Шлемко С.В., Шостак С.В., Пащенко А.В., Акулов В.В., Писмарев К.Е., Табия А.А.
ООО «НПКП Солотвин» (г. Донецк) разрабатывает и производит теплоизолирующие и шлакообразующие смеси, применяющиеся при разливке стали, с 1994г. За это время были разработаны композиционные смеси для защиты металла в сталеразливочных ковшах и в промковшах МНЛЗ, теплоизолирующие смеси для сифонной разливки стали в слитки, в том числе колесные и трубные, а также шлакообразующие смеси для непрерывной разливки стали на сортовых и слябовых МНЛЗ. Все разработанные смеси ориентированы на отечественную сырьевую базу, исключение составляют некоторые добавки, импортируемые из за рубежа (расширяющийся графит, флюоритовый концентрат). Производство смесей на предприятии включает в себя систему входного контроля сырья и материалов, их предварительную подготовку, в том числе просеивание через сита с размером ячейки 1,0-1,6мм, предварительное усреднение углеродсодержащего материала из различных партий, при необходимости сушку, систему взвешивания и строгого дозирования компонентов смесей перед загрузкой в смеситель, контролируемые процессы перемешивания компонентов в смесителях ленточного типа, предварительный контроль показателей смеси (по пробе из смесителя), при необходимости, корректировку состава, систему перекачиваия (передачи) смеси в бункеры фасовочных узлов, фасовку с контролем массы смеси в единице упаковки, укладку мешков со смесью в контейнеры, складирование контейнеров с готовой продукцией и отгрузку её потребителям. На всех этапах приготовления смеси работает система аспирации, что исключает попадание отходов производства в атмосферу. В состав предприятия входит аккредитованная лаборатория анализа качества синтетических смесей, в которой определяются показатели качества сырья и готовой продукции.
Учитывая особую важность технологических показателей шлакообразующих смесей (температура плавления, вязкость, скорость и характер кристаллизации), определяющих их работу в кристаллизаторе МНЛЗ, ООО «НПКП Солотвин» совместно с кафедрой металлургии стали ДонНТУ была создана исследовательская лаборатория, оснащенная комплексом оборудования для определения физико-технологических характеристик смесей. На основе результатов этих исследований были определены основные технологические показатели базовых составов смесей и степень влияния на них отдельных компонентов, что позволяет целенаправленно оптимизировать в узких пределах составы и свойства ШОС, применительно к конкретным условиям.
Вся производимая на предприятии продукция сертифицирована по системе УкрСЕПРО, технология производства смесей аттестована в этой же системе.
Современные слябовые МНЛЗ, учитывая сортамент разливаемых сталей, должны быть обеспечены смесями, сочетающими не только технологичность, но и исключение возможности науглероживания металла в процессе разливки.
В условиях ОАО «Алчевский металлургический комбинат» для защиты металла в промковше с 2007г. применяются смеси, производимые ООО «НПКП Солотвин», при этом, на основе совместных исследований с комбинатом, разработана следующая технология разливки низко- и ультранизкоуглеродистых сталей:
При разливке среднеуглеродистых сталей в промковше применяется два вида смесей – ассимилирующая марки 4КМ-0 и теплоизолирующая – марки 3КВ-3, обладающих повышенными теплоизолирующими свойствами.
Химический состав смесей для промковша приведен в таблице 1.
Таблица 1. Химический состав смесей, применяющихся для защиты металла в промковше.
Такая технология позволяет сохранить на поверхности металла в активном состоянии слой основного шлака, практически исключить процесс науглероживания металла, обеспечить на необходимом уровне его теплоизоляцию, а воздействие образующегося защитного слоя на поверхности металла на огнеупоры минимальным.
Технологические показатели работы МНЛЗ при применении в промковше ассимилирующей и теплоизолирующих смесей производства ООО «НПКП Солотвин» и смесей фирмы STOLLBERG приведены в таблице 2.
Таблица 2. Технологические показатели работы МНЛЗ при применении в промковше смесей различных производителей
Таким образом, предложенные в качестве альтернативы импортным смесям ассимилирующая и теплоизолирующие смеси производства ООО «НПКП Солотвин» для промковша, обеспечивают необходимые технологические условия работы МНЛЗ, при этом затраты на отечественные смеси в 2-2,5раза меньше, чем на импортные.
Шлакообразующие смеси для кристаллизатора слябовых МНЛЗ должны выполнять комплекс важных функций:
Учитывая высокую стоимость погружных стаканов, смесь (шлак) также должна обладать минимальным агрессивным воздействием на материал стакана.
Если смесь не обеспечивает хотя бы одну из этих функций, процесс разливки осложняется и качество отливаемых заготовок ухудшается.
Современные МНЛЗ оснащены автоматизированными системами контроля параметров разливки и по этим параметрам легко оценить степень соответствия шлакообразующей смеси условиям разливки, соответственно, имеется возможность оптимизации технологических свойств смеси применительно к конкретным условиям.
