГК позволяет в случае необходимости обрабатывать металл в ПК активными пылевыми и газовыми реагентами, подаваемыми через плазмотрон.
Исследование особенностей работы ПГК проводили на плавильных лабораторных и промышленных печах в условиях, близких к условиям нагрева металла в ПК. В качестве плазмообразующего газа в основном использовали аргон. Было установлено, что энергетически наиболее выгодна работа на дугах длиной 70-150 мм (нижний предел определяется изменением уровня металлической ванны при продувке ее аргоном). Работа
*С
Ь, мп
на более длинных (200—350 мм) дугах целесообразна только в начальный период нагрева после смены сталеразливочного или промежуточного ковша для прогрева футеровки.
В качестве плазмообразующего газа можно использовать также азот (когда это допускается требованиями к качеству металла). В этом случае повышается экономичность и улучшаются энергетические характеристики нагрева, градиент напряжения повышается до 10 В/см длины дуги.
Расход графитового катода диаметром 200 мм при силе тока до 15 кА не превышает 1,2 кг/ч, что примерно втрое ниже, чем для сплошного графитового электрода в условиях дуги постоянного тока, и практически на порядок меньше, чем при нагреве дугой переменного тока. Длительность работы такого катода до срабатывания
— не менее 20 ч.
Результаты расчетов и данные экспериментов показали, что возможная величина науглероживания металла не может превышать 0,0003% для рассматриваемых условий даже при допущении поступления в металл всего расходуемого графита. Реально в металл при длине дуги 50—100 мм может перейти не более 10% расходуемого графита, т. е. величина возможного науглероживания 350 т жидкого металла не превысит 0,0001%.
При градиенте напряжения в столбе разряда 8 В/см регулятор обеспечивает постоянство напряжения на разряде в пределах 3—4 В. В пределах 5 мм поддерживается постоянство длины дуги. Таким образом, контроль уровня металла в ПК возможен с такой же точностью по перемещению штока электрододержателя.
Вероятность насыщения металла азотом, поступающим вместе с аргоном (чистота аргона 99,9%), ничтожно мала. Возможность регулирования температуры металла, поступающего в кристаллизатор, в пределах ±4 °С подтверждена экспериментально.
Приведенные результаты исследований подтверждают обоснованность выбора ПГК в качестве оптимального варианта для нагрева металла в ПК.
Конструкция подового электрода для ПК. Проблема создания подового электрода для ПК МНЛЗ может быть решена двумя способами: 1) подключением положительного полюса источника непосредственно к кристаллизатору или к вытягиваемой заготовке; 2) установкой в нижней части стенки ПК или подине специального подового электрода. В первом случае ток протекает от положительного полюса источника по цепи кристаллизатор - заготовка - струя металла - ванна
- дуга. Эта схема конструктивно менее сложная, используется, в частности, в горизонтальных МНЛЗ фирмы «Маннесманн Демаг Хюттентех-ник» (МОИ). Однако опыт эксплуатации этой схемы невелик и нагреватели МОН имеют мень-
mirare готштргто /оо
- 3 (35). 2005/ UU
шие мощность и токовую нагрузку. Кроме того, такая схема вносит определенные технологические ограничения, так как электрическая цепь замыкается только при непрерывном истечении струи металла в кристаллизатор, т. е. нагреватель не может быть использован, например, для предварительного нагрева футеровки ПК и т. д.
Результатом комплекса работ явилась конструкция неводоохлаждаемого пластинчатого метал-локерамического подового электрода. Использование подового электрода не исключает возможности применения первой схемы — подключения анодной шины к кристаллизатору (в случае подтверждения ее работоспособности на практике).
В приемной секции должен обеспечиваться максимальный барботаж металла. Интенсивная продувка аргоном способствует значительному теплообмену, завершению реакций обезуглероживания, удалению азота и водорода, эффективному использованию раскислителей, вводимых в металл на предварительных стадиях, укрупнению неметаллических включений. Однако при этом не создаются оптимальные условия для их удаления в шлаковую фазу, что объясняется неконтролируемыми гидродинамическими потоками в ванне.
