Совершенствование технологии разливки стали на высокопроизводительных сортовых МНЛЗ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.02, кандидат технических наук Великий, Андрей Борисович

• Великий, Андрей Борисович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Великий, Андрей Борисович

Введение.

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ РАЗЛИВКИ СТАЛИ НА СОРТОВЫХ МНЛЗ.

1.1 Конструкция машин непрерывного литья сортовой заготовки.

1.2 Особенности технологии разливки стали на сортовых МНЛЗ и качество отливаемой заготовки.

1.3 Внешние воздействия на процесс формирования сортовой непрерывнолитой заготовки.

1.4 Задачи исследования.

ГЛАВА 2 УЛУЧШЕНИЕ КАЧЕСТВА СОРТОВОЙ

НЕПРЕРЫВНОЛИТОЙ ЗАГОТОВКИ.

2.1 Изучение качества сортовой непрерывнолитой заготовки.

2.2 Разработка рационального режима электромагнитного перемешивания металла в кристаллизаторе для улучшения качества отливаемого металла.

Выводы по главе.

ГЛАВА 3 ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СОРТОВЫХ

МАШИН НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК И ВЫХОДА ГОДНОГО МЕТАЛЛА.

3.1 Разработка технологии замены промежуточного ковша при серийной разливке стали на сортовых МНЛЗ.

3.2 Разделение в серии металла разного состава оставлением в промежуточном ковше рациональной массы металла предыдущей плавки.

Выводы по главе.

ГЛАВА 4 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА

СМЕШАННОГО ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА.

4.1 Описание математической модели.

4.2 Настройка модели и изучение распределения заливаемого в кристаллизатор жидкого металла в отливаемой сортовой заготовке.

4.3 Результаты моделирования формирования переходного участка сортовой непрерывнолитой заготовки.

Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологии разливки стали на высокопроизводительных сортовых МНЛЗ»

В промышленно-развитых странах практически вся производимая сталь разливается непрерывным способом на машинах непрерывного литья заготовок (MHJI3). В нашей стране доля стали, разливаемой непрерывным способом, постепенно растет, но ее величина по данным за 2007 год пока составляет всего 71 % от общего объема производства.

Значительный вклад в повышение доли непрерывно разливаемого металла в России внесло ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», в котором^ в начале третьего тысячелетия закончен переход от морально устаревшего способа разливки стали в изложницы к непрерывному способу разливки. Это произошло в результате ввода в эксплуатацию в 2004 году двух сортовых MHJ13 фирмы «VAI». Проектная производительность машин, расположенных в электросталеплавильном цехе ОАО «ММК», составляет 2 млн. т заготовки в год. Разливка металла большей части сортамента осуществляется открытой струёй. Закрытой струёй разливается сталь с особыми требованиями к химическому- составу и качеству заготовок. По рекомендациям фирмы количество плавок в серии лимитировалось продолжительностью кампании промежуточного ковша MHJI3.

На начальном этапе освоения нового оборудования и технологии непрерывной разливки была успешно решена главная задача по обеспечению безаварийной работы машин при разливке стали требуемого сортамента. В процессе освоения нового оборудования и технологии потребовалось разработать технологию получения сортовой заготовки с размерами поперечного сечения 150x150 мм, которая не предусматривалась в контракте, но оказалась необходимой для новых сортовых станов фирмы «Даниэли». После успешного решения специалистами комбината этой и некоторых других возникших проблем-MHJ13 были выведены на проектную производительность.

На следующем этапе освоения нового оборудования и технологии непрерывной разливки актуальной задачей являлось улучшение качества отливаемой сортовой заготовки в условиях расширения сортамента производимой стали. Кроме того, для обеспечения наиболее полной загрузки новых сортовых станов «450», «350» и «170» с общей проектной производительностью 2,2 млн. т проката возникла необходимость повышения производительности сортовых MHJI3 выше их проектных показателей.

Целью диссертационной работы является улучшение качества сортовой заготовки для повышения конкурентной способности готовой металлопродукции, повышение производительности сортовых MHJ13 и увеличение выхода годного металла. Для достижения этой цели в условиях ОАО «ММК» потребовалось решить следующие основные задачи: изучить влияние способа заливки металла в кристаллизатор на качество сортовой непрерывнолитой заготовки; опробовать различные режимы электромагнитного перемешивания металла в кристаллизаторе для улучшения качества отливаемой заготовки; разработать технологию разливки стали на сортовой MHJI3, позволяющую сократить простои машины; опробовать различные способы разделения металла разного химического состава в серии; изучить процесс формирования переходного участка сортовой непрерывнолитой заготовки смешанного состава; оценить экономическую эффективность внедрения усовершенствованной технологии производства сортовой непрерывнолитой заготовки в условиях ОАО «ММК».

