А.Н. Смирнов, С.П. Еронько, А.Ю. Цупрун.

Одной из первых и очень важных работ сотрудников отдела непрерывной разливки стали явилась работа по систематизации критериев комплексной оценки качества непрерывнолитой сортовой заготовки [1]. В табличной форме представлены виды дефектов формы и макроструктуры заготовки, даны описания дефектов, причины возникновения и меры по предупреждению их возникновения. При этом формирование структуры непрерывнолитой стальной заготовки увязано с основными параметрами и особенностями процесса разливки стали. Это в значительной мере позволило определить направления работ сотрудников отдела.

Наиболее весомым в практическом плане стал комплекс работ, выполненный сотрудниками отдела непрерывной разливки совместно с работниками ЗАО НКМЗ по освоению работы впервые изготовленной в Украине МНЛЗ (изготовитель ЗАО НКМЗ) на ОАО ЕМЗ [2]. МНЛЗ успешно введена в эксплуатацию, а после нее была изготовлена, сооружена, смонтирована и введена в эксплуатацию вторая аналогичная МНЛЗ.

Активно ведутся работы по совершенствованию процессов внепечной металлургии. Так, в работе [3] рассмотрены пути снижения потребления ресурсов при реализации процессов ковшовой металлургии: огнеупоров, энергоносителей и специальных материалов. Основными путями снижения расходных показателей огнеупорных изделий, используемых для футеровки ковшей, являются: сокращение общей продолжительности полного цикла комплексной обработки стали и предотвращение попадания в ковш большого количества конечного шлака (производится за счет совмещения технологических операций — во время выпуска стали в разливочный ковш одновременно производятся отсечка технологического шлака, донная продувка инертным газом, десульфурация стали твердыми шлакообразующими смесями), обеспечение условий циркуляции металла в ковше в процессе продувки, снижающий зональный износ рабочей поверхности кирпичной кладки или наливной футеровки.

В частности, в работе [4] представлено механическое оборудование, обеспечивающее бесшлаковый выпуск стали из кислородных конвертеров, дуговых сталеплавильных и мартеновских печей. Такими устройствами являются скользящие затворы, устанавливаемые на корпус кислородного конвертера, который перекрывает выпускной канал конвертера в момент появления частиц шлака в потоке выпускаемого металла. На электродуговые печи устанавливаются затворы, обеспечивающие управляемый донный выпуск стали без поворота корпуса печи. При этом сокращается длительность плавки на 5-7 мин., уменьшается расход энергии на 10-13%, огнеупоров на 12-16%, шлакообразующих — 14-16%. Разработанные сотрудниками НПО «Доникс» и ДонНТУ конструкции скользящих затворов имеют несколько принципиальных отличий от зарубежных аналогов, которые позволяют повысить надежность затворов и нагрузку на привод [4].

Показаны возможные варианты сокращения энергопотребления за счет применения оборудования и систем управления его функционированием, обеспечивающих поддержание оптимальных режимов продувки [3].

Реагенты обычно подают в виде порошкообразных или мелкозернистых материалов либо в струю инертного газа через погружную форму, либо в виде проволоки с помощью трайбаппартов. При этих способах подачи наблюдается значительный угар присадок.

Снижение угара дорогостоящих модификаторов, присаживаемых в жидкий металл, может быть достигнуто за счет подачи реагентов в расплав непосредственно перед началом кристаллизации и применении специальных дозирующих устройств. Такое устройство разработано в НПО «Доникс» [3].

Рациональное применение внепечной обработки металла позволяет существенно интенсифицировать процесс плавки металла в мартеновской печи. Работы, выполненные ЗАО НКМЗ совместно со специалистами НПО «Доникс» в привязке к мартеновскому цеху Выксунского металлургического завода (Россия), позволили сократить длительность плавки более чем на 20% за счет переноса части основных технологических операций из ванны мартеновской печи в ковш [5].

К настоящему времени основными направлениями работ специалистов НПО «Доникс» по внепечной обработке стали в ковше являются:

1. Эффективная отсечка шлака при сливе металла из конвертера в ковш (технология отсечки и оборудования).
2. Технический и технологический инжиниринг в области проектирования и эксплуатации шиберных затворов сталеразливочных ковшей, работающих в различных условиях.
3. Продувка стали в ковше инертными газами: оптимизация режимов продувки металла в зависимости от решаемых в процессе обработки задач; разработка рациональных конструкций продувочных узлов для сталеразливочных ковшей различной емкости; отработка режимов сервисного обслуживания продувочных узлов.
4. Гармонизация работы различных элементов футеровки сталеразливочного ковша с целью снижения удельного расхода и удельных затрат на огнеупоры в сталеплавильном переделе: исследования условий работы различных зон футеровки ковша; разработка проектов футеровки сталеразливочных ковшей в зависимости от условий их работы; обучение персонала сервисному обслуживанию по уходу и ремонту футеровки и др.