Автоматизация технологического процесса
Следующим направлением для достижения высокого уровня технологического процесса является автоматизация непрерывной разливки, которая приобретает все более комплексный характер. Разработка совершенных систем управления качеством продукции дает возможность полнее использовать потенциал имеющихся агрегатов и оборудования.
ФАИ работает в области автоматизации машин непрерывного литья заготовок с начала 80-х годов, постоянно совершенствуя системы управления технологическими процессами, а также создавая модели процесса и так называемые накопители данных, что способствовало существенному улучшению качества непрерывнолитых заготовок. Выполнены и другие важные разработки. Например, в распоряжении пользователя появились модульные решения, которые ускоряют сроки реализации проектов, улучшают надежность системы и обеспечивают большую гибкость при модернизации действующих МНЛЗ. Кроме того, достижения в области передачи данных по сетям и глобальных коммуникаций открывают новые возможности для оказания технического содействия покупателю и его обслуживания. Возрастающие требования к качеству заготовки и конечной продукции диктуют необходимость оперативного компьютерного обеспечения для оптимизации технологического процесса. Безусловно, новые разработки в области АСУТП и их оптимизация, а также в системах управления качеством и объединения этих систем в единый комплекс с
/ 3 (35), 2005 -
планированием производства будут способствовать выпуску бездефектной продукции. Наряду с этим использование накопителей данных и усложненных способов их оценки обеспечивает углубление знаний о технологическом процессе или ноу-хау.
В настоящей работе рассматриваются несколько аспектов автоматизации МНЛЗ: новые системы управления технологическим процессом; математическое моделирование; накопители данных о качестве; концепция «подключай и разливай на МНЛЗ»; новый подход к реализации проекта и оперативное обслуживание покупателей.
Системы управления технологическим процессом регулируют уровень металла в кристаллизаторе и составляют основу автоматизированного управления. Следует выделить две последние разработки отделов автоматизации, техники и технологии ФАИ — системы «Моулд-эксперт» и АСТК (автоматическая система регулирования конусности слитка).
Система «Моулд-эксперт» обеспечивает более полную информацию, на основе которой можно разработать новые технологические приемы и установить пороговые значения для подачи аварийных сигналов, что обеспечит большую стабильность процесса. Основные функции системы: текущий контроль за температурой и механизмом качания кристаллизатора, предотвращение прорывов жидкого металла, расчет теплового потока и трения. На монитор основного процесса поступают информация о различных функциях, а также картина условий процесса внутри кристаллизатора. Эффективное использование разливочного порошка как на мениске, так и в области зазора между слитком и кристаллизатором определяет качество процесса разливки. Взаимодействие между поверхностью оболочки слитка и медными плитами кристаллизатора может быть выражено как трение кристаллизатора. Сила трения количественно описывает поведение порошка в ходе процесса разливки.
Система регулирования конусности слитка АСТК спроектирована с целью уменьшения сегрегации по его центральной оси. Она направлена на компенсацию термической усадки в размягченной области слитка с помощью гидравлически регулируемых сегментов СМАРТ® (система моментального автоматического регулирования толщины), которые составляют основу для полностью динамической системы вытягивания слитка.
Кроме уже испытанной в эксплуатации механической конструкции этих сегментов и использования простого и стабильно работающего гидравлического оборудования, необходима надежная и устойчивая система автоматизации. Заданные значения для профиля зазора выводятся из картины температурного поля слитка, рассчитанного с использованием модели слежения за тепловым
состоянием, и устройств регулирования зазора для плавного его уменьшения. Расчет учитывает местоположение зазора и длину размягченной области слитка, в котором сталь пребывает в жидко-твердом состоянии.
Непрерывная разливка - один из наиболее сложных процессов в производстве стали. За последние годы в мире были предприняты немалые усилия для описания процесса с использованием математических моделей и математического моделирования разных аспектов. В ряде областей были получены многообещающие результаты для моделей, проверенных физическим моделированием и фактически измеренными данными.