Научная новизна работы заключается в следующем: - разработана новая математическая модель формирования переходного участка смешанного химического состава сортовой непрерывнолитой заготовки при-разделении плавок в серии оставлением рациональной массы жидкого металла предыдущей плавки в промежуточном ковше;

- выявлено распределение по длине лунки заготовки металла, заливаемого открытой струей в кристаллизатор сортовой МНЛЗ, и глубина проникновения заливаемой струи;

- произведена количественная оценка степени удельного влияния па процесс формирования переходного участка сортовой заготовки смешивания металла разного химического состава в промежуточном ковше и в кристаллизаторе МНЛЗ; установлены зависимости протяженности переходного участка сортовой заготовки сечением 150x150 мм смешанного состава от отношения между содержанием элемента в металле смежных в серии плавок, а также массы металла переходных участков заготовок от количества жидкого металла, оставляемого в промежуточном ковше при разделении смежных плавок в серии.

Практическая значимость работы состоит в .том, что в результате проведенных исследований повышена плотность осевой части отливаемой заготовки и горячекатаного проката, увеличена производительность сортовой МНЛЗ на 3,0 % (отн.) вследствие сокращения простоев машины, на 65 % (отн.) снижено количество отбракованного металла по причине несоответствия химического состава сортовых заготовок требованиям стандарта. Усовершенствованная технология разливки стали на сортовых МНЛЗ внедрена в производство в электросталеплавильном цехе ОАО «ММК» с общим экономическим эффектом 12,5 млн. руб.

Экспериментальная часть работы выполнена в ОАО «ММК».

Заключение диссертации по теме «Металлургия черных, цветных и редких металлов», Великий, Андрей Борисович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. При разливке стали на сортовой МНЛЗ закрытой струей достигается более высокое качество металла непрерывнолитой заготовки по сравнению с разливкой открытой струей. Улучшение качества металла проявляется в меньшей степени развития ликвационных полосок и трещин угловых, краевой точечной загрязненности, газового поверхностного пузыря и ромбичности поперечного сечения заготовки.

2. Усовершенствован режим электромагнитного перемешивания жидкого металла в нижней части кристаллизатора сортовой МНЛЗ с рациональными параметрами частоты и силы тока, позволяющий повысить плотность осевой части отливаемой заготовки и улучшить качество горячекатаного проката.

3. Разработана технология разливки стали на сортовой МНЛЗ методом «плавка на плавку», отличающаяся тем, что замена промежуточного ковша производится без прерывания серии. Это позволило увеличить производительность сортовой МНЛЗ на 3,0 % (отн.)>вследствие сокращения простоев машины.

4. Разделение в серии металла смежных плавок с содержанием одного или нескольких химических элементов, различающимся более чем в три раза, целесообразно осуществлять только при одновременной замене сталераз-ливочного и промежуточного ковшей. Протяженность переходного участка сортовой заготовки смешанного состава в этом случае имеет минимальную протяженностью - около 0,5 м, что позволяет снизить потери металла в результате его отсортировки или отбраковки и повысить выход годного металла.

5. При меньшем различии содержания химических элементов в металле смежных плавок, возможно, осуществление другого способа разделения в серии — оставлении-в промежуточном ковше металла предыдущей плавки в количестве 12 га, гарантирующим исключение образования веерообразной струи вследствие низкого ферростатического давления расплава. Фактическая масса металла переходных участков сортовых заготовок в 2,5 раза превышает массу металла, оставленного в промежуточном ковше. При внедрении в производство этого способа разделения на 65 % (отн.) снизилось количество отбракованного металла по причине несоответствия химического состава сортовых заготовок требованиям стандарта.

6. Разработана математическая модель формирования переходного участка смешанного химического состава сортовой непрерывнолитой заготовки при разделении плавок в серии оставлением рациональной массы жидкого металла в промежуточном ковше.

7. Выявлено распределение по длине лунки заготовки металла, заливаемого открытой струей в кристаллизатор сортовой МНЛЗ. Глубина проникновения заливаемой струи не превышает 0,5 м от свободной поверхности металла в кристаллизаторе.

8: Формирование переходного участка сортовой заготовки в основном - на 90 % — лимитируется смешиванием металла разного химического состава в промежуточном ковше и лишь на 10 % смешиванием металла в кристаллизаторе МНЛЗ.