С целью оптимизации конструктивных и технологических параметров МНЛЗ, в НПО «Доникс» и ДонНТУ для теплофизических расчетов процесса затвердевания металла разработана динамическая математическая модель, позволяющая рассчитывать следующие параметры: температуру в каждой точке заготовки; тепловой поток с поверхности заготовки в любой момент времени; содержание твердой фазы в каждой точке заготовки; толщину в твердой корочке в любом сечении заготовки; ширину жидкой лунки в каждом сечении заготовки; ширину твердожидкой области в любом сечении заготовки; глубину жидкой лунки. На основе теоретического анализа и опыта эксплуатации машин криволинейного типа разработаны рекомендации по ограничению базовых радиусов МНЛЗ [6].

По сравнению с разливкой стали на МНЛЗ открытой струей, более прогрессивной, с точки зрения высокого уровня качества заготовок, является схема подачи металла из промежуточного ковша в кристаллизатор с помощью системы «стопор-моноблок». При этом устройство для дозирования металла должно обеспечить и высокую серийность непрерывной разливки стали. В результате исследований, выполненных сотрудниками НПО «Доникс» и ДонНТУ, установлено негативное влияние на стойкость стопора-моноблока давления инертного газа, подаваемого через его внутреннюю полость; воздействия механических нагрузок, возникающих во время перекрытия выпускного канала промежуточного ковша; вибрации, вызываемой неустановившимися газо-гидродинамическими процессами, протекающими в зоне расположения головки стопора при взаимодействии пузырьков аргона с формирующейся струей металла на входе в канал разливочного стакана и потоков расплава с различными частями керамического стержня [7].

На основе проведенных исследований в лабораторных и промышленных условиях разработана и запатентована усовершенствованная система крепежного узла стопора моноблока. Предложенная конструкция позволяет повысить надежность функционирования стопорного механизма промежуточного ковша МНЛЗ и способствует увеличению серийности непрерывной разливки [8].

Подробно работы по непрерывной разливке и внепечной обработке стали изложены в монографии [9], в написании которой принимал участие и сотрудник НПО «Доникс».

Основными направлениями деятельности специалистов отдела непрерывной разливки стали на МНЛЗ являются:

1. Подготовка предварительных технико-экономических обоснований для рационального выбора конструкции МНЛЗ и ее отдельных конструктивных и технологических элементов.
2. Выбор оптимальной конструкции и стойкости огнеупорных изделий, обеспечивающих дозирование металла и его подвод в кристаллизатор (защитная труба, стопор-моноблок, стакан-дозатор, погружной стакан).
3. Расчет параметров зоны вторичного охлаждения и выбор рациональных конструкций форсунок.
4. Расчет параметров конструкции и эксплуатации кристаллизаторов МНЛЗ, в том числе мониторинг и оптимизация параметров качания.
5. Разработка комплекса мероприятий по защите стали от вторичного окисления на участке сталеразливочный ковш-кристаллизатор: выбор оптимальной конструкции огнеупоров для защиты металла, применение аргона через стопор-моноблок и т.п.
6. Выбор рациональных составов шлакообразующих смесей, используемых в кристаллизаторе МНЛЗ, в зависимости от условий разливки и марочного состава стали.
7. Оптимизация тепловых условий и характера движения металла в промежуточном ковше в процессе разливки.
8. Математическое моделирование теплофизических гидродинамических процессов, происходящих при затвердевании непрерывнолитых заготовок.
9. Технологический инжиниринг процессов непрерывной разливки стали.

1. Систематизация критериев комплексной оценки качества непрерывнолитой сортовой заготовки / А.Н. Смирнов, В.В. Несвет, А.Я. Гладков и др. // Металл и литье Украины. — 2001. — № 709. — С. 32-36.
2. Тиунов В.Н., Матвейков С.В., Сафонов В.М. Современное оборудование АО НКМЗ для внепечной обработки и разливки стали // Металл и литьё Украины. — 2006. — № 1. — С.40-43.
3. Ресурсосбережение — основа повышения эффективности технологии внепечной обработки стали / Д.П. Кукуй, С.П. Еронько, А.Н. Смирнов и др. // Метали литье Украины. — 2001. — № 7-9. — С.26-28.
4. Новое оборудование для отсечки шлака при выпуске стали из плавильных агрегатов / С.П. Еронько, А.Н. Смирнов, В.А. Нечепоренко, А.Ю. Цупрун // Металлургическая и горнорудная промышленность. — 2002. — № 12. — С. 4-6.
5. Вариант реконструкции мартеновского цеха специализированного металлургического завода / А.Н. Смирнов, В.М. Сафонов, А.Ю. Цупрун и др. // Сталь. — 2006. — № 8.С.
6. Оптимизация параметров загиба и разгиба непрерывнолитой заготовки / А.Н. Смирнов, А.Ю. Цупрун, С.В. Гридин, В.М. Пильгаев // Сталь. — 2006. — № 8. С.
7. Исследование условий стабильности функционирования системы дозирования стали в промковше МНЛЗ / С.П. Еронько, И.А. Орлов, Д.А. Яковлев и др. // Металлургическая и горнорудная промышленность. — 2004. — №4. — С. 96-99.
8. Смирнов А.Н., Еронько С.П., Орлов И.А. Совершенствование конструкции узла крепления стопора-моноблока промежуточного ковша МНЛЗ // Металлургическая и горнорудная промышленность. — 2006. — № 4. — С.
9. Процесс непрерывной разливки / А.Н. Смирнов, В.Л. Пилюшенко, А.А. Минаев и др. — Донецк: ДонНТУ, 2002. — 536с.