МАШИНА ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ БЛЮМОВ ИЗ КАЧЕСТВЕННЫХ СТАЛЕЙ ФИРМЫ "ДАНИЭЛИ” НА ЗАВОДЕ С АРЕЦЦО ФИРМЫ "ЛУККИНИ"
В 1991 на заводе Сареццо фирмы "Луккини Сидерурджика? (Италия) была установлена новая машина для непрерывного литья блюмов, В статье приведены основные концепции проекта и результаты, полученные за первый период работы машины, относящиеся, в частности, к качеству продукции, что особенно важно при ее использовании в . автомобилестроении.Описание завода
Завод Сареццо фирмы "Луккини Сидерурджика" расположен возле Брешии (Италия) и занимает площадь 94000 м2, из которых 44000 м2 застроены.
Основная выпускаемая продукция — углеродистые стали для горячего формования и холодной высадки, автоматные серосодержащие стали, борсодержащие стали для горячего формования и холодной высадки, низколегированные конструкционные и пружинные стали.
Плавильный цех оборудован 75т электродуговой печью с трансформатором 50 MBA (+20%) и установкой ковшпечь.
Четырехручьевая машина для непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) № 1, изготовленная фирмой "Конкаст" (Континуа в 1987 г.), имеет радиус 7 м и предназначена для литья блюмов 160х220 мм; МНЛЗ №2 — новая машина для литья блюмов, изготовленная фирмой "Даниэли". Из 350 тыс.т в год, выпускаемых плавильным цехом, 190 тыс.т катают на прокатном стане Сареццо. Это сортопрокатный и проволочномелкосортный стан фирмы "Даниэли" с горизонтальновертикальными клетями, моталками Гаррета и холодильником. Размер выпускаемой продукции от 11 до 42 мм, масса рулона 1300 кг. Ежегодно .150 тыс.т блюмов, полученных на МНЛЗ, поступают на прокатный стан Касто в Брешии для производства заготовок круглого (диаметром от 45 до 85 мм) и квадратного (стороной от 40 до 60 мм) сечений для последующего горячего формования, получения плоских заготовок для бульдозеров, рессор и горячего формования инструментов.
Кроме прокатного стана, на заводе Касто установлена чистовая линия для заготовок круглого и квадратного сечений. Система контроля круглых заготовок состоит из установок Магнатест, приборов для ультразвукового контроля и установки Рототест для контроля методом вихревых токов. Линия контроля квадратных заготовок (от 40 до 80 мм) включает Магнатест, ультразвуковой контроль, магнитный контроль с использованием флюоресцентных порошков и визуальный контроль в ультрафиолетовых лучах. Линия заканчивается системой маркировки дефектов.
Новая машина для непрерывного литья блюмов
В 1990 г. в Сареццо было решено установить новую МНЛЗ. Это было обусловлено следующими причинами:
1. Необходимостью производства блюмов, размеры которых превышают 160x220 мм. Это позволяет повысить максимальный размер готового проката с учетом предельных коэффициентов обжатия. Существующая МНЛЗ для этого непригодна.2. Необходимостью достижения более высоких стандартов качества по сравнению с имеющимися, особенно для крупных заготовок.
Большая часть продукции новой МНЛЗ предназначена для дальнейшей прокатки на стане Касто на круглые и квадратные заготовки. Полученная продукция поступает затем на автомобильные заводы Италии и за границу для изготовления в основном деталей ответственного назначения, что требует нормальной аттестации качества продукции. Отсюда вытекает необходимость в управляемом и надежном процессе литья.
3. Кроме того, в основу конструкции МНЛЗ должна была быть заложена современная технология производства специальных сталей. Доказательством применения новых технологий для непрерывного литья блюмов является тот факт, что новая МНЛЗ имеет только три ручья по сравнению с существующей четырехручьевой, что потребовало в 1,5 раза увеличить скорость литья тех же блюмов размером 160 х 220 мм.В то же время МНЛЗ имеет высокие эксплуатационные показатели вследствие жесткости конструкции и легкости обслуживания. Система автоматического управления позволяет сократить обслуживающий персонал и гарантировать непрерывный технологический контроль процесса литья.
МНЛЗ фирмы "Даниэли" имеет следующие основные характеристики:
1. Радиус изгиба 10 м, что позволяет лить блюмы всех размеров с высокой производительностью и получать продукцию высокого качества.2. Наличие соответствующего опорного сегмента под кристаллизатором, оптимизированного с учетом формы и размеров блюмов и связанных с этим скоростей литья. Сегмент предотвращает выпучивание поверхностей блюма, которое может привести к образованию подповерхностных дефектов, в частности междендритных трещин. Это особенно важно при использовании мягкого охлаждения для сталей, склонных к образованию трещин.
3. Направляющие делают вместе с кристаллизатором, снимаемым через верх для упрощения обслуживания и ускорения заправки МНЛЗ.
4. Использование водовоздушного вторичного охлаждения, с помощью которого достигается равномерность охлаждения ручья и высокая эффективность распыления соплами даже в случае низкого расхода воды (что важно при литье сталей, склонных к трещинообразо ванию), а также уменьшается опасность забивки сопел взвешенными твердыми частицами.
5. Правку заготовок более крупных размеров осуществляют при еще не затвердевшей сердцевине (в соответствии с концепцией фирмы "Даниэли", касающейся высокопроизводительных МНЛЗ). Это относится и к специальным сталям.
6. Конструкция тянущеправильного устройства предусматривает правку при поступательном перемещении. При этом вся деформация разгибания распределяется по определенному числу точек. В каждой из точек величина деформации в ручье не превышает критического значения с точки зрения образования трещин. Опасность образования междендритных трещин была тщательно изучена для случая, когда в Номенклатуре выпускаемой продукции велика доля легированных сталей с улучшенной обрабатываемостью резанием, т.е. с высоким содержанием серы. В этом случае благодаря достаточно большому радиусу МНЛЗ правка на двухточечной установке не вызывает нежелательных последствий и выпускаемая продукция полностью соответствует требованиям, предъявляемым к качеству.
Автоматизированная система управления технологическим процессом МНЛЗ
Автоматизация — фундаментальная составляющая современного процесса литья. Поэтому с самого начала в проект МНЛЗ была включена полностью автоматизированная система управления. По структуре эта система имеет два иерархических уровня, называемых соответственно уровень 1 и уровень 2.
Уровень 1 основан на использовании программируемых контроллеров и выполняет функции базовой автоматизации МНЛЗ. В функции этой системы входит общее управление оборудованием и литьевыми ручьями. Каждый ручей управляется независимо.
Система автоматизированного управления заводом (уровень 2) основана на программном управлении и имеет следующие функции: сопряжение с автоматизацией уровня 1, для которой уровень 2 поставляет заданные значения управляемых параметров; управления базой данных параметров литья. В этой базе данных содержатся все параметры литья для блюмов различных размеров и из стали различных марок, изготавливаемых МНЛЗ. Это позволяет операторам быстро и безошибочно запускать МНЛЗ в работу; видеоконтрольные устройства позволяют следить за выводимыми на дисплеи значениями параметров управления для каждого литьевого ручья, скорректированными в реальном времени с различными уровнями детализации; управление аварийной сигнализацией, вывод на дисплеи ситуаций, в которых находятся управляемые элементы (отклонение параметров от заданных значений, условия выхода за допустимые значения, включение/выключение приборов).
Использование подобной АСУ ТП позволяет сократить персонал, повысить безопасность работ, улучшить экологическую обстановку, снизить вероятность человеческих ошибок (влекущих за собой ухудшение качества, простои и даже несчастные случаи), достичь большего постоянства результатов, связанных с качеством продукции, и общего повышения качества блюмов. Система позволяет в любое время получить подробные отчеты, позволяющие решить возникающие проблемы и вносить поправки в технологический процесс, если они необходимы для обеспечения качества.
Кроме того, уровень 2 включает программу компьютерного контроля качества, являющуюся инструментом для прогнозирования образова 210 ния дефектов в продукции и на основе которой персонал вносит соответствующие коррективы. Программой предусмотрен периодический контроль значений некоторых параметров, существенно влияющих на качество продукции. При превышении значением какоголибо управляемого параметра рамок дозволенного диапазона в процессе литья соответствующий блюм направляется на контроль как некондиционный. По окончании обработки каждой плавки автоматизированная система составляет на каждую заготовку технологический отчет, включающий обнаруженные аномалии. Приведем параметры, регулируемые компьютерной системой контроля качества:
1. Использование защиты струи металла, подаваемого из промковша в кристаллизатор. 2. Использование порошка для смазки кристаллизатора. 3. Температура стали в сталь ковше и промковше. 4. Скорость литья. 5. Качание кристаллизатора. 6. Расход воды в системе охлаждения кристаллизатора. 7. Колебания температуры в первичном контуре водяного охлаждения. 8. Уровень стали в кристаллизаторе. 9. Расход воды во вторичном контуре охлаждения. 10. Давление в системе вторичного охлаждения (используя соответствующий алгоритм, можно проверить эффективность системы разбрызгивания на основе известного соотношения между скоростью потока и давлением воды в спрейерах). 11. Температура заготовки на выходе из системы вторичного охлаждения. 12. Вторичное охлаждение. 13. Давление вытяжных роликов.
Процессы выплавки стали и литья
Цикл выплавки стали в сталеплавильном цехе состоит из следующих операций:
1. Расплавление лома в 75т электродуговой печи и раскисление плавки перед выпуском путем добавки алюминия в виде Fe А1сплава.2. Выпуск при температуре около 1630 °С и введение в ковш ферросплавов и графита для сведения к минимуму разброса по химическому составу.