В условиях быстрого роста компьютерных мощностей в течение нескольких последних лет разрабатывались все более сложные математические модели. Усовершенствованные модели затем могут быть использованы для оперативного управления процессом и его оптимизации.
Благодаря результатам измерений с помощью новых разработанных датчиков в кристаллизаторе появляется дополнительная оперативная информация о процессе затвердевания, что, в свою очередь, служит стимулом поиска новых подходов к математическому моделированию.
Работа в настоящее время сосредоточена на использовании последних результатов исследования математических моделей, нацеленных на улучшение эффективности производства стали, например, математические модели, определяющие температуру непрерывнолитого слитка различного марочного состава.
Дальнейшие разработки в этой области нацелены в основном на моделирование образования включений и трещин в процессе разливки. Такие модели используются для уточнения имеющейся системы прогнозирования дефектов, основанной на статистике. Знания, полученные посредством моделирования, могут быть использованы для совершенствования технологии разливки и подавления образования дефектов.
В 1997 г. специализированный накопитель данных о качестве для процессов выплавки стали и непрерывной разливки был разработан и внедрен ФАИ на заводе «Эрдемир» в Турции. Эта система «ФАИ-Ку Дискавери» установлена уже на трех металлургических заводах и намечается к внедрению еще на четырех предприятиях. Система сочетает данные о качестве и технологическом процессе, полученные на основе производственных процессов выплавки стали и непрерывной разливки, на основании которых затем совершенствуется производство.
В 1998 г. австрийские компании «Фест-Альпи-не Шталь Линц» (ФАШЛ) и ФАИ начали совместную разработку накопителя данных о качестве ФАИ-Ку для всего предприятия. Эта система была пущена в эксплуатацию весной 2000 г. на
линии технического контроля и линии лужения на ФАШЛе. Вслед за опытной установкой планируется ее комплексное внедрение по всей технологической цепочке. Комплексные функции накопителя данных общезаводской системы будут оказывать содействие в таких областях управления качеством, как документация процесса и данных испытания качества; прослеживание процесса производства продукции в случае рекламации от покупателей; разработка технологического процесса; подготовка сертификатов качества.
Благодаря системе обеспечивается бесперебойное прослеживание потока материала на всех производственных мощностях, начиная с непрерывной разливки стали до линий ее обработки. Она собирает и архивирует результаты испытаний качества, а также объединяет эти данные с документацией технологического процесса.
В качестве части разработки системы требуются специализированные алгоритмы, например, для прослеживания дефектов, обнаруженных в сечении холоднокатаной полосы, до той части сляба, из которой она была изготовлена. При этом алгоритмы должны учитывать удлинение, перемотку и резку или кантовку продукции.
Совершенно очевидно, что наличие накопителя, содержащего данные о технологическом процессе каждого этапа, значительно облегчит разработку и оптимизацию производства в общезаводском масштабе. Такая система, разработанная с использованием технологий Интернета, откроет новые перспективы в улучшении качества продукции и существенно повысит эффективность решения всех задач, связанных с его гарантией. Совместная разработка ФАИ/ФАШЛ системы ФАИ-Ку управления качеством полосы для стана горячей прокатки в 1996—1999 гг. стала заметной вехой в ее внедрении.
Недавно ФАИ внедрила новую конфигурацию системы для управления технологическими процессами в непрерывной разливке стали — систему рассредоточенных модулей. Она основана на отдельных автономных системах программируемых логических контроллеров или персональных компьютеров для разных участков управления. Каждый компонент подключен к устройству сбора данных, которое объединяет отдельные установки в одну систему и обеспечивает данные для человеко-машинного интерфейса, а также для сообщения с системой автоматизации уровня (Ь2). Блоки оборудованы специальными интеллектуальными и операционными системами и могут функционировать как автономные устройства для целей испытаний или профилактического ухода и т.п. Блоки стандартизируются и могут быть использованы в разных сочетаниях там, где требуется техническое и программное обеспечение для автоматизации оборудования. Такой подход позволяет быстро начать эксплуатацию МНЛЗ. При-
лггттгГ: г: готш^ггта /об
- 3 (35), 2005/ IIV
мерами отдельных блоков для схемы «подключайся и разливай» могут служить устройство качания кристаллизатора «Динафлекс», система гидравлического регулирования ширины кристаллизатора и автоматизация уровня Ь2.