9. Увеличение отношения между содержанием элемента в металле смежных в серии плавок в два раза приводит к возрастанию длины переходного участка сортовой заготовки сечением 150x150 мм примерно втрое. Расчетная масса металла переходных участков смешанного состава сортовых заготовок в 1,5 раза превышает массу жидкого металла, оставляемого в промежуточном ковше при разделении смежных плавок в серии.

10. Способ разливки на сортовой МНЛЗ с заменой промежуточного ковша без прерывания серии и способ разделения металла разного состава в серии с оставлением рациональной массы металла в промежуточном ковше внедрены в производство в электросталеплавильном цехе ОАО «ММК» с общим экономическим эффектом 12,5 млн. руб.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Великий, Андрей Борисович, 2009 год

1. Непрерывная разливка стали на радиальных установках / В.Т. Сладко-штеев, Р.В. Потанин, О.Н. Суладзе, B.C. Рутес. — М.: Металлургия, 1974. — 288 с.

2. Непрерывная разливка стали в сортовые заготовки / B.C. Рутес, Н:Н. Гуглин, Д.П. Евтеев и др. М.: Металлургия, 1967. - 144 с.

3. Сладкоштеев В.Т., Гордиенко М.С. О влиянии некоторых факторов на выбор радиуса установок непрерывной разливки стали радиального типа // Непрерывная разливка стали. 1970. - С. 133 - 141.

4. Конструктивные и технологические особенности разливки на УНРС заготовок сечением^ 100x100 мм / Е.В. Федорчук и др. // Непрерывная разливка стали. 1974. - №2. - С. 126 - 132.

5. Многоручьевая непрерывная разливка заготовок мелкого сечения / О.А. Шатагин и др. // Непрерывное литье стали. 1978. - №5. -С. 150 -155.

6. Состояние и тенденции развития MHJI3 / А. Цайбер, М. Беккер, Т. Фест и др. // Труды седьмого конгресса сталеплавильщиков / АО "Черметин-формация". Ассоциация сталеплавильщиков. -М.: 2003. С. 596 - 600.

7. Шляхов Н.А. Перспективы развития комбината и техническое перевооружение сталеплавильного производства // Труды девятого конгресса сталеплавильщиков / АО "Черметинформация". Ассоциация сталеплавильщиков. М.: 2007. - С. 21 - 27.

8. ВТИ 177-16-02-2003 Разливка стали на машине непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Ревда: ЗАО «НСММЗ». - 2003.

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

10. Достижения м области*непрерывной разливки стали // Труды международного конгресса. Перевод с англ. под ред. Д.П. Евтеева, И.Н. Колыбало-ва М.: Металлургия, 1987. - 245 с.

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

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

13. Бровман М.Я. Непрерывная разливка металлов. М.: «ЭКОМЕТ», 2007.-484 с.

14. Tsutsui М. High speed billet casting with convex mould at Himeji works, Toa steel Co in Japan // Concast News. 1994. - Vol. 33. - October. - P: 1-6.

15. Итоги двухлетней эксплуатации сортовых МНЛЗ в ОАО «ММК» / В.Ф. Дьяченко, Д.В. Юречко, А.Б. Великий и др. // Совершенствование технологии в ОАО «ММК»: Сб. тр. Центральной лаборатории ОАО «ММК». Вып. 10. - Магнитогорск, 2006. - С. 73 - 77.

16. Итоги двухлетней эксплуатации сортовых МНЛЗ в ОАО «ММК» /

17. B.Ф. Дьяченко, Д.В. Юречко, А.Б. Великий и др. // Сталь. 2007. - №2.1. C. 45 47.

18. Столяров A.M., Селиванов В.Н. Непрерывная разливка стали. Часть первая. Конструкция и оборудование МНЛЗ: Учебное пособие. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2007. - 154 с.

19. Непрерывная разливка'углеродистых и низколегированных сталей массового назначения в сортовые заготовки / А.В. Лейтес и др. // Непрерывная разливка стали. 1989. - №1. - С. 102 - 106.

20. Усовершенствование технологии и оборудования.-машин непрерывного литья заготовок / Бровман М.Я. и др: Киев: Техника, 1976. - 165 с.

21. Температурные условия формирования шлакового покрытия^ при вертикальном вводе металлам кристаллизатор,/ Е.И. Ермолаева и. др.- // Непрерывное литье стали. — 1981. — №7. С. 80-83.

22. Исследование технологии непрерывной разливки стали на,радиальной установке / В.Т. Сладкоштеев, С.А. Шарадзенидзе, Р.В. Потанин,-и др. // Непрерывная разливка стали: 1970. — С. 126 — 133.

23. Канн Ю.Е. Управление технологическим- процессом производства не-прерывнолитых сортовых заготовок // Непрерывная разливка стали. 1989. - №1.-С. 9-16.