При разработке смесей для кристаллизатора МНЛЗ определяющими характеристиками являются химический состав, физические свойства (размер частиц, температура и скорость плавления) и природа исходных компонентов, которые и обеспечивают комплекс технологических свойств синтетических смесей.
Работа смеси в процессе разливки определяет условия образования и параметры шлакового гарнисажа на поверхности формирующейся заготовки, который влияет на усилие вытягивания, а также интенсивность и равномерность отвода тепла от кристаллизующейся корочки заготовки к стенкам кристаллизатора, что, в свою очередь, оказывает влияние на качество поверхности заготовок [1, 2].
На настоящее время существует более 200 марок шлакообразующих смесей, при разработке которых авторы прежде всего основывались на практических результатах их применения в конкретных условиях марочного состава разливаемых сталей и параметров оборудования [3].
Основу ШОС составляет композиция CaO-SiO2-Al2O3 с добавками флюсующих и углеродсодержащих материалов. Источники флюсующих добавок (флюорит, криолит, сода кальцинированная) ограничены, и эти материалы характеризуются стабильным составом и свойствами, поэтому различие свойств смесей определяется прежде всего базовыми ингредиентами, в качестве которых производители смесей, как правило, используют местные материалы.
Процесс проникновения шлака непосредственно в зазор между заготовкой и кристаллизатором, и формирование в нем шлаковой прослойки является наиболее ответственным в работе ШОС, так как этим процессом фактически определяется возможность образования поверхностных и подповерхностных дефектов заготовки, а также вероятность прорыва металла. На этом этапе существенную роль играют вязкость и температура затвердевания шлака («температура излома»), поверхностное натяжение на границах шлак – твердый металл и шлак – кристаллизатор, величина теплового потока от заготовки к кристаллизатору, а также стабильность поступления жидкого шлака с поверхности расплавленного металла через участок мениска [4].
При разработке ШОС для кристаллизатора МНЛЗ ОАО «Алчевский металлургический комбинат» была поставлена задача замены импортных смесей смесями отечественного производства, при безусловном сохранении качественных показателей отливаемых заготовок и технологических показателей разливки.
В условиях ОАО «АМК» прошли опытное опробование и применяются различные виды ШОС для кристаллизатора МНЛЗ. Химический состав основных из них приведен в таблице 3.
Исследования вязкости шлаков, образующихся при плавлении указанных в табл.3 смесей, а также характера их затвердевания («температуры излома») выполнены в условиях ДонНТУ на усовершенствованном электроротационном вискозиметре. Температуру плавления ШОС, (размягчение, плавление, растекание) определяли на высокотемпературном микроскопе МНО-2, а степень кристалличности шлаков – по специальной методике, имитирующей условия кристаллизации шлака между стенкой кристаллизатора и поверхностью заготовки.
Видно, что при заметном различии химического состава исследованных смесей, вязкость их отличается не существенно (за исключением смеси SC-30T DALMOND, которая показала несоответствие условиям разливки), а температура «излома» (начала затвердевания) расплава этих смесей различна, что говорит о различном характере кристаллизации шлаков.
На рисунке 1 приведена зависимость вязкости шлаков основных ШОС, применяющихся при разливке низкоуглеродистых (смесь SТ-С89/DP) и среднеуглеродистых сталей (смесь GS-813/P) и опытной смеси 4КМ-12 от температуры.
Таблица 3. Химический состав исследованных ШОС для кристаллизатора МНЛЗ.
Результаты исследования основных физических свойств шлакообразующих смесей приведены в таблице 4.
В 2009г. в ККЦ ОАО «АМК» было проведено опытно-промышленное опробование (первый этап – апрель) и промышленные испытания (второй этап – август-октябрь) ШОС для кристаллизатора МНЛЗ отечественного производства - 4КМ-12 (ООО «НПКП Солотвин» г. Донецк) и ШОС-7.2 (ООО «МД-Групп» г. Запорожье).
В качестве сравнительных смесей на первом этапе применялись смеси PS-5AT (Prosimet) и GS-813/P (ALSICAL), на втором этапе – PS-5AT, а затем, при разливке низкоуглеродистых сталей, – смесь SТ-С 89/DP (STOLLBERG).
Разливка металла осуществлялась в штатном режиме на существующем сортаменте в слябы сечением (200-250)мм х(1150-1600)мм.
Все смеси при вводе в кристаллизатор хорошо растекались по поверхности металла, закрывая его ровным плотным слоем.
Таблица 4. Результаты исследования физических свойств ШОС для кристаллизатора
Приведенная зависимость показывает, что по технологическим свойствам смесь 4КМ-12 может применяться при разливке как низкоуглеродистых (< 0,06%С), так и среднеуглеродистых сталей (< 0,30%С), что и было подтверждено на практике.
