Направления развития процесса непрерывной разливки
Преимущества непрерывной разливки стали по сравнению с разливкой в обычные изложницы заключаются в сокращении числа технологических операций, увеличении выхода годного металла (выход сортовой заготовки и слябов спокойной стали увеличивается на 10—14 % от массы разливаемого металла), улучшении качества металла, в первую очередь вследствие снижения химической неоднородности изза более быстрого затвердевания малых по сечению отливаемых слитков, возможности широкой автоматизации процесса, улучшении условий труда при разливке, отказе от блюмингов, слябингов, дворов изложниц, стрипперных отделений и сокращении территории предприятия. Непрерывная разливка стали дала возможность организовать непрерывный, высокопроизводительный процесс производства непрерывнолитых заготовок, по профилю и размерам пригодных для непосредственного использования на сортовых и листовых станах.
Важным этапом развития процесса непрерывной разливки стали является производство близких к конечным размерам непрерывнолитых заготовок для производства листовой (тонкие слябы), крупносортовой (отливка профильной заготовки для производства балок), трубной (круглые заготовки) продукции. Для качественной подготовки стали применяется внепечная обработка жидкого металла в сталеразливочном ковше, которая включает продувку стали аргоном, корректировку химического состава и температуры стали, ее рафинирование и вакуумирование.
С целью экономии энергии в некоторых случаях предусматривается передача непрерывнолитых заготовок непосредственно на прокатный стан без промежуточного складирования и охлаждения. Разливка в изложницы может сохраняться при выплавке некоторых легированных сталей, для которых технология непрерывной разливки пока не разработана.
Внедрение непрерывной разливки стали повлекло за собой создание отделений обработки непрерывнолитых заготовок. Состав оборудования, технология и объем обработки непрерывнолитых заготовок весьма разнообразны и зависят от марочного и размерного сортамента обрабатываемых заготовок, а также от принимаемой технологической схемы производства.
Важнейшие факторы, влияющие на объём годового производства непрерывнолитых заготовок: коэффициент использования МНЛЗ, т.е. доля полезного времени разливки; массовая скорость разливки, определяемая произведением сечения на линейную скорость разливки.
Коэффициент использования был повышен за счёт освоения разливки методом «плавка на плавку». Это стало возможным в результате усовершенствования основного и вспомогательного оборудования: устройства для замены сталеразливочных и промежуточных ковшей, замены погружных стаканов, систем автоматического измерения ширины кристаллизатора. Продолжительность разливки стали методом «плавка на плавку» ограничивается качеством, прорывом, сортаментом, наличием стали. Ограничения, связанные с качеством заготовок, снимаются в результате совершенствования и соблюдения технологии разливки. Опасность прорывов металла можно уменьшить, совершенствуя систему прогнозирования прорыва, с помощью контроля температур по высоте кристаллизатора. Такие системы применяются на слябовых МНЛЗ, но реже используются на МНЛЗ для отливки сортовой заготовки. Достигнуты довольно высокие показатели коэффициента использования МНЛЗ (60—70 %), и дальнейшего значительного увеличения их производительности за счёт этого фактора не ожидается.
Вторым фактором возможного увеличения производительности МНЛЗ является увеличение линейной скорости разливки, которая ограничивается: для слябовых МНЛЗ длиной установки и качеством внутренней структуры металла, для сортовых — частотой прорывов металла.
Технологические меры, принимаемые для увеличения линейной скорости разливки, включают: точное регулирование перегрева, что может потребовать подогрева металла в промежуточном ковше; влияние на первичную кристаллизацию, совершенствование смазки в кристаллизаторе (новые порошкообразные разливочные смеси, оптимизированный режим качания кристаллизатора); повышение эффективности охлаждения в кристаллизаторе; обеспечение жёсткости опорной системы при гибких возможностях охлаждения; полная автоматизация, даже в условиях нестабильной и аварийной эксплуатации.