24. Сладкоштеев В.Т., Ахтырский В.И., Потанин Р.В. Качество стали при непрерывной разливке. М.: Металлургиздат, 1974. - 174 с.

25. Дюдкин Д.А. Качество непрерывнолитой стальной заготовки. Киев: Техника, 1988.-253 с.

26. Осевая ликвация*в непрерывнолитой заготовке и сортовом прокате стали 1ИХ15 / В.И. Листопад и др. // Непрерывная разливка стали. 1989. -№1.-С. 66-71'.

27. Причины, образования угловых нитевидных трещин в непрерывных слитках квадратного сечения / Ю.А. Складков и др. // Непрерывная- разливка стали. 1974. - №2. - С. 86 - 94.

28. Развитие ромбичности слитков квадратного сечения / В.И. Лебедев и др. // Непрерывное литье стали. 1976. — №3. -С. 123 — 128.

29. Альбом дефектов литой заготовки, сортового проката и метизной продукции Белорусского металлургического завода. Том I. Литая заготовка. -Жлобин: БМЗ, ЦЗЛ 1997. - 40 с.

30. Дефекты стали. Справ, изд. / Под ред. Новокрещёновой С.М., Виноград М.И. М.: Металлургия, 1984. - 199 с.

31. Атлас дефектов стали. Пер. с нем. — М.: Металлургия, 1979. — 188 с.

32. Симонов В.П., Попов А.П., Битков В.И. Влияние износа кристаллизатора различных конструкций на ромбичность непрерывнолитых заготовок // Непрерывная разливка стали. 1977. - №4. - С. 83 - 88.

33. Столяров A.M., Селиванов В.Н. Технология непрерывной разливки стали: Учебное пособие. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2009. - 78 с.

34. Баландин Г.Ф. Формирование кристаллизационного строения отливок. М.: Машиностроение, 1973. 288 с.

35. Тепловые процессы при непрерывном литье стали / Ю.А. Самойлович, С.А. Крулевецкий, В.А. Горяинов, Э.И. Кабаков. М.: Металлургия, 1982. -152 с.

36. Самойлович Ю.А. Формирование слитка. М.: Металлургия, 1977. -160 с.

37. Оно А. Затвердевание металлов. М.: Металлургия, 1980. 152 с.

38. Физическое моделирование процесса кондукционного перемешивания расплава в незатвердевшей части слитка / В.М. Федотов, В.Д. Субоч, Н.И. Тихонов и др. // Магнитная гидродинамика. — 1984. — №4. С. 95 -100.

39. Непрерывное литье во вращающемся магнитном поле / А.Д. Акименко, Л.П. Орлов, А.А. Скворцов, Л.Б. Шендеров. М.: Металлургия, 1971. -178 с.

40. Якоби X., Штеффен Р. Электромагнитное перемешивание на МНЛЗ // Черные металлы. 1978. - №22. - С. 36 - 47.

41. Непрерывное литье в электромагнитный кристаллизатор / З.Н. Гецелев и др. М.: Металлургия, 1983. - 152 с.

42. Самойлович Ю.А. Кристаллизация стали в электромагнитном * поле. -М.: Металлургия, 1986. 168 с.

43. Бабицкий В.И. Теория виброударных систем. М.: Наука, 1978. -352 с.

44. Электрогидроразрядные генераторы упругих колебаний / В.А. Поздеев, П.И. Царенко, Б.И. Бутаков, П.П. Малюшевский. — Киев: Наукова думка, 1985.- 176 с.

45. Шмрга Л. Затвердевание и кристаллизация стальных слитков. М.: Металлургия, 1985. - 248 с.

46. Ершов F.C., Поздняк Л.А. Микронеоднородность металлов и сплавов. -М.: Металлургия, 1985. 214 с.

47. Затуловский С.С. Суспензионная разливка. — Киев: Наукова думка, 1981.-260 с.

48. Затуловский С.С. Развитие теории и технологии литья с применением инокуляторов // Литье с применением инокуляторов: Сб. науч. тр. / АН УССР (ИЛИ). Киев: ИПЛ АН УССР, 1981. - С. 3 - 13.

49. Чуйко Б.И. Электромагнитное перемешивание стали на установках непрерывной разливки // Итоги науки и техники. ВИНИТИ. - Сер. пр-во чугуна и стали. - 1990. - 20: - С. 117 - 188.

50. Каменская Н.П., Колесникова О.Д., Шифрин И.Н. Применение электромагнитного» перемешивания при непрерывной разливке стали // Обзор информации. Ин-т «Черметинформация»: Сталеплавильное производство. 1982. Вып. 2.-С. 27.

51. Каменская Н.П. Улучшение качества металла в результате применения электромагнитного перемешивания при непрерывной разливке стали. -Вып. 7: Обзор по системе «Информсталь» / Ин-т «Черметинформация». -М., 1985.-С. 36.

52. Колыбалов И.А., Обманов Ю.Б., Шкирмонтов А.П. Тенденции развития непрерывной разливки легированных и специальных сталей за рубежом. -Вып. 24: Обзор по системе «Информсталь» / Ин-т «Черметинформация». -М., 1987.-С. 36.

53. Запалка Д., Ланда И., Жанды И. Развитие новых элементов непрерывной разливки стали и их влияние на качество непрерывных заготовок. -Вып. 6: Обзор по системе «Информсталь» / Ин-т «Черметинформация». -М., 1989.-С. 40.

54. Улучшение качества непрерывнолитых заготовок при электромагнитном перемешивании металла»/ А.Р. Бакалл, А.А. Целиков, А.С. Смоляков и др. // Сталь. 1988. - №2. - С. 36 - 38.

55. Улучшение качества непрерывнолитого слитка методом электромагнитного перемешивания / Н.Н. Дружинин, А.А. Целиков, Ф.С. Солодовник и др. // Сталь. 1983. - №9. - С. 28 - 30.

56. Davidson P.A., Boysan F. The Importance of secondary flow in the rotary electromagnetic stirring of steel: during continuous casting // Appl. Sci. Res.-1987. № 1 -2.-P.241-259.

57. Melford D.A. The solidification of steel under conditions of forced flow// Iron making and Steel working. 1980; -№ 2, P: 89;

58. Kozuka Т., Asai S., Muchi J. Effekt of direct magnetic field jmposed vertically to surface:on supression of wave motion // Trans Iron and Stell Inst, of Japan. 1988. - № 12. - P. 50-57.

59. Марочкин О.А., Великий А.Б. Анализ проблемных зон сортовых MHJI3 и мероприятия по их устранению // Тезисы докладов международной научно-технической конференции. ОАО «ММК». - Магнитогорск, 2004. -С. 23.

60. Исследование причин искажения профиля сортовой непрерывнолитой заготовки / А.Б. Великий, В.П. Филиппова, П.С. Монастырский и др. // Литейные процессы: Межрегион, сб. науч. тр. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ». - 2008. - Вып. 7. - С. 152- 157.

61. Beitelman L. Effect of mold EMS design on billet casting productivity and product quality //Canadian Metallurgical Quarterly. 1999. - №5. - P. 301309.

62. Влияние электромагнитного перемешивания на структуру и химическую неоднородность в сортовой непрерывнолитой заготовке / А.Б. Великий, А.С. Казаков, В.П. Филиппова и др; // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. -2007.- №4.-С. 37-40.

63. Рудой Л.С., Баптизманский В.И. Производительность машин-непрерывного литья заготовок. — Киев: Техника, 1982. — 152 с.

64. Попандопуло И.К., Михневич Ю.Ф; Непрерывная*разливка стали — М.: Металлургия, 1990. 296 с.

65. Влияние количества плавок в серии на качество металла / В.А. Морен-ко, Д.В. Юречко, В.П. Филиппова и др. // Совершенствование технологии в ОАО «ММК»: Сб. трудов ЦЛК. Вып.1 Магнитогорск: 1997. С. 83 - 86.

66. Выбор*способов разделения-плавок сталей, разливаемых в одной серии / Д.В. Юречко, Д.В. Чебыкин, В.М. Корнеев и др. // Сталь, 1999. №11. -С. 22-23.

67. Великий А.Б., Юречко Д.В. Разработка, технологии, замены промежуточного" ковша при-серийной разливке стали на сортовых МНЛЗ Л Литейные процессы: Межрегион, сб. науч. тр. Магнитогорск: ГОУ ВПО1 «МГТУ».-2008.-Вып. 7.- С. 162- 167.

68. Великий А.Б., Столяров A.M. Моделирование процесса формирования переходного участка сортовой непрерывнолитой заготовки смешанного состава // Литейные процессы: Межрегион, сб. науч. тр. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ». - 2009. - Вып. 8. - С. 198 - 204.

69. Ефимов В.А. Разливка и кристаллизация стали. М.: Металлургия, 1976.-552 с.

70. Дюдкин Д.А., Крупман Л.И., Максименко Д.М. Усадочные раковины в стальных слитках и заготовках. М.: Металлургия, 1983. - 136 с.

71. Кнотек М., Войта И., Шефц И. Анализ металлургических процессов методами математической статистики. М.: Металлургия. - 1968. - 212 с.