99 Перспективные на правления развития непрерывной разливки стали.

Нельзя не отметить, что для получения “классической” заготовки МНЛЗ претерпевают в последнее время серьезные конструктивнные изменения, а технология разливки – значительные технологические новшества. В этом перечне изменений значительное место занимают разработки, направленные на создание и развитие предохранительных устройств и мероприятий, обеспечивающих стабильность технологического процесса, защиту разливаемого металла от вредного воздействия атмосферы, снижение влияния конструктивных особенностей МНЛЗ на процессы кристаллизации и формирования слитка, на качество заготовки, а также обеспечивающих надежность и работоспособность роликовой проводки МНЛЗ, стабильность и точность ее настройки по всей ее длине и в течение всего времени разливки. Заключаются они в следующем [1,2]: • безоговорочное предпочтение отдается МНЛЗ с вертикальным кристаллизатором, что обеспечивает повышение качества заготовки при одновременном росте производительности в 1,4... 1,5 раза;

• применяется криволинейная схема технологической лини МНЛЗ с многоточечным загибом и разгибом;

• предусматривается возможность изменения геометрических размеров заготовки в процессе разливки;

• увеличивается вместимость промежуточного ковша до 40...50 т и используется система перегородок для управления течением металла;

• обязателен непрерывный замер температуры металла в промковше и в отдельных зонах движения заготовки. • расширяется применение технологии подогрева металла непосредственно в промковше;

• часть операций по доводке стали переносится в промковш (продувка аргоном, обработка порошковой проволокой, модифицирование и микролегирование);

• ужесточаются требования к защите стали от вторичного окисления на всем этапе движения стали от ковша до кристаллизатора;

• все большее распространение получают технологии внешнего воздействия на прцессы кристаллизации в кристаллизаторе МНЛЗ и “мягкого” обжатия металла в ЗВО (зоне вторичного охлаждения);

• применяется электромагнитное перемешивание металла ниже кристаллизатора;

• уменьшается диаметр поддерживающих роликов в ЗВО;

• обязательно используется система автоматического контроля уровня металла в кристаллизаторе, а также система автоматической подачи ШОС (шлаковых смесей) в кристаллизатор;

• применяются новые способы вторичного охлаждения с обязательным автоматическим регулированием параметров охлаждения в зависимости от технологических параметров и температуры слитка. В результате вышеперечисленных изменений существенно повышается производительность МНЛЗ, улучшается качество поверхности и внутренней структуры сляба, снижаются затраты на строительство машины, ее обслуживание и т.п. Рассмотрим некоторые перспективные разработки, направленные на совершенствование конструкции отдельных устройств МНЛЗ и отдельных технологических параметров разливки, и способствующие стабилизации процесса разливки, снижению вредного влияния внешних и внутренних факторов на технологию и качество готовой продукции.

Основным фактором, влияющим на качество, является стабильность процесса (скорости разливки, температуры и состава разливаемой стали), стойкость оборудования (стабильность его настройки в течение всего длительного времени работы), а также недопущение вредного влияния окружающей среды на качество жидкой стали. Строительство новых и реконструкция действующих МНЛЗ все в большей мере стали сочетаться с разработкой и внедрением новых методов внепечной обработки стали. При этом заметно возросло число заводов, где предпочтение отдается использованию глубоких промежуточных ковшей достаточной вместимости. В футеровке ковшей переходят от силикатных и нейтральных к основным огнеупорам. В промежуточных ковшах повсеместно начинают устанавливать перегородки, обеспечивающие лучшее рафинирование металла от неметаллических включений.

Кроме того, в ряде случаев над сталеразливочным стаканом устанавливают доходящую до дна перфорированную огнеупорную трубу, улавливающую неметаллические включения. Подбором оптимального числа и размеров отверстий в перегородках ускоряют всплывание неметаллических включений. Над удлиненным сталеразливочным стаканом в промежуточном ковше устанавливают достигающую дна трубу с отверстиями, предназначенную для улавливания включений и предотвращения зарастания стакана. В промежуточных ковшах также устанавливается ряд перегородок для управления потоками металла, под зоной подачи металла из разливочного ковша пористые пробки для продувки металла аргоном снизу, а сверху промковши закрываются крышкой с тщательным уплотнением всех соединений. Металл из разливочного ковша подается через удлиненный стакан с аргоновым уплотнением.