3. Введение Al в процессе выпуска для регулирования размера зерна при выплавке мелкозернистых сталей.
4. Выпуск плавки с оставлением шлака и около 10 т стали в печи благодаря использованию специального датчика.
5. Присадка в процессе выпуска плавки для образования нового шлака и десульфуризации стали в ковш около 500 кг извести и 100 кг плавикового шпата. Ковш оборудован шиберным затвором Флокон и футерован доломитовым кирпичом.
6. После перемещения на участок установки ковш — печь добавляют известняк и боксит в ковш для образования десульфурирующего шлака, затем вводят ферросплав для получения усредненного химического состава стали и продувают аргоном сталь в ковше через пористую кладку днища.
7. Введение Са — Si в виде порошковой проволоки для улучшения литейных свойств стали при достижении температуры, соответствующей температуре литья. Количество вводимого Са — Si зависит от условий выплавки.
На заводе Сареццо для каждой индивидуальной марки стали применяют стандартный технологический процесс. Для выполнения такого технологического процесса даются точные инструкции, начиная с состава шихты, которые операторы печи должны строго выполнять как в Процессе проведения плавки в электродуговой печи, так и при обработке в ковшовой печи и непрерывной разливке на МНЛЗ.
Сразу же после литья блюмы из легированных сталей и сталей, содержащих 0,45 % С, предназначенные для производства круглых заготовок диаметром ^ 43 мм, и квадратных заготовок размерами ^ 40x40 мм медленно охлаждают под колпаком для облегчения диффузии водорода и соответственно предотвращения образования флокенов.
Если в процессе изготовления технологические параметры не выходят за пределы заданных, то блюмы не подвергают ни визуальному осмотру, ни зачистке. В противном случае проводят статистический визуальный контроль после дробеструйной обработки. При обнаружении неприемлемых поверхностных дефектов производят 100 %ный контроль заготовок и местную шлифовку.
Для макроконтроля блюмов из легированных сталей отбирают пробу каждой плавки и из каждого ручья.
Результаты, полученные при использовании новой МНЛЗ
Существующие ограничения в производительности стана Касто ограничивают использование МНЛЗ фирмы "Даниэли" для производства крупных блюмов (от 200x240 до 240x300 мм). На заводе производят в основном блюмы 160x220 мм и частично 240x300 мм.
По окончании периода пуска МНЛЗ такие дефекты, как сотовая пористость, подкорковые трещины, поры и сегрегации, не обнаружены. Использование системы электромагнитного перемешивания привело к увеличению доли зоны равноосной структуры от 10 — 20 (без перемешивания) до 30 — 60%. При этом уменьшилось количество поверхностных и подповерхностных дефектов. Результаты эксплуатации новой МНЛЗ с точки зрения структуры кристаллизации, наличия сегрегаций, поверхностных и подповерхностных дефектов признаны удовлетворительными.
Как было отмечено, часть производимых на обеих МНЛЗ блюмов 160x220 мм прокатывают на сортопрокатном проволочномелкосортном стане Сареццо. Контроль в процессе прокатки предусматривает испытание на осадку в горячем состоянии, обжатие от 1 до 3 (на образцах, которые отрезаются летучими ножницами с обоих концов заготовки и доставляются в лабораторию для испытаний) и статистический контроль с помощью установки Магнофлакс в процессе прокатки. Обычно причиной отбраковки служат короткие трещины и шелушение, связанное с наличием сотовой пористости в блюме.
Для дальнейшей прокатки на стан Касто обычно поступают блюмы из мелкозернистых ресульфурированных (>0,020% S) углеродистых и легированных сталей, которые в основном используют для получения прокаткой квадратнь?х заготовок размерами от 40 до 80 мм, предназначенных для изготовления деталей автомобилей.
После прокатки заготовки подвергают магнитному контролю и поверхностные дефекты устраняют шлифовкой. Если глубина дефекта превышает величину минимального допуска на размер, то заготовку отбраковывают. Основными дефектами заготовок являются короткие неглубокие трещины (0,2 — 0,5 мм), причиной образования которых явились сотовая пористость и неметаллические включения.
Количество брака на прокатном стане Сареццо, а также относительное количество шлифованных или отбракованных заготовок, полученных прокаткой на стане Касто, имеет заметную позитивную тенденцию в первой половине 1992 г. Количество брака на прово лочномелкосортном стане сократилось на 70% за 6 мес. после пуска в эксплуатацию новой МНЛЗ. Количество дефектных заготовок, полученных на стане Касто, снизилось на 35 50 %. Все это свидетельствует о высоком качестве блюмов, полученных на новой МНЛЗ.
В настоящее время количество брака при прокатке поддерживается в пределах, которые считают нормальными в процессе производства.
СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 3, Москва 1994