Устройство качания кристаллизатора «Динафлекс» может служить в качестве автономной установки (для модернизации) или может быть встроено в систему рассредоточенных компонентов. Настройка выполняется непосредственно со встроенного дисплея, который обеспечивает предварительную наладку и испытание полного устройства в цехе сборки, минимизируя таким образом испытание на рабочей площадке.
Основные характеристики системы управления устройством качания кристаллизатора - расчет задаваемых значений, генераций функций для синусоидальных и несинусоидальных значений, оперативное и автономное регулирование хода, управление качанием кристаллизатора и расчет трения. Для сбора данных и устранения неполадок устройство снабжено сервисным соединителем, который обеспечивает сводку сигналов технологического процесса для последующего анализа. В будущем предусматривается дистанционный доступ.
Устройство гидравлического регулирования ширины кристаллизатора пригодно как для новых МНЛЗ, так и для модернизации типовых кристаллизаторов с гидравлическими или электрическими приводами. Вся наладка и рабочая настройка выполняются напрямую с графического дисплея. На случай нештатных ситуаций система управления оборудована экспертной системой, которая предназначена для корректировки ширины кристаллизатора и восстановления нормального режима работы.
Система автоматизации уровня Ь2 ФАИ модульная, спроектирована с целью оптимизации технологического процесса и оборудована устройствами для комплексного сбора данных и выдачи информации оператору. Она включает в себя модели процессов для динамичного вторичного охлаждения и другого технологического регулирования, а также для оптимизации выхода годного и управления качеством. Эта система показывает типичный дисплей уровня Ь2, на который дается общий обзор, включая наиболее важные данные о плавке, сталеразливочном и промежуточном ковшах, и о непрерывнолитом слитке в комбинированной текстовой и графической форме [8].
Существуют и другие системы автоматизации — это система «Уровень», предназначенная для автоматического поддержания уровня металла в кристализаторе с точностью до ±2 мм, а также информационно-измерительные системы «Качание» и «Подвисание», служащие для определения состояния механизма качания и кристаллизатора в период эксплуатации для индикации парамет-
ров пространственной траектории кристаллизатора, амплитуды и частоты качания, сигналов-критериев, характеризующих режим работы шлака в кристаллизаторе, условий формирования корки слитка, визуализации на мониторе оператора теплового поля поверхности слитка и распространения области прилипания корки слитка к медным стенкам. Предусмотрена одновременная подача звуковой и световой сигнализации.
Установленные на механизме качания датчики прецизионно измеряют движение кристаллизатора по трем ортогональным осям и трем углам поворота вокруг этих осей. Другие прецизионные датчики измеряют силы взаимодействия кристаллизатора и слитка. Результаты текущих измерений обрабатываются компьютерной системой за период качания кристаллизатора. Информация о ходе разливки в текстовом и графическом виде отображается на экране пультов, установленных на рабочих местах разливщика и оператора МНЛЗ.
Текущие результаты работы комплекса сохраняются в архиве и визуализируются на электронных носителях информации и служат базой данных, необходимой для контроля и совершенствования технологии использования имеющегося оборудования. Через эту аппаратуру происходит обмен информацией с сетью более высокого уровня. Применение системы «Уровень» позволило улучшить качество поверхности заготовок и увеличить производительность МНЛЗ на 15% за счет увеличения скорости вытягивания заготовки.
Для работы с системой «Подвисание» устанавливаются кристаллизаторы с вмонтированными термодатчиками и системами анализа работы кристаллизаторов, благодаря которым появилась возможность прогнозирования вероятных аварийных ситуаций, связанных с уточнением величины корки слитка. Датчики, установленные в три ряда на расстоянии 168, 280 и 430 мм от верхней кромки медных пластин, позволяют контролировать распределение температуры по стенкам кристаллизатора в ходе процесса. В случае локального разогрева стенок системой предусмотрена звуковая и световая сигнализация с указанием места подвисания на мониторе оператора. За четыре месяца работы системы зафиксировано 16 подви-саний корки слитка, из них четыре были определены технологами одновременно с системой, а в 12 случаях система заранее сигнализировала о возникновении зависания технологу, что позволило принять меры для исключения аварийной ситуации. Для улучшения качества слитков и оценки работы механизма качания и кристаллизатора большое применение получили акселеро-метрические системы контроля движения кристаллизатора [9—11]. Авторы этих работ отмечали, что отклонение от заданных режимов качания в случае невертикального движения кристаллизатора относительно его оси, а также возникновения
угловых колебаний сопровождаются воздействием горизонтальных усилий на затвердевающую корку слитка.
Качественно новая информация, которую выдает система, — это информация о взаимодействии кристаллизатора и слитка. Установленное оборудование позволяет в результате обработки измерять раздельно составляющие трения: «сухую» (без жидкой фазы шлака) и «вязкую». Это открывает возможность объективно и оперативно, основываясь на измерениях, определять эффективность работы шлакообразующей смеси в кристаллизаторе в конкретных условиях разливки, подбирать оптимальные скоростные режимы и наилучшие шлако-образующие смеси. Имея определенный запас «эталонной» шлакообразующей смеси данной марки, можно контролировать вновь поставляемые партии смесей этой марки по сравнительным замерам в стационарных режимах разливки.
Система позволяет подбирать режимы движения механизма качания (частоту, форму и размах колебаний) по минимуму взаимодействия между слитком и кристаллизатором. На основе измерения взаимодействия кристаллизатора и слитка предсказываются дефекты на поверхности слитка: шлаковые включения, некоторые виды трещин. Анализируя величины сигналов-критериев, можно обнаруживать как небольшие отклонения от нормы, не требующие принятия каких-либо специальных мер, так и дефекты, которые вызывают необходимость в дополнительной обработке поверхности заготовок.
Вся перечисленная информация, получаемая от комплекса, требует дополнительной обработки применительно к конкретным условиям разливки с целью определения численных значений сигналов-критериев, которые определяются в результате анализа данных, получаемых при разливке, и сопоставления их с фактическими результатами работы и качеством слябов.
Одним из показателей, вырабатываемых комплексом «Кристаллизатор-2000» и указывающих на качество поверхности слитка, служит сигнал-критерий «вибрация» («шлак»). Проводили сравнительный анализ величины сигнала-критерия «вибрация» и качества поверхности литой заготовки, отобрав 678 слябов. Из них 647 слябов от 74 плавок были отлиты в условиях, когда величина сигнала-критерия «вибрация» находилась в пределах от 30 до 100%. На поверхности этих слябов дефекты не обнаружили. При осмотре 31 сляба выявили дефекты поверхности в виде шлаковых образований. Величина значения сигнала-критерия «вибрация» во время отливки этих слябов составляла 101-160%.
Виброобработка стали в кристаллизаторе
Еще одним из методов получения качественного слитка является вибрационное воздействие
щттгк г: ктг<пгггРп:г,
- 3 (35). 2005
/87
на металл в кристаллизаторе. При вибрационном воздействии на кристаллизирующийся металл происходят увеличение скорости кристаллизации, уплотнение центральной зоны заготовки, значительно уменьшается ликвация.
Механизм воздействия вибрации на кристаллизирующийся металл связывают с изменением температуры кристаллизации стали при увеличении давления в случае возникновения кавитации в слое, прилегающем к виброинструменту.
Температура и давление как внешние параметры определяют устойчивость системы. Увеличение давления в локальном объеме при схлопы-вании кавитационной полости способствует росту температуры кристаллизации, т. е. более раннему появлению центров кристаллизации.
Так, например, при повышении давления на жидкое железо на 0,1 МПа температура кристаллизации возрастает на 3 • 10~3 °С. Повышение давления при кавитации до тысяч атмосфер приводит к существенному изменению температуры кристаллизации. В области развитой кавитации давление во время схлопывания пузырька может составлять, например, для воды 1 МПа.
УралНИИчерметом совместно с Уралгипроме-зом и Нижнетагильским металлургическим комбинатом разработаны конструкция установки (рис. 2) и технология обработки стали вибрацией в кристаллизаторе сечением 250x1500 мм слябовой МНЛЗ с вводом виброинструмента в жидкий металл.
X
Рис. 2. Схема установки для обработки стали вибрацией в кристаллизатор МНЛЗ: а — промежуточный ковш; б — виброинструмент; в — держатель виброинструмента; г - погружной стакан
В процессе исследования обработку стали вибрацией проводили при частоте 1500—3000 кол/ мин и амплитуде 0,5—2,5 мм с вынуждающим усилием вибрации до 6 кН. Конструкция установки обеспечивает безопасную и безаварийную работу на рабочей площадке МНЛЗ. В качестве виброинструмента применяли специальные огнеупоры. В процессе исследования отрабатывали режим вибрации, глубину погружения виброинструмента в сталь 09Г2С, 10-15ХСНД, 28Х2М, 15К и СтЗсп. Сопоставление серных отпечатков с поперечных темплетов опытного и сравнительно-
го металла (одной и разных плавок) показало значительное улучшение качества слябов, отлитых с виброобработкой металла при кристаллизации. При этом предел текучести листов толщиной 20 мм повысился на 7—8%, ударная вязкость при отрицательной температуре — на 8—9, после старения — на 8—30%.
С целью определения влияния вибрационной обработки на скорость кристаллизации стали проводили исследование по известной методике. Для этого из сляба вырезали дорожки, которые подвергали горячему травлению для выявления дендритной структуры металла. По расстоянию между осями дендритов второго порядка вычисляли скорость кристаллизации на различном расстоянии от края широкой грани сляба. Увеличение скорости кристаллизации выше в зоне металла, примыкающей к виброинструменту.
Возмущение и внутренние волны передаются по всему объему кристаллизатора, что подтверждают результаты исследования процесса кристаллизации с использованием в качестве модельной жидкости салола.
Промышленные исследования показали, что виброобработка стали в кристаллизаторе МНЛЗ позволит увеличивать скорость ее кристаллизации на 25—63%. При этом центральная зона слябов затвердевает с большой степенью объемной кристаллизации.
По включениям оксидов и нитридов опытный металл отличается от обычного незначительно.
Влияние вибрации проявилось в изменении характера сульфидной фазы. В опытном металле отмечается снижение количества пленочных сульфидов и растет доля строчечных сульфидных включений, состоящих из отдельных глобулей. Крупные пленочные сульфиды при вибрации кристаллизирующегося металла имеют тенденцию к их разрушению и превращению в бусообразные строчки.
Таким образом, при обработке путем вибрации снижается доля мелких (<2 мкм) глобулярных сульфидов и в результате их вероятной коалесценции возрастает доля более крупных (2— 4 мкм) включений. Снижается газонасыщенность стали, особенно в центральной зоне сляба: содержание кислорода и водорода уменьшаются соответственно на 10—20 и 14—29%; концентрация азота изменяется незначительно [12].
Выводы
1. Приведенные в данной работе новые технологии целесообразно применять при реконструкции действующих и строительстве новых МНЛЗ, в том числе и в условиях РУП «БМЗ».
2. Применение рассмотренных технологий позволит увеличить скорость разливки, а также улучшить качество непрерывнолитой заготовки без значительной переделки МНЛЗ и больших капитальных вложений.
/ЛГГТТгК (Т tf<TÎî£fi7PFT7!
/ 3 (35), 2005 -
Литература
1. Harry R.C. // Elec. Furnace Conf. Proc. Dallas. 1988.Vol. 44. P. 63-71.
2. Suzuki et.al. Steelmaking Conf. Proc. Toronto, Ontario, Canada. 1988. Vol. 71. P. 125-131.
3. Толве P., Прайтона А., Рамагиотти В. Вне-печная обработка расплава в промежуточном ковше МНЛЗ // Стилтайме интернешнл. 1987. № 215. С. 128, 129, 131, 132, 134.
4. Плазменная система для нагрева стали в промежуточном ковше: Докл. фирмы «Тетроникс» (Великобритания) // Стилтайме интернешнл, 1989.
5. Окороков Г.Н., Донец А.И., Шалимов Ал.Г. и др. Нагрев стали разрядом постоянного тока на установках внепечной обработки // Сталь. 1994. № 2. С. 36—40.
6. Окороков Г.Н. Дуговые сталеплавильные печи за рубежом: Обзор информ. Новости черной металлургии за рубежом// Ин-т «Черметинформация». М., 1995. Вып. 1. С. 48-54.
7. Окороков Г.Н., Донец А.И., Шалимов Ал.Г. и др. Технологические особенности выплавки стали в дуго-
вых печах постоянного тока и перспективы их использования // Сталь. 1994. № 5. С. 24-30.
8. Евтеев Д.П., Колы балов И.Н. Непрерывное литье стали. М.: Металлургия, 1984.
9. Чумаков С.М., Делекторский Б.А., Сорокин А.Н., Евтеев А.П. Возможности автоматического предупреждения о прорывах на выходе из кристаллизатора // Сталь. 1998. № 5. С. 22-26.
10. Чумаков С.М., Сорокин А.Н. Опыт использования акселерометрическои системы технологического контроля кристаллизатора // Сталь. 1998. №6. С. 17-19.
И. Ферстер Э., Гуденау Х.В., Кемпер Г.М, Штеркен К. Трение между заготовкой и кристаллизатором при разливке стали на МНЛЗ//Черные металлы. 1994. № 2, 3. С. 34-41.
12.Денисов В.А., Беседою А.С, Заславский Г.З. и др. Виброобработка стали в кристаллизаторе МНЛЗ — перспективный способ улучшения качества заготовок // Сталь. 1993. № 5. С. 32-34.
Э
КСПРЕСС-. ИНФОРМАЦИЯ^
25 августа 2005 г. в г. Могилеве в Институте технологии металлов Национальной академии наук Беларуси состоялось торжественное открытие мемориальной доски, посвященной памяти первого директора и основателя института, доктора технических наук, профессора, академика, лауреата Государственной премии БССР, заслуженного деятеля науки и техники БССР Геннадия Анатольевича Анисовича.
На открытии присутствовали заместитель Председателя Президиума Национальной академии наук Беларуси, доктор технических наук, профессор В.И.Ти-мошпольский; Председатель Белорусского общественного объединения литейщиков и металлургов, доктор технических наук, профессор Д.М.Кукуй; директор Института, член-корреспондент Е.И.Марукович, академики и члены-корреспонденты Отделения физико-технических наук, родственники, коллеги, ученики Г.А.Анисовича и сотрудники Института технологии металлов НАН Беларуси, представители органов местного управления.
Каким запомнился соратникам и последователям Геннадий Анатольевич Анисович? Человек с великолепной памятью, пытливым умом, неиссякаемой энергией, высочайшей работоспособностью, тонким юмором, лучшими человеческими качествами. В 29 лет он становится кандидатом, в 38 - доктором технических наук, в 40 - член-корреспондентом, в 52 года — акаде-
миком. Геннадий Анатольевич Анисович создал сильную научную школу, которая основывается на материаловедении, теплофизике, металлургии, литейном производстве и позволяет разрабатывать высочайшие технологии для получения деталей машиностроения высокого качества. Монографии Г.А.Анисовича стали настольными книгами для всех литейщиков и металлургов.
От лица Национальной академии наук Беларуси В.И.Тимош-польский выразил благодарность за чествование учителей научной школы и подчеркнул, что литейно-металлургический комплекс Республики Беларусь — один из лучших в странах СНГ и Европы и в этом неоценимый вклад талантливейшего ученого и специалиста Г.А.Анисовича.