Увеличение металлургической длины МНЛЗ может составить 35—45 м в зависимости от размерного сортамента слябов, чаще станет линейная скорость разливки порядка 2,0—2,5 м/мин. Разливка тонких слябов эффективна, если увеличение скорости разливки будет опережать уменьшение толщины отливаемого сляба. При разливке сортовых заготовок предпринимаются попытки уменьшения прорывов, ожидаемых на основании показаний термопар, повышения уровня автоматизации и новых технологий охлаждения. Автоматизированная система контроля качества обеспечивает возможность систематической оптимизации уровня качества отливаемых заготовок.
При разливке блюмов и заготовок готовая продукция характеризуется широким назначением. Принципы разливки на профиль, близкий к конечному, должны быть специально разработаны с учётом индивидуальных технологических циклов производства и готовой продукции. Заготовки, по форме близкие к конечным дают возможность уменьшить в дальнейшем затраты на обработку, в частности с учётом освоения разливки тонких слябов или профилированных заготовок для балок.
Большие возможности при производстве высоколегированных специальных сталей, слитки из которых нельзя подвергать выпрямлению, открывает горизонтальная непрерывная разливка. Она обеспечивает полную герметизацию системы подачи металла в кристаллизатор, что способствует большей чистоте стали.
Важным этапом в развитии непрерывной разливки является совмещение непрерывной разливки и прокатки. В качестве первого шага в создании совмещенных процессов следует рассматривать «горячий посад», т.е. загрузку в печи прокатных станов горячих (при 700—800 °С) слябов сразу после непрерывной разливки, и прямую прокатку (без дополнительного подогрева) слябов. Процесс требует повышения качества непрерывнолитых заготовок, например за счёт использования современных технологических решений в сталеплавильном производстве: снижения содержания серы, вакуумирования, соблюдения температурного режима, защиты металла от вторичного охлаждения, целенаправленного воздействия на процесс кристаллизации слитка и его охлаждение. Обязателен контроль качества заготовок (поверхности, макроструктуры) в потоке с отсортировкой возможного брака средствами неразрушающего контроля: магнитными, ультразвуковыми, лазерными, инфракрасными лучами. Процессы позволяют добиться экономии энергоресурсов на стадии обработки давлением при горячем посаде до 20—40 %, а при прямой прокатке непрерывнолитых заготовок до 60—70 %, снизить капитальные вложения, улучшить экологию, сократить численность персонала.
Одна из важнейших задач современного металлургического производства — совмещение непрерывной разливки с прокаткой и обеспечение равной производительности этих звеньев. При совмещении с прокаткой сортового металла могут быть пригодны станы со скоростями входа заготовки в клеть, измеряемыми метрами в минуту, и с высокой степенью деформации заготовки за один пропуск (например, станы продольной периодической прокатки, винтовой прокатки и т.д.). Одно из направлений развития новых схем процесса непрерывной разливки — получение тонких слябов (например, толщиной 20— 50 мм). Для этой цели применяют МНЛЗ с качающимися, ленточными или конвейерными кристаллизаторами. Скорость разливки на них может быть в пределах 5—20 м/мин.
Для металлургического производства рассматриваются процессы с получением полосы толщиной 1—5 мм и шириной от 250 до 2000 мм. Полоса может служить подкатом для станов холодной прокатки, а в отдельных случаях, при соответствующей макро и микроструктуре металла, и готовой продукцией.
Техникоэкономические преимущества разливки стали в тонкую полосу достигаются за счёт исключения горячей прокатки крупных литых слябов. При этом экономия металла на прокат может составить 8—15 %, сокращение расхода топлива — до 40 кг/т и электроэнергии — до 50 кВт • ч/т. Процесс получения тонкой стальной полосы реализуется в опытном и полупромышленном порядках.
В. А. Авдеев, В. М. Друян, Б. И. Кудрин, Основы проектирования металлургических заводов, М., 2002