В результате не только не происходит увеличения содержания газов и неметаллических включений в металле, но и был обнаружен эффект дегазации и рафинирования. Путем подбора оптимального расхода аргона для барботирования достигнуто снижение содержания неметаллических включений, что особенно важно в нестабильный период разливки и в период стыковки плавок. В период "стабильной" разливки содержание неметаллических включений уменьшается почти вдвое [3]. Развитие конструкций промежуточных ковшей идет по пути существенного повышения их вместимости более 50 т. Считается, что крупный ковш позволяет сохранить постоянную скорость разливки при смене разливочного ковша без опасения затягивания шлака, использовать ковш с несколькими порогами и разделительными перегородками, уменьшить объем неперемешиваемой зоны, облегчить условия всплывания включений.

Применение большегрузных промежуточных ковшей позволило, за счет применения специальных предохранительных устройств в виде реакционных камер, обеспечить процесс комплексного рафинирования, модифицирования и микролегирования стали в процессе непрерывной разливки [4]. Таким образом, конструкция промежуточных ковшей претерпевает серьезные изменения; увеличивается их вместимость, глубина ванны металла, широкое распространение получает практика устройства перегородок, порогов, конструкций для организации флотации включений путем продувки инертными газами, а также фильтрации включений и др. Важное место в системе стабилизации процесса разливки занимают новые системы автоматического управления (САУ) МНЛЗ, которыми в последние годы оборудуются практически все вновь строящиеся и многие реконструируемые МНЛЗ. К таким системам относятся : • автоматическое поддержание уровня металла в промковше;

• автоматическое регулирование уровня металла в кристаллизаторе;

• автоматическое регулирование амплитуды и частоты качания кристаллизатора в зависимости от скорости разливки;

• автоматическое предупреждение прорывов;

• контроль взаимодействия слитка с кристаллизатором;

• возможность настройки формы волны качания кристаллизатора;

• автоматическое пошаговое регулирование глубины подачи «стакана» промковша в кристаллизатор;

• изменение наклона боковых стенок кристаллизатора в зависимости от скорости разливки;

• изменение ширины кристаллизатора в процессе разливки;

• контроль и регулирование скорости разливки в зависимости от режимов работы МНЛЗ («залипание», «проскальзывание», выход хвоста и т.п.);

• контроль температуры стенок кристаллизатора;

• автоматическое регулирование водяного охлаждения металла в зависимости от скорости разливки;

• автоматическое регулирование «мягкого обжатия» металла в зависимости от скорости разливки;

• возможность использования математической модели для расчёта водяного охлаждения и таблицы обжатия с целью обеспечения наилучшей внутренней структуры заготовки.

Система предупреждения прорывов. Эта система позволяет, с одной стороны, обнаруживать точки прилипания корочки сляба к медным плитам кристаллизатора, возникающие как на мениске, так и на большой глубине; с другой стороны, система раньше обнаруживает возникшее прилипание, не позволяет ему развиться, что повышает надежность предупреждения прорыва. Система измерения движения кристаллизатора и взаимодействия слитка с кристаллизатором. Она построена на измерении информации, как минимум, шести датчиков ускорения и позволяет измерять как линейные, так и угловые движения кристаллизатора. Система позволяет в результате обработки получить величины сухого и вязкого трения при взаимодействии слитка и кристаллизатора МНЛЗ.

Современные разработки в области конструкции кристаллизаторов направлены на увеличение скорости разливки путем интенсификации режимов охлаждения и частоты качаний, оптимизацию закона колебаний кристаллизатора; воздействие на потоки металла в кристаллизаторе электромагнитным торможением для снижения односторонней ассимиляции неметаллических включений при использовании криволинейного кристаллизатора, а также для смягчения флуктуации уровня ванны при очень больших скоростях разливки; дальнейшее увеличение долговечности плит кристаллизатора с помощью новой техники нанесения покрытий и пр. Кристаллизатор в процессе разливки подвергается интенсивному износу медных плит. Кроме того, диффузия меди из кристаллизатора приводит к появлению брака — трещин на поверхности отливок. Во многих случаях износ медной стенки кристаллизатора и захват меди отливкой могут быть предотвращены с помощью нанесения защитных покрытий на нижнюю часть кристаллизатора.

Для защиты активно применялись хромовые и никелевые покрытия. Во многих странах они превалируют и сейчас. Никель может наноситься различными способами и толщинами, обладает близким к меди коэффициентом теплопередачи. В настоящее время началось активное внедрение технологий газотермического напыления для защиты плит кристаллизаторов МНЛЗ с помощью керамических, металлокерамических покрытий, покрытий из сплавов. Эти покрытия позволяют обеспечить еще лучшую защиту поверхностей кристаллизатора. Разработаны методы высокоскоростного газопламенного напыления покрытий, которые позволяют нанести металлокерамические материалы с превосходными противоэрозионными характеристиками и хорошей теплопередачей. К приоритетным направлениям совершенствования конструкции МНЛЗ относится применение гидравлического привода для обеспечения качания кристаллизатора при использовании несинусоидального закона колебаний.

Гидравлическая система привода кристаллизатора обеспечивает следующие технологические и операционные преимущества [1]: • оперативное варьирование амплитуды колебаний кристаллизатора;

• оперативное варьирование частоты колебаний кристаллизатора;

• изменение формы кривой колебаний (задание скоростей движения кристаллизатора на различных этапах);

• предотвращение дрожаний (вибраций) кристаллизатора, обычно сопровождающих работу электромеханического привода;

• более безопасную и быструю замену кристаллизатора;

• удобство в обслуживании привода кристаллизатора в ходе разливки вследствие выноса гидроцилиндров из труднодоступной зоны;

• значительное уменьшение общей массы движущихся в процессе качаний частей. Дополнительным, но достаточно перспективным фактором, способствующим повышению качества поверхности сляба, может стать применение метода наложения на кристаллизатор горизонтальных колебаний, которые синхронизированы с качаниями в вертикальной плоскости. По мнению различных исследователей [5], этот метод значительно уменьшает следы качания на поверхности сляба и, соответственно, число прорывов металла. Большое значение, с точки зрения повышения качества сляба, имеет оптимизация движения потоков стали в жидкой ванне кристаллизатора. Особое внимание уделяется оптимизации геометрической формы погружных стаканов.

Многочисленными исследованиями подтверждено, что в зависимости от скоростей разливки, сечения заготовки и марки стали, сечение внутренней полости погружного стакана и его выходных отверстий, а также угол наклона выходных отверстий могут изменяться в широких пределах. Безусловно, конструкция погружных стаканов будет развиваться и в дальнейшем. Применение новых материалов и способов обработки огнеупорных изделий позволяет повышать стойкость погружных стаканов против термических ударов, уменьшать скорость износа в зоне шлакового пояса и интенсивного движения потоков жидкой стали, а также предотвращать зарастание внутренней полости при разливке сталей, раскисленных алюминием. При этом особое внимание должно уделяться обеспечению симметричности течения потоков и условий эффективной инжекции аргона в жидкую ванну кристаллизатора. В настоящее время все большее распространение получает метод электромагнитного торможения потока стали, попадающей в кристаллизатор. Это дает возможность существенно снизить скорость движения потоков, ограничить их проникновение вглубь жидкой фазы заготовки, а также обеспечить их рациональное движение. Вероятно, в ближайшее время этот метод получит широкое развитие в совокупности с использованием погружных стаканов оптимальной геометрической формы, которая будет создаваться для каждого конкретного случая, и ряда дополнительных способов внешнего воздействия на процессы кристаллизации.

Существуют различные способы воздействия на формирование макроструктуры слябов: уменьшение температуры разливаемого металла, ввод в металл ленты и микрохолодильников, использование электромагнитного перемешивания металла в кристаллизаторе и в зоне окончания затвердевания, применение импульсного и вибрационного воздействия на кристаллизующийся металл и другие технологии. На комбинате «Азовсталь» ввод в кристаллизатор стальной ленты, в качестве расходуемых холодильников при непрерывной разливке, позволил получить структуру литой заготовки, приближенной к катаной [2, 6]. При повышении качества внутренних зон непрерывнолитых слябов особое внимание уделяется условиям движения заготовки в зоне вторичного охлаждения.

Помимо объективных процессов развития ликвации в ходе затвердевания, на качество заготовки существенно влияют интенсивность охлаждения, ферростатическое давление, соблюдение геометрических размеров в зависимости от установки направляющих роликов и пр. Вполне понятно, что устранить эти факторы без дополнительных мероприятий на практике крайне сложно. По свидетельству ряда исследователей, эта задача достаточно успешно решается при использовании метода “мягкого” обжатия заготовки в конце жидкой зоны. Основные положительные эффекты указанного метода: значительное подавление осевой пористости, снижение коэффициента осевой ликвации и улучшение условий формирования кристаллической структуры в зоне равноосных кристаллов, уменьшение V - образной ликвации. Кроме того, на качество структуры огромное влияние оказывает качество настройки и стабильность параметров технологической оси МНЛЗ.

ВЫВОД В ближайшей перспективе развитие процесса непрерывной разливки будет идти по пути создания и развития предохранительных устройств и мероприятий, обеспечивающих стабильность технологического процесса, защиту разливаемого металла от вредного воздействия атмосферы, совмещение процесса внепечной обработки с процессом разливки, снижение влияния конструктивных особенностей МНЛЗ на процессы кристаллизации и формирования слитка, на качество заготовки, а также обеспечивающих надежность и работоспособность роликовой проводки МНЛЗ, стабильность и точность ее настройки по всей ее длине и в течение всего времени разливки.