При подаче в кристаллизатор смеси ШОС-7.2 наблюдалось интенсивное горение её с появлением пламени по всей поверхности, смесь 4КМ-12 вела себя аналогично смеси GS-813/P и PS-5AT.
Прорывов на опытных плавках и брака заготовок не было. Скорость разливки составляла 1,1-1,4м/мин.
Для объективной оценки плавки разливались по-ручейно (со сменой смеси на ручьях в процессе разливки одной серии) и по сериям (на обоих ручьях применялась одна смесь).
Технологические показатели работы МНЛЗ на первом этапе испытания опытных смесей приведены в таблице 5.
Таблица 5. Технологические показатели работы МНЛЗ на различных шлакообразующих смесях
При этом отмечено, что стабильность работы под опытной смесью 4КМ-12 была значительно выше, чем под смесью ШОС-7.2, и сопоставима с работой под импортными смесями (стабильность работы оценивалась по количеству алярмов и аварийных ситуаций, фиксируемых системой «Mold Expert»), отмечен также повышенный расход погружных стаканов при работе на смеси ШОС-7.2 (повышенная массовая доля MnO в шлаке).
Учитывая различие химического состава по основным компонентам испытанных смесей, представляет интерес оценка ассимилирующей способности образующихся в кристаллизаторе МНЛЗ шлаков. В таблице 6 приведен состав смесей и шлаков из кристаллизатора.
Таблица 6. Химический состав смесей и шлаков, отобранных из кристаллизатора
Видно, что абсолютное значение увеличения массовой доли Al2O3 в шлаке по сравнению со смесями составляет от 1,82% (ШОС-7.2) до 2,86% (4КМ-12), что указывает на достаточную емкость шлаков по отношению к включениям глинозема независимо от исходного содержания Al2O3 в смесях.
Основным критерием оценки влияния вида смеси на результаты разливки является качество получаемой продукции.
Визуальный осмотр слябов, отлитых под опытными смесями показал, что качество поверхности идентично качеству слябов, отлитых с применением смесей GS-813/P и PS-5AT.
Результаты контроля макроструктуры опытных и сравнительных слябов свидетельствуют, что по этому показателю они соответствовали требованиям нормативно-технической документации и были аналогичными.
По результатам прокатки опытных и сравнительных слябов на стане 3000 отсортировка листов также находилась примерно на одном уровне и не превышала значений, характерных для стабильного текущего производства.
На втором этапе, в период с августа по октябрь 2009г. проведены расширенные промышленные испытания шлакообразующих смесей отечественного производства, которые подтвердили, что, и по технологическим параметрам (усилие вытягивания заготовки, работа трения, интенсивность и стабильность теплоотвода, удельный расход смеси), и по качественным показателям (макроструктура, уровень брака заготовок и отсортировки листового проката), шлакообразующая смесь для кристаллизатора МНЛЗ 4КМ-12 (ООО «НПКП Солотвин») не уступает зарубежным аналогам (PS-5AT (Prosimet), GS-813/P (ALSICAL), SТ-С 89/DP (STOLLBERG), а по некоторым из них, в частности по уровню отсортировки листового проката и расходу погружных стаканов, даже превосходит их.
С ноября 2009г. шлакообразующая смесь 4КМ-12 применяется в условиях ОАО «АМК» в промышленном варианте.
Данные по отсортировке листов, прокатанных из заготовок, отлитых под различными смесями в период с ноября 2009г. по февраль 2010г., приведены в таблице 7.
Таблица 7. Данные по отсортировке листового проката из заготовок, полученных при использовании различных ШОС
В процессе выполнения работы опробован также вариант механизированной подачи смеси в кристаллизатор МНЛЗ с помощью установки, спроектированной и изготовленной сотрудниками ДонНТУ и ООО «НПКП Солотвин» [5]. Установка (опытный образец) обеспечивает непрерывную подачу смеси с регулированием её расхода в необходимых пределах, что обеспечивает повышение стабильности работы МНЛЗ и, как следствие, повышение качества отливаемых заготовок.
Оценка экономической эффективности применения различных смесей в условиях ОАО «АМК» показывает, что удельные затраты на смесь 4КМ-12 в 2,5-2,7 раза ниже, чем на зарубежные аналоги (PS-5AT, GS-813/P).
Исходя из полученных результатов, учитывающих технологические параметры работы МНЛЗ, качество отливаемых заготовок и полученного из них листового проката, а также экономическую оценку применения различных смесей для кристаллизатора МНЛЗ, смесь 4КМ-12 производства ООО «НПКП Солотвин» с ноября 2009г. применяется в условиях ОАО «АМК» в промышленных масштабах в количестве до 40-50% от общего объема с перспективой полной замены импортных смесей смесями отечественного производства.
Библиографический список: