/
Автор: Смирнов А.Н. Пилюшенко В.Л. Минаев А.А. Момот С.В. Белобров Ю.Н.
Теги: металлургия общая технология машиностроения обработка металлов инженерия металлы сталь монография литейное производство литье
ISBN: 966-7917-06-1
Год: 2002
Текст
УДК 669-147
ББК 34.51я7
Смирнов А.Н., Пилюшенко В.Л., Минаев А.А., Момот С.В., Белобров Ю.Н.
П 84 Процессы непрерывной разливки: Монография/ Смирнов А.Н.,
Пилюшенко В.Л., Минаев А.А. и др. - Донецк: ДонНТУ, 2002. - 536 с.
Continious casting processes/ A. Smirnov, V. Pilyushenko, A. Minaev,
S. Momot, Y. Belobrov. - Donetsk: DonNTU, 2002. - 536 p.
В книге изложены современные представления о процессах непрерывной
разливки и внепечной обработки стали, формировании структуры литой
заготовки. Показаны особенности и необходимость совмещения и оптимизация
технологий выплавки, обработки в установке «печь-ковш» и разливки на МНЛЗ
для разработки стратегии реструктуризации металлургических предприятий и
создания мини металлургических заводов. Особое внимание обращено на
процесс непрерывной разливки стали на квадратные и прямоугольные сечения,
влияние огнеупоров, шлакообразующих смесей, динамических внешних
воздействий на качество заготовок.
Книга предназначена для научных и инженерно-технических работников,
специализирующихся в области технологии, проектирования реконструкции и
исследования процессов непрерывной разливки, а так же для студентов
старших курсов вузов.
Таблиц 38, рисунков 105.
Рецензенты:
Казачков Е.А., д.т.н., профессор. (Приазовский технический университет).
Дюдкин Д.А., д.т.н., профессор. (Председатель ассоциации
сталеплавильщиков Украины)
Рекомендована к печати учёным советом Донецкого национального
технического университета.
ISBN 966-7917-06-1 @ Смирнов А.Н., Пилюшенко В.Л.
Минаев А.А., Момот С.В.,
Белобров Ю.Н.
Continious casting processes/ A. Smirnov, V. Pilyushenko, A. Minaev,
S. Momot, Y. Belobrov. - Donetsk: DonNTU, 2002. - 536 p.
The work presents contemporary concepts of continuous casting processes
and out-of-fumace steel processing. Formation of the structure of a cast blank. The
peculiarities and necessities of combining and optimizing the technologies of
smelting, processing in the “furnace-ladle” type installation and casting of continuous
casting machine to elaborate the strategy of restructurizing metallurgical plants and
create metallurgical minimills are shown. Special attention is paid to the process of
continuous casting on the square and rectangular section, the impact of refractories,
slag-forming mixtures, the effect of outer impacts on the quality of blanks.
Tables 38, figures 105.
ISBN 966-7917-06-1
Смирнов Алексей Николаевич, доктор
технических наук, профессор. Закончил
Донецкий национальный технический
университет (ДЛИ), профессор этого
университета. Автор 5 монографий
и учебных пособий, более 200 научных
статей, 100 изобретений и патентов.
Smirnov Alexey Nikolaevich,
Doctor of Technical Sciences, professor.
Graduated from Donetsk National Technical
University (DPI), professor of the University.
He is the author of 5 scientific books,
more than 200 articles, 100 inventions
and patents.
Пилюшенко Виталий Лаврентьевич, член-
корреспондент НАНУ, доктор технических
наук, профессор. Закончил ДНИ, проректор
по научной работе Донецкой государственной
академии управления. Автор 14 монографий
и учебных пособий, 230 научных статей,
140 изобретений, патентов.
Pilyushenko Vitaliy Lavrentievich,
Corresponding Member of National Academy
of Sciences of Ukraine, Doctor of Technical
Sciences, professor. Graduated from DPI,
prorector on scientific work of Donetsk State
Academy of Management. He is the author
of 14 scientific books , 230 articles,
140 inventions, patents.
Минаев Александр Анатольевич, доктор
технических наук, профессор. Закончил
Донецкий национальный технический
университет (ДЛИ), ректор университета.
Автор 10 монографий и около 300 научных
статей, 90 изобретений и патентов.
Minaev Alexander Anatolievich, Doctor of
Technical Sciences, professor.
Graduated from Donetsk National Technical
University (DPI), rector of the University.
He is the author of 10 scientific books and
about 300 articles, 90 inventions and patents.
Момот Сергей Васильевич, закончил
Донецкий национальный технический
университет (ДЛИ), президент АО ДАНКО,
председатель наблюдательного совета ОАО
«Енакиевский металлургический завод»,
лауреат программы «Человек года» 2001 года
за вклад в развитие предпринимательства
Украины. Автор монографии,
30 научных статей.
Momot Sergey Vasilievich, graduated from
Donetsk National Technical University (DPI), the
president of Joint-Stock Company “DANKO”,
the chairman of supervisory board of Public
Corporation «Jenakijevsky metallurgical works»,
the laureate of program «Man of year» of 2001
for the contribution to«development of business
undertakings of Ukraine. He is the author of
scientific books, 30 articles.
Белобров Юрий Николаевич, кандидат
технических наук, закончил Донецкий
национальный технический университет
(ДЛИ), главный конструктор
Новокраматорского машиностроительного
завода. Автор 30 научных статей, 75
изобретений и патентов.
Belobrov Yury Nikolaevich, candidate of
technical sciences, Donetsk National Technical
University (DPI), Chief Designer of
«Novokramatorsky machine-shop».
He is the author of 30 scientific articles,
75 inventions and patents.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение.................................................. 11
Глава 1. Тенденции развития технологий и оборудования
для непрерывной разливки стали............................15
1.1 Исторический обзор развития процессов непрерывной
разливки в мире........................................... 17
1.2 Непрерывная разливка стали на слябы....................33
1.3 Разливка стали на блюмы и фасонные заготовки..........42
1.4 Непрерывная разливка стали на сортовую заготовку......52
1.5 Непрерывная разливка круглой заготовки................65
1.6 Особенности и перспективы развития процессов непрерывной
разливки стали в Украине..................................72
Глава 2. Технологические процессы подготовки стали для
разливки на МНЛЗ..........................................83
2.1 Влияние вредных примесей на качество стали............ 85
2.2 Продувка жидкой стали инертным или нейтральным
газом в ковше.................. .......................... 100
2.3 Методы подогрева металла в ковше......................115
2.4 Классификация агрегатов «печь-ковш» в зависимости
от условий производства...................................119
2.5 Огнеупоры для установок «печь-ковш»...................125
2.6 Комплекс внепечной обработки стали Новокраматорского
машиностроительного завода................................137
2.7 Оптимизация условий работы установки «печь-ковш» с
малым объёмом ковша.......................................147
2.8 Эффективность методов предотвращения отсечки шлака
при сливе металла из конвертера...........................755
Глава 3. Процессы перемещения металла на участке
«сталеразливочный ковш - кристаллизатор МНЛЗ»............163
3.1 Промежуточный ковш как функционально-технологический
элемент обеспечения стабильности разливки на МНЛЗ......... 165
3.2 Огнеупоры для футеровки промковшей....................178
3.3 Огнеупоры для дозирования стали в промковше........... 186
3.4 Погружные стаканы и условия их эксплуатации...........200
3.5 Условия загрязнения стали неметаллическими включениями
при разливке на МНЛЗ......................................214
Глава 4. Особенности непрерывной разливки стали на
квадратные и прямоугольные сечения.......................231
4.1 Теплообмен между заготовкой и стенкой кристаллизатора.233
4.2 Деформации, напряжения и трещины в твёрдой корочке
заготовки.................................................246
4.3 Влияние контактного теплообмена и газового зазора на
затвердевание непрерывных заготовок.......................260
4.4 Шлакообразующие смеси для разливки непрерывнолитых
заготовок................................................268
4.5 Вторичное охлаждение заготовки.......................278
4.6 Математическое моделирование процессов затвердевания
непрерывнолитых заготовок................................292
Глава 5. Применение динамических внешних воздействий
для повышения качества непрерывнолитых заготовок.........299
5.1 Влияние динамических внешних воздействий на
формирование непрерывнолитых заготовок.................. 301
5.2 Классификация методов динамических внешних воздействий,
используемых для обработки затвердевающих сплавов. .... 315
5.3 Применение электромагнитных полей для улучшения качества
непрерывнолитых заготовок.................................323
5.4 Влияние пульсационного перемешивания на условия
формирования слитков и заготовок.........................334
5.5 Перспективы метода «мягкого» обжатия заготовки для
управления усадочными и ликвационными процессами..........342
5.6 Влияние электрогидроимпульсной обработки на
формирование непрерывнолитой заготовки....................349
Глава 6. Качество непрерывнолитой заготовки и
сертификация продукции...................................361
6.1 Основные дефекты непрерывнолитых заготовок...........363
6.2 Контроль качества и упаковка металлопродукции........384
6.3 Общие принципы сертификации продукции................394
6.4 Международная сертификация продукции.................405
6.5 Сертификация в ведущих зарубежных странах............417
Глава 7. Современные технологические комплексы с
непрерывной разливкой стали..............................431
7.1 Прогноз энерго- и ресурсосбережения при производстве
и разливке стали..........................................433
7.2 Комбинированное литьё заготовок различного
поперечного сечения..................................... 440
73 Особенности производства полособульбовых профилей из
непрерывнолитых заготовок...............................456
7.4 Многоручьевая сортовая МНЛЗ Енакиевского
металлургического завода................................470
7.5 Мини металлургические заводы - стратегии развития...481
7.6 Возможности технологий совмещения непрерывного
литья и прокатки........................................497
Литература..............................................570
Приложение..............................................532
CONTENTS
Preface..................................................................11
Chapter 1. The tendencies of development of technologies
and equipment for continuous casting steel...........................75
1.1. Historical review of development of continuous casting
processes in the world.................................................77
1.2. Continuous casting to slabs.....................................33
1.3. Steel casting blooms and beam blanks..............................42
1.4. Continuous casting to billet....................................52
1.5. Continuous casting to round blank...............................65
1.6. Peculiar feature of continuous casting in Ukraine...............72
Chapter 2. Technological processes of steel preparation
for continuous casting steel...........................................83
2.1. An influence of detrimental impurities on the steel quality...... 85
2.2. Purging of fluid steel with inert and neutral gas in ladle....... 100
2.3. Methods of metal preheating in the ladle.........................775
2.4. Classification of “ladle - furnace” installations depending
on production conditions...............................................119
2.5. Refractories for the LF ladles...................................725
2.6. Complex of out-of-furnace processing at NKMZ.....................137
2.7. Working conditions optimization of “ladle - furnace”
installation with little bulk of ladle.................................147
2.8. Methods of averting the slag’s cut-off........................... 755
Chapter 3. Processes of metal displacement on the section
ladle - mold of CCM.....................................................163
3.1. Tundish as the function-technological element of stable
pouring ensuring on CCM.................................................165
3.2. Refractories for tundishs.........................................178
3.3. Refractories for steel dispensing in the industrial ladle........186
3.4. Submerged nozzles and conditions of their work...................200
3.5. Non-metal inclusions on continuous casting process...............214
Chapter 4. Continuous casting of square sections.....................231
4.1. Heat transfer between blank and ingot mold wall.................. 233
4.2. Deformations, strains and splits in solid crust of blank.........246
4.3. An influence of contact heat transfer and gas-gap on
solidification of blanks..............................................260
4.4. Casting powders for continuous casting..........................268
4.5. Secondary cooling...............................................278
4.6. Mathematical modeling of processes of solidification...........292
Chapter 5. Applied dynamic force for the improvement
of quality of continuous casting blank.................................299
5.1. The influence of dynamic external forces on forming the blanks...301
5.2. Classification of methods of dynamic forces......................315
5.3. The use of electromagnetic fields for the improvement of quality.323
5.4. An influence of pulsating mixing.................................334
5.5. Prospects of “soft” reduction of blank for the management of
shrinkage and liquation processes..................................... 342
5.6. The effect of electrohydroimpulse processing on moulding the
continuous casting blank...............................................349
Chapter 6. The quality of continuous casting blanks and
product certification................................................. 361
6.1. Major defects of continuous casting ingots...................... 363
6.2. Quality control and packaging of metal products..................384
6.3. Basic principles of the certification of products................394
6.4. International certification of products......................... 405
6.5. Certification in leading foreign countries...................... 417
Chapter 7. Modem technological plants with CCM.......................431
7.1. Forecast of energy and resource - saving during steel production.433
7.2. Combined casting of blanks with various cross-cut section........440
7.3. Production of bulb profiles from continuous casting ingots.......456
7.4. Multy-strand continuous casting machine of “Yenakievsky
steel works”...........................................................470
7.5. Metallurgical minimills is the strategy of the development.......481
7.6. Possibilities of compact casting and rolling shops...............497
Literature.............................................................510
Appendix...............................................................532
ВВЕДЕНИЕ
Требования рынка обусловливают постоянный поиск но-
вых материалов и технологий, их незамедлительное исполь-
зование при возрастающих требованиях к материале- и энер-
госбережению, обеспечению экологической безопасности.
Раскрытие закономерностей в технологических процессах
производства стали, в формировании структуры и свойств
изделия помогает осмыслить взаимосвязь различных инже-
нерных операций и физических процессов. Без таких знаний
решить проблему комплексной системы организации техно-
логии, производства и сбыта, ориентированной на полное
удовлетворение спроса потребителей и получение прибыли,
невозможно.
Металлургический комплекс традиционно занимает стра-
тегически важное место в экономике Украины. Однако в про-
цессе рыночных реформ металлургические предприятия
столкнулись с общими для экономики проблемами кризисно-
го характера. Именно металлургический комплекс имеет ост-
рую необходимость в быстрейшем внедрении в производство
современных технологических решений, необходимость ус-
коренного стратегического переоснащения большинства ме-
таллургических предприятий.
Целью настоящей монографии является попытка проана-
лизировать достижения мировой и отечественной науки и
практики в области процессов непрерывной разливки стали,
создании и реализации технологических циклов производства
конкурентоспособных металлоизделий.
11
Как показывает мировой опыт, повышения эффективно-
сти металлургического комплекса удаётся достичь при соз-
дании гибкой технологической системы, включающей ме-
таллургические мини заводы, оснащённые высокоэффектив-
ными модулями, в которых обязательно присутствуют агре-
гат «печь-ковш» и высокопроизводительные машины не-
прерывного литья заготовок (МНЛЗ). За последние годы и
технология, и оборудование разливки стали получили бур-
ное развитие.
В одной монографии дать энциклопедическое описание
всех аспектов просто невозможно. Авторы ставили своей це-
лью дать фундаментальные основы достижений мировой,
отечественной науки и практики, исследований авторов, по-
казать, как используются полученные научные результаты в
практике металлургических и машиностроительных предпри-
ятий. Особенно важны, на наш взгляд, разработки и реализа-
ции результатов в концепции создания энерго- и ресурсосбе-
регающих технологических циклов производства, предусмат-
ривающих гармонизацию работы комплекса «крупный ста-
леплавильный агрегат - установка печь-ковш - машина не-
прерывного литья заготовок».
В монографии представлен исторический обзор развития
процессов непрерывной разливки и обоснован взгляд авторов
на тенденции развития технологии и оборудования для не-
прерывной разливки стали.
Больше внимания уделено процессам подготовки стали
для разливки на МНЛЗ и процессам перемещения металла на
участке «сталеразливочный ковш-кристаллизатор-МНЛЗ»,
т.к. именно на этих этапах формируется качество непрерыв-
нолитой заготовки. При этом вопросы классификации уста-
новок «печь-ковш», оптимизации условий их работы и про-
блемы огнеупоров для установок «печь-ковш», футеровки
промковшей, огнеупоров для дозирования и защиты стали
впервые изложены наиболее полным образом.
Большой объём исследований посвящён особенностям
непрерывной разливки стали на заготовки квадратного и пря-
12
моугольного сечения. Уделено внимание принципам серти-
фикации и упаковки металлопродукции, т.к. украинский ме-
талл в основном поступает на экспорт, а без международного
сертификата продукция не будет конкурентоспособной.
Авторы представили результаты исследований и реко-
мендации по применению динамических внешних воздейст-
вий для повышения качества непрерывнолитых заготовок и
свой взгляд на современные технологические комплексы,
включающие непрерывную разливку.
Особенностью монографии является то, что в ней пред-
ставлены не только исследования, но и результаты практи-
ческого применения разработок на предприятиях (Донецкий
металлургический завод, Днепродзержинский металлурги-
ческий комбинат, Череповецкий металлургический комби-
нат «Северсталь», Оскольский электрометаллургический
комбинат, Сумское научно-производственное объединение
им. Фрунзе, металлургический завод в г.Никшич-Черно-
гория, Енакиевский металлургический завод, Новокрама-
торский машиностроительный завод). На этих предприятиях
реализованы стратегии реконструкции и проектирования с
использованием агрегатов «печь-ковш», машин непрерыв-
ного литья заготовок.
Опыт Енакиевского металлургического завода (АО
ДАНКО) и Новокраматорского машиностроительного завода
особенно ценен для Украины, т.к. здесь использована не
только отечественная технология, но и оборудование полно-
стью изготовлено в Украине.
Монография призвана показать последние достижения
науки и практики в непрерывной разливке стали, в современ-
ных тенденциях построения технологических процессов и
разработке стратегий реконструкции металлургических пред-
приятий.
В сегодняшних условиях стратегия реконструкции техно-
логического процесса, оптимизация качества стали, рабочих
параметров машин непрерывной разливки для каждого кон-
кретного металлургического предприятия является весьма ак-
13
туальной, и авторы надеются, что представленный в книге
материал будет полезен при проектных разработках и в ходе
внедрения технологических процессов.
Книга предназначена для научных работников институ-
тов, инженерно-технологических работников предприятий,
преподавателей и студентов старших курсов.
Авторы благодарят коллег и сотрудников, принимавших
участие в проведении экспериментов, за помощь и предос-
тавленную информацию: академика Ефимова В.А., профес-
сора Амитана В.Н., к.т.н. Глазкова А.Я., к.т.н. Бродского
С.С., Несвета В.В., к.т.н. Учителя Л.М., Гиниятуллина Р.В.,
к.т.н. Гридина С.В., к.т.н. Редько Г.А., Цупруна А.Ю., к.т.н.
Смирнова Е.Н.
14
Глава 1.
ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЙ
И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ
РАЗЛИВКИ СТАЛИ
1.1 ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ ПРОЦЕССОВ
НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ В МИРЕ
Идея замены технологии разливки металлов в изложницы
на непрерывную известна достаточно давно - еще с середины
XIX века. Существо процесса заключается в том, что жидкий
металл, расположенный в ковше, заливают сверху в медный
водоохлаждаемый кристаллизатор, из нижней части которого
вытягивают затвердевшую по периметру заготовку с жидкой
сердцевиной, постепенно охлаждаемую путем орошения его
поверхности водой или водовоздушной смесью. После пол-
ного затвердевания заготовку разрезают на мерные длины,
которые определяются требованиями прокатного производ-
ства. Таким образом, можно разливать от одной до несколь-
ких десятков плавок без остановки машины. При этом попе-
речное сечение заготовки определяется сечением кристалли-
затора, что позволяет ликвидировать два традиционно энер-
гоемких этапа металлургического производства - нагрев
слитков перед прокаткой в нагревательных колодцах и про-
катку непосредственно на обжимных станах (блюмингах и
слябингах).
С некоторыми допущениями технического характера
можно говорить, что идеи непрерывной разливки в общем
виде сформулированы в патентах Дж. Селлерса (1840 г.), Ж.
Лэинга (1843 г.) и Г. Бессемера (1856 г.). Однако в этих па-
тентах (как и во многих последующих) отсутствовал принцип
сообщения кристаллизатору возвратно-поступательных дви-
жений в ходе разливки стали.
Впервые идею и систему сообщения кристаллизатору оп-
ределенных колебаний запатентовал немецкий ученый
З.Юнганс в 1933 г. По существу, это стало отправным мо-
ментом к массовому развитию непрерывной разливки в про-
мышленных масштабах. Первые полупромышленные (пилот-
ные) установки появились сразу после окончания второй ми-
ровой войны в нескольких ведущих индустриальных странах.
Так, опытные машины верт
ены в
НАУКОВО-ТЕХН1ЧНА
'BlbJ ПОТЕКА
1946 г. на заводе в городе Лоу Мур (Великобритания), в
1948 г. - на фирме «Бабкок и Уилкокс» (Бивер Фоле, США), в
1950 г. - на фирме Маннесманн АГ (город Дуйсбург, Герма-
ния) [2].
В СССР первая опытная машина непрерывной разливки
стали (МНЛЗ) вертикального типа ПН-1-2 ЦНИИчермета
была сооружена в 1945 г. и предназначалась для отливки
заготовок круглого и квадратного сечений (размер стороны
квадрата и диаметра до 200 мм). Опыт работы на этой уста-
новке позволил определить некоторые основные особенно-
сти технологического процесса разливки и связанные с ни-
ми требования к конструкции отдельных узлов машины. В
1947 г. была пущена экспериментальная МНЛЗ ПН-3
ЦНИИчермета, предназначенная для исследований и разра-
ботки технологического процесса полунепрерывной раз-
ливки стали и специальных сплавов в заготовки мелких се-
чений. В 1948 г. построена установка ПН-4 для разливки
стали различных марок на слябы толщиной 200 мм и шири-
ной 500 мм, а в 1949 г. - установка ПН-5 ЦНИИчермета, по-
зволявшая разливать слиток с максимальной толщиной 300
мм и шириной 900 мм.
Первая горизонтальная МНЛЗ была построена на заводе
«Серп и молот» в конце 1949 г. (машина М.Ф.Голдобина) [3],
на которой в течение пяти лет было отлито 9500 т стали.
Двумя годами позже в мартеновском цехе Бежецкого маши-
ностроительного завода была сооружена опытно-
промышленная машина непрерывной разливки наклонного
типа (квадратная заготовка). Однако установки горизонталь-
ного и наклонного типов получили гораздо меньшее распро-
странение, чем вертикальные из-за ряда существенных не-
достатков. С 1951 г. на заводе «Красный Октябрь» работает
первая в СССР опытно-промышленная установка непрерыв-
ной разливки стали вертикального типа.
Между тем, в течение первого десятилетия после начала
экспериментальных работ промышленное использование
процесса непрерывной разливки развивалось относительно
18
медленно, что, вероятно, объясняется некоторой инерцион-
ностью в развитии новых технологий.
Бурное его распространение и широкое внедрение машин
непрерывной разливки стали происходило с начала 60-х г.г. в
странах Западной Европы, СССР, Японии и США (рис. 1.1).
Этому способствовал экономический рост, наблюдаемый в
большинстве промышленно развитых стран мира, что обу-
словило, по сути, быстрое внедрение многих высокоэффек-
тивных технологических процессов и стимулировало разви-
тие новых технологических построений в черной металлур-
гии.
Рис. 1.1. Динамика возрастания объемов производства стали
(Пс), разливаемых на МНЛЗ
Хорошо известно, что именно в этот период произошла
трансформация конструкций МНЛЗ из вертикальных в ради-
альные, а затем криволинейные с прогрессирующим разги-
бом (рис. 1.2), что позволило существенно снизить затраты
на строительство МНЛЗ и уменьшить срок их окупаемости.
19
Рис. 1.2. Схемы основных типов машин для непрерывной
разливки стали
На практике было реализовано много высокоэффективных
решений относительно конструкции кристаллизатора, ис-
пользования новых расходуемых материалов (шлакообра-
зующая смесь, огнеупоры для дозирования истечения стали),
оптимизации зоны вторичного охлаждения и пр. В целом к
концу 80-х г.г. процесс непрерывной разливки стали получил
всемирное признание и стал определяющим в сталелитейном
производстве.
Основные преимущества непрерывной разливки стали по
сравнению с традиционной разливкой в изложницы заклю-
чаются в следующем:
•существенное повышение выхода годной продукции по
отношению к объему жидкой стали за счет исключения отхо-
дов с обрезью, возникающих при разливке в слитки;
20
• значительное снижение энергозатрат в связи с умень-
шением количества технологических циклов нагрева и про-
катки от заготовки до конечной продукции;
• радикальное повышение качества продукции за счет по-
лучения непрерывнолитой заготовки высокого качества и
стабильного химического состава;
• уменьшение затрат ручного труда и улучшение условий
труда рабочих;
• возможность комплексной автоматизации процесса раз-
ливки стали;
•снижение экологической нагрузки на окружающую
среду.
В настоящее время непрерывная разливка стали освоена
более чем в 90 странах мира. Успешно действует примерно
1750 МНЛЗ, что позволяет отливать на них более 85% всей
производимой стали [2]. Ожидается, что практически полное
оснащение предприятий черной металлургии машинами не-
прерывной разливки стали произойдет примерно к 2020 г.
Промышленно производятся непрерывнолитые заготовки
следующих максимальных сечений: блюм 600x670 мм, сляб
250x3200 мм и круг диаметром 600 мм.
Доля метода непрерывной разливки в общем объеме
производства стальной заготовки ведущих мировых произ-
водителей составляет:
- Япония - 96..97%,
- США-93...94%,
- Китай - 54...55%,
- страны ЕС - 95...96%,
- страны СНГ-35...37%,
- Россия - 45...50%,
- Украина-18...20%,
- Бразилия - 72...74%,
- Индия - 42...43%.
Непрерывная разливка стали в течение последних 40-45
лет прошла несколько поворотных этапов [1-10].
27
На первом этапе (50-е - середина 60-х г.г.) осуществля-
лась теоретическая проработка и промышленное оформление
способа непрерывной разливки стали, что позволило создать
объективные предпосылки для уверенного выхода на рынок
новых технологий. Уже тогда непрерывная разливка стали
обеспечила прямое (без обжимного передела) получение
промышленной заготовки различных сечений (сляб, блюм,
сортовая заготовка и т.п.).
Второй этап (60-е - начало 70-х г.г.) характеризуется бы-
стрым внедрением МНЛЗ на многих металлургических заво-
дах промышленно развитых стран мира. В этот период про-
изводителям МНЛЗ пришлось конкурировать с консерватив-
ным, но сравнительно дешевым процессом разливки стали в
слитки. Это потребовало создания новой системы технологий
в сталеплавильном переделе. В конечном счете, основные
показатели, достигаемые при непрерывной разливке стали,
заметно превзошли лучшие показатели слиткового передела.
В максимальной степени проявились преимущества непре-
рывной разливки - высокая экономическая эффективность,
энерго- и ресурсосбережение, а также полная адаптация к
конкретным сталеплавильным цехам. К концу этого периода
стало совершенно очевидным, что непрерывнолитая заготов-
ка не уступает по качеству заготовке, полученной прокаткой
на обжимном стане. Выход годной заготовки составлял уже
94...97% (против 78...82% при разливке в слитки), что в со-
вокупности с исключением из системы технологических про-
цессов обжимных станов рассматривалось как одно из наи-
более эффективных энерго- и ресурсосберегающих меро-
приятий в черной металлургии в целом.
Третий этап (70-е - 80-е г.г.) характеризуется двумя ос-
новными тенденциями. Во-первых, окончательно оформи-
лась тенденция реконструкции сталеплавильных цехов с це-
лью их оснащения МНЛЗ. Стратегия неуклонного повыше-
ния качества заготовки позволила существенно превысить
традиционные показатели качества, достигаемые при разлив-
ке металла в слитки. Кроме того, произошла адаптация про-
цесса МНЛЗ к различным типам заготовки, используемой в
22
прокатном производстве (сортовая заготовка, блюм, сляб, фа-
сонная заготовка, круг и т.п.). Но стратегически более важное
значение приобрела тенденция строительства новых стале-
плавильных цехов и металлургических заводов со 100% не-
прерывной разливкой стали, в первую очередь на слябы и
блюмы. Эту тенденцию во многом стимулировало совершен-
ствование технологии доводки металла в ковше с целью его
рафинирования, модифицирования и легирования. Наиболее
значимыми явлениями в данный период стали: успешное со-
вмещение слябовых и блюмовых машин непрерывной раз-
ливки стали с кислородными конвертерами большой единич-
ной мощности; широкое внедрение в производство различ-
ных конструкций МНЛЗ, технологий разливки, средств за-
щиты стали от вторичного окисления, комплексных систем
автоматизации и пр.
С середины 80-х г.г. в практику металлургического произ-
водства прочно вошло понятие «мини металлургические за-
воды», которые стали успешно конкурировать с заводами
полного цикла. В настоящее время примерно 30% всей стали
производится именно на таких заводах. Современное содер-
жание понятия «мини-завод» включает в себя: минимальные
затраты на производство, минимальные выбросы технологи-
ческих отходов в окружающую среду, минимальные простои
оборудования и агрегатов, минимальный производственный
цикл при максимальной производительности, продажах, рен-
табельности и т.п. Обычно к этой категории относят заводы с
объемом производства 0,1... 1,6 (2) млн. т стали в год. По
разным оценкам, в мире в настоящее время насчитывается
около 500-600 мини заводов.
Мини металлургический завод - это комплекс, состоя-
щий из следующих агрегатов: электродуговая печь, уста-
новка доводки стали в ковше «печь-ковш», высокопроизво-
дительная машина непрерывной разливки стали и группа
прокатных станов. Основу успешного функционирования
мини металлургических заводов составляет высокая эконо-
мическая эффективность работы основных технологиче-
ских агрегатов, входящих в их состав, а также высокая сте-
23
пень их функциональной совместимости в едином произ-
водственном цикле. По существу, связующим элементом
между электродуговой печью и МНЛЗ является агрегат
«печь-ковш», в котором осуществляется комплекс меро-
приятий по доводке стали по температуре и химическому
составу, ее рафинированию, а также выдержке по времени в
соответствии с режимом разливки на МНЛЗ. Следует особо
обратить внимание на тот факт, что именно агрегаты, по-
зволяющие выполнять регламентируемый подогрев стали в
ковше, обеспечили на практике как расширение функцио-
нальных возможностей внепечной обработки и стабилиза-
цию работы МНЛЗ при разливке длинными сериями с вы-
ходом годного выше 96...97%, так и значительный энерго-
и ресурсосберегающий эффект. Однако обработка металла в
агрегате «ковш-печь» сопровождается значительными до-
полнительными затратами, что может несколько повысить
себестоимость металлопродукции непосредственно в стале-
плавильном цехе.
Исключительно важной особенностью новых мини заво-
дов является стремление конструкторов и технологов обес-
печить максимально высокую удельную производительность
плавильных агрегатов и МНЛЗ, производящих сортовую за-
готовку. Это достигается увеличением числа ручьев сорто-
вых МНЛЗ (6-8 ручьев) и серийности разливки (без останов-
ки машины).
Четвертый этап* начало которого относится к концу
80-х или началу 90-х г.г., характеризуется заметным
снижением темпов роста объемов производства стали в
мире и практически полным отсутствием прироста в
ведущих металлургических странах. Приведенные в
табл. 1.1 данные объемов производства стали в десяти
ведущих странах мира свидетельствуют о том, что в
последнее десятилетие основной прирост был достигнут, в
основном, за счет КНР и Южной Кореи.
Ужесточение конкуренции на рынке металлопродукции
стимулировало создание новых эффективных технологиче-
24
ских процессов при внепечной обработке и непрерывной раз-
ливке стали. Весьма характерным представляется тот факт,
что примерно 50% всех МНЛЗ были сооружены, или рекон-
струированы именно в последние 10-12 лет. При этом на до-
лю десяти ведущих производителей стали в мире приходится
примерно 30% (табл. 1.2).
Таблица 1.1. Динамика изменения объемов производства
стали в десяти ведущих странах мира
Страна 1992г. 1998г. 2001г. Откл. 2001г. от 2000г., млн. т
млн. т ранг млн. т ранг млн. т ранг
КНР 81 3 115 1 141 1 16
Япония 98 1 94 3 103 2 -4
США 84 2 98 2 90 3 -11
Россия 67 4 44 5 58 4 0
Германия 40 6 44 4 45 5 -2
Южная Корея 28 7 40 6 44 6 1
Украина 42 5 24 9 33 7 2
Индия 18 10 24 10 27 8 0
Бразилия 24 9 26 7 27 9 -1
Италия 25 8 26 8 27 10 0
Итого 507 535 595 -3
Всего в мире 720 776 824 -5
Обращает на себя внимание тот факт, что цифры, харак-
теризующие прирост новых МНЛЗ в Украине, являются
крайне низкими и неудовлетворительными с точки зрения
преодоления технической отсталости черной металлургии
страны. Дополнительно отметим, что в странах с развитым
автомобиле- и судостроением (Япония, США, Корея, Герма-
ния) опережающий прирост наблюдается для слябовых
МНЛЗ.
В КНР первоочередное внимание уделяется производству
длинномерной заготовки, используемой в строительстве и
машиностроении. Видимо, следует ожидать, что потребность
КНР в импорте длинномерной заготовки и проката будет в
будущем снижаться.
25
Таблица 1,2, Сравнительное количество вновь
построенных (Н) или реконструированных (Р) МНЛЗ
с 1991 по 2000 г,г.
Страна Слябовые Блюмовые Сортовые Круг Фасон (балка) Итого
Н Р Н Р Н Р Н Р Н Р Н Р
КНР 7/8 2/3 12/45 - 37/514 6/35 7/17 - 1/3 - 170/625 8/41
Япония 9/13 12/17 3/6 3/13 13/62 7/33 3/12 1/1 3/12 1/3 31/105 24/67
США 23/27 8/10 8/30 3/15 9/38 11/44 1/3 4/22 6/18 - 47/117 26/91
Корея 12/15 5/9 3/13 2/11 6/37 6/31 1/3 4/22 6/18 - 28/86 17/91
Италия 3/3 3/5 2/7 2/8 10/44 8/39 1/4 4/21 1/6 - 17/60 17/73
Индия 18/20 - 10/34 1/3 29/83 2/5 3/6 - - - 60/143 3/8
Германия 2/4 7/12 1/2 3/18 3/14 4/19 2/7 - 1/4 - 9/31 14/49
Россия 8/17 3/8 1/4 - - - 3/16 - 1/2 - 13/39 3/8
Бразилия 5/8 - - - 5/15 3/14 - 1/3 - - 10/23 4/17
Велико- 5ри «Зиня 2/2 3/6 1/6 2/12 3/16 1/4 - - - - 6/24 5/18
Украина 2/1 - 2/12 1/2 1/6 - - - - - 5/20 1/2
Итого 91/115 43/60 44/159 17/82 216/829 48/224 21/68 14/69 19/63 1/3 396/1273 112/465
Примечание. В числителе указано число МНЛЗ, а в знаменателе- общее число ручьев
Характеризуя особенности развития МНЛЗ в последнее
десятилетие следует отметить, что прогрессивные измене-
ния коснулись практически всех основных технологических
и конструктивных аспектов и носили взаимосвязанный ха-
рактер.
К наиболее важным (ключевым) моментам в истории раз-
вития технологии и конструкций машин для непрерывной
разливки стали относятся следующие [1-9].
• 1950 г. - испытание метода электромагнитного переме-
шивания под кристаллизатором (реализовано 3. Юнгансом).
• 1951г. - вертикальная опытно-промышленная полуне-
прерывная машина завода «Красный Октябрь», (Россия).
• 1952 г. - опытная вертикальная машина непрерывной
разливки (Бароу Стил, Великобритания);
- О. Шаабер (Германия) получил патент на МНЛЗ криво-
линейного типа.
• 1953 г. - сооружение фирмой «Кайл» четырехручьевой
промышленной установки для непрерывной разливки стали в
квадратную заготовку (Денен, Франция).
26
• 1954 г. - создание специализирующейся на разработке
технологии и строительстве МНЛЗ фирмы «Конкаст АГ»
(Швейцария);
- сооружение фирмой «Конкаст» вертикальной МНЛЗ
для разливки слябов на заводе «Атлас Стиле» (Канада).
• 1955 г. - первая вертикальная промышленная установка
для непрерывной разливки стали («Красное Сормово», Ниж-
ний Новгород, Россия).
• 1958 г. - сооружение фирмой «Маннесманн-Демаг» сля-
бовой машины (завод «Бехлер» Австрия).
- строительство китайской компанией «Дизайн+МФГ»
двухручьевой блюмовой вертикальной МНЛЗ (завод Шонго-
инг, Китай).
• 1959 г. - пуск промышленной вертикальной слябовой
установки (ЭСПЦ Новолипецкий металлургический комби-
нат, Россия);
•сооружение фирмой «Маннесманн-Демаг» МНЛЗ для
разлцвки квадратной заготовки с регулированием истечения
стали в промковше (Тернии, Италия).
• 1960 г. - промышленная вертикальная установка для не-
прерывной разливки стальных слябов в мартеновском цехе
Донецкого металлургического завода (Украина);
- строительство силами специалистов из СССР верти-
кальной двухручьевой сортовой МНЛЗ на заводе «Тангшан»
(Хебей, Китай);
- пуск вертикальной слябовой МНЛЗ (разработка фирмы
«Конкаст») на заводе «Ниппон Стил Корп.» (Хикари, Япо-
ния).
• 1961 г. - сдача в эксплуатацию вертикальной МНЛЗ с
загибом заготовки до горизонтального положения (Диллин-
жер, Германия).
• 1962 г. - первое промышленное использование шлако-
образующей смеси в кристаллизаторах МНЛЗ на заводе СА-
ФЕ (Франция) и фирмы «Маннесманн-Демаг»;
- сооружение универсальной машины для разливки четы-
рех слябов или восьми блюмов, либо восьми сортовых квад-
27
ратных или круглых заготовок на заводе фирмы «Маннес-
манн-Демаг»;
- первая опытная одноручьевая сортовая установка
МНЛЗ радиального типа, разработанная УкрНИИметом, (Ук-
раина) и внедренная на УЗТМ (Екатеринбург, Россия).
• 1963 г. - создание фирмой «Маннесманн-Демаг» ради-
альной машины для непрерывной разливки квадрата 200x200
мм с криволинейным кристаллизатором (Хукинген, Герма-
ния);
- сооружение фирмой «Конкаст» криволинейной сорто-
вой МНЛЗ на заводе Фон Моос Штал (Швейцария);
- проведение первых разливок стали методом «плавка на
плавку» в мартеновском цехе Донецкого металлургического
завода (Украина);
• 1964 г. - строительство фирмой «Конкаст» криволиней-
ной МНЛЗ для литья широких слябов (Диллинжер, Герма-
ния);
- сооружение фирмой «Маннесманн-Демаг» криволиней-
ной МНЛЗ с шириной сляба 2100 мм и многоступенчатым
выравниванием заготовки (Германия);
- пуск промышленной МНЛЗ для литья круглых загото-
вок фирмой «Маннесманн-Демаг» (Германия);
- введение в эксплуатацию опытной радиальной одно-
ручьевой МНЛЗ для отливки трефовидного профиля (разра-
ботка ВНИИметмаш, (Москва, Россия);
- использование концепции фирмы «Конкаст» для систе-
мы автоматического контроля за положением стопора в
промковше (Бароу Стил, Великобритания);
- сооружение фирмой «Даниели» радиальной МНЛЗ для
разливки сортовой заготовки на заводе «Аччиарие Феррере
Рива» (Италия).
• 1965 г. - пуск фирмой «Маннесманн-Демаг» криволи-
нейной МНЛЗ для литья круглых заготовок на заводе «Еш-
вейлер Бергверкшверейн» (Германия);
28
- сооружение промышленной радиальной слябовой
МНЛЗ в мартеновском цехе металлургического завода (Рус-
тави, Грузия);
- строительство фирмой «М.Д.Н.» на заводе «Шеффилд
Стил» криволинейной шестиручьевой сортовой МНЛЗ
(Сандспрингс, США).
• 1966 г. - пуск первого в мире крупного конвертерного
цеха со 100% непрерывной разливкой стали на Новолипец-
ком металлургическом комбинате (Россия);
- реконструкция УкрНИИМет опытной МНЛЗ и обеспе-
чение процесса деформации заготовки до окончания ее за-
твердевания (УЗТМ, Россия).
• 1967 г. - промышленная разливка стали на два ручья в
одном кристаллизаторе слябовой МНЛЗ фирмой «Маннес-
манн-Демаг»;
- строительство специалистами из СССР сталеплавильно-
го цеха со 100% разливкой на МНЛЗ на заводе «Раутарукки»
(Финляндия).
• 1968 г. - сооружение полупромышленных горизонталь-
ных машин непрерывной разливки на заводах «Дженерал
Моторе» (США) и «Дэви Лоуи» (Джэрроу, Великобритания);
- промышленная МНЛЗ с деформацией незатвердевшего
сляба (Нижний Тагил, Россия).
• 1969 г. - испытание фирмой «Маннесманн-Демаг» фор-
сунки, разбрызгивающей воду под углом до 120°;
- первое испытание горизонтальной МНЛЗ на фирме
«Дженерал Моторе» (США).
• 1971 г. - сооружение промышленных горизонтальных
машин непрерывной разливки стали на заводе «Дженерал
Моторе» (США) и «Дэви Лоуи» (Джэрроу, Великобритания).
• 1974 г. - применение фирмой «Маннесманн-Демаг» на
заводе «Маннесманн-Лейчер», (Германия) форсунки для по-
лучения водо-воздушной смеси;
- промышленное использование метода электромагнит-
ного перемешивания жидкого металла под кристаллизатором
МНЛЗ на заводе «САФЕ» (Франция).
29
• 1975 г. - пуск в эксплуатацию одного из крупнейших в
мире сталеплавильного конвертерного цеха (два конвертера
по 350 т) со 100% разливкой стали на крупные слябы на Но-
волипецком металлургическом комбинате (Россия);
- применение фирмой «Маннесманн-Демаг» системы за-
щиты стали от вторичного окисления при переливе из стале-
разливочного ковша в промковш с помощью специальной
«камеры-зонтика».
• 1976 г. - сдача в эксплуатацию первой вертикальной
МНЛЗ (проект фирмы «Конкаст») со сверхшироким слябом
(ширина 2500 мм, толщина 310 мм) на заводе «Кавасаки Стил
Корп.» (Курашики, Япония).
• 1977 г. - пуск одного из крупнейших в мире сталепла-
вильного конвертерного цеха (два конвертера по 350 т) со
100% разливкой стали на крупные слябы размером до
315... 1900 мм на комбинате «Азовсталь» (Мариуполь, Ук-
раина);
- промышленное использование электромагнитного пе-
ремешивания металла в кристаллизаторе.
• 1979 г. - сдача в эксплуатацию промышленной горизон-
тальной МНЛЗ в НПО «Тулачермет» (Тула, Россия).
• 1982 г. - промышленное использование фирмой «Демаг»
метода электромагнитного торможения струи металла в кри-
сталлизаторе на заводе «Кавасаки Стил Мицушима» (Япо-
ния).
• 1984 г. - пуск установок поточного вакуумирования ста-
ли на участке сталеразливочный ковш - промковш-МНЛЗ на
Новолипецком металлургическом комбинате (Липецк, Рос-
сия);
- сдача в эксплуатацию крупнейшего в мире электро-
сталеплавильного комбината с производством стали из вос-
становленных окатышей при 100% разливке стали на блюмо-
вых криволинейных МНЛЗ (Старый Оскол, Россия).
• 1985 г. - пуск криволинейной слябовой МНЛЗ (фирма
«Шлеманн-Зимаг») с максимальной шириной сляба 2720 мм
30
(толщина 320 мм) на заводе «Крупп Хеш Штал» (Дортмунд,
Германия);
- промышленное освоение непрерывной разливки сля-
бов со скоростью до 2,5 м/мин на заводе НКК «Фукуяма
У орке» (Фукуяма, Япония).
• 1986 г. - разливка на МНЛЗ слябов толщиной 30.. .50 мм
и шириной 1200... 1600 мм на заводе «Шлеманнгилмаг АГ»
(Германия).
• 1987 г. - испытание в промышленных условиях метода
газоимпульсного (пульсационного) перемешивания жидкого
металла в кристаллизаторе слябовой МНЛЗ на комбинате
«Азовсталь» (Мариуполь, Украина);
- промышленные опыты по технологии непрерывного
литья тонких слябов с совмещением литья и прокатки на ме-
таллургическом заводе «Маннесманн» (Дуйсбург, Германия).
• 1988 г. - промышленное опробование метода «мягкого»
обжатия сляба с жидкой сердцевиной на заводе «Кавасаки
Стил Кимутцу Уоркс» (Япония).
• 1989 г. - использование в промышленных масштабах
комбинированного электромагнитного перемешивания (в зо-
не вторичного охлаждения и в зумпфовой зоне) на блюмовой
МНЛЗ завода «Сандвик Стил» (Сандвикен, Швеция).
• 1991 г. - промышленное применение плазменного по-
догрева металла в промковше на горизонтальной МНЛЗ на
заводе «ВГХ Еделштал» (Германия).
• 1992 г. - пуск разработанного фирмами «Маннесманн-
Демаг» и «Арведи» первого в мире мини-завода с технологи-
ей непрерывного литья тонких слябов и совмещением литья с
прокаткой (Кремона, Италия).
• 1994 г. - промышленное использование фирмой «Дание-
ли» на металлургическом заводе «Баошан» (Китай) плазмен-
ного подогрева металла в промковше МНЛЗ;
- применение метода мягкого обжатия заготовки с жид-
кой сердцевиной на блюмовой МНЛЗ завода «Поханг Уоркс»
(Южная Корея).
31
• 1995 г. - использование фирмой «Сумитомо метал инда-
стриз» того же метода для скоростного литья слябов средних
толщин (Япония);
- сооружение фирмой «Даниели» промышленной МНЛЗ
для производства тонкого сляба на заводе «Нукор Стал»
(США).
• 1997 г. - использование в промышленных масштабах ме-
тода «мягкого обжатия заготовки с жидкой сердцевиной» на
блюмовой МНЛЗ завода «Сандвик Стил» (Сандвикен, Шве-
ция);
- промышленный пуск мини металлургического завода
«Норт Стар БХП Стал» (г.Дельта, США) с одноручьевой сля-
бовой (толщина сляба 90 мм) МНЛЗ фирмой «Сумитомо Хе-
ви Индастриз» (Япония).
• 1997 г. - пуск первой промышленной установки для не-
прерывной разливки тонкой полосы на заводе в г. Хикари
(Япония).
• 1999 г. - пуск первого промышленного цеха по непре-
рывной разливке тонкой полосы на заводе в г. Крефелд (Гер-
мания).
• 1999 г. - пуск современного мини металлургического за-
вода ЗАО «ММЗ-ИСТИЛ (Украина)» с шестиручьевой высо-
копроизводительной МНЛЗ для получения квадратной и
круглой заготовки.
• 2002 г. - пуск первой очереди комплекса реконструкции
Енакиевского металлургического завода в составе установки
«печь-ковш» и шестиручьевой МНЛЗ-НКМЗ для производст-
ва квадратной заготовки.
Безусловно, приведенный перечень не охватывает все
прогрессивные технологии и конструкции машин непрерыв-
ной разливки стали. Кроме того, с начала развития МНЛЗ
многие технические и промышленные ее аспекты в большин-
стве стран (фирм) не публиковались в открытой печати, что
затруднило для авторов идентификацию временной последо-
вательности их появления.
32
1.2. НЕПРЕРЫВНАЯ РАЗЛИВКА СТАЛИ НА СЛЯБЫ
Начало 70-х г.г. характеризуется широким промышлен-
ным внедрением машин непрерывной разливки слябовой за-
готовки. На смену низкоскоростным вертикальным МНЛЗ
пришли радиальные и криволинейные машины, имеющие
значительно большую скорость разливки. Основные направ-
ления развития слябовых МНЛЗ заключались в создании вы-
сокопроизводительных машин, позволяющих синхронизиро-
вать работу крупных кислородно-конвертерных цехов. По
сути, этот этап завершился в середине 80-х г.г. практическим
оформлением концепции высокопроизводительных конвер-
терных цехов (вместимость конвертера свыше 300 т) со 100%
непрерывной разливкой стали. В настоящее время такие цеха
успешно функционируют во всех промышленно развитых
странах мира. Одновременно была фактически реализована
технология разливки стали на сверхширокие слябы
(2500...2600 мм). Переход от разливки в слитки к непрерыв-
ной разливке также полностью оформил тенденцию ужесто-
чения требований к качеству продукции.
С середины 80-х г.г. технология непрерывной разливки
стали на слябы вошла в фазу совершенствования отдельных
технологических элементов и оптимизации функционирова-
ния МНЛЗ со всей производственной цепочкой металлурги-
ческого завода. При этом развитие процессов непрерывного
литья слябов происходит в условиях ужесточающейся конку-
рентной борьбы на мировом рынке, основными требования-
ми которого являются повышение качества продукции при
одновременном снижении ее себестоимости. В настоящее
время около 60% отливаемых непрерывным литьем заготовок
разливается на слябовых МНЛЗ. Основными производителя-
ми непрерывнолитых слябов в мире являются Япония, США,
КНР, Германия, Корея и Россия. На их долю приходится бо-
лее двух третей мирового объема производства слябов. Сей-
час в мире насчитывается чуть более 500 слябовых МНЛЗ с
общим числом ручьев свыше 700 шт.
33
Нельзя не отметить, что МНЛЗ для получения «классиче-
ского» сляба претерпевают в последнее время серьезные кон-
струкционные изменения. Заключаются они в следующем:
- безоговорочное предпочтение отдается МНЛЗ с верти-
кальным кристаллизатором, что обеспечивает повышение ка-
чества заготовки при одновременном росте производитель-
ности в 1,4... 1,5 раза;
- применяется криволинейная схема технологической ли-
нии МНЛЗ с многоточечным загибом и разгибом;
- предусматривается возможность изменения ширины за-
готовки в процессе разливки;
- увеличивается вместимость промковша 40...50 т и ис-
пользуется система перегородок для управления течением
металла;
- обязателен непрерывный замер температуры металла в
промковше и в отдельных зонах движения заготовки.
- расширяется применение технологии подогрева металла
непосредственно в промковше;
- часть операций по доводке стали переносится в пром-
ковш (продувка аргоном, обработка порошковой проволокой,
подогрев металла и т.п.);
- ужесточаются требования к защите стали от вторичного
окисления на всем этапе движения стали от ковша до кри-
сталлизатора;
- все большее распространение получает технология «мяг-
кого» обжатия металла в ЗВО (зоне вторичного охлаждения);
- применяется электромагнитное перемешивание металла
ниже кристаллизатора;
- уменьшается диаметр поддерживающих роликов в ЗВО;
- обязательно используется система автоматического кон-
троля уровня металла в кристаллизаторе, а также система ав-
томатической подачи ШОС (шлаковых смесей) в кристалли-
затор.
В результате вышеперечисленных изменений существен-
но повышается производительность МНЛЗ, улучшаются ка-
чества поверхности и внутренней структуры сляба, снижают-
ся затраты на строительство машины, ее обслуживание и т.п.
34
Резкое изменение представлений о современной слябовой
МНЛЗ привело к тому, что большинство машин в странах
Европы, Японии и США подвергаются серьезной реконст-
рукции и модернизации. На рис. 1.3 в качестве примера при-
ведена схема общего вида слябовой МНЛЗ завода «Лейк
Эрай Стил» (Нантикоук, Канада) до и после реконструкции.
и
О
*л
у i|t ЧЙДЛЫУ Л №<1 у № ИШ ОС tOnffttPIII ffi ВШ
б
Рис. 1.3. Схема технологической линии слябовой МНЛЗ
до реконструкции а (число сегментов 7, диа-
метр роликов 146мм.. 480 мм, две точки разги-
ба) и после реконструкции б (число сегментов
15, диаметрроликов!46 мм..31О мм, четыре
точки разгиба)
35
Необходимость повышения производительности уже су-
ществующих слябовых МНЛЗ во многом определяется теми
показателями, которые достигнуты в практике кислородно-
конвертерного процесса. В первую очередь это касается
среднесуточной и среднемесячной производительности со-
временных конвертеров (рост в среднем на 25...30%). При
этом простое увеличение скорости вытяжки заготовки на уже
существующих МНЛЗ представляется, как правило, доста-
точно сложной процедурой в силу необходимости увеличе-
ния протяженности зоны порезки заготовки. С другой сторо-
ны, тенденции развития мирового рынка металлопродукции
свидетельствуют о том, что все большее предпочтение отда-
ется слябовой заготовке толщиной 150...200 мм при ее ши-
рине 1000... 1200 мм. Для большего количества МНЛЗ вы-
полнение этих требований приводит к снижению средней
производительности машины по сравнению с проектной.
В таких условиях существенным фактором, увеличи-
вающим среднемесячную производительность МНЛЗ, явля-
ется повышение серийности разливки между остановками.
Как показывает практика ведущих металлургических пред-
приятий США и Японии, при определенных условиях (син-
хронизации работы цеха и обеспечении промежуточных го-
рячих обслуживаний МНЛЗ) длительность работы МНЛЗ
может составлять месяц и более. Безусловно, такие показате-
ли следует считать рекордными. Однако нормальная практи-
ка непрерывного литья слябов уже сегодня базируется на се-
риях в несколько суток. Не останавливаясь на подробном
анализе условий обеспечения непрерывной разливки сверх-
длинными сериями, отметим, тем не менее, что такая техно-
логия требует принципиально новых подходов к автоматиза-
ции процесса разливки, подготовке стали к разливке при
ковшевой обработке, рациональной конструкции промковша
и огнеупоров для разливки стали и т.п.
Производительность МНЛЗ, сооруженных по вышепере-
численным принципам, в 1,5... 1,8 раза выше, чем у МНЛЗ,
построенных 15 лет назад. Это позволяет предположить, что
существенного роста количества МНЛЗ в мире наблюдаться
не будет, поскольку возрастет их удельная производитель-
36
ность. Некоторое увеличение будет происходить за счет
стран Восточной Европы, Украины, России и Дальнего Вос-
тока (в первую очередь Китая).
Наиболее серьезным научным прорывом представляется
создание рядом западных фирм МНЛЗ для разливки сляба
средней толщины, обеспечивающей качество листа на уров-
не традиционного сляба. Преимуществами такой тех-
нологии являются: высокое качество продукции, возмож-
ность получения слябов шириной более 2500 мм, уменьше-
ние потерь энергии и металла в ходе последующего прокат-
ного передела и пр. В данном случае в основу технологии
получения листа положена концепция литейно-прокатных
модулей. Это создало необходимые условия для строитель-
ства мини металлургических заводов, конкурентоспособ-
ных по ряду параметров с интегрированными заводами, ра-
ботающими по традиционной технологии. Литейно-
прокатные модули, созданные на базе непрерывной разлив-
ки стали на сляб средней толщины, в настоящее время по-
лучают все большее распространение в развивающихся
странах (в странах, где наращивается потребность в листо-
вом прокате). Благодаря использованию наиболее совре-
менных достижений в области непрерывной разливки стали
(электромагнитное перемешивание, «мягкое» обжатие, по-
гружной стакан типа «бобровый хвост» и пр.) эти модули
продолжат развиваться и в будущем.
Одним из направлений улучшения слябовых МНЛЗ явля-
ется удовлетворение возрастающих требований к качеству
продукции. Для этих целей на практике все чаще применяют
усовершенствованные прямолинейные кристаллизаторы, ко-
торые могут быть использованы и на уже работающих маши-
нах после соответствующей реконструкции.
В целом же современные разработки в области конструк-
ции кристаллизаторов сфокусированы на увеличении скоро-
сти разливки путем интенсификации режимов охлаждения и
частоты качаний, оптимизации закона колебаний кристалли-
затора; воздействии на потоки металла в кристаллизаторе
электромагнитным торможением для снижения односторон-
ней ассимиляции неметаллических включений при использо-
37
вании криволинейного кристаллизатора, а также для смягче-
ния флуктуаций уровня ванны при очень больших скоростях
разливки; дальнейшем увеличении долговечности плит кри-
сталлизатора с помощью новой техники нанесения покрытий
и пр. [17-18].
К приоритетным направлениям совершенствования кон-
струкции МНЛЗ относится применение гидравлического
привода для обеспечения качания кристаллизатора при ис-
пользовании несинусоидального закона колебаний. Гидрав-
лическая система привода кристаллизатора обеспечивает
следующие технологические и операционные преимущества:
• оперативное варьирование амплитуды колебаний кри-
сталлизатора;
• то же, частоты колебаний кристаллизатора;
• изменение формы кривой колебаний (задание скоро-
стей движения кристаллизатора на различных этапах);
• предотвращение дрожаний (вибраций) кристаллизато-
ра, обычно сопровождающих работу электромеханического
привода;
• более безопасную и быструю замену кристаллизатора;
• удобство в обслуживании привода кристаллизатора в
ходе разливки вследствие выноса гидроцилиндров из трудно-
доступной зоны;
• значительное уменьшение общей массы движущихся в
процессе качаний частей.
Дополнительным, но достаточно перспективным факто-
ром, способствующим повышению качества поверхности
сляба, может стать применение метода наложения на кри-
сталлизатор горизонтальных колебаний, которые синхрони-
зированы с качаниями в вертикальной плоскости. По мнению
различных исследователей, этот метод значительно уменьша-
ет следы качания на поверхности сляба и соответственно
число прорывов металла [19].
Большое значение, с точки зрения повышения качества
сляба, имеет оптимизация движения потоков стали в жидкой
ванне кристаллизатора. Особое внимание уделяется оптими-
зации геометрической формы погружных стаканов. Много-
38
численными исследованиями подтверждено, что в зависимо-
сти от скоростей разливки, сечения заготовки и марки стали,
сечения внутренней полости погружного стакана и его вы-
ходных отверстий, а также угол наклона выходных отверстий
могут изменяться в широких пределах [21,22]. Безусловно,
конструкция погружных стаканов будет развиваться и в
дальнейшем.
Применение новых материалов и способов обработки
огнеупорных изделий позволяет повышать стойкость по-
гружных стаканов против термических ударов, уменьшать
скорость износа в зоне шлакового пояса и интенсивного дви-
жения потоков жидкой стали, а также предотвращать зарас-
тание внутренней полости при разливке сталей, раскислен-
ных алюминием. При этом особое внимание должно уделять-
ся обеспечению, симметричности течения потоков и условий
эффективной инжекции аргона в жидкую ванну кристаллиза-
тора [23].
В настоящее время все большее распространение получа-
ет метод электромагнитного торможения потока стали, попа-
дающей в кристаллизатор. Это дает возможность существен-
но снизить скорость движения потоков, ограничить их про-
никновение вглубь жидкой фазы заготовки, а также обеспе-
чить их рациональное движение. Вероятно, в ближайшее
время этот метод получит развитие в совокупности с исполь-
зованием погружных стаканов оптимальной геометрической
формы, которая будет создаваться для каждого конкретного
случая [23].
При повышении качества внутренних зон непрерывно-
литых слябов особое внимание уделяется условиям движения
заготовки в зоне вторичного охлаждения. Помимо объектив-
ных процессов развития ликвации в ходе затвердевания, на
качество заготовки существенно влияют интенсивность ох-
лаждения, ферростатическое давление, соблюдение геомет-
рических размеров в зависимости от установки направляю-
щих роликов и пр. Вполне понятно, что устранить эти факто-
ры без дополнительных мероприятий на практике крайне
сложно. По свидетельству ряда исследователей, эта задача
39
достаточно успешно решается при использовании метода
«мягкого» обжатия заготовки в конце жидкой зоны [24-28].
Основные положительные эффекты указанного метода: зна-
чительное подавление осевой пористости, снижение коэффи-
циента осевой ликвации и улучшение условий формирования
кристаллической структуры в зоне равноосных кристаллов,
уменьшение V - образной ликвации [29]. Более подробно во-
просы организации «мягкого» обжатия и его влияния на заго-
товку будут рассмотрены в главе 5.
В конце 80-х и начале 90-х г.г. в мире сформировалось
новое направление непрерывной разливки на слябы - литье
тонких слябов и сооружение МНЛЗ, совмещенных с прокат-
ным станом [28,30-32]. Такая производственная линия пред-
назначается для конкретного диапазона размеров заготовки и
марок стали; т.е. имеет целевое назначение. В развитии
МНЛЗ для литья тонких слябов в большей степени заинтере-
сованы мини-заводы, пытающиеся попасть на рынок листо-
вой продукции, и металлургические заводы с полным цик-
лом, которые нуждаются в реорганизации производства и в
замене существующих агрегатов. В настоящее время таких
МНЛЗ насчитывается чуть более сорока, около двух третей
из них находится в США и развитых странах.
Как всякий новый процесс, литье тонких слябов имеет
ряд многообещающих особенностей, но также характеризу-
ется некоторыми «узкими» местами.
Последние данные промышленного использования мето-
да литья тонких слябов показывают, что конструктивная реа-
лизация таких МНЛЗ требует принципиально новых решений
в следующих вопросах: конструкции кристаллизатора, опти-
мизации подвода жидкой стали из промковша в кристаллиза-
тор, использования метода «мягкого» обжатия, использова-
ния специальной системы по предотвращению прорывов,
разработки специальной системы удаления окалины, оптими-
зации отрицательного времени раздевания слитка и пр.
Между тем, уже сегодня можно говорить, что технология
непрерывного литья тонких слябов с обжатием при наличии
жидкой фазы с последующей прокаткой позволяет снизить
40
капитальные затраты и затраты по переделу, улучшить свой-
ства материала готовой продукции при равномерном качест-
ве поверхности.
Таким образом, можно сформулировать общие тенден-
ции развития процессов непрерывной разливки стали на сля-
бовых МНЛЗ:
• в предстоящие годы существенного количественного
увеличения объема непрерывнолитых слябов происходить не
будет; основное внимание будет уделяться проблемам каче-
ства заготовки, снижения издержек на разливку и т.п.;
• повышение качества поверхности непрерывнолитых
слябов будет достигаться модернизацией конструкции кри-
сталлизаторов (прямолинейный кристаллизатор) с использо-
ванием гидропривода для механизма качания;
• улучшение параметров течения металла в кристаллиза-
торе за счет использования погружных стаканов оптимальной
геометрической формы и метода электромагнитного переме-
шивания;
• развитие функциональных возможностей промковша:
повышение его эксплуатационных показателей (стойкость)
и доводка стали (рафинирование и регулирование темпера-
туры);
• использование систем прогрессивного многоточечного
загиба и разгиба заготовки для уменьшения пораженности за-
готовки внутренними трещинами;
• применение метода «мягкого» обжатия заготовки с
жидкой сердцевиной с целью подавления осевой пористости
и ликвации.
• развитие концепции непрерывного литья тонких слябов
с их обжатием и последующей прокаткой в горячем состоя-
нии и соответствующим повышением конкурентоспособно-
сти мини-заводов на мировом рынке листовой продукции;
• повышение степени автоматизации работы МНЛЗ с
включением в единую систему всех параметров жидкой ста-
ли, условий охлаждения стали в кристаллизаторе и зоне вто-
ричного охлаждения при наличии обратной связи.
41
1.3.РАЗЛИВКА СТАЛИ НА БЛЮМЫ И ФАСОННЫЕ ЗАГОТОВКИ
При производстве крупных заготовок прямоугольного,
квадратного, круглого и фасонного (балка) сечений основное
внимание в последние годы уделяется улучшению качества
заготовки с целью повышения производительности МНЛЗ.
Мировое производство непрерывнолитых блюмов оценивает-
ся на уровне 120-130 млн. т в год. На начало 1998 г. в мире
насчитывалось примерно 270 (1020 ручьев) блюмовых
МНЛЗ, около 45 машин для разливки крупной фасонной и
90-95 для круглой заготовки [4]. Средняя производитель-
ность одного ручья для блюмовой МНЛЗ составляет пример-
но 120 тыс. т стали в год.
Между тем, на лучших МНЛЗ мира производительность
одного ручья значительно выше. Например, на японских ме-
таллургических заводах «Сумитомо Метал» (размер блюма
300x400 мм) и «Даидо Стил» (размер блюма 370x480 мм) она
составляет 300 тыс. т, а на австралийском заводе «БХР Стил»
(размер блюма 400x630 мм) - 400 тыс. т стали в год.
Средний показатель производительности большинства
блюмовых МНЛЗ является достаточно низким с позиций по-
следних достижений в области непрерывной разливки. Сле-
довательно, одной из главных задач развития технологии
разливки и конструкций блюмовых МНЛЗ (наряду с улучше-
нием качества заготовки) становится существенное повыше-
ние их производительности. Для многих металлургических
заводов это означает проведение практических исследований,
позволяющих оптимизировать процесс производства и раз-
ливки стали. По оценкам различных экспертов, средняя годо-
вая производительность одного ручья для блюмовых МНЛЗ
должна составлять 200...250 тыс. т в год [10].
Задача повышения производительности МНЛЗ - сложная
многокомпонентная проблема, которая требует комплексного
подхода в рамках целого сталеплавильного цеха или даже за-
вода. Кроме того, процесс увеличения скорости разливки
имеет свои технологические и конструктивные ограничения.
Вероятно, дальнейшая оптимизация процесса может быть
достигнута только при использовании кристаллизаторов но-
42
вой конструкции в совокупности со специальными методами
подвода и перемешивания металла. Уровень скоростей вы-
тяжки заготовок различного сечения показан на графике 1.4,
который построен на основании обобщения многочисленных
данных о работе современных МНЛЗ.
линейный размер блюма или сортовой заготовки по меньшей
стороне, мм
Рисунок 1.4. Скорости вытяжки заготовок Vp (максимальная
и средняя) на современных МНЛЗ в зависимости
от их сечения (линейный размер)
Для обеспечения высокой производительности блюмовой
МНЛЗ в практике многих металлургических стран мира при-
меняются многоручьевые машины (табл. 1.3).
Основная часть блюмовых МНЛЗ имеет 2-4 ручья (табл.
1.4.) На долю 6-ручьевых машин приходится менее пятой
части всего количества блюмовых ручьев МНЛЗ. На наш
взгляд, это следует связывать с ограниченным числом стале-
плавильных цехов, где возможно применение таких МНЛЗ
(высокая производительность цеха). Кроме того, применение
6-ручьевых МНЛЗ (и более) имеет ряд специфических осо-
бенностей, которые связаны, например, с необходимостью
использования промковшей большой протяженности, более
жесткими требованиями к температурной однородности стали.
43
Таблица 1.3. Основные показатели некоторых многоручье-
вых блюмовых МНЛЗ с крупным сечением заготовки
Завод (страна) Внепеч- ная обра- ботка Год пус- ка или реконст- рукции МНЛЗ Вме- сти- мость кон- вер- тера, т Кол- во ру- чьев Сечение заготов- ки мм
NIPPON STEEL CORP., MURORAN WORKS 3 (Япония) VD 1981 270 4 350x560
SUMITOMO METAL IND. LTD , WA- KAYMA STEEL WORKS 3 (Япония) VD 1979 160 4 410x530/ 600x670 0410-450
NKK CORPORATION, KEIHIN WORKS (Япония) VD 1979 300 4 400x520/ 400x600
KOBE STEEL LTD., KAKOGAWA WORKS (Япония) VD 1981 240 4 380x650
UNIMETAL GANDRANGE (Франция) LF/VD 1984 150 (ДСП) 6 225x320/ 360x480
SAARSTAL AG (Германия) VD 1980 165 6 240x240/ 240x420
THYSSEN STAHL AG, RUHRORT WORKS (Германия) LF/VD 1975 1993 140 6 265x385
USS/КОВЕ STEEK CO., LORAIN WORKS (США) LF 1983 1994 205 5 310x330/ 320x360
INLAND STEEL, INDIANA HARBOR WORKS, (США) LF/VD 1986 200 4 (380- 508)х610
ВНР STEEL, NEWCASTLE WORKS (Австралия) LF 1987 200 4 400x630
TRINECKE ZELEZARNY (Чехия) LF/VD 1989 180 5 250x320/ 300x350
HUT A KATOWICE, DABROWA GOR- NICZA (Польша) LF/VD 1995 330 6 280x300/ 280x400
ОРСКО-ХАЛИЛОВСКИЙ МЕТАЛ- ЛУРГИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ «НОС- ТА» (Россия) LF 1985 100 Дсп 4 300x450
ОСКОЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОМЕТАЛ- ЛУРГИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ (Россия) LF/DH 1985 150 ДСП 4 300x360
ДНЕПРОВСКИЙ МЕТАЛЛУРГИ- ЧЕСКИЙ КОМБИНАТ (Украина) УДМ 1994 250 6 335x400
НИЖНЕТАГИЛЬСКИЙ МЕТАЛЛУР- ГИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ (РОССИЯ) LF/VD 1997 160 4 300x360 0430
БЕЛОРУССКИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕ- СКИЙ ЗАВОД (Белоруссия) LF/VD 1987 1998 100 4 250x300 300x400
LF-установка «печь-ковш»; VD-вакуумирование в камере; DH-порционное ва- куумирование; УДМ-установка для доводки металла в ковше; ДСП- электродуговая печь
44
Таблица 1.4. Доля блюмовых МНЛЗ с различным
количеством ручьев в общем количестве блюмовых МНЛЗ
(по состоянию на конец 1998 г.)
Число ручьев в МНЛЗ, шт. 1 2 3 4 5 6 8 Все- го
Число МНЛЗ, шт. 14 61 39 98 14 27 2 255
Доля в общем ко- личестве, % 5,6 23,8 15,3 38,3 5,6 10,6 0,8
Число ручьев, шт. 14 122 117 392 70 162 16 893
Доля в общем ко- личестве^ 1,7 13,6 13,1 43,8 7,9 18,1 1,8
Доля ККЦ (по количеству) с блюмовыми МНЛЗ,% 0 15-' 20 24- 28 46- 52 55- 58 75- 80 100
Одним из существенных направлений повышения произ-
водительности МНЛЗ является также увеличение числа пла-
вок, разливаемых без остановки машины. Наличие больших
резервов в этом направлении подтверждается известными
«рекордными» показателями следующих заводов:
-блюм
«Сумитомо Метал» (Япония) - 1129 плавок,
«Тиссен Штал Рурорт» (Германия) - 632 плавки,
«Ниппон Стил Кимицу» (Япония) - 508 плавок,
«Фуст-Алпине Донавиц» (Австрия) - 365 плавок.
По сути, лучшие показатели длительности работы блю-
мовых МНЛЗ соответствуют циклу месячной работы без ос-
тановки. Вероятно, в такой ситуации основными факторами,
лимитирующими продолжительность разливки, являются
критический износ кристаллизатора и эксплуатационная
стойкость основных функциональных узлов МНЛЗ.
Для разливки стали на МНЛЗ длинными сериями необ-
ходима стабильная подача ковшей со сталью на машину. Это
означает, что перед окончанием разливки из одного сталераз-
ливочного ковша на стенде должен находиться новый ковш
45
со сталью, по кондиции полностью соответствующей данной
марке. Следовательно, при разливке стали длинными серия-
ми в цехе должна быть согласована работа сталеплавильных
агрегатов и МНЛЗ. Такое согласование в максимальной сте-
пени удается достигнуть при использовании установок вне-
печной обработки стали типа «печь-ковш» (ladle-furnace), ко-
торая обеспечивает доводку стали по температуре (подогрев)
и химическому составу (коррекция), а также циклическую (в
соответствии с работой МНЛЗ) ее подачу. Особое значение
установки «печь-ковш» приобретают в условиях электроста-
леплавильных цехов современных мини металлургических
заводов.
Не менее важным звеном при разливке стали длинными
сериями является промежуточный ковш. Он выполняет
функцию демпфирующего элемента между сталеразливоч-
ным ковшом и кристаллизаторами МНЛЗ. Однако, кроме хо-
рошо известных положительных аспектов функционирования
промковша (ассимиляция неметаллических включений, ус-
реднение температуры металла, распределение стали по
ручьям и пр.) при разливке длинными сериями необходимо
учитывать ухудшение свойств шлака на зеркале металла из-
за попадания в него: всплывающих включений, оксидных
включений при прожигании канала шиберного затвора стале-
разливочного ковша, частичного шлака из сталеразливочного
ковша с последними порциями вытекающего металла, неме-
таллических включений, являющихся продуктами эрозии фу-
теровки сталеразливочного и промежуточного ковшей, и пр.
Достаточно часто все это приводит к преждевременному вы-
ходу из строя футеровки промковша в зоне шлакового пояса.
Следует также отметить, что при разливке стали длин-
ными сериями особого внимания требуют подача струи ме-
талла в промковш и защита ее от вторичного окисления на
участке «сталеразливочный ковш - промковш». Не менее
важной проблемой является организация стабильного про-
цесса истечения струи стали из промковша в кристаллизатор.
(Вопросы рациональной организации защиты стали от вто-
ричного окисления будут рассмотрены в главе 3).
46
В целом же использование промковша при разливке
длинными сериями значительно ужесточает требования ко
всем функциональным и технологическим элементам. Прин-
ципиально новым в этих условиях является плазменный по-
догрев металла, который оказывается необходимым в усло-
виях периодических обслуживаний промковша и кристалли-
заторов МНЛЗ непосредственно в ходе разливки (без полной
остановки машины).
Следующий крайне важный аспект увеличения произво-
дительности блюмовых МНЛЗ - повышение скорости вытяж-
ки заготовки из кристаллизатора. Чтобы обеспечить стабиль-
ность процесса разливки, используется комплексная система
автоматики, регулирующая расход стали из промковша (в за-
висимости от температуры металла и положения мениска в
кристаллизаторе) и контролирующая температуру поверхно-
сти заготовки в зоне вторичного охлаждения.
В последнее десятилетие в мире полностью оформилась
концепция безопасной (по качеству поверхности заготовки)
разливки стали, включающая автоматическую подачу шлако-
образующей смеси в кристаллизатор, применение погружно-
го стакана с четырьмя боковыми отверстиями, применение
системы автоматического контроля уровня металла в кри-
сталлизаторе и индикации температуры рабочей поверхности
кристаллизатора на всем пути движения заготовки. Дальней-
шее развитие системы безопасной разливки будет связано с
использованием гидравлического привода качания кристал-
лизатора МНЛЗ, который позволит существенно повысить
уровень синхронизации между скоростью разливки и режи-
мами качания [11].
Увеличение скорости разливки блюмов и сортовых заго-
товок в значительной степени изменяет условия их затверде-
вания. Поэтому для высокоскоростных МНЛЗ требуется со-
ответствующая коррекция режимов охлаждения во вторич-
ной зоне. Главной же задачей остается обеспечение качества
непрерывнолитой заготовки в осевой зоне (пористость и лик-
вация).
Проблема формирования осевой пористости и ликвации
представляется особенно серьезной для высокоуглеродистых
47
сталей. По мнению многих исследователей традиционные
методы повышения качества заготовки, т.е. изменение усло-
вий охлаждения и электромагнитное перемешивание металла
в кристаллизаторе и зоне вторичного охлаждения, не обеспе-
чивают желаемого эффекта [14]. Вероятно, проблема может
быть решена только при использовании так называемого ме-
тода «мягкого обжатия» (soft reduction) [15-16].
В настоящее время этот метод только получает развитие
на отдельных современных МНЛЗ. Сущность его заключает-
ся в том, что на одной или двух гранях непрерывнолитой за-
готовки формируются дополнительные в виде трапеций при-
ливы металла. Это достигается приданием кристаллизатору
соответствующей геометрической формы (рис. 1.5).
В районе зумпфовой зоны (после первой тянущей клети)
с помощью специальных обжимных клетей приливы металла
определенным образом вдавливаются в тело заготовки, кото-
рая принимает форму квадрата или прямоугольника. Это
уменьшает внутренний объем заготовки, соответственно
улучшает условия питания жидким металлом твердого карка-
са и предотвращает формирование раковин усадочной порис-
тости. Достижение максимального положительного эффекта
обусловливается рациональным выбором объема вдавливае-
мого металла, а также мест начала и окончания обжатия. Не-
достаточное количество вдавливаемого металла (или слиш-
ком раннее начало обжатия) в большинстве случаев оказыва-
ется неэффективным, поскольку между фронтами затверде-
вания остается достаточно много жидкой фазы. Однако и
слишком позднее обжатие заготовки может привести к ее
растрескиванию (внутренние трещины).
Исследованиями установлено, что эффективность меха-
нического «мягкого обжатия» во многом зависит от места
приложения и величины давления на заготовку. Для дости-
жения высокого положительного эффекта доля твердой фазы
в центральной зоне должна составлять более 50%. Другой
характерной чертой воздействия по методу «мягкого обжа-
тия» следует, видимо, считать некоторые специальные усло-
вия при вдавливании приливов на гранях заготовки. Наи-
больший эффект, как правило, достигается при вдавливании
48
приливов в 3-4 этапа с регламентированным расположением
точек приложения нагрузки по длине заготовки.
в
Рис. 1.5. Некоторые возможные сечения профиля заготовки
в кристаллизаторе при получении крупного блюма
49
Что же касается подавления осевой ликвации при ис-
пользовании метода «мягкого обжатия», то здесь данные
различных исследователей значительно расходятся. Это,
вероятно, объясняется тем фактом, что для различных ма-
рок сталей эффект «мягкого обжатия» проявляется в разной
степени. Например, значительное снижение уровня осевой
ликвации в блюмах из стали с содержанием углерода
0,8%.[16] При этом подавление осевой ликвации достигает-
ся все-таки за счет развития эффекта выдавливания жидкой
фазы в более высокие горизонты. Между тем, в большинст-
ве случаев при наложении «мягкого обжатия» происходит
лишь некоторое «размывание» ликвации в центре заготов-
ки благодаря принудительному перемещению жидкой фа-
зы. В свою очередь, этот эффект во многом обусловливает-
ся жесткостью твердой оболочки, в противном случае про-
исходит выпучивание боковых граней, что компенсирует
уменьшение сечения жидкой фазы при вдавливании прили-
вов. Для достижения максимального эффекта при подавле-
нии осевой ликвации, видимо, следует предусматривать
дополнительные поддерживающие ролики вдоль боковых
граней, что значительно увеличивает себестоимость заго-
товки.
Суммируя сказанное, можно сформулировать общие тен-
денции развития процессов непрерывной разливки стали на
блюмовых МНЛЗ:
• повышение производительности МНЛЗ за счет рекон-
струкции уже существующих машин и создания новых высо-
коэффективных комплексов (годовая производительность
одного ручья для блюмовых МНЛЗ должна составлять не ме-
нее 200 тыс. т в год);
• совершенствование системы подготовки стали к непре-
рывной разливке и согласование работы сталеплавильных аг-
регатов МНЛЗ путем использования современных агрегатов
типа «печь-ковш»;
• развитие функциональных возможностей промковша -
повышение его эксплуатационных показателей (стойкость) и
50
возможностей по доводке стали (рафинирование и регулиро-
вание температуры);
• разработка системы мероприятий, направленных на пре-
дотвращение загрязнения стали в промковше (эмульгирова-
ние с покровным шлаком) и в ходе перелива в кристаллиза-
тор (вторичное окисление);
• применение вертикального кристаллизатора, а также
полностью вертикальных МНЛЗ для получения высококаче-
ственной заготовки;
• внедрение новых конструкций кристаллизаторов и ме-
ханизмов качания кристаллизаторов с гидроприводом;
• использование электромагнитного перемешивания в не-
скольких уровнях по длине заготовки;
• продувка металла аргоном в промковше и через стопор-
моноблок;
• обеспечение эффективной защиты стали от вторичного
окисления на участке «сталеразливочный ковш - промковш»;
• создание оптимальных условий для работы кристал-
лизатора путем подвода стали под уровень с помощью по-
гружных глуходонных стаканов с боковыми отверстиями,
автоматического контроля и поддержания уровня металла в
кристаллизаторе, контроля поверхности стенок кристалли-
затора по ходу движения заготовки и пр.
• применение метода «мягкого» обжатия заготовки с
жидкой сердцевиной с целью подавления осевой пористости
и ликвации.
• повышение степени автоматизации работы МНЛЗ с
включением в единую систему всех параметров жидкой ста-
ли, условий охлаждения стали в кристаллизаторе и зоне вто-
ричного охлаждения при наличии обратной связи.
•создание комбинированных МНЛЗ, которые позволяют
разливать несколько различных сечений блюмов, а также
круглых или фасонных заготовок.
57
1.4. НЕПРЕРЫВНАЯ РАЗЛИВКА СТАЛИ НА СОРТОВУЮ ЗАГОТОВКУ
Предприятия черной металлургии Украины относятся к
крупнейшим поставщикам сортовой заготовки и длинномер-
ного проката на мировой рынок. В условиях жесткой конку-
ренции перед отечественными производителями встала про-
блема скорейшего повышения качества длинномерного про-
ката, т.е. определения условий совершенствования техноло-
гических процессов производства сортовой заготовки и тен-
денций развития требований к ее качеству.
Для изготовителей длинномерной продукции понятие
«обеспечение качества» имеет особое значение, поскольку их
продукция подвергается многократному переделу промежу-
точными и окончательными переработчиками, как правило,
крупными партиями и без проведения индивидуального
входного контроля, а уровень качества исходного продукта
отображается только результатами выборочных испытаний
конечной продукции. В этих условиях технологический уро-
вень производства и разливки стали приобретает крайне важ-
ное значение.
На мировом рынке длинномерной металлопродукции в
настоящее время имеется достаточно большой выбор сорто-
вой заготовки, полученной различными технологическими
методами:
- путем разливки в слитки с последующим перекатом на
блюминге;
- то же, но перекатом методом «прокатка-разделение»;
- непосредственно при непрерывной разливке на МНЛЗ
вертикального и криволинейного типов со скоростями
2...2,5 м/мин;
- то же, но со скоростями 4,5...5,5 м/мин;
- при непрерывной разливке на МНЛЗ горизонтального
типа (преимущественно из ковшей небольших объемов);
- путем переката непрерывнолитых блюмов на заготовки
меньшего сечения;
- продольным разделением непрерывнолитых слябов ме-
тодом прокатки в сочетании с огневым разделением.
52
В Украине большая часть всего объема выплавляемой
стали по-прежнему разливается в слитки и перерабатывается
на обжимных станах. Технологический цикл производства
сортовой заготовки из слитков в настоящее время полностью
отработан, и дальнейшее повышение ее качества в целом
представляется крайне проблематичным. Во-первых, это свя-
зано с тем, что затвердевание слитков большой единичной
массы сопровождается формированием ряда специфических
видов структурной и химической неоднородности. Дальней-
ший перекат слитков может только в определенной степени
подавить эту неоднородность, но не исключить ее наличие в
заготовке. Во-вторых, не менее важной проблемой является
вторичное окисление стали, которое сопровождает разливку
в слитки, потому что струя не может быть надежно защищена
от контакта с атмосферой в ходе ее перемещения из сталераз-
ливочного ковша в изложницу. Следовательно, получаемая
из слитка сортовая заготовка имеет определенный спектр со-
путствующих «технологических» дефектов, которые, безус-
ловно, ограничивают возможность получения высококачест-
венной продукции.
Кроме того, получение сортовой заготовки из слитков
сопровождается существенными потерями металла за счет
обрези и окалины, а также потерь тепла при нагреве слитков
и заготовок. Общие потери металла при этом могут состав-
лять 15...20%, что не позволяет считать технологию получе-
ния сортовой заготовки из слитков с последующим много-
кратным обжатием современным энерго- и ресурсосбере-
гающим процессом, обеспечивающим высокую конкуренто-
способность продукции на мировом рынке [33-34].
Одним из путей снижения энергозатарат при получении
сортовой заготовки является метод многоручьевой прокатки-
разделения, суть которого сводится к следующему. Из одной
заготовки (слитка) в многоручьевых калибрах происходит
одновременное формирование нескольких соединенных пе-
ремычками или переходящих друг в друга профилей или за-
готовок, которые затем механически разделяются [35]. Разра-
ботан ряд оригинальных приемов продольного разделения
53
многониточного раската, основанных на методах разрушения
перемычки: сдвиге, растяжении и расплавлении. Причем
имеется множество комбинаций и модификаций, что обу-
словлено конкретными условиями работы прокатного стана,
его типом, сортаментом и пр. Применение метода прокатки-
разделения способствует увеличению производительности
прокатных станов и представляет наибольший интерес для
комбинатов с большим объемом производства. В то же время
метод требует дополнительной деформации слитка в сляб,
что нивелирует снижение себестоимости проката в сравнении
с традиционной технологией. Наряду с вышеперечисленными
негативными аспектами получения сортовой заготовки из
слитка, вероятно, определенным сдерживающим фактором
для распространения метода прокатки-разделения будет ос-
таваться физическая и химическая неоднородность получае-
мых заготовок. Большие перспективы у метода прокатки-
разделения следует ожидать при использовании плоских не-
прерывнолитых заготовок.
За последние десятилетия наибольший прогресс в произ-
водстве сортовой заготовки получила технология по методу
непрерывной разливки. Согласно данным швейцарской фир-
мы «Concast», на начало 1998 г. в мире насчитывалось более
3700 ручьев сортовых МНЛЗ, что обеспечило разливку при-
мерно 160-170 млн. т стали. Развитию и тотальному исполь-
зованию метода непрерывной разливки сортовой заготовки
способствовали следующие достижения:
- повышение производительности МНЛЗ за счет увеличе-
ния количества ручьев (до 6-8) и скорости вытяжки заготовки
(табл. 1.5);
- кардинальное улучшение качества непрерывнолитой за-
готовки благодаря автоматизации процесса разливки и опти-
мизации эксплуатационных показателей расходуемых и ог-
неупорных материалов;
- освоение технологии непрерывной разливки сортовой
заготовки с использованием защиты стали от вторичного
окисления и электромагнитного перемешивания металла в
кристаллизаторе;
54
-создание и конструктивное оформление концепции уни-
версальных высокоэффективных технологических модулей,
объединяющих высокопроизводительный плавильный агре-
гат (мощную дуговую сталеплавильную печь или конвертер),
агрегат для комплексной доводки стали в ковше («печь-
ковш») и высокопроизводительную многоручьевую МНЛЗ.
Таблица 1.5, Количество многоручьевых сортовых МНЛЗ
малого сечения в мире (по состоянию на конец 1998 г.)
Наименование МНЛЗ с количеством ручьев, шт. Всего
4 5 6 7 8
МНЛЗ, постро- енные или ре- конструирован- ные, шт./%
до 1980г. 72/29,3 12/14,8 29/19,3 2/66,6 4/21,8 117
до 1990г. 95/38,6 18/22,2 49/32,7 - 4/21,8 166
после 1990г. 79/32,1 51/58,0 72/48,0 1/33,4 14/63,6 217
всего 246/49,0 81/16,1 150/29,9 3/0,6 22/4,4 502
общее кол-во ручьев, шт./% 984/39,6 405/16,3 900/36,2 21/0,8 176/7,1 2486
доля МНЛЗ, расположен, в ЭСПЦ,% 70...75 97 70...75 90..92 30..33 -
В современную сортовую МНЛЗ обязательно должны
быть заложены следующие конструктивные и технологиче-
ские решения:
- производительность одного ручья - до 250 тыс. т стали в
год;
- скорость разливки - до 6 м/мин;
- разливка осуществляется преимущественно закрытой
струей (в случае необходимости открытой);
- кристаллизатор удлиненный параболический или другой
геометрической формы, способствующей эффективному
формированию качественной твердой корочки;
- количество точек разгиба заготовки - 2 и более;
55
- предпочтительное количество ручьев 4-6 (в случае необ-
ходимости 7-8);
- количество зон в ЗВО - 3 или 4 (последняя вода-воздух);
- электромагнитное перемешивание в кристаллизаторе;
- автоматический контроль уровня металла в кристаллиза-
торе;
-механизм качания кристаллизатора - гидравлический.
Главным направлением развития технологии разливки и
конструкций сортовых МНЛЗ (наряду с улучшением качества
заготовки) является существенное повышение их производи-
тельности [36-38]. Задача эта сложная, многокомпонентная.
Один из путей ее решения - увеличение количества плавок,
разливаемых без остановки машины. Наличие больших ре-
зервов в данном направлении подтверждается известными
рекордными показателями: мини завод «Нукор Стил Пли-
мут» (США) - 349 плавок; завод «Сикарца Лас Тручас» (Мек-
сика) - 319 плавок [39].
В последнее десятилетие в мире резко обозначилась тен-
денция использования многоручьевых сортовых МНЛЗ с вы-
сокой (до 6 м/мин) скоростью разливки, что позволяет полу-
чать сортовую заготовку в сталеплавильных цехах с плавиль-
ными агрегатами высокой единичной производительности.
Благодаря широкому применению методов автоматического
контроля процесса разливки и использованию электромаг-
нитного перемешивания металла в кристаллизаторе, качество
непрерывнолитых заготовок, полученных при разливке со
скоростями 4,5..5 м/мин и более, в целом соответствует тре-
бованиям наиболее авторитетных стандартов. Для определе-
ния рациональных скоростей разливки на заготовки мелких
сечений необходимо рассматривать условия формирования:
1) корочки заготовки в кристаллизаторе при повышенных
скоростях и 2) внутренней кристаллической структуры, а
также усадочных и ликвационных дефектов.
Нарушение условий формирования твердой корочки в
кристаллизаторе увеличивает опасность прорыва металла,
что снижает выход годного и понижает, в конечном счете,
производительность МНЛЗ. Многочисленными исследова-
56
ниями установлено, что при разливке с высокими скоростями
величина перегрева металла в промковше оказывает значи-
тельно большее влияние на весь технологический процесс
разливки, чем при обычных скоростях (2..2,5 м/мин). Это
обусловлено уменьшением толщины твердой оболочки фор-
мирующейся заготовки на выходе из кристаллизатора, а сле-
довательно, большей вероятностью прорывов металла под
кристаллизатором.
Еще одна характерная особенность скоростной разлив-
ки- увеличение диаметра стакана-дозатора в среднем на
25..35% по сравнению с разливкой обычными скоростями.
Это обусловливает высокий момент количества движения
расплава на входе в кристаллизатор и соответственно более
интенсивное движение в нем жидкости. Кроме того, даже
незначительное (7.. 10 мм) отклонение струи от оси симмет-
рии приводит к существенному нарушению симметрии дви-
жения потоков в кристаллизаторе. В совокупности с нало-
жением колебаний кристаллизатора это вызывает частые
“срывы” стабильной картины движения циркуляционных
потоков в жидкой ванне. В процессе таких динамических
“срывов” интенсивность перемешивания расплава в отдель-
ных зонах кристаллизатора (прилегающих к стенке заготов-
ки) возрастает в 5.. 10 раз, что, видимо, служит одной из ос-
новных причин неравномерного (или замедленного) роста
твердой корочки по отдельным граням и прорывов металла
под кристаллизатором.
Наиболее широкое промышленное распространение для
сортовых МНЛЗ получила разливка стали открытой струей
через стакан-дозатор (рис. 1.6, а) строго регламентированного
диаметра (коррекция уровня металла в кристаллизаторе осу-
ществляется изменением скорости вытяжки заготовки).
Открытой струей обычно разливают стали, которые про-
катывают затем без строгого соблюдения макроструктуры
(периодический профиль, уголки, швелеры, двутавры, прово-
локи и пр.). Сечение заготовок обычно не превышает
140... 150 мм по стороне квадрата.
57
a
б
Рис.1.6. Схема разливки стали на сортовые заготовки
открытой струей а) и с защитой стали от вторичного
окисления б):
1 - сталеразливочный ковш; 2 - промежуточный ковш;
3 - кристаллизатор; 4 - защитная труба; 5 - стопор;
6 - погружной стакан
Для обеспечения высокого качества сортовой заготовки
в мире все большее распространение получает схема подачи
58
металла из промковша в кристаллизатор по системе «стопор-
моноблок» - «стакан - дозатор» - «погружной стакан»
(рис. 1.6, б). При этом струя стали между сталеразливочным и
промежуточным ковшами защищается специально устанав-
ливаемой защитной трубой [39, 40]. Преимущества такой тех-
нологической схемы разливки:
- обеспечение высокой степени защиты стали от вторич-
ного окисления на всем пути ее движения от сталеразливоч-
ного ковша до кристаллизатора;
- оперативное регулирование расхода стали изменением
положения стопора-моноблока;
- существенное увеличение диаметра стакана-дозатора и
времени зарастания его внутренней полости до предельно
допустимой величины;
- возможность вдувания аргона непосредственно в струю
стали, которая движется в кристаллизатор;
- подвод струи стали под уровень металла в кристалли-
заторе, что предотвращает его бурление на границе раздела
фаз;
- применение специальных шлакообразующих смесей,
повышающих качество поверхности заготовки, и т.п.
Применение указанной схемы позволяет производителям
достигать высоких качественных показателей по всем видам
заготовок. Однако для условий формирования кристалличе-
ской структуры в непрерывнолитых сортовых заготовках ха-
рактерно проявление целой совокупности теплофизических и
массообменных процессов, оказывающих прямое влияние на
образование целого ряда структурных и переходных (сме-
шанных) зон, размеры которых во многом определяются ус-
ловиями разливки стали на МНЛЗ. Расположение и протя-
женность этих зон, а также степень их развития могут суще-
ственно влиять на качество непрерывнолитой заготовки и по-
лучаемой из нее металлопродукции [41]. При этом основной
проблемой по-прежнему остается обеспечение качества
внутренней (осевой) зоны заготовки. Условия ее формирова-
ния имеют следующие отличия:
59
-затвердевание происходит при малом температурном
градиенте в переохлажденном расплаве, обогащенном ликва-
тами, что обусловливает формирование ярко выраженной зо-
ны осевой химической неоднородности;
-твердая фаза формируется в условиях дефицита жид-
кой фазы (т. е. затрудненного подвода жидкости из более
высоких горизонтов), это приводит к появлению усадоч-
ной рыхлости, пористости, а в отдельных случаях и осевой
усадочной полости на границе смыкания фронтов затвер-
девания.
Крайне актуальной для непрерывной разливки сортовых
заготовок является проблема образования нескольких раз-
личных видов структур А12О3 в сталях, раскисленных алюми-
нием: от мелкодисперсных до конгломератов в несколько де-
сятков включений А12О3 с другими включениями (например,
сульфидами). Они создают значительные трудности при раз-
ливке стали через стакан-дозатор малого диаметра вследст-
вие нарастания на его внутренней полости этих включений.
Попадание конгломератов неметаллических включений в по-
верхностные слои сортовой заготовки может существенно
ухудшить качество ее поверхности.
Значительно повысить качество сортовой заготовки
можно при перекате непрерывнолитых блюмов [42]. Однако
эта технология сопряжена с определенными дополнительны-
ми затратами энергии и снижением выхода годного. Напри-
мер, выход годного проката при переходе с блюма крупного
сечения на сортовую заготовку может быть увеличен в сред-
нем на 3...4%.
Информация о возможностях производства сортовой не-
прерывнолитой заготовки в Украине и странах ближнего и
дальнего зарубежья, которые являются основными нашими
конкурентами на мировом рынке сортовой заготовки, приве-
дена в табл. 1.6.
60
Таблица 1.6. Основные показатели производства длинно-
мерной непрерывнолитой заготовки
Наименование завода, страна Тип пла- вильно- го агре- гата Вид вне- печной обра- ботки Кол-во МНЛЗ, кол-во ручьев Размеры попереч- ного сече- ния заго- товки, мм
1 2 3 4 5
Мини металлургический завод "ИСТИЛ", (Донецк, Украина) EAF 120 LF VD 1x6 100-150 120-180
Днепровский металлурги- ческий комбинат, (Днеп- родзержинск, Украина) BOF 230 Ar (LF) 2x6 335x400 280x320 160x160
Енакиевский металлурги- ческий завод, (Енакиево, Украина) BOF 160 LF 1x6 100-150
Белорусский металлурги- ческий завод, (Жлобин, Белоруссия) EAF 100 LF VD, RH 2x6 1x4 100-140 250x300 300x400
Молдавский металлурги- ческий завод, (Рыбница, Молдавия) EAF 100 LF 1x6 125
Оскольский электроме- таллургический комбинат, (Старый Оскол, Россия) EAF 150 LF DH 4x4 300x360
Череповецкий металлур- гический комбинат "Се- версталь", (Череповец, Россия) EAF 130 LF VD/VO D 1x6 100-150
Волжский трубный завод, (Волжский, Россия) EAF 150 LF VD/VO D 3x4 240-360
Huta Ostroviec (Польша) EAF 150 VD 2x4 220-300 280x320
Huta Ostroviec Spolka, Os- troviec (Польша) EAF 145 LF 1x6 100-160
Huta Zawiercie, Zawiercie (Польша) EAF 140 LF 1x6 140
61
Продолжение табл. 1.6.
1 2 3 4 5
Huta Chenstochowa, Chenstochowa (Польша) EAF 100 LF 1x3 250-280
Elstal Labedy, Glivici (Польша) EAF 60 LF 1x3 125-160 140x160— 200
Huta Katowice, Katowice (Польша) BOF 330 LF VD 1x6 280x300/ 280x400
Huta Katowice, Katowice (Польша) BOF LF VD 1x6 100-200 190x220
Huta Warszawa Steel, War- szawa (Польша) EAF 80 LF VOD 1x5 140-200x240 •200
Huta Warszawa Steel, War- szawa (Польша) EAF 80 LF VOD 1x3 200 х320 200-320
Trinecke Zelezamy, Trinec (Чехия) BOF 180 VD IR-UT 1x5 250x320 300x350 •410
Trinecke Zelezamy, Trinec (Чехия) BOF 180 VD IR-UT 1x8 108-200 160x220
Nova Hut, Ostrava (Чехия) OHF LF 1x6 130х 180 •210
Zeeleziame Podbresova (Словакия) EAF 60 LF 1x4 160x225
Combinatul Siderurgic, Ga- lati (Румыния) BOF 175 3x4 260x350
Galarasi Iron & Steel Works, Galarasi (Румыния) EAF 100 LF 2x4 230x260
Galarasi Iron & Steel Works, Galarasi (Румыния) BOF 160 LF 2x6 260x350
DIMAG RT Diosgyoer, Miscolc (Венгрия) EAF 80 LF VOD 1x5 1x3 120x225 240x350
Steel Works of North Greece, Saloniki (Греция) EAF 80 LF 1x4 100-130 130x300
Helliniki Halyvourgia, Ath- ens (Греция) EAF 80 Аг 1x4 100-140
Металлургический ком- бинат, (Перник,Болгария) EAF 100 LF 1x4 200-250
Металлургический завод "Сарканайс металургс", (Лиепая, Латвия) OHF Аг 2x8 120-160
62
Как видим, в странах-соседях производится практически
весь спектр сортовой заготовки с преимущественным исполь-
зованием агрегатов типа «печь-ковш», что позволяет гово-
рить о высоком качестве металлопродукции. Особое внима-
ние обращают на себя объемы и характер проведенной за по-
следнее десятилетие реструктуризации металлургического
комплекса Польши. Вне всякого сомнения, Польша вышла на
лидирующие позиции в регионе по производству длинномер-
ной заготовки и проката. Очевидно, в ближайшие годы укра-
инским производителям сортового металла следует ожидать
ужесточения конкуренции на мировом рынке при неуклон-
ном повышении требований к качеству продукции.
Определенная устойчивая ниша рынка существует для
производителей сортовой заготовки малыми партиями [43-
45]. В этой связи представляется перспективным создание
сортовых МНЛЗ горизонтального типа в условиях небольших
сталеплавильных цехов с малой вместимостью плавильных
агрегатов (10...20 т и менее) [36, 67]. Их можно сооружать в
существующих металлургических и литейных цехах, что
обеспечит невысокие затраты и быструю окупаемость. Эф-
фективность применения микрокомплексов достаточно оче-
видна при производстве немассовых видов продукции, кото-
рое, как правило, связано с определенными технологически-
ми затруднениями. Нельзя не отметить, что сортовая заго-
товка, полученная на МНЛЗ горизонтального типа, имеет
достаточно специфические макро- и микроструктуры. Это
необходимо учитывать при последующем переделе.
В последнее десятилетие много внимания уделяется по-
лучению сортовой заготовки путем продольного разделения
непрерывнолитых слябов методом прокатки в сочетании с
огневым разделением [46]. Следует отметить, что применять
только огневую резку для разделения непрерывнолитых сля-
бов при получении блюмов и сортовых заготовок представ-
ляется нецелесообразным в силу целого ряда достаточно оче-
видных причин. Так, при огневой порезке в местах разделе-
ния при последующей деформации наблюдается выход на
поверхность раската скоплений ликватов, раскатанных пор,
63
неметаллических включений и пр. Кроме того, каждый рез
сляба сопровождается потерей металла в угар (1% от веса за-
готовки), ухудшаются санитарно-гигиенические нормы на
производстве вследствие выделения газообразных продуктов
горения.
Комбинированная технология продольной порезки не-
прерывнолитых слябов методом прокатки в сочетании с ог-
невым разделением на два или три узких сляба при обеспече-
нии вытяжки в местах разделения на уровне 6,5 отработана
фирмами «Бритиш Стил» (Великобритания) и «Металформ»
(Швеция). Установлено, что при таком методе разделения
осевая рыхлость в непрерывнолитых заготовках устраняется
практически полностью, а потери металла сохраняются на
уровне 1%.
Не останавливаясь на технологических аспектах различ-
ных методов разделения слябов на сортовую заготовку, все
же отметим, что ее макро- и микроструктура в любом случае
не будет отвечать требованиям государственных стандартов.
Следовательно, такая заготовка может быть использована
только для получения сортового проката. Однако проблема
аттестации (сертификации) такой металлопродукции по вы-
соким требованиям международных стандартов ИСО9001 и
ИС09002 представляется, на наш взгляд, крайне проблема-
тичной.
Более перспективным путем расширения сортамента за-
готовок, разливаемых на МНЛЗ, является создание комбини-
рованных машин в комплексе с универсальными агрегатами
для внепечной обработки стали. В этом случае удается обес-
печить высокое качество и оптимальные геометрические
размеры непрерывнолитой заготовки. В настоящее время при
создании новых МНЛЗ в базовые технологические парамет-
ры закладывается возможность получения квадратных, пря-
моугольных (размер стороны от 100 до 200 мм) заготовок.
Таким образом, благодаря последним достижениям в
области непрерывной разливки, созданы все необходимые
предпосылки для производства сортовой заготовки в стале-
плавильных цехах с высокой единичной мощностью основ-
64
ных агрегатов. Это достигается путем использования мно-
горучьевых сортовых МНЛЗ с высокой скоростью вытяжки
заготовки в совокупности с применением агрегатов типа
«печь-ковш», обеспечивающих требуемое качество жидкого
металла и ритмичность его подачи на МНЛЗ. Дальнейшее
повышение качества непрерывнолитой сортовой заготовки,
ее конкурентоспособности будет, видимо, достигаться за
счет расширения применения методов защиты стали от вто-
ричного окисления (например, разливка через систему
«стопор-моноблок»-«стакан-дозатор»-«погружной стакан»).
Не менее важным приемом, обеспечивающим снижение се-
бестоимости металлопродукции, будет по-прежнему оста-
ваться создание МНЛЗ, обеспечивающих получение сорто-
вых заготовок в широком диапазоне сечений.
1.5. НЕПРЕРЫВНАЯ РАЗЛИВКА КРУГЛОЙ ЗАГОТОВКИ
Непрерывное литье стальных круглых заготовок, являю-
щихся исходным продуктом для производства бесшовных
труб, колес, бандажей, колец различных назначений и катан-
ки, получило наиболее широкое развитие в последние два де-
сятилетия, чему способствовали достижения в области вне-
печной обработки, а также усовершенствование процесса не-
прерывной разливки стали.
Исследованиями, проведенными в ФРГ, США, Японии и
бывшем СССР, установлено, что использование круглой не-
прерывнолитой заготовки по сравнению с квадратной имеет
следующие преимущества [51-53]:
- круглая форма способствует рассредоточению возни-
кающей в осевой зоне центральной пористости и ликвации;
- поверхность имеет более высокое качество (нет про-
дольных и угловых трещин), что естественно повышает каче-
ство труб;
- повышенная плотность равноосной структуры в осевой
зоне заготовок обеспечивает снижение количества микроде-
65
фектов, образующихся обычно на внутренней поверхности
трубы из-за наличия центральной пористости.
В мире насчитывается более 110 МНЛЗ (свыше трехсот
ручьев) для производства круглых заготовок [4]. Примерно
половина из них представляют собой комбинированные ма-
шины с возможностью разливки заготовок квадратного сече-
ния. Наибольшее количество МНЛЗ для разливки круглой за-
готовки находится в КНР (12 шт.), Японии (10 шт.), США (8
шт.) и Германии (6 шт.).
Данные о количестве МНЛЗ различных типов, на кото-
рых отливают заготовки того или иного диаметра, приведены
в табл. 1.7.
Таблица 1.7. МНЛЗ для отливки круглых заготовок
различных диаметров
Тип МНЛЗ Диаметр отливаемых заготовок, мм Всего
<150 150-200 201-300 301-400 >400
Вертикальные - 2 2 3 - 7
Вертикальные с изгибом 1 - - 1 - 2
Вертикальные с изгибом слитка с жидкой сердце- виной 1 - 2 - 1 4
Вертикально- центробежные - 5 2 2 - 9
Радиальные 9 12 4 5 1 31
Криволинейные - 3 5 5 7 20
Г оризонтальные 19 6 3 4 - 32
Основными производителями машин для разливки круг-
лых заготовок являются фирмы «Маннесманн-Демаг» (Гер-
мания), «Конкаст» (Швейцария) и «Даниели» (Италия).
Заготовки диаметром менее 150 мм в большинстве слу-
чаев отливают из сталей обыкновенного качества без исполь-
зования специальных мер для предотвращения вторичного
окисления. Эти заготовки, как правило, предназначены для
66
производства прутков, арматуры и бунтовой проволоки [54].
В настоящее время количество ручьев для такого класса заго-
товок превалирует над другими сечениями МНЛЗ. В зависи-
мости от производительности и вместимости плавильного аг-
регата они могут иметь от одного до восьми ручьев. Доволь-
но широко для этих целей используются машины горизон-
тального типа.
Примером современного подхода к созданию новой уни-
версальной МНЛЗ, обеспечивающей разливку круглой заго-
товки диаметром от 120 до 180 мм, является ЭСПЦ мини ме-
таллургического завода «ИСТИЛ (Украина)» (Донецк), в со-
став которого входит комбинированная высокоскоростная
шестиручьевая сортовая МНЛЗ, а также агрегат «печь-ковш»
и установка для вакуумирования стали в ковше [50]. Такое
технологическое оформление ЭСПЦ позволило значительно
повысить конкурентоспособность продукции предприятия и
впервые для украинских производителей сертифицировать
сортовую заготовку в международном бюро «TUV-NORD»
на соответствие требованиям международным стандартам
ИСО 9002.
Как правило, радиальные МНЛЗ для отливки заготовок
диаметром до 150 мм - двухручьевые, имеют радиус 4.. .6 м и
работают в сочетании со сталеплавильными агрегатами вме-
стимостью 15...20т. Четырехручьевые МНЛЗ работают в со-
четании с дуговыми печами вместимостью до 40... 100 тонн.
В Италии на заводе Горни-Глиано в Генуе используется са-
мая высокопроизводительная восьмиручьевая МНЛЗ, на ко-
торой отливают круглые (диаметром 120 мм) и квадратные
(со стороной до 160 мм) заготовки. Отличительной ее осо-
бенностью является разливка из двух промковшей. МНЛЗ
снабжают металлом, поступающим из 250-тонного кисло-
родного конвертера. До настоящего времени она не имеет
аналогов в мире. Это связано не только с определенными
технологическими трудностями при отливке трубных загото-
вок малого диаметра, но и с рядом конструктивных особен-
ностей восьмиручьевых МНЛЗ.
67
Заготовки диаметром 150-200 мм в зависимости от тре-
бований, предъявляемых к их качеству, разливают на сорто-
вых или на МНЛЗ больших сечений. На металлургических
заводах мира насчитывается около двух десятков МНЛЗ,
предназначенных для разливки круглой заготовки в выше-
указанном диапазоне.
Заготовки диаметром до 200 мм отливают преимущест-
венно на радиальных МНЛЗ (радиус от 8,5 до 10,5 м). Они,
как правило, работают в сочетании с электропечами неболь-
шой вместимости (40...75 т) и имеют три-четыре ручья. Сле-
дует отметить, что большое внимание уделяется строительст-
ву МНЛЗ с 5-6 ручьями. Так, в Румынии на заводе «Сидерур-
гика С.А. Хунедоара» сооружена пятиручьевая МНЛЗ диа-
метром заготовки 150 мм, а на заводе «Баошан» (г.Шанхай,
КНР)- шестиручьевая МНЛЗ для заготовки диаметром
153...220 мм.
Качественные трубные марки сталей разливаются на
МНЛЗ, которые позволяют получать заготовки диаметром
300...350 мм. Они находят все большее распространение в
развитых странах, в том числе в Восточной Европе. Напри-
мер, в Польше для разливки круга диаметром 160...320 мм
сооружено 4 МНЛЗ (18 ручьев), в Чехии - 6 ручьевая МНЛЗ
для разливки круга диаметром 210 мм, в Румынии - 3 ручье-
вая МНЛЗ для разливки круга диаметром 250...280 мм, в
КНР - 4 ручьевая для разливки круга диаметром 180.. .350 мм
[55,56].
В России разливка стали на круг диаметром 156...360 мм
осуществляется на МНЛЗ Волжского трубного завода [57].
Кроме того, в ККЦ №2 Западно-Сибирского металлургиче-
ского комбината введены в эксплуатацию четыре ручья 8-
ручьевой криволинейной МНЛЗ, построенной по контракту с
фирмой «Даниели» (Италия) [58]. Машина оснащена двумя
промежуточными ковшами вместимостью до 50 т, вмести-
мость сталеразливочных ковшей - 300...350 т. Предполагает-
ся освоить разливку круглых трубных заготовок диаметром
от 150 до 300 мм, предназначенных для трубопрокатных за-
водов Урала.
68
Заготовки диаметром до 300 мм можно отливать на
МНЛЗ практически всех типов, но в основном используют
радиальные и криволинейные с плавным выпрямлением заго-
товки. Базовый радиус на криволинейных МНЛЗ составляет
от 10,5 до 12,5 м в зависимости от максимального диаметра
(или стороны квадрата) отливаемых заготовок. МНЛЗ, рабо-
тающие в сочетании с 75... 100-тонными сталеплавильными
агрегатами, как правило, четырехручьевые. Одна из таких
машин на заводе фирмы «Маннесман» в Дуйсбурге (Герма-
ния), работающая в сочетании с 225-тонным кислородным
конвертером, имеет шесть ручьев.
Заготовки диаметром 300...400 мм также отливают пре-
имущественно на радиальных или криволинейных МНЛЗ с
устройством для плавного выпрямления заготовки. Базовый
радиус на этих машинах колеблется в пределах 12... 14 м в
зависимости от максимального диаметра отливаемой заго-
товки. Исключение составляет пятиручьевая МНЛЗ №7 на
заводе «Маннесман» в Дуйсбурге, имеющая базовый радиус
10,5 м и три последующих радиуса выпрямления (13,5, 18 и
36,6м). На ней отливают заготовки диаметром от 177 до 435
мм. МНЛЗ с таким сечением заготовки имеют четыре ручья
при работе в сочетании со сталеплавильными агрегатами
вместимостью 100...150 т и шесть ручьев при снабжении ме-
таллом из конвертеров вместимостью свыше 200 т.
Заготовки диаметром свыше 400 мм отливают в основ-
ном на криволинейных МНЛЗ с плавным выпрямлением за-
готовки и базовым радиусом до 16 м. Следует отметить, что
большинство криволинейных МНЛЗ имеют универсальную
конструкцию, которая позволяет отливать и заготовки пря-
моугольного профиля.
Одной из наиболее крупных МНЛЗ такого типа является
двухручьевая вертикальная машина металлургического заво-
да «Вакаяма Стил» (Япония). На ней отливают блюмы сече-
нием 400x600 мм и круглые заготовки диаметром 450 мм.
Они предназначены для изготовления железнодорожных ко-
лес и осей [59]. К этой же группе МНЛЗ можно отнести пя-
тиручьевую криволинейную машину металлургического за-
69
вода в Тршинце (Чехия), сооруженную при участии фирмы
«Конкаст», а также трех- и двухручьевую машины метал-
лургического комбината «Ченгду Симлес» (КНР) с макси-
мальным диаметром заготовки соответственно 430 и 500 мм.
Заготовки диаметром 430 мм отливают также на четырех-
ручьевой радиальной МНЛЗ радиусом 12 м Нижнетагиль-
ского металлургического комбината [60]. Указанные заго-
товки используют для производства цельнокатаных желез-
нодорожных колес, отвечающих требованиям действующих
стандартов.
Наиболее крупные круглые заготовки диаметром
430...520 мм и полые заготовки с наружным диаметром
160... 180 мм отливали на МНЛЗ НПО «Тулачермет», Россия.
Эти сплошные и полые круглые заготовки различных диа-
метров использовали для производства бесшовных труб и
железнодорожных колес на Нижнеднепровском трубопро-
катном заводе и Нижнетагильском металлургическом комби-
нате [61]. В НПО “Тулачермет” (г. Тула) для отливки круг-
лых заготовок больших диаметров разработан составной кри-
сталлизатор с укороченной медной гильзой и щелевой метал-
лической приставкой, совершающий возвратно-поворотное
движение вокруг вертикальной оси на угол поворота 30...40°.
Против каждой щели в приставке размещены водо-
воздушные спрейеры, которые обеспечивают равномерное
охлаждение слитка во время поворота кристаллизатора, что
исключает образование трещин и овальности. При отливке
полых заготовок на поверхности составного кристаллизатора
устанавливают внутренний кристаллизатор - дорн с устрой-
ством внутреннего охлаждения полости полого слитка с сис-
темой пароотсоса. Применение полых заготовок позволяет
уменьшить на 10... 15% отходы по внутренним и наружным
пленам, снизить на 30...50 кг расход металла при производ-
стве колес.
Во Франции разработана и внедрена в промышленность
вертикальная МНЛЗ для отливки круглых заготовок системы
ESC фирмы «Валлурек») [62]. Особенностью этой конструк-
ции МНЛЗ является то, что часть оборудования от тянущих
70
клетей до кристаллизатора смонтирована на платформе, вра-
щающейся со скоростью 60...200 мин-1. За счет центробеж-
ных сил оболочка слитка на ранней стадии формирования в
кристаллизаторе плотно прижимается к его стенкам, что
обеспечивает наиболее равномерный теплоотвод по окруж-
ности и, как следствие, равномерный фронт затвердевания.
Благодаря этому практически устраняется овальность загото-
вок и достигается высокое качество поверхности. Разливка
осуществляется «открытой» струей, подаваемой тангенци-
ально. Для смазки стенок и защиты зеркала металла от окис-
ления применяют рапсовое масло. Пять таких установок ра-
ботают во Франции (на них отливают заготовки диаметром
от 90 до 350 мм), две -в США (диаметром 106...250 мм), одна
- в Италии (диаметром 115...215 мм), и одна в Японии (диа-
метром до 240 мм).
Таким образом, непрерывная отливка круглых загото-
вок, предназначенных для производства бесшовных труб,
железнодорожных колес, бандажей, колец различного назна-
чения и катанки, получила широкое распространение в ряде
зарубежных стран. Размерный сортамент литых круглых
трубных и колесных заготовок довольно широк: от 150 до
500 мм. На вертикальных МНЛЗ отливают заготовки боль-
ших диаметров полунепрерывным способом, полые круглые
заготовки, имеющие меньшую глубину жидкой фазы, отли-
вают непрерывным способом. В настоящее время на ради-
альных МНЛЗ отливают трубные заготовки практически все-
го диапазона диаметров. Однако для производства заготовок
диаметром 200-450 мм все же предпочтительны машины
криволинейного типа с плавным выпрямлением заготовки.
Заготовки диаметром менее 150 мм отливают также на
горизонтальных машинах. В мировой практике накоплен
большой опыт работы горизонтальных МНЛЗ с односторон-
ним вытягиванием для производства круглых заготовок диа-
метром от 50 до 360 мм, обеспечивающих повышение произ-
водительности и качества заготовок, снижения капитальных
и эксплуатационных затрат.
71
1.6.0С0БЕНН0СТИ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ПРОЦЕССОВ
НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ СТАЛИ В УКРАИНЕ
Широко известно, что до 1991 г. украинская металлур-
гия развивалась как составная часть мощного металлургиче-
ского комплекса Советского Союза. На Украине находилось
15 предприятий, производящих готовый прокат, причем
практически вся продукция потреблялась внутри СССР. Это
способствовало тому, что основной стратегией развития было
наращивание объемов производства чугуна и стали на базе
местных источников железной руды и угля. В результате та-
кого развития большая часть сталеплавильных цехов осна-
щена плавильными агрегатами большой единичной мощно-
сти. Достаточно отметить, что украинские металлурги произ-
водят сталь в конвертерах вместимостью 160...350 т и марте-
новских печах объемом 230.. .900 т.
Украина только в последнее десятилетие стала актив-
ным субъектом международного рынка металлопродукции.
Черная металлургия едва ли не единственная отрасль украин-
ской промышленности, которая обеспечивает экономическую
стабильность в стране (рис. 1.7).
Рис.1.7. Динамика изменения объемов производства
чугуна и стали в Украине
72
В металлургической отрасли накопилось много проти-
воречивых проблем, без решения которых украинским ме-
таллургам вряд ли удастся удержать весьма престижные по-
зиции по объемам производства и реализации стали на миро-
вом рынке. Производственная структура металлургического
комплекса страны вследствие стратегических просчетов
прошлых лет представляет собой достаточно несбалансиро-
ванную в экономическом и технологическом плане систему.
Динамика изменения доли различных способов производства
стали в Украине показана на рис. 1.8.
Рис. 1.8. Динамика изменения доли различных
способов производства стали в Украине
Наиболее серьезные проблемы создает технологиче-
ское и техническое отставание ряда предприятий отрасли от
известных мировых аналогов, в первую очередь за счет высо-
кой доли мартеновского способа производства стали с раз-
ливкой в слитки. Объективным следствием несовершенной
концепции развития черной металлургии Украины в 80-е и
90-е г.г. явился тот факт, что в настоящий момент приходится
73
говорить о самом высоком уровне потребления сырья,
огнеупоров, топлива и энергии. Эти показатели выше на
20...30% соответствующих показателей в развитых странах.
Хорошо известно, что на тонну украинской металопродукции
тратится в 1,5... 1,8 раза больше энергии, чем на аналогичную
продукцию в странах Западной Европы или Японии. Напри-
мер, до сих пор около 80% стали в Украине разливается в
изложницы, т.е. на базе таких технологических процессов,
которые уже 15-20 лет назад практически исчезли в
структурах ведущих металлургических стран мира.
До настоящего времени мартеновское производство на
Украине является одним из основных и занимает почти поло-
вину общего объема производства стали (55,7% в 1989г., 49 в
1995г. и 48,4 в 2001г.). Продолжает неуклонно расти доля за-
трат энергии на тонну стали.
Рис.1.9. Доля основных производителей стали
в общем ее производстве в Украине
74
Распад единого экономического пространства бывшего
СССР и переход на рыночные отношения привели к кризисно-
му состоянию. Объем производства стали в Украине сократил-
ся более чем в два раза, а объем потребления в 5-7 раз и более.
Как видим из рис. 1.9, на четырех ведущих металлурги-
ческих предприятиях Украины производится 64...65% стали.
Всего в Украине работают 15 металлургических предпри-
ятий. В настоящее время Украина имеет высокий показатель
производства стали на одного человека (640 кг/чел).
В сложившихся экономических условиях появились до-
полнительные трудности, которые обусловлены спецификой
работы металлургических заводов с большой единичной
мощностью агрегатов и их несбалансированностью по раз-
личным переделам в случае изменения объемов производст-
ва. Это в первую очередь относится к дополнительным поте-
рям, связанным простоями основного технологического обо-
рудования из-за отсутствия заказов, сырья, металлолома и
энергии. Такая ситуация потребовала новых решений, поиска
оптимального ритма работы оборудования и совмещения с
реальными объемами заказов и наличием оборотных средств.
Одним из основных резервов повышения стабильности
является создание в действующих сталеплавильных цехах
комплексной внепечной обработки и непрерывной разливки
стали, совмещенных с существующими производственными
циклами. Из 11 крупных металлургических заводов Украины
только пять в большей или меньшей степени оснащены уста-
новками непрерывной разливки стали (табл. 1.8). Основная их
часть находится в эксплуатации достаточно давно и требует
реконструкции. Кроме того, только МНЛЗ Мариупольского
металлургического комбината им. Ильича работают с пре-
вышением проектной мощности. Большинство машин ис-
пользуется не в полном объеме, что является одной из при-
чин повышенных энергозатрат на тонну стали.
Несмотря на сравнительно малую долю стали, разли-
ваемой на МНЛЗ, Украина имеет достаточно большой опыт
получения заготовок различного сечения. В технологическом
плане также есть ряд достижений, соответствующих миро-
вым показателям.
75
Таблица 1.8, Основные данные по МНЛЗ в Украине
Завод (цех) Объ- ем ков ша, т Тип вне- печной обра- ботки Год старта Число машин и ручьев Сечение заго- товки, мм Произво- дитель- ность: проект/ 2001 г., млн.т
Донецкий ме- таллургический завод (мартен.) 150 - 1960 1x4 150x600 200x1200 0,31/0,29
Металлургиче- ский комбинат «Азовсталь» (ККЦ) 350 УДМ 1977 3x2 200x1200 315x1900 3,7/2,8
УБиВТ, Сумы (ЭСПЦ) 18 ASEA -SKF VOD 1987 1x2 200x500 0,1/0,07
Металлургиче- ский комбинат им. Ильича (ККЦ) 160 УДМ 1993 2x1 250x1500 300x1900 1,5/2,4
Днепровский металлургиче- ский комбинат (ККЦ) 250 УДМ 1994 2x6 335x400 335x400 60 (2 р.) 1,5/0,82
ЗАО «ММЗ- ИСТИЛ (Ук- раина) (ЭСПЦ) 120 LF VOD 1999 1x6 100-150 Ф120-180 0,8/0,3
Итого: 7,91/6,68
В 1960 г. в мартеновском цехе Донецкого металлурги-
ческого завода была пущена в эксплуатацию промышленная
МНЛЗ для получения слябов. Она послужила прототипом
многих пионерских технических и конструктивных решений,
которые были использованы на многих заводах мира. В 1984
г. в ЭСПЦ Донецкого металлургического завода была введе-
на в эксплуатацию вертикальная четырехручьевая блюмовая
76
МНЛЗ. В течение ряда лет на этой машине был отработан
комплекс технологических процессов по разливке качествен-
ных низколегированных сталей, в том числе трубных, а также
подшипниковых. Несколько лет назад она была выведена из
эксплуатации по ряду соображений технического характера.
В 1977 г. на Мариупольском металлургическом комби-
нате «Азовсталь» был запущен один из крупнейших в мире
кислородно-конвертерных цехов (2x350 т) со 100%-ной раз-
ливкой стали на слябовых МНЛЗ. Максимальный размер
сляба 315x1900 мм. Этот цех и в настоящее время остается
одним из ведущих производителей сляба в Украине. Продук-
ция комбината «Азовсталь» высоко котируется на мировом
рынке.
В 1993 г. выполнена реконструкция кислородно-конвер-
терного цеха Мариупольского металлургического комбината
им. Ильича, имеющего в своем составе три конвертера вме-
стимостью 160 т и две одноручьевые МНЛЗ с максимальным
сечением сляба 315x1900 мм. В течение последующих лет
комбинат достиг выдающихся результатов. Так, серийность
разливки из одного промковша составляет в среднем 20-24
плавки при работе машины в режиме «nonstop» в течение
120-130 ч. В этом цехе полностью освоена технология хими-
ческого подогрева стали и обработки ее порошковыми про-
волоками различного химического состава.
В 1994 г. был реконструирован кислородно-
конвертерный цех Днепровского металлургического комби-
ната, имеющего в своем составе два конвертера вместимо-
стью 250 т каждый и две шестиручьевые блюмовые МНЛЗ.
Для удовлетворения внутренних нужд прокатного производ-
ства одна машина была реконструирована с целью получения
квадрата 160x160 мм. Отливка этого квадрата ведется на двух
ручьях одновременно с получением блюмовой заготовки се-
чением 335x400 мм. Непрерывнолитая заготовка Днепров-
ского металлургического комбината сертифицирована меж-
дународными бюро TUV-CERT, Lloyd Germanischer, Det
Norske Veritas.
77
Широкий диапазон сечений блюмовой заготовки (от
200x200 мм до 500x500 мм) производит МНЛЗ завода «Drill
Collars & Kellies Plant» (Сумы). По существу, на этом заводе
разливается большое количество марок легированных и вы-
соколегированных качественных марок сталей.
Таким образом, несмотря на сравнительно низкую долю
стали, разливаемой непрерывным способом, Украина распо-
лагает необходимым технологическим и техническим опы-
том, который может обеспечить быстрое внедрение метода
непрерывной разливки на ведущих предприятиях металлур-
гической отрасли. Однако дальнейшее ее развитие зависит от
инвестиционных проектов, которые будут реализовываться в
ближайшем будущем.
После распада СССР металлургические предприятия
некоторое время продолжали достаточно рентабельно рабо-
тать за счет сохранявшихся хозяйственных связей. Однако к
середине 90-х г.г. эти связи постепенно стали разрушаться и
утрачиваться, началось резкое сокращение объемов произ-
водства всех видов металлургической продукции, резко
ухудшилось финансово-экономическое положение предпри-
ятий и большинство из них стало работать убыточно. В этой
ситуации в Украине была начата кампания широкой привати-
зации промышленных предприятий.
Так, в 1996 г. компания «Metalsrussia», входящая в со-
став компании ISTIL Group (USA), приобрела контрольный
пакет акций Донецкого металлургического завода. Это по-
зволило выделить из состава завода ряд цехов и организовать
новое предприятие «MMW ISTIL (Ukraine)». В него инвести-
ровано более 85 млн. дол., что позволило создать современ-
ный комплекс внепечной обработки и непрерывной разливки
стали, который сооружен и пущен в эксплуатацию в 1999 г. В
состав комплекса входит современная 120-т электродуговая
печь, печь-ковш, вакуумная станция, шестиручьевая МНЛЗ.
Последняя позволяет получать сортовую заготовку квадрат-
ного и круглого сечений. Предполагается, что «Mini Mill
Works ISTIL (Ukraine)» займет лидирующие позиции в Ук-
78
раине в производстве круглой заготовки для предприятий,
выпускающих трубы.
С середины 1996 г. владельцем контрольного пакета ак-
ций ОАО «Енакиевский металлургический завод» стало
АО ДАНКО. Фактически это был первый случай в Украине,
когда металлургический завод перешел в руки частной укра-
инской компании, которая инвестировала реконструкцию за-
вода. Она стала основным поставщиком сырья и материалов,
а также экспортером выпускаемой металлопродукции. В
2002 г. закончилась реализация первого этапа реконструкции
кислородно-конвертерного цеха Енакиевского металлургиче-
ского завода. В результате этой реконструкции создан гибкий
технологический модуль (ковш-печь и шестиручьевая высо-
коскоростная сортовая МНЛЗ), который совмещен с работой
конвертера вместимостью 160 т. Все оборудование для агре-
гата «печь-ковш» и МНЛЗ изготовлено украинским произво-
дителем - Новокраматорским машиностроительным заводом.
В настоящее время АО ДАНКО реализует комплексную
программу технического перевооружения предприятия, раз-
работанную с привлечением ведущих ученых Донецкого ре-
гиона. Программа предполагает перевод конвертерного цеха
на 100%-ную непрерывную разливку стали, обеспечение вы-
сокого уровня качества стали за счет широкого применения
методов внепечной обработки, создание комплекса энерго-
сберегающих технологий в доменном производстве и вы-
плавке стали в конвертерах, широкую автоматизацию всех
стадий технологического процесса и пр.
Это только два наиболее ярких примера реструктуриза-
ции металлургических предприятий с включением в техноло-
гический цикл непрерывной разливки стали.
Крупнейшими потребителями украинской металлопро-
дукции традиционно являются страны Юго-Восточной Азии,
которые традиционно не предъявляют высоких требований к
качеству металла и закупают его в большом количестве. Од-
нако рынок следует считать малоперспективным в будущем
из-за стремления ряда стран развивать собственную метал-
лургическую промышленность. Так, Международный инсти-
79
тут черной металлургии прогнозировал в конце 1998 г. рост
потребления стали в Китае в 2005 г. до 135 млн. т, но в конце
2000 г. прогноз изменился - до 165 млн.т. В таких условиях
вероятность роста объемов импорта металла снижается, по-
скольку правительство Китая проводит политику вытеснения
с местного рынка импортируемой металлопродукции. После
введения ограничений со стороны США ситуация для укра-
инских металлургов на этом рынке еще более усложнилась,
так как Китай теперь вынужден снижать экспорт и всю про-
изведенную продукцию реализовывать на внутреннем рынке.
Следовательно, существуют реальные предпосылки
возникновения серьезных проблем с экспортом металлопро-
дукции из Украины, ввиду того, что большинство стран, ны-
не ориентированных на импорт, развивают собственные про-
изводственные мощности для снижения зависимости от
внешнего рынка и активно применяют протекционизм для
защиты отечественных производителей. Многие страны так-
же испытывают экономический спад, следствием которого
является уменьшение спроса на металлопродукцию. Поэто-
му необходимо наращивать производство конкурентоспособ-
ной продукции, что без дальнейшей реконструкции отрасли и
сокращения излишних производственных мощностей сде-
лать будет невозможно. Возникает острая необходимость
введения в эксплуатацию машин непрерывной разливки ста-
ли, что позволит не только снизить затраты, но и увеличить
объемы производства полуфабрикатов, отправляемых на экс-
порт, усилить позиции страны в мировой экономике.
Специфика переоснащения металлургических предпри-
ятий Украины машинами для непрерывной разливки стали
заключается в следующем:
- металлургические предприятия в основном располага-
ют сталеплавильными агрегатами большой единичной мощ-
ности, что предполагает применение высокопроизводитель-
ных слябовых и сортовых МНЛЗ;
- в действующих сталеплавильных цехах, как правило,
генеральным проектом не предусмотрен разливочный пролет
для расположения МНЛЗ, что требует построения инфра-
80
структуры, необходимой для их функционирования в жестко
лимитированном пространстве;
- реконструкция сталеплавильного производства пред-
почтительно должна выполняться без его остановки, чтобы
не было потерь в объемах продукции;
- необходимо обязательно включать систему технологи-
ческих мероприятий по повышению качества жидкой стали,
что предполагает наличие комплексной внепечной обработки
металла;
-целесообразно максимально использовать возможности
украинских машиностроительных заводов, которые уже на-
копили определенный опыт в создании и сооружении агрега-
тов «ковш-печь», вакуумирования стали и МНЛЗ различных
типов.
Согласно оценкам украинских экспертов, для эффек-
тивной реструктуризации сталеплавильных цехов в Украине
за 10 лет необходимо построить 8-9 многоручьевых сортовых
МНЛЗ, 2-3 слябовых МНЛЗ, а также 5-6 установок для вне-
печной обработки стали типа «печь-ковш». Кроме того, серь-
езной реконструкции требуют уже функционирующие
МНЛЗ.
Безусловно, приведенные цифры носят оценочный ха-
рактер и не могут учитывать динамики развития мирового
рынка металлопродукции. Существенные коррективы в стра-
тегию развития каждого металлургического предприятия мо-
гут внести новые их частные владельцы, которые стремятся
определять как инвестиционную политику предприятия, так
и его поведение на рынке. Практика последних лет показала,
что зарубежные инвесторы отдают предпочтение небольшим
металлургическим предприятиям с частным капиталом. Од-
нако наибольшее положительное влияние на внедрение со-
временных процессов внепечной обработки и непрерывной
разливки стали будет оказывать мировой рынок металлопро-
дукции, на котором требования к качеству заготовки непре-
рывно ужесточаются.
Главной задачей украинской металлургии в настоящее
время является сохранение и расширение присутствия на ми-
57
ровом рынке, что связано с достаточным качеством, гаран-
тиями выполнения крупных поставок и низкой ценой метал-
лопродукции. В целом динамика развития металлургической
промышленности Украины требует принципиально новых
стратегических подходов к реконструкции предприятий и
сбалансированной политики в области инвестиций. Согласно
национальной программе развития металлургического ком-
плекса в Украине в настоящее время все перспективные ка-
питаловложения в черную металлургию связаны, главным
образом, с планами структурной перестройки отрасли. При
этом особое внимание уделяется требованиям рынка, особен-
но вопросу повышения качества и изменению структуры
производства металлопродукции при обязательном условии
уменьшения ресурсо- и энергозатрат.
82
Глава 2.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
ПОДГОТОВКИ СТАЛИ ДЛЯ
РАЗЛИВКИ НА МНЛЗ
2.1.ВЛИЯНИЕ ВРЕДНЫХ ПРИМЕСЕЙ НА КАЧЕСТВО СТАЛИ
Основной задачей внепечной обработки, направленной
на повышение качества металлопродукции, является дости-
жение определенной степени чистоты металла [66-70]. Прак-
тика металлургического производства показывает, что ряд
химических элементов отрицательно влияет на технологиче-
ские и служебные характеристики металла. К таким элемен-
там относятся: водород, азот, кислород, сера, фосфор, неко-
торые цветные металлы и пр. Источники поступления их в
сталь различны. Но можно выделить и общие: шихтовые ма-
териалы, атмосфера агрегата, ферросплавы, огнеупорные ма-
териалы и т.п. Общий уровень содержания примесей в стали
в немалой степени зависит от способа её выплавки, внепеч-
ной обработки и разливки.
Водород
Отрицательное его влияние на качество стали установле-
но достаточно давно. Основными источниками поступления
водорода в металлургических процессах являются шихтовые
материалы, атмосфера агрегата и ферросплавы, дополни-
тельным-передельный чугун. Содержание водорода в по-
следнем колеблется в значительных пределах: от 2 до 6,5
см3/100 г. Ещё большим содержанием водорода характеризу-
ется твердый (чушковый) чугун, который длительное время
хранится или транспортируется в неблагоприятных погодных
условиях. Из металлической части шихты небольшое содер-
жание водорода отмечается в пакетированном покупном
скрапе и обрези головной части слитков. В остальной же части
шихты источником водорода являются влажные материалы.
Ферросплавы, используемые в качестве раскислителей и
легирующих присадок, обычно вносят мало водорода (сотые
или десятые доли кубического сантиметра на 100 г металла).
Однако с учетом того факта, что после ввода раскислителей и
многих легирующих компонентов прекращается окисление
водорода (ванна перестаёт кипеть) и он непрерывно поступа-
85
ет из печной атмосферы и шлака, роль ферросплавов как ис-
точников водорода является весьма значительной.
Растворимость водорода в стали зависит от ряда факто-
ров, в том числе от температуры, давления и химического со-
става. В общем виде значение растворимости водорода в
жидком железе (1535...2000°С) при атмосферном давлении
может быть выражено уравнением
lg[H,%] 1,677 , (2.1)
где Т - температура расплава, К0.
Для вычисления растворимости водорода в у-железе
(91О...14ОО°С) при атмосферном давлении можно использо-
вать следующее выражение:
1390
lg[H,%] 2,226. (2.2)
В процессе затвердевания растворимость водорода в же-
лезе и стали изменяется скачкообразно. Так, если в твердом 5
- железе при температуре 1535°С растворяется 7,85 см3/100 г
водорода, то в жидком в тех же условиях - 23,4 см3/100 г. По-
этому при кристаллизации некоторое количество водорода
может выделиться из металла в виде пузырей.
Большая часть водорода, содержащегося в железе и стали
при низких температурах (ниже 100...120°С), находится в
микропорах металла в газообразном состоянии. Под микро-
порами понимают любые несовершенства кристаллической
решетки (щели, пустоты, трещины Гриффитса, скопления
дислокаций), имеющие значительно большие размеры, чем
элементарная кристаллическая решетка. Часть водорода в
стали находится в виде раствора внедрения. Газообразный
водород может взаимодействовать с примесями металла (ки-
слородом, углеродом) и находиться в микропустотах в виде
Н2О или углеводородов.
Влияние водорода как легирующего элемента в стали в
настоящее время изучено недостаточно полно. Не меньший
интерес представляет влияние водорода на механические
свойства стали, объединяемое общим термином «водородное
86
охрупчивание», т.е. снижение пластических свойств металла.
При определенном содержании водорода отмечается исчез-
новение предела текучести, а у высокопрочных сталей - сни-
жение предела прочности.
Влияние водорода проявляется уже при 1..2 см3/100 г.
Дальнейшее повышение его концентрации ухудшает механи-
ческие свойства стали. При 5-10 см3/100 г пластичность ме-
талла минимальна и не изменяется с дальнейшим повышени-
ем содержания водорода. Следует иметь в виду, что водород-
ное охрупчивание в стали наблюдается только в температур-
ном интервале от -100 °C до +100 °C.
Негативным проявлением водорода являются флокены,
которые представляют собой дефекты стали в виде трещин,
имеющих в изломе форму светлых пятен округлой формы.
Обычно флокены образуются в кованых и катаных заготов-
ках, изделиях с относительно большими сечениями. Чувстви-
тельны к образованию флокенов углеродистые и легирован-
ные стали перлитного, перлитно-мартенситного и мартен-
ситного классов. В сталях аустенитного, ферритного и леде-
буритного классов флокены в большинстве случаев не обна-
руживаются. Температурный интервал появления флокенов
находится между 200°С и комнатной температурой. Опреде-
ляют возникновение флокенов внутренние напряжения, свя-
занные с деформацией и охлаждением металла, создаваемые
присутствующим в металле водородом.
Для предотвращения образования флокенов необходимо
понизить содержание водорода в стали ниже некоторых оп-
ределенных для данной марки стали и сортамента проката
пределов. Наиболее целесообразно снизить содержание во-
дорода в стали до 2...2,5 см3/100 г. Однако такие значения
концентрации водорода в стали, как известно, практически
недостижимы в традиционных сталеплавильных агрегатах,
поэтому требуется специальная обработка стали.
Чтобы предупредить вредное влияние водорода, сталь
подвергают термической обработке, а охлаждают слитки
медленно в специальных устройствах. Однако эффективность
такой обработки, помимо крайне высокой себестоимости, не
87
во всех случаях удовлетворяет условиям современного ма-
шиностроительного производства.
Наиболее целесообразным следует признать удаление
водорода из расплава при специальной внепечной обработке
вакуумированием. Учитывая высокую себестоимость такой
обработки, необходимо предусматривать следующие меро-
приятия: использование чистых шихтовых материалов; веде-
ние плавки в атмосфере с минимальным содержанием водо-
рода; введение в расплав примесей, связывающих водород в
ыгидриды.
Азот
Азот отличается от водорода существенно меньшей ско-
ростью поверхностных реакций, предшествующих растворе-
нию атомарного азота в железе и десорбции молекул газа с
его поверхности, более низкой диффузионной способностью
и проявлением сил химической связи растворенного газа с
компонентами сплава.
Источники попадания азота в сталь - исходные шихтовые
материалы, атмосфера агрегата и ферросплавы. Концентра-
ция азота в передельных чугунах, содержащих не более 1%
кремния, обычно составляет 0,005...0,012%. Введение фер-
росплавов в технологически разумных количествах сущест-
венно не повышает содержание азота в стали. Некоторое его
количество поступает в металл из воздуха, поглощаемого об-
наженной поверхностью металла или засасываемого его
струей.
При охлаждении жидкого металла и дальнейшем его за-
твердевании, в силу снижения растворимости азота, образу-
ются пересыщенные азотом объёмы стали, вследствие чего
начинается его выделение. В процессе кристаллизации слит-
ка несвязанный азот ликвирует, сосредотачиваясь в центре и
головной части слитка. Азот формирует нитриды, устойчи-
вые при высоких и низких температурах. Выпавшая твердая
мелкодисперсная фаза нитридов и карбидов вызывает допол-
нительное напряжение в кристаллической решетке, что и
обусловливает эффект старения.
88
Изменение свойств железоуглеродистых сплавов под
влиянием азота во многом определяется формой его сущест-
вования в металле. Азот может образовывать однородные
твердые растворы внедрения, концентрируясь у дислокаций и
других дефектов кристаллической структуры, а также выде-
ляясь из металлов в виде самостоятельных фаз (нитридов).
Один из видов влияния азота на свойства стали - дефор-
мационное старение, под которым подразумевают изменение
комплекса механических свойств после холодной пластиче-
ской деформации и последующей выдержки при комнатной и
повышенной температурах (250 °C). Это явление характери-
зуется явно выраженным пределом текучести и его возвра-
щением после деформационного старения, повышением
прочности, твердости, понижением пластичности свойств
при статических испытаниях и повышением критической
температуры хрупкого разрушения при испытании на удар.
Частным случаем деформационного старения является
синеломкость (снижение пластичности, повышение пределов
текучести и прочности металла при его растяжении с обыч-
ной скоростью в интервале температур 150...300 С°). Азот
ухудшает и некоторые другие свойства стали: понижает со-
противляемость коррозии под напряжением и магнитную
проницаемость, увеличивает электросопротивление и спо-
собность к закалке.
Современные требования к содержанию азота в качест-
венных сталях в целом обусловливают необходимость сни-
жения его концентрации после окончания плавки. При этом
используются методы внепечной обработки, мероприятия по
предотвращению попадания азота в расплав по ходу техноло-
гического процесса, введение в расплав элементов (напри-
мер: бора, алюминия, кремния, углерода и пр.), уменьшаю-
щих его растворимость в стали.
В практике внепечной обработки азот довольно часто ис-
пользуют в качестве газа-носителя при вдувании порошкооб-
разных материалов в расплав. Снизить концентрацию азота в
стали можно, если применять его с небольшим содержанием
кислорода (около 2%). При этом на границе пузырька азота
89
образуется кислородосодержащий слой, который, по-видимо-
му, является причиной резкого снижения массопереноса азота.
Кислород
Практически всю сталь (за исключением стали, получен-
ной методами специальной металлургии) производят при
помощи окислительных процессов, что предопределяет в них
ведущую роль кислорода. К концу плавки общее содержание
кислорода в стали складывается из растворенного в стали
кислорода и находящегося в составе оксидных включений,
которые не успели выделиться из расплава. Способность ки-
слорода к химическому взаимодействию определяется его
активностью.
При кристаллизации и охлаждении стали (вследствие
ликвации кислорода и в связи с изменением констант равно-
весия процессов взаимодействия кислорода с растворенными
в стали элементами) формируются нежелательные включе-
ния, выделяющиеся в виде газообразной, жидкой или твер-
дой фазы. При этом в слитке и непрерывнолитой заготовке
образуются пузыри и поры, а также зоны чрезмерного за-
грязнения металла оксидными включениями.
Растворимость кислорода в жидком железе описывается
следующим выражением:
lg[O,%] = -^- 0,756. (2.з)
Так, при 1650°С растворимость кислорода составляет
0,276%, а при температуре кристаллизации - 0,17%. В про-
цессе перехода металла в твердое состояние его сорбционная
способность по отношению к кислороду уменьшается скач-
кообразно: растворимость кислорода в J-Fe при температуре
плавления составляет 0,034%, в y-Fe - 0,003...0,004%, а в а-
Fe - менее 0,002%.
Следует отметить, что чем меньше концентрация кислоро-
да, тем позднее начинается его выделение в отдельную фазу.
В спокойной стали весь растворенный в ней кислород
связан добавками раскислителей. В этом случае при атмо-
90
сферном давлении реакция между углеродом и кислородом,
растворенными в металле, не протекает.
Выделение кислорода в виде отдельной фазы при темпе-
ратурах прокатки или ковки является причиной плохой де-
формируемости стали в горячем состоянии и ее пониженной
пластичности, а также ускоряет старение стали при ее экс-
плуатации.
С целью удаления кислорода из стали производят ее рас-
кисление, в процессе которого растворенный кислород свя-
зывают в прочные оксиды, удаляемые затем из расплава. Для
термодинамических расчетов реакций раскисления необхо-
димо иметь следующие данные: сродство элементов - рас-
кислителей с кислородом, парциальную свободную энергию
растворения кислорода и раскислителей в расплавах, пара-
метры взаимодействия компонентов в раскисляемой стали и
их зависимости от концентрации основных и легирующих
элементов.
В практике металлургического производства известны
такие способы раскисления стали: осаждающее, диффузион-
ное и в ходе вакуумной обработки.
Осаждающее раскисление заключается в том, что рас-
творенный в металле кислород переводят в нерастворимый
оксид путем введения в металл определенного элемента-
раскислителя. Полученные таким образом оксиды, обладая
меньшей, чем расплавленный металл, плотностью, всплыва-
ют в нем или выносятся вверх конвективными потоками.
В общем виде реакцию осаждающего раскисления запи-
сывают следующим образом:
m[R] + п[О] = (RmOn), (2.4)
где R - условное обозначение раскислителя.
Поскольку при раскислении концентрации элемента-
раскислителя и кислорода обычно весьма малы, константа
равновесия К реакции (2.4) определяется из выражения
K-a(RmOn/[R]m[O]n, (2.5)
91
где - a(Rmon) - активность оксида.
Из выражения (2.4.) следует, что уменьшении» концен-
трацию растворенного в ванне кислорода можно двумя спо-
собами: увеличением расхода раскислителя или снижением
активности продуктов раскисления a(RmOn). Последнее дости-
гается введением в металл сложного раскислительного (ком-
плексного) сплава. В состав комплексных раскислителей це-
лесообразно включать такие компоненты, при окислении ко-
торых образуются включения с низким значением межфазно-
го натяжения на границе металл-включение, что облегчает
процесс выделения последнего. В практике металлургическо-
го производства наиболее распространены сплавы: кремний с
марганцем, алюминий, марганец и кремний, марганец и алю-
миний, кремний и кальций.
Схематически кинетику процесса раскисления можно
представить так: растворение раскислителя в металле; обра-
зование зародышей первичных продуктов раскисления в рас-
плаве; рост зародышей; удаление неметаллических включе-
ний, являющихся продуктами реакций раскисления.
Оксидные включения в стали (продукты реакций раскис-
ления) существенно влияют на ее свойства. Наиболее вред-
ны крупные включения или их скопления. При обработке ре-
занием они становятся причиной преждевременного износа
инструмента. На свежеобработанной поверхности изделия
отчетливо видны грубые шлаковые включения, что может
быть причиной брака. В стальном листе оксидные включения
проявляются в виде засоров и пузырей. Они уменьшают так-
же предел выносливости стали.
Неметаллические включения заметно снижают пластич-
ность (относительное удлинение и сужение) и ударную вяз-
кость стали.
Осаждающее раскисление производят непосредственно в
сталеплавильном агрегате или в ковше. Последнее более
предпочтительно, поскольку сокращается длительность
плавки, уменьшается угар раскислителей, почти не происхо-
дят дополнительные насыщения стали газами и рефосфори-
зация из атмосферы агрегата. Кроме того, при раскислении
92
стали в ковше появляются дополнительные возможности для
перемешивания вводимых раскислителей и металла, что осо-
бенно важно в случае использования раскислителя в твердом
виде.
Специфической особенностью введения твердых раскис-
лителей в металл является различие плотностей металла и
раскислителя, что затрудняет перемешивание. На практике
все большее распространение получают комплексные рас-
кислители с плотностью, близкой к плотности металла.
Конечный результат осаждающего раскисления опреде-
ляется, главным образом, по степени удаления оксидных
включений. Скорость удаления включений при использова-
нии различных раскислителей отличается весьма существен-
но. Наибольшая скорость установлена при применении алю-
миния. Раскисление кремнием, силикокальцием и силико-
марганцем дает небольшое снижение содержания общего ки-
слорода в стали и жидкие силикаты, образующиеся при ис-
пользовании силикомарганцем, удаляются значительно
медленнее, чем твердый глинозем. Таким образом, алюминий
имеет бесспорное преимущество, несмотря на то, что общее
содержание кислорода всегда остается выше, чем растворен-
ного; это связано с наличием в расплаве тонких алюминатов.
Стадией, тормозящей скорость реакции раскисления и
удаления включений в спокойной ванне, является диффузия.
Для большинства элементов, находящихся в железе, коэффи-
циенты диффузий при температуре 1600 °C находятся в ин-
тервале 10'э...10'4 см/с. В то же время массообмен при тур-
булентном перемешивании металла примерно в три раза
больше, чем при диффузии.
Не останавливаясь на многочисленных способах пере-
мешивания расплава, подробный анализ которых приведен в
целом ряде монографий [66-70], отметим, что в соответствии
с известными практическими данными скорость удаления ок-
сидных включений в значительной степени зависит не только
от интенсивности, но и от метода перемешивания.
Развитие современной техники и технологии позволяет
шире использовать при раскислении щелочно- и редкозе-
93
мельные металлы. Особенностью щелочноземельных метал-
лов является образование очень прочных окислов. Поэтому
введенный в металл кальций взаимодействует не только с
FeO и МпО, но и с SiO2 и А12О3. Кальций чаще других щелоч-
ноземельных металлов применяется в качестве раскислителя.
Однако следует учитывать его малую растворимость в железе
(<0,032%). Эффективность раскисления кальцием возрастает
при сплавлении его с другими металлами.
Металлы, входящие в группу редкоземельных металлов
(лантан, церий, празеодим, неодим, иттрий и др.), также счи-
таются весьма сильными раскислителями. Эти элементы
имеют значительные атомные веса, плотность, близкую к
плотности стали, высокие температуры кипения при относи-
тельно невысоком давлении пара, что делает возможным их
введение в сталь без интенсивного испарения. Современная
технология позволяет получать лигатуры с содержанием РЗМ
от 30-50 %.
При введении раскислителей редкоземельных металлов
образуются мелкие, тугоплавкие и весьма плотные включе-
ния. Плотность их сравнима с плотностью жидкой стали, по-
этому они практически не всплывают. В процессе застыва-
ния металла включения окислов РЗМ становятся дополни-
тельными центрами кристаллизации, в результате чего полу-
чается металл с мелкокристаллической структурой и с почти
одинаковыми свойствами по всем направлениям заготовки.
Диффузное раскисление основано на использовании за-
кона распределения: кислород хорошо растворяется и в шла-
ке, и в стали. Отношение активностей кислорода в металле и
в шлаке (при отсутствии кипения и постоянной температуре)
является постоянным Lo=a[o/a(Fe0). Следовательно, при рас-
кислении шлака создаются условия для раскисления стали. В
качестве раскислителей, вводимых в шлак, используют кокс,
электродный бой, ферросилиций, алюминий и др. Преимуще-
ством этого способа раскисления является то, что понижение
активности и концентрации кислорода не сопровождается
образованием в стали неметаллической фазы.
94
Процесс диффузного раскисления получил наибольшее
распространение при производстве стали в электропечах.
Процесс включает три основные стадии: конвективный мас-
соперенос кислорода в объеме металла к поверхности кон-
такта со шлаком; переход атомов (или ионов) кислорода и
железа через границу раздела «металл - шлак» и превраще-
ние их в ионы кислорода и железа в шлаке; конвективный
массоперенос ионов железа и кислорода в объеме шлака от
границы контакта с металлом.
Если сталеплавильный процесс не обеспечивает полного
удаления железистых шлаков или снижения содержания оки-
слов железа до значений, при которых их активность стано-
вится ниже равновесной с растворенным в металле кислоро-
дом, то раскисление лучше осуществлять в два этапа:
1) предварительное диффузионное раскисление стали непо-
средственно в сталеплавильном агрегате, 2) осаждающее рас-
кисление в ковше во время выпуска. Несмотря на высокие
показатели такого процесса раскисления, следует иметь в ви-
ду, что возникающие на этапе осаждающего раскисления не-
металлические включения во многом уменьшают преимуще-
ства диффузного раскисления.
Кислородно-конвертерный процесс выплавки стали наи-
более непригоден для диффузного раскисления. В этом слу-
чае применяется обработка стали синтетическими шлаками.
Как показала многолетняя практика, наиболее перспектив-
ными для внепечной обработки являются основные безжеле-
зистые шлаки. Эффект рафинирования включает в себя экст-
рагирование растворенных в металле серы и кислорода и
очищение стали от неметаллических включений. В основе
таких шлаков лежит четырехкомпонентная система СаО -
SiO2 — AI2O3 ~~
Раскисление в ходе вакуумной обработки основано на
том, что раскислительная способность углерода в вакууме
значительно возрастает и он образует газообразные продукты
раскисления. В соответствии с реакцией [С] + [О] = СО кон-
станта ее равновесия определяется из выражения
К=РС(/[С]'[О]. Следовательно, по мере снижения давления
95
Рсо раскисляющее действие углерода растет. Так, при оста-
точном давлении 130 Н/м2 (1мм рт. ст.) углерод, с чисто тер-
модинамической точки зрения, оказывается более сильным
раскислителем, чем кремний или алюминий. В таких услови-
ях должна образовываться окись углерода за счет не только
растворенного кислорода, но и восстановления оксидных
включений.
Наиболее простой и эффективный метод вакуумирования
стали состоит в следующем. Ковш с жидким металлом по-
мещают в специальную вакуум-камеру, давление в котором
снижают менее 130 Н/м2. Чтобы обеспечить раскисляющее
действие вакуума, необходимо применять методы принуди-
тельного перемешивания жидкой ванны, дающие большие
значения межфазной удельной поверхности металла (продув-
ка нейтральными газами) и перемещающие металл из ниж-
них слоев в верхние.
Одной из причин брака является вторичное окисление
металла - следствие взаимодействия металла с кислородом
воздуха при выпуске и особенно разливке, а также с конеч-
ным окислительным шлаком, огнеупорами и т.п. Для предот-
вращения вторичного окисления, которое при обычной тех-
нологии может быть весьма заметным, чаще всего использу-
ют следующие мероприятия:
• отсечку окислительного шлака и наведение в ковше
шлака, не содержащего оксиды железа;
• защиту струи металла, движущейся из ковша, огнеупор-
ными проводками и инертным газом;
• исключение из технологического процесса прожигания
и промывания канала шиберного затвора кислородом;
• разливку “под уровень” на МНЛЗ;
•применение ковшей, футерованных огнеупорами, кото-
рые слабо взаимодействуют даже с сильными раскислителями.
Сера в чугуне и стали
Этот элемент обладает неограниченной растворимостью
в жидком железе и ограниченной -в твердом. При кристалли-
96
зации стали по границам зерен выделяются сульфиды железа,
температура плавления которых ниже, чем у железоуглеро-
дистых сталей. Железо и сульфид железа образуют легко-
плавкую эвтектику (температура плавления 988°С), с которой
связано явление красноломкости. Наиболее сильно она про-
является в литой стали, в которой сульфиды и оксисульфиды
располагаются по границам первичных зерен. Повышенное
содержание серы становится причиной так называемых “го-
рячих трещин”, наблюдающихся при непрерывной разливке
металлов.
Основной источник поступления серы в сталь -чугун.
Повышенное содержание серы в чугуне почти неизбежно
увеличивает ее концентрацию в стали. Снижение серы при
сталеплавильном переделе на каждые 0,001% приводит к по-
терям примерно 0,17% металла от массы металлошихты и
увеличению расхода извести приблизительно на 0,02%. Сле-
довательно, рост концентрации серы в чугуне ведет к пря-
мым экономическим потерям.
Содержание серы в чугуне определяется как общим при-
ходом ее в печь, так и качеством шихты, составом и темпера-
турой шлака, режимом обработки продуктов плавки и др.
Основная часть серы (90...95%) вносится в доменную печь с
коксом и удаляется со шлаком (82...92%).Улучшению де-
сульфурации чугуна в печи способствует повышение основ-
ности и температуры шлака. Так как увеличение основности
шлака сопровождается снижением производительности до-
менной печи, ростом расхода кокса (тем больше, чем ниже
требуемое содержание серы в чугуне), десульфурация чугуна
в печи экономически приемлема лишь до определенного пре-
дела, за которым расходы резко повышаются. Резкий их рост
начинается примерно с содержания серы в чугуне
0,025...0,03% (кокс с содержанием серы 1...2%) и
0,02...0,025% (кокс с содержанием серы менее 1%).
Принято считать допустимым уровнем содержания серы
в чугуне при выплавке сталей обычного качества
0,03...0,04% и 0,015...0,02% для качественных сталей, а так-
же для разливаемых на МНЛЗ. Достижение указанного уров-
97
ня можно значительно удешевить, если применить внедо-
менную десульфурацию чугуна. Она заключается в связыва-
нии серы, содержащейся в расплаве, в сульфиды, малая рас-
творимость которых обеспечивает выделение серы в виде от-
дельных включений с последующим переходом в шлак.
Активность серы в стали зависит от химического состава
расплава и значительно увеличивается под влиянием добавок
углерода, кремния и фосфора. Это обусловливает целесооб-
разность удаления серы непосредственно из чугуна.
Кроме того, сера является поверхностно-активным эле-
ментом. Следовательно, на эффективность десульфурации
могут влиять другие поверхностно-активные примеси стали,
например, кислород. Реакция десульфурации идет достаточ-
но быстро при снижении содержания кислорода менее 0,01%.
Допустимое содержание серы в стали регламентируется
государственным стандартом и колеблется для различных
марок от 0,03 до 0,01%. Однако, чтобы исключить развитие
ликвационных явлений в виде отдельных скоплений суль-
фидных включений, содержание серы для качественных ви-
дов металлопродукции принимают менее 0,002...0,003%. По-
лучение таких низких концентраций серы в условиях стале-
плавильных агрегатов крайне затруднено, поэтому экономи-
чески целесообразно прибегать к внепечной обработке, кото-
рая в настоящее время является основным технологическим
приемом снижения серы в стали.
Фосфор в чугуне и стали
В железе он растворяется в значительных количествах.
Фосфор в стали (за исключением случаев, когда он присажи-
вается для придания специальных свойств) играет отрицатель-
ную роль, и снижение его содержания в металле является важ-
ной задачей. Основное место уменьшения концентрации фос-
фора в стали - сталеплавильный агрегат. В редких случаях ис-
пользуют внепечную дефосфорацию чугуна и стали. Объясня-
ется это тем, что большая часть процессов при производстве
98
стали является окислительной, и удаление фосфора в печи или
конвертере особых трудностей не представляет, если содержа-
ние его в чугуне не превышает 0,15%.
Процесс выплавки стали сильно усложняется (требуется
наклон конвертера для промежуточного удаления шлака,
увеличивается длительность плавки, возрастают потери ме-
талла), если для получения чугуна используют, например,
фосфористые руды Керченского и Лисаковского месторож-
дений, и содержание фосфора в чугуне возрастает до 0,03% и
выше. Это вызывает необходимость внепечной дефосфора-
ции чугуна.
Обычно ее проводят с применением жидких шлаков или
вдуванием порошкообразных смесей, обязательными компо-
нентами которых являются окислы железа и кальция. Дефос-
форация идет в диффузионной области, и лишь очень интен-
сивное перемешивание дефосфорирующей смеси или шлака с
чугуном может перевести процесс в кинетическую область.
Скудные сведения в литературе о проведении дефосфо-
рации стали в ковше не позволяют дать достаточно объек-
тивную оценку целесообразности их использования в про-
мышленности. Например, фирма “Nippon Kokan” проводила
дефосфорацию стали с использованием метасиликата соды
(Na^O SiOi)- В ковш заливали 20 кг/т высокоосновного кон-
вертерного шлака и 5... 15 кг/т метасиликата соды без при-
садки ферросплавов во время выпуска стали. Затем жидкую
сталь в течение 15 мин. перемешивали путем продувки арго-
ном с расходом 0,5 нм3/мин. Для компенсации снижения
температуры стали на 30...40° во время обработки требуется
дуговой подогрев. Видимо, если в дальнейшем совместить
низкофосфористый чугун (получаемый, например, при де-
фосфорации чугуна в ковше) и дефосфорацию жидкой стали
в ковше, то можно будет достаточно просто получать сталь с
содержанием фосфора ниже 0,002%.
Следует, однако, отметить, что промышленного распро-
странения способы внепечной дефосфорации в настоящее
время не получили.
99
Глубокое обезуглероживание металла
В современной металлургии все большее внимание уде-
ляется получению стали с низким и сверхнизким содержани-
ем углерода, что позволяет придать ей уникальные свойства.
Предпосылкой к достижению низкого содержания угле-
рода в металле при его продувке кислородом является низкое
парциальное давление С(9, которое можно достичь: 1) про-
дувкой металла при пониженном давлении с одновременным
интенсивным перемешиванием, чтобы все объемы расплава
могли быть доставлены к поверхности металла с разрежен-
ным газом; 2) вдуванием в металл смеси кислорода и инерт-
ного газа.
Так как процесс глубокого обезуглероживания требует вес-
ти продувку с высокой интенсивностью (удельный расход газа
составляет 0,7.. 1 м3/т.мин.) необходим большой свободный объ-
ем емкости. Поэтому для глубокого обезуглероживания часто
используют специальные конвертеры (VOD), которые значи-
тельно повышают капиталовложения и себестоимость.
2.2.ПРОДУВКА ЖИДКОЙ СТАЛИ ИНЕРТНЫМ ИЛИ
НЕЙТРАЛЬНЫМ ГАЗОМ В КОВШЕ
Сегодня трудно представить современный сталелитей-
ный цех, который бы не располагал комплексной установкой
по доводке стали в ковше с обязательной продувкой металла
инертным газом. Бурное развитие теории и практики внепеч-
ной обработки стали в течение последних двух десятилетий,
по сути способствовало значительному прогрессу в повыше-
нии производительности основных плавильных агрегатов (в
том числе и благодаря выносу большей части операций по
доводке стали непосредственно в ковш). Кроме того, внепеч-
ная обработка стали во многом улучшила качество стали,
расширила технологические возможности снижения ее за-
грязненности неметаллическими включениями и газами.
В условиях непрерывной разливки роль внепечной обра-
ботки стали становится практически определяющей, по-
100
скольку именно в ковше сталь доводится по температуре и
химическому составу, а также происходит ее рафинирование.
Следует особо обратить внимание на то, что именно создание
агрегатов, позволяющих выполнять подогрев стали в ковше,
расширили функциональные возможности внепечной обра-
ботки, стабилизировали работу МНЛЗ и обеспечили разливку
длинными сериями с выходом годного выше 95.. .96%.
Для ускорения физико-химических процессов, происхо-
дящих в ходе внепечной обработки, в промышленных усло-
виях используется продувка жидкой ванны аргоном или азо-
том. При продувке металла инертными газами одновременно
протекают многие процессы (они оказывают как положи-
тельное, так и отрицательное влияние на качество и себе-
стоимость стали):
• энергичное перемешивание жидкой ванны металла в
ковше путем формирования восходящего газометаллического
циркуляционного потока в месте инжекции газа и нисходя-
щих конвективных потоков стали по периферии;
• усреднение металла в ковше по химическому составу;
• то же по температуре, а также некоторая корректировка
температуры перед разливкой за счет охлаждающего дейст-
вия инжектируемого газа;
• повышение степени чистоты стали по неметаллическим
(оксидным) включениям благодаря эффекту флотации во
всплывающих пузырьках инжектируемого газа;
• ускорение расплавления и усвоения вводимых в жид-
кую ванну твердых реагентов, раскислителей, модификато-
ров и лигатур;
• форсирование дегазации стали за счет транспортировки
к поверхности порций металла, расположенных в нижней
части ковша;
• перемешивание металла и покровного шлака в зоне вы-
хода газа из металла в шлак (интенсивность этого процесса
зависит от интенсивности вдувания газа и способа его ин-
жектирования);
101
• вторичное окисление стали в зоне выхода газа на по-
верхность в случае чрезмерно интенсивной продувки;
• ускорение изнашивания футеровки сталеразливочного
ковша, что во многом предопределяет повышение требова-
ний к качеству и химическому составу огнеупоров.
Рис.2.1. Основные методы вдувания инертного или нейтрального
газа в металл сталеразливочного ковша
На практике для вдувания инертного газа в металл ис-
пользуются погруженные в расплав фурмы или специальные
пористые блоки, установленные в днище ковша. Основные
схемы продувки стали в ковше инертными газами показаны
102
на рис.2.1 [71,72]. На практике существует много типов уста-
новок для продувки стали инертным или нейтральным газом.
Они подробно описаны в научной литературе и рекламных
проспектах, поэтому в настоящей монографии авторы счита-
ют нецелесообразным их рассматривать. В то же время но-
вые тенденции в продувке жидкой стали газами заслуживают
особого внимания.
Основным отличием новых продувочных устройств яв-
ляется широкое использование специальных керамических
фурм, устанавливаемых в днище ковша. Это стало возмож-
ным благодаря повышению эксплуатационной стойкости та-
ких фурм, что привело к снижению удельных затрат на их
применение. Донные продувочные блоки позволяют более
точно регулировать расход вдуваемого газа при его стабиль-
ной подаче, а также обеспечить вдувание газа в нескольких
точках (2-3 продувочных узла).
В целом (за исключением специальных случаев), техно-
логи стремятся уменьшить интенсивность продувки металла
в ковше при увеличении ее продолжительности в ходе цикла
обработки.
В соответствии с основными технологическими задачами
продувку стали аргоном ведут на разных этапах пребывания
стали в ковше и с различной интенсивностью, что предъявля-
ет к продувочному узлу требование универсальности. Харак-
теристика газового потока из продувочного узла зависит от
профиля и расположения газовых каналов. Для продувочной
пробки выбирают огнеупорный материал, исходя из условий
эрозии и абразивного износа при эксплуатации с учетом кон-
структивного исполнения и особенностей изготовления
[73,74]: пористые пробки из материала с высокой пористо-
стью, в которых газ протекает через произвольно располо-
женные капиллярные каналы, имеющие большой спектр
диаметров; комбинированные пробки с круглыми каналами
заданного диаметра, соединенные между собой или незави-
симые; сборные сегментные пробки со щелевыми каналами
заданного сечения, расположенные по какой-либо схеме.
103
Как показал опыт эксплуатации, пористые пробки можно
применять только при коротком времени продувки и пребы-
вания металла в ковше. Это объясняется тем, что из-за высо-
кой пористости и несистематизированного расположения га-
зовых каналов сталь быстро проникает в поры продувочного
узла. Последующее термическое растрескивание и химиче-
ская (кислородная) очистка приводят к быстрому разруше-
нию пробки (в течение 7-15 плавок). С удлинением времени
продувки разрушение может произойти еще быстрее и при-
вести к аварийным ситуациям.
Более высокая эксплуатационная стойкость продувочных
узлов может достигаться при использовании специальных
блоков с направленной пористостью. Сборная пробка с ще-
левыми каналами оказывается наиболее предпочтительной с
точки зрения организации процесса продувки и подбора наи-
лучших по стойкости материалов для отдельных керамиче-
ских элементов, входящих в конструкцию продувочного уз-
ла. Проницаемость для газа пробки сегментного типа сохра-
няется в 90% и более случаев без применения кислородной
очистки перед очередным наливом. Эксплуатационная стой-
кость такой пробки может сохраняться в течение 30-50 пла-
вок (до 2 тыс. мин. продувки), что равно стойкости днища
ковша [73]. Эксплуатационную стойкость пробки можно ре-
гулировать, выбирая ее начальную высоту.
Для получения количественной информации о ходе раз-
вития процессов перемешивания металла в ковше при вдува-
нии газа, в настоящее время широко используются методы
математического моделирования.
Известно множество пособий и руководств по числен-
ным методам моделирования, рассчитанных на различный
уровень их применения, начиная с "физического" [75], в ко-
тором основное внимание уделяется физическому смыслу
строящейся разностной схемы, и кончая "математическим"
[76-81], (принципиальным вопросам теории разностных схем,
доказательств их устойчивости и сходимости и т.п.). Совре-
менное изложение вычислительной гидродинамики и конвек-
тивного теплообмена приведено, например, в работах [82-86].
104
Так, в монографии С.Кутателадзе и М.Стыриковича [85] на
широком экспериментальном материале, полученном, в ос-
новном, на системах «вода - воздух», изучены общие зако-
номерности совместного движения газа и жидкости, главным
образом стационарного и дозвукового: барботаж газа сквозь
жидкость, некоторые волновые явления и т.п.
Газодинамике газожидкостных сред в металлургических
процессах посвящена монография А.Сизова [87] и обзор
Г.Сборщикова [88]. Закономерности распространения газо-
вых струй в жидкости изучались экспериментально на хо-
лодных моделях в работе [89]. Количественные результаты
по барботажному режиму продувки жидкой ванны аргоном,
полученные экспериментально в реальных промышленных
условиях, приведены в работе [90]. Анализ температурных
режимов металла при продувке в ковше дан в работе [91].
Математические модели задач с газожидкостной средой
можно условно разделить на две группы. К первой из них от-
носятся модели, в которых не рассматривается двухфазная
газожидкостная зона, а задаются в ней или на ее границе зна-
чения необходимых величин, исходя из эмпирических соот-
ношений по примеру рассмотренных выше, и выполняются
расчеты лишь в чисто жидкостной зоне [92-99]. Ко второй
группе относятся модели, в которых с тем или иным допус-
ком рассматривается двухфазная зона [90-95].
Математическая модель гидродинамических процессов
при наличии газовой фазы предложена в работе [92] для слу-
чая продувки сталеразливочного ковша инертным газом. В
этой модели учитываются два поля скоростей: жидкости и
усредненные по скорости газовой фазы (пузырьков жидко-
сти). Сила взаимодействия двух фаз определялась относи-
тельной их скоростью, направленной вертикально вверх, и ее
величина рассчитывалась по полуэмпирической формуле.
Однако наличие двух эмпирических параметров в модели,
которые к тому же зависят от характера течения, существен-
но снижают практическую ценность двухскоростной модели,
поскольку какие-либо надежные числовые данные об их ве-
личинах отсутствуют. Кроме того, при наличии конвекции в
105
большинстве случаев, особенно в условиях многофазной сре-
ды, необходимо учитывать эффекты турбулентности, так как
они часто оказываются решающими для хода рассматривае-
мых процессов.
Перспективным направлением численного решения
сложных уравнений, имеющих место в случае многофазных
сред, является применение принципа расщепления, который
позволяет сводить одну сложную задачу к определенному
числу более простых, что значительно облегчает решение
[100,101]. В работе О.Белоцерковского [102] сформулирована
математическая модель, в максимально возможной степени
избавленная от необходимости использовать трудноопреде-
лимые параметры и учитывая лишь основные физические
факторы, влияющие на характер движения двухфазной газо-
жидкостной среды. В работе [102] описан перенос газовой и
жидкой фаз не раздельно с двумя различными полями скоро-
стей каждой фазы, а совместно в односкоростном подходе с
помощью предположения о сплошности единой газожидко-
стной среды, являющейся стратифицированной по плотности
вязкой несжимаемой жидкостью. При этом отпадает необхо-
димость делать какие-либо предположения о форме и разме-
рах пузырей газа. Авторы сделали допущение, что основным
фактором, определяющим характер движения газожидкост-
ной среды, является подъемная сила, которая возникает из-за
неоднородности по плотности, обусловленной наличием га-
зовых включений. Это позволило записать уравнение движе-
ния единой газожидкостной среды в приближении Буссине-
ска. С целью установления адекватности предложенной мо-
дели проведена серия расчетов для сопоставления с доста-
точно надежными экспериментальными данными. Сравнение
экспериментальных и расчетных результатов показало: пред-
ложенная математическая модель в широких пределах изме-
нения параметров адекватно описывает гидродинамику за-
полнения емкости с учетом инжекции воздуха струёй жидко-
сти и может применяться для исследования течений реаль-
ных газожидкостных систем.
106
При разработке математической модели, описывающей
динамику движения металла в ковше при продувке газом,
были приняты следующие допущения:
- газожидкостная среда является стратифицированной по
плотности вязкой несжимаемой жидкостью;
- основной фактор, определяющий характер движения га-
зожидкостной среды - подъемная сила, которая возникает из-
за физической неоднородности (по плотности) в жидкой ван-
не;
- коэффициент газосодержания явно зависит от координа-
ты заданной точки в пространстве ковша и от времени;
- продувка происходит в ковше, который имеет цилинд-
рическую форму (если форма ковша отличается от цилинд-
рической, то для большинства промышленных аналогов
можно свести к цилиндрической с «эффективным» радиу-
сом);
- начальным условием является равенство нулю скоро-
стей газожидкостной среды и объемной доли газовой фазы во
всем объеме ковша;
- граничные условия для вектора скорости на стенках и
днище ковша принимаются из условий непротекания и при-
липания; в барботажной зоне - из условия завихренности и
отсутствия горизонтального перемещения среды;
- распределение температуры внутри расплава определя-
ется по стандартному уравнению нестационарного теплопе-
реноса;
- турбулентный характер переноса количества движения в
уравнениях движения жидкости проводится по двухпарамет-
рическому методу введением эффективного коэффициента
вязкости;
- процессы химических реакций взаимодействия раство-
ренных элементов в расплаве не рассматриваются;
- растворение вдуваемого в расплав газа не происходит;
- волновые процессы на поверхности металла не учиты-
ваются.
Стационарное течение единой газожидкостной среды,
возникающее при продувке ковшевой ванны, в силу введен-
107
ных предположений описывается системой нестационарных
уравнений Навье-Стокса в приближении при т > ©о : Буссинеска
аг/ - — + (V • V = gradP + vAV + (1-а )g, дт ря (2.6)
д(Х /Г V7 V Л — + (1 • V )а =0, дт (2.7)
divV - 0. (2.8)
Здесь V - вектор скорости жидкости, имеющий компоненты в
направлении ортов г, ф, г системы координат и определяемый
как отношение плотности импульса среды п к массовой
плотности V = л/Р. По полной системе уравнений
(2.6-2.8) можно найти все необходимые параметры движения
газожидкостной среды: V, Р, а.
Начальным условием является равенство нулю скоро-
стей газожидкостной среды и объемной доли газовой фазы во
всем объеме ковша. Граничные условия для вектора скорости
на стенках и днище ковша ставятся из условий непротекания
и прилипания. Граничные условия для вектора скорости
формулируются в барботажной зоне из условий отсутствия
завихренности и отсутствия горизонтального перемещения
среды. На твердой стенке и днище ковша на коэффициент га-
зосодержания налагается условие непроницаемости стенок.
Поставленная задача решена численно в естественных
переменных «скорость-давление». При этом используется
метод расщепления по физическим факторам. Для численно-
го решения применяется «шахматная» сетка, значения давле-
ния и газосодержания определяются в центрах разностных
ячеек, а компоненты скорости - на соответствующих гранях.
Для реализации граничных условий вводятся фиктивные
ячейки, в которые заносятся компоненты скоростей или зна-
чения давления и газосодержания в соответствии с типом
108
граничного условия. Турбулентный характер переноса коли-
чества движения в уравнениях движения проводится по
двухпараметрическому методу [103] введением эффективно-
го коэффициента вязкости, включающего аппроксимацион-
ную и турбулентную составляющие.
На базе разработанной математической модели разрабо-
тан пакет прикладных программ “STARG”, позволяющий
выполнять сравнительные оценки условий перемешивания
металла в ковше при продувке аргоном. Исходные данные
для расчетов:
-конструктивные параметры сталеразливочного ковша -
радиус днища, высота налива металла, размеры и место рас-
положения электродов на установке «печь-ковш», количество
и местонахождения продувочных блоков; расположение ста-
левыпускного отверстия;
-теплофизические свойства расплава -химический состав,
плотность, теплоемкость и теплопроводность стали; удельная
теплота кристаллизации; равновесный коэффициент распре-
деления примеси;
-технологические параметры процесса -расход газа при
продувке; его длительность; начальная температура расплава
и стенок ковша; скорость подвода тепла при подогреве стали.
Основные выходные расчетные параметры:
-поле скоростей, газосодержание и температура в рас-
плаве в различные моменты продувки;
-изменение поля скоростей, газосодержания и темпера-
туры в расплаве в зависимости от изменения исходных пара-
метров.
Адаптация разработанной математической модели была
выполнена в два этапа: по данным прямых замеров на физи-
ческих моделях и по косвенным оценкам на промышленных
объектах. Для физической модели использовались водяные
модели ковша объемом 0,2 м3 и 0,95 м3. В ходе эксперимен-
тов варьировались место вдувания и расход газа. Для каждо-
го варианта продувки измеряли скорость и кинетическую
энергию турбулентного потока (50 точек по всему объему
ковша). Полученные экспериментальные результаты сравни-
109
вались с данными численного расчета. Расхождение расчет-
ных и экспериментальных данных составляло 10...20%.
Характер графического представления результатов рас-
четов показан на рис.2.2-2.5. Кроме него для каждого момен-
та времени и любой точки жидкой ванны дополнительно мо-
гут быть выведены численные результаты всех интересую-
щих параметров.
Окончательная проверка корректности расчетных дан-
ных выполнялась в условиях сталеразливочных ковшей ме-
таллургического цеха ЗАО «НКМЗ» и ЗАО «ММЗ-ИСТИЛ
(Украина)». Сравнительные оценки делались на основе заме-
ра температурных полей в различные периоды продувки. По-
лученные экспериментальные данные были достаточно близ-
ки к расчетным (расхождение 8... 12°С).
В ходе исследований установлено, что восходящий поток
характеризуется повышенным газосодержанием (25...30%
объемных), что обусловливает движение конвективных пото-
ков преимущественно благодаря архимедовой силе. Достиг-
нув поверхности, этот поток движется вдоль нее по направ-
лению к стенкам емкости или оси симметрии, одновременно
освобождаясь от газовых пузырьков, они свободно покидают
объем жидкости через поверхность. Поток же продолжает
перемещаться вдоль стенок емкости или оси симметрии вниз,
пока не достигнет дна. Затем он движется параллельно по-
верхности днища и вовлекается вдуваемым газом в дальней-
шее циркуляционное движение.
Для оптимизации параметров продувки металла в ковше
рекомендуется отдельно рассматривать следующие фазы пе-
ремешивания расплава:
- начальный этап - интенсивная турбулизация потоков
преимущественно в нижней части ковша;
- этап выхода на режим установившегося течения, вытес-
нение вихревых потоков в верхние слои жидкой ванны;
- установившийся режим конвективных потоков - образо-
вание устойчивых вихревых зон в зоне шлакового пояса;
НО
-переходные режимы перемешивания - изменение расхо-
да вдуваемого газа и характерный пульсирующий режим раз-
вития конвективных потоков.
Разработанный пакет прикладных программ использован
для оптимизации технологических параметров, количества и
места расположения продувочных узлов установок «печь-
ковш» различных металлургических цехов. Внедрение пакета
на ЗАО «НКМЗ» позволило снизить удельный расход огне-
упоров на 1 т стали в среднем на 35...45%, уменьшило угар
ферросплавов на 25-30% и тепловые потери в процессе вне-
печной обработки на 12... 15%.
Рис.2.2. Панель введения исходных данных
(вариант с двумя продувочными узлами)
111
Функция тока Psi
1=3 241 сек
668 0926
560 7339
453 3753
346 0166
236 6580
131 2993
23 9407
83 4180
190 7766
2981353
405 4939
512 8526
620 2112
727 5699
Т«апература Т оС
(=3 241 cei
1570 0000
15261538
1482 3077
1438 4615
1394 6154
1350 7692
1306 9231
1263 0769
1219 2308
1175 3846
1131 5385
1087 6923
1043 8462
1000 0000
Г азосодержание .•
1=3 241 сек
1 000000
0 923138
0846277
0 769215
0 692354
0 615492
0 538531
0 461569
0384609
0 307746
0 230885
0153823
0 076962
0 000000
время Зсек (начало продувки)
Распределение компонент скорости V1 ,V2
Высота ковша У.м (Х=0 32м,Н=3 00м)
— горизонтальная V1 --вертикальная V2
— скорость V — 1 пробка (левый край)
- горизонтальная V1 - вертикальная V2
- скорость V
Диаметр ковша Х,м (Y=2 38м,Н=3 00м)
Высота ков ша Y,m (Х=0 32м,Н=3 00м)
— горизонтальная V1 — вертикальная V2
— скорость V —1 пробка (левый край)
- горизонтальная V1 - вертикальная V2
- скорость V
Рис.2.3.Результаты расчетов параметров перемешивания металла
в ковше (время 3 сот начала продувки)
112
Функция тока Psu
1=29 337 сек
1186 8002
991 12238
795 44457
599 76675
404 08884
208 41102
12 733131
182 94473
378 62259
574 30043
769 97825
365 656®
1161 3339
13570117
Т емперагура Т оС
1=29 337 сек
1570 0000
1526 1538
1482 3077
1438 4615
1394 6154
1350 7692
1306 9231
1263 0769
1219 2309
1175 3846
1131 5385
1087 6923
1043 84629
1000 00006
Г азосодержание >
1=29 337 сек
1 000000
0 923139
0 846277
0 769215
0 692354
0 615492
0 538531
0 461569
0 384608
0 307746
0 230885
0 153823
0 0769629
0 0000006
время ЗОсек (интенсивная турбулизация потоков)
Распределение компонент скорости V1 ,V2
Высота ковша Y,m (Х=0 32м,Н=3 ООм)
— горизонтальная V1 — вертикальная V2
— скорость V — 1 пробка (левый край)
- горизонтальная V1 - вертикальная V2
— скорость V
Диаметр ковша Х,м (Y=2 38м,Н=3 00м)
Высота ков ша Y.M (Х=0 32м,Н=3 00м)
— горизонтальнаяV1 - вертикальнаяV2
— скорость V— 1 пробка (левый край)
- горизонтальная V1 - вертикальная V2
- скорость V
Рис.2.4.Резулыпатырасчетов параметров перемешивания металла
в ковше (время 30 с от начала продувки)
113
Т емпература T о£
1=56 421 сек
1570 0000
1526 1538
1482 3077
1438 4615
1394 6154
1350 7692
1306 9231
1263 0769
1219 2308
1175 3846
1131 5335
1087 6923
1043 84621
1000 0003
Г азосодержание >
1=56 421 сек
1 000000
0 923138
0 846277
0 769215
0 692354
0 615492
0 538531
0 461569
0 384608
0 307746
0 230385
0 1 538230
0 0769621
О 00000®
время 56сек (установившийся режим перемешивания расплава)
Распределение компонент скорости V1 ,V2
Высота ков ша Y.M (Х=0 32м,Н=3 00м)
— горизонтальная V1 — вертикальная V2 I
— скорость V —1 пробка (левый край) |
~ горизонтальная V1 - вертикальная V2
- скорость V
Высота ков ша Y.M (Х=0 32м, Н=3 00м)
— горизонтальная V1 — вертикальная V2
— скорость V — 1 пробка (левый край)
- горизонтальная V1 - вертикальная V2
- скорость V
Рис.2.5.Результатырасчетов параметров перемешивания металла
в ковше (время 56 с от начала продувки)
114
2.3.МЕТОДЫ ПОДОГРЕВА МЕТАЛЛА В КОВШЕ
Целесообразность подогрева металла в ковше при непре-
рывной разливке стали определяется следующими основными
факторами:
-необходимостью коррекции температуры стали в соот-
ветствии с требованиями оптимальных условий разливки;
-для компенсации тепловых потерь, которые сопровож-
дают весь процесс внепечной обработки и транспортировки
металла к МНЛЗ;
-экономическими соображениями при выпуске стали из
плавильного агрегата с низкой температурой, что обеспечива-
ет положительный эффект за счет снижения потерь огнеупо-
ров и энергии (уменьшается цикл плавки).
В общем виде потери тепла при обработке стали в ковше
зависят от целого ряда производственных факторов:
- состояния огнеупорной футеровки (изоляция рабочего
слоя, степень износа, теплопроводность материалов и пр.);
- температуры футеровки перед выпуском плавки;
- количества добавляемых в ковш материалов;
- количества вдуваемого в расплав газа;
- длительности и интенсивности периодов продувки металла;
- продолжительности операций отбора проб и их анализа;
- то же, и операций загрузки и растворения легирующих
материалов;
-общей длительности пребывания металла в ковше (с уче-
том времени «ожидания» разливки).
На различных этапах внепечной обработки потери тепла
составляют, °С/мин.:
- при транспортировке ковша - 0,5...0,6 °С/мин. Если дли-
тельность всех операций по транспортировке 25...30 мин.,
потери тепла - 13... 18 °C;
- в процессе усреднительной продувки нейтральным газом -
1,1 ....1,4 °С/мин. При длительности усреднительной продувки
8... 10 мин. потери тепла - 9... 14 °C;
-в процессе десульфурации (нагрев ШОС плюс перемеши-
вание газом) - 1О...15°С;
-при добавке ферросплавов (в зависимости от количества
добавляемых материалов) - 10... 15°С.
115
Таким образом, возможные потери тепла при внепечной
доводке стали в ковше могут достигать 50.. .60 °C и более.
На практике наибольшее распространение получили ме-
тоды электродугового и химического подогрева стали в ковше.
Электродуговой нагрев металла осуществляется за счет
электрической энергии, подводимой через графитовые элек-
троды. Электрические дуги, расположенные между электро-
дами и расплавленным металлом, погружены в расплавлен-
ный шлак, который ограничивает свободное облучение дуга-
ми открытой футерованной части ковша.
Количество подводимой энергии зависит от площади
жидкой ванны, интенсивности перемешивания и длины дуги.
Как показывает анализ известных промышленных установок
типа «ковш-печь», рациональный диапазон вышеупомянутых
параметров следующий:
-удельная мощность, МВт/м2 2... 2,2
-длина дуги, см 6... 9
-скорость нагрева металла, °С/мин 3,5... 4,5
Мощность электропечной установки и ее энерготехноло-
гические параметры определяются:
- заданной скоростью нагрева металла;
- конструкцией сталеразливочного ковша и его огнеупор-
ной футеровки, размещением продувочных блоков и режи-
мом продувки;
- схемой работы электрических дут;
-величиной активного и реактивного сопротивления вто-
ричного токоподвода;
-величиной тепловых потерь через водоохлаждаемый свод.
Необходимую мощность трансформатора для подогрева
металла в ковше целесообразно выбирать с учетом прерыви-
стости циклов обработки. Так, период работы под нагрузкой
составляет обычно 20...25 мин. при поступлении плавок каж-
дые 45...50 мин. (наиболее жесткий режим работы). Напри-
мер, для расплава с площадью поверхности 6,9 м2 (ковш ЗАО
«ММЗ-ИСТИЛ (Украина) фирма «Даниели» рекомендовала
трансформатор с такими характеристиками:
-активная мощность (Ра), МВт 15,1
-длина дуги (Д>), мм 73
-напряжение дуги (U>), В 108
116
-вторичное напряжение (LQ, В 315
-сила тока электродов (ZJ, кА 39,5
-мощность дуги (Pd), МВт 12,7
-cos (р 0,76
Если коэффициент перегрузки равен 20%, то мощность
печного трансформатора Ртр определяется по формуле:
1,2^3 (2.9)
Для вышеприведенных данных мощность печного транс-
форматора составляет 18 MBA.
Ожидаемая скорость нагрева при максимальной мощно-
сти рассчитывается следующим образом:
0 = (7? * Ра) / (Ср * т * 60), (2.10)
где Tj - коэффициент выхода энергии (на основании практиче-
ских данных принимается 45.. .50%);
Ср- удельная теплоемкость стали (0,22 кВтч/т °C);
иг - масса плавки, т.
В целом электродуговой подогрев стали в ковше получил
широкое промышленное применение в установках типа
«ковш-печь».
Технология химического подогрева стали в ковше вклю-
чает такие основные операции [105,106]:
- ввод в расплав необходимого количества алюминия;
- продувку стали кислородом через погружаемую фурму;
- контроль за остаточным содержанием алюминия в стали;
- замер температуры стали.
Ввод алюминия в сталь может осуществляться несколь-
кими способами:
1) первичный алюминий в виде катанки (с помощью
трайб-аппарата);
2) вторичный алюминий - чушками с одновременной
продувкой металла нейтральным газом;
3) вторичный алюминий - специальными блоками через
погружаемую фурму.
Максимальное усвоение алюминия (70...75%) и мини-
мальные потери тепла обеспечивает, безусловно, ввод алю-
миния по первой схеме.
117
Введение вторичного алюминия в виде кусков и чушек
является наиболее простым и распространенным способом.
Главный его недостаток - большой угар алюминия, поскольку
он располагается на поверхности металла. Усвоение алюми-
ния при введении кускового алюминия в ковш при одновре-
менной продувке нейтральным газом может составить не бо-
лее 35...40%.
Практика последних лет показала, что значительную эко-
номию алюминия обеспечивает его введение в виде полого
блока, укрепленного на продувочной фурме. По данным
Днепровского металлургического комбината, использование
такого рода блоков позволяет существенно снизить потери
алюминия с угаром и достичь коэффициента усвоения 55%
[107]. Однако, реализация технологии химического подогрева
металла требует введения в расплав сравнительно большого
количества алюминия, что требует подачи нескольких блоков
при одной обработке.
Продувка стали кислородом через погружаемую фурму
способствует интенсивному протеканию реакции окисления
растворенного алюминия. Вводить кислород целесообразно
через погружаемую сверху фурму, которая представляет со-
бой стальную трубу, футерованную, например, литым бето-
ном. Ориентировочный расход кислорода 0,70...0,72 кг
О2 на 1 кг А1.
Примерные затраты материалов для нагрева стали на
60 °C:
- алюминия - 2,5...2,6 кг/т стали (принимаем, что 1 кг алю-
миния на 1 т стали обеспечивает подогрев на 23...25 °C, по
данным Новолипецкого металлургического комбината);
- кислорода - 1 нм7т;
- дополнительных огнеупоров - 0,1...0,2 кг/т стали.
Внедрение технологии химического подогрева металла в
конвертерном цехе металлургического комбината им. Ильича
(Мариуполь) позволило сократить: возврат с МНЛЗ на раз-
ливку сверху с 2,1 до 0,04%; количество неполностью разли-
тых плавок с 3,2 до 1,34%; технологические простои в два
раза. Серийность плавок увеличилась также в два раза [108].
118
2.4.КЛАССИФИКАЦИЯ АГРЕГАТОВ «ПЕЧЬ-КОВШ» В
ЗАВИСИМОСТИ ОТ УСЛОВИЙ ПРОИЗВОДСТВА
В настоящее время все большее распространение в ме-
таллургической практике получают агрегаты комплексной
внепечной обработки типа «печь-ковш», которые включают в
себя проведение комплекса операций подогрева металла,
продувки стали, ее рафинирования, доводки по химическому
составу, выдержки по времени в соответствии с режимом
разливки на МНЛЗ и т.п. (рис.2.6).
Рис.2.6. Общая схема установки «печь-ковш»: 1 - токоподво-
дящие электрододержатели; 2 - электроды; 3 - тракт
подачи сыпучих материалов; 4 - водоохлаждаемый свод;
5 - инертный газ; 6 - металл; 7 - синтетический шлак;
8 - газометаллический столб; 9 - жидкий металл;
10 - продувочный узел; 11 - сталевоз; 12 - газоход;
13 - рабочее окно; 14 - вдувание углеродсодержащего
материала; 15 - вдувание извести; 16 - ввод проволоки
119
По существу, только при наличии агрегата «печь-ковш»
удается достигнуть ритмичного взаимодействия между элек-
тродуговыми печами (или конвертерами) и МНЛЗ, реализо-
вать разливку стали большими сериями при высоком выходе
годного металла.
В мире накоплен большой опыт эксплуатации агрегатов
такого типа, что позволило разработчикам оптимизировать
основные их конструктивные и технологические параметры.
В табл.2.1 приведено сравнение основных параметров агрега-
тов различных фирм-производителей. Некоторые колебания
параметров обусловлены только работой конкретного стале-
плавильного цеха.
Таблица 2.1. Сравнение параметров агрегатов
«печь-ковш» различных фирм-производителей
Параметр ASEA -SKF (Шве- ция) Fukhs (Герма- ния) Krupp (Герма- ния) Daniely (Ита- лия) (ДМ3) BSW (Анг- лия) нкмз (Ук- раина) АКОС- 125 (Россия) ММ3 (Мол- давия)
Вместимость ковша, т 90..130 110 120 120 86 145 100..125 100
Мощность грансформа- гора, MBA 12..15 15 18/21 18 12 25 16 18
Сила тока, А 36 30 38 40 25 40 40 35
Циаметр электрода, мм 400 400 450 400 350 450 400 400
Циаметр рас- пада электро- дов, мм 825 700 750 700 580 850 650 700
Скорость на- грева, °С/мин 4...6 4 4,3 4,6 3 4,5 3...5 4
Расход элек- тродов, кг/т 0,85 0,34 0,3 0,45 0,2 - 0,3 0,3
Расход элек- троэнергии, кВт час/т 80 33 30 55 20 30...40 25...40 -
120
Продолжение таб. 2.1.
Параметр ASEA -SKF (Шве- ция) Fukhs (Герма- ния) Krupp (Герма- ния) Daniely (Ита- лия) (ДМ3) BSW (Анг- лия) нкмз (Ук- раина) АКОС- 125 (Россия) ММ3 (Мол- давия)
Продолжи- тельность обработки, мин 60.180 (общая) 35..45 (общая) 40..50 (нагрев) 60.. 120 (общая) 20..30 (нагрев) 20..25 (нагрев) 40..60 (общая) 25..50 (общая) 45..50 (общая)
Стойкость футеровки, плавок 20..40 50..70 40...50 40..60 97 - 30... 60 50...70
Как показывает практика, обработка металла в агрегате
«ковш-печь» сопровождается значительными дополнитель-
ными затратами (энергия, огнеупоры и т.п.), что может за-
метно повышать себестоимость металлопродукции.
В настоящее время агрегатами типа «печь-ковш» осна-
щено около сотни сталеплавильных цехов. Условия эксплуа-
тации . ковшей в агрегатах типа «печь-ковш» существенно
различаются по целому ряду квалификационных признаков,
поэтому корректный сравнительный анализ эффективности
их работы представляется достаточно сложной многофунк-
циональной задачей. Для упрощения анализа целесообразно
разделить известные агрегаты на определенные группы. По-
пытка такой классификации, выполненная авторами, в зави-
симости от стратегии производства и концептуального по-
строения производственной схемы завода приведена в
табл.2.2 [109].
Безусловно, наибольшее распространение в мире полу-
чили агрегаты, работающие по условиям групп 1, 2 и 5. За-
воды группы 1 наиболее соответствуют представлениям о
современном мини-заводе со стратегией минимизации за-
трат, что обычно характерно для производства рядовых ма-
рок сталей [110,111], для сортового проката. В этом случае
согласованная цикличность работы плавильной печи и аг-
регата «ковш-печь» жестко лимитирует время пребывания
металла в ковше.
121
Таблица 2.2. Классификация агрегатов «печь-ковш» по
условиям функционирования в зависимости от техноло-
гической структуры сталеплавильного цеха
Груп- па Условия работы агрегата «печь-ковш» в технологи- ческом потоке Схема сталеплавильного цеха мини-завода Время пребыва- ния ме- талла в ковше до начала разливки, мин.
1 Современный мини- завод: «высокоскоростная электро- дуговая печь - печь-ковш - МНЛЗ» — 50...70
2 Современный мини- завод: «две или более электродуго- вые печи - печь-ковш - МНЛЗ» — 120..240
3 Получение высококачест- венной стали при наличии вакуумной обработки и раз- ливки на МНЛЗ и в слитки □ □[ ] 150..240
4 Получение слитков различ- ной массы для машино- строительных предприятий и комплексов, а также спе- циализированных металлургических заводов 120..300
5 Современный конвертерный цех ►! J 40..50
Условные обозначения: - плавильный агрегат (электродуговая или марте- новская печь); конвертер; " агрегат «печь-ковш» (подогрев, продувка, доводка); [ ] - установка для вакуумирования стали; | |- машина непрерывной раз- ппп ливки стали; U 1 1 - разливка стали в слитки различной массы.
122
Практическая реализация этой схемы в последнее десяти-
летие оказалась возможной благодаря большому прогрессу в
области технологии электроплавки (уменьшение цикла плавки
до 55-60 мин.). Характерным примером этой группы следует
считать, например, ЗАО «ММЗ-ИСТИЛ (Украина)», Молдав-
ский металлургический завод и завод «Huta Czenstochova»
(Польша) [112-114].
В функциональном плане достаточно близко к группе 1
располагается группа 5, характерная для условий современного
кислородно-конвертерного цеха, что исключает длительное
пребывание металла в ковше благодаря высокой производи-
тельности плавильных агрегатов. Более того, учитывая специ-
фику работы конвертерного цеха (большая масса и короткий
цикл плавки), следует признать, что условия работы агрегата
«ковш-печь» в конвертерном цехе могут рассматриваться как
наиболее интенсивные и тяжелые. Примером современного
построения технологического модуля «конвертер» - «ковш-
печь» - МНЛЗ является первая очередь реконструкции Енаки-
евского металлургического завода [115,116].
Группа 2 обычно представляет собой мини-заводы
(ЭСПЦ), которые были построены, как правило, более 15 лет
назад, т. е. во времена, когда длительность электроплавки со-
ставляла более 2-3 ч. В этом случае одной из главных функций
агрегата «ковш-печь» является согласование работы дуговых
печей и МНЛЗ с целью обеспечения серийности разливки. По
существу, это означает, что перед началом разливки на МНЛЗ
в цеху создается резерв жидкого металла (1-2 ковша), значит,
достаточно часто металл может находиться в ковше 3-4 ч и бо-
лее, что существенно усложняет условия работы футеровки
ковшей и снижает ее стойкость. Кроме того, чтобы уменьшить
длительность нахождения металла в печи, сталь выпускается с
достаточно низкой температурой, что требует последующего
интенсивного и длительного подогрева ее в ковше. Это, в свою
очередь, повышает скорость износа шлакового пояса в силу
высокой температуры и агрессивности шлака. Примером груп-
пы 2 может быть ЭСПЦ металлургического комбината «Нос-
та» (Новотроицк) и т.п.[117,118].
123
Значительно отличается работа агрегатов «ковш-печь», ес-
ли они функционируют в структуре мини-завода со стратегией
специализации производства, т. е. выпуска высококачествен-
ной продукции (группа 3). В технологической цепи цеха появ-
ляется установка для вакуумной обработки стали, что увеличи-
вает пребывание стали в ковше в среднем на 30...40 мин., а
также повышает требования к качеству и химическому составу
огнеупоров (в соответствии с требованиями к чистоте стали по
неметаллическим включениям). Примерами заводов такой
группы является Оскольский электрометаллургический комби-
нат [119], ЭСПЦ-2 Белорусского металлургического завода
[120], Волжский трубный завод [57] и завод утяжеленных бу-
рильных и ведущих труб СМНПО (Сумы).
Что же касается заводов группы 4, то агрегаты «ковш-
печь» на них выполняют функцию сбора металла в комплексе с
его доводкой по качеству. В зависимости от вида заказа время
пребывания металла в ковше может составлять от 90... 120
мин. (завод «Днепроспецсталь») до 4..5 ч и более при необхо-
димости собирать в один ковш металл нескольких плавок (на-
пример, сталеплавильный цех ОАО НКМЗ). Условия работы
футеровки ковша в последнем случае являются крайне тяже-
лыми из-за общей эрозии огнеупоров в месте контакта с метал-
лом и дополнительной эрозии в месте контакта со шлаком, по-
ложение которого меняется в зависимости от степени наполне-
ния ковша. Агрегаты «ковш-печь» группы 4 немногочисленны,
а их эксплуатация в каждом конкретном случае может серьезно
отличаться.
Таким образом, работа агрегатов «ковш-печь» зависит от
стратегии завода металлургического производства, что соот-
ветственно определяет круг требований к огнеупорам, исполь-
зуемым в ковшах, от длительности пребывания металла в ков-
ше и уровня качества стали. По длительности нахождения ме-
талла в ковше можно говорить об агрегатах «ковш-печь» со
сравнительно малым временем обработки (группы 1, 5 и час-
тично группа 4 при разливке стали в слитки) и с длительным
циклом пребывания металла в ковше и повышенными требо-
ваниями к качеству стали (группы 2, 3 и частично группа 4).
124
2.5.ОГНЕУПОРЫ ДЛЯ УСТАНОВОК «ПЕЧЬ-КОВШ»
Одной из основных затратных статей при внепечной об-
работке стали на агрегатах «ковш-печь» является удельный
расход огнеупоров, который зависит от рационального выбо-
ра номенклатуры изделий, условий их эксплуатации и ремонта.
При выборе огнеупорных материалов для сталеразливоч-
ного ковша необходимо принимать во внимание не только
общие принципы построения футеровки, но и условия экс-
плуатации ковша, как неотъемлемого элемента технологиче-
ской цепочки всего сталеплавильного цеха. К главным фак-
торам, которые учитывают при конструировании футеровки,
ковша, относятся:
• удельная стоимость огнеупоров и их гарантируемое
качество;
• способ изготовления и методы ремонта элементов футе-
ровки;
• методы контроля за износом элементов футеровки в ходе
эксплуатации;
• степень влияния футеровки на качество стали (загрязнен-
ность неметаллическими включениями);
• вероятность быстрого аварийного разрушения футеровки
в экстремальных условиях.
Поскольку большинство сталеплавильщиков стремится к
максимальному снижению удельного расхода огнеупоров,
следует также обязательно предусмотреть принцип обеспе-
чения равной и высокой стойкости различных участков фу-
теровки и универсальности заменяемых отдельных элементов
[121,122].
Обобщая известные данные по характеру износа футе-
ровки и огнеупорных элементов сталеразливочных ковшей
агрегатов «печь-ковш», выделим наиболее быстро и нерав-
номерно изнашиваемые зоны:
- шлаковый пояс и область, прилегающая к нему снизу;
- контакта футеровки с падающим из печи металлом (дни-
ще или нижняя часть стенки);
- то же, с быстро движущимися восходящими потоками
(при донной продувке инертным газом);
125
- область днища, непосредственно прилегающая к проду-
вочному узлу;
- продувочный узел и гнездовой блок.
На практике скорость износа вышеперечисленных зон
достаточно сильно различается и в несколько раз превышает
скорость износа основной футеровки ковша. Повышенный
(критический) износ одной из зон предполагает вывод ковша
из эксплуатации с целью локального ремонта футеровки или
ее полной замены. В последнем случае значительно увеличи-
вают удельные затраты на огнеупоры. Поэтому наиболее ра-
циональной схемой представляется футеровка ковша по
мультизональному принципу: использование более прочных
огнеупоров в зонах повышенного износа (например, проду-
вочного узла или шлакового пояса) и поддержание кратности
стойкости наиболее изнашиваемых зон к общему времени
эксплуатации футеровки ковша, что позволяет делать проме-
жуточные локальные ремонты футеровки в ходе эксплуата-
ции.
В основу выбора элементов футеровки ковшей для агре-
гатов «печь-ковш» могут быть положены два принципа
(рис.2.7):
- использование для футеровки ковша только кирпичных
изделий различной прочности и толщины (рис. 2.7, а);
- использование в рабочем слое наливных тиксотропных
масс, которые дают возможность осуществлять общий ре-
монт футеровки за счет ее многократной доливки (рис. 2.7,6).
Применение кирпичной футеровки рабочего слоя следует
считать традиционной и наиболее рациональной технологией
подготовки сталеразливочных ковшей к эксплуатации. В свя-
зи с тяжелыми условиями эксплуатации и высокими требова-
ниями к качеству металла кирпичная футеровка на основе
периклазографитовых изделий практически всегда рекомен-
довалась для агрегатов типа «печь-ковш». Основным недос-
татком такой футеровки было принято считать ее недоста-
точную стойкость, которая обычно связывалась с локальным
износом отдельных зон футеровки и необходимостью вывода
из эксплуатации всего ковша. Достигнутые в последнее деся-
126
Рисунок 2.7. Общая схема футеровки сталеразливочных
ковшей агрегатов «ковш-печь»:
а - кирпичная футеровка; б - наливная футеровка
стен и днища ковша; 1 -шлаковый пояс; 2 - налив-
ная футеровка стен ковша; 3 - продувочный узел;
4 - днище ковша наливное; 5 - днище ковша кир-
пичное; 6 - стакан сталевыпускного отверстия;
7 - теплоизоляционный слой; 8 - кирпичная футе-
ровка стен ковша (периклазографит или магнизи-
тосмолодоломит)
тилетие показатели эксплуатационной стойкости огнеупоров
на основе магнезита и доломита позволили значительно рас-
ширить возможности внепечной обработки в ковше как тех-
нологического приема повышения качества стали. Например,
в ЭСПЦ Оскольского электрометаллургического комбината
средняя стойкость футеровки стен и шлакового пояса стале-
разливочных ковшей (при условии вакуумирования части
стали методом DH) составляет около 70 плавок [122]. В прак-
тике металлургических заводов Западной Европы известны и
более высокие показатели.
127
Ведущие производители огнеупорных кирпичей (а их на-
считывается в мире более двух десятков) для сталеплавиль-
ной технологии располагают весьма широкими возможно-
стями для получения кирпичей с различными эксплуатаци-
онными параметрами, что позволяет реализовать принцип
равностойкости зон ковша. Этот принцип достигается как
варьированием номенклатуры (химический состав и механи-
ческие свойства) кирпича, так и заданием разной толщины
футеровки в зависимости от скорости износа. На практике
при выборе огнеупоров первоначально определяется (задает-
ся) стойкость наиболее изнашиваемых элементов, от которых
зависят эксплуатационные показатели работы ковша в целом.
Как показали исследования, к таким элементам относятся
шлаковый пояс и продувочный узел. В настоящее время
возможно и экономически целесообразно обеспечивать от-
ношение стойкости футеровки ковша к стойкости шлакового
пояса 2:1 или 1:1.
Аналогично подбираются огнеупоры для днища ковша.
Стойкость продувочного узла выбирается равной стойкости
днища или шлакового пояса. Преимущество таким образом
спроектированной кирпичной футеровки заключается в
уменьшении чувствительности футеровки к длительному
пребыванию в ней металла, снижении затрат на промежуточ-
ные ремонты, огнеупоры (использование изделий местных
производителей, меньше подверженных износу), повышении
качества стали и т.п. Выбор кирпичной футеровки для агре-
гатов типа «печь-ковш», видимо, следует рекомендовать для
ковшей групп 2, 3 и 4.
Метод наливных футеровок с использованием высоко-
глиноземистых тиксотропных масс получил распространение
в Западной Европе и Японии в последние два десятилетия
[123,124]. На первый взгляд, основными преимуществами
наливных футеровок являются высокая степень автоматиза-
ции процесса их изготовления и последующей подготовки
ковшей к эксплуатации, а также возможность периодическо-
го ремонта футеровки за счет ее подливки после каждых 40-
70 плавок. Однако использование ковшей с наливными футе-
725
ровками требует оснащения участка подготовки ковшей спе-
циальным оборудованием: смесителями для приготовления
наливной массы с выдачей материала и точным дозировани-
ем воды, шаблона для формирования внутренней поверхно-
сти футеровки, виброустановок для уплотнения бетона, спе-
циальных сушильных агрегатов для длительной (в течение
нескольких суток) термообработки футеровки по заданному
режиму, специального участка в цехе, в котором поддержи-
вается положительная температура в зимнее время и пр.
Сравнительно быстрый цикл изготовления футеровки
ковша (2...3 ч) не обеспечивает дальнейших преимуществ,
поскольку длительность периода «выдержка - сушка - разо-
грев ковша» составляет 4 сут. (и более). В этих условиях не-
гативным фактором следует считать невозможность опера-
тивного ввода ковша в эксплуатацию, так как персонал цеха
должен планировать вывод его из работы за 3...4 сут., что
при значительном износе футеровки сделать довольно слож-
но. Наличие эксплуатационного резерва по футеровке у ков-
ша, запланированного к выводу из эксплуатации, приводит к
альтернативе: или новый ковш продолжает стоять под разо-
гревом (дополнительные потери топлива), или приходится
выводить из эксплуатации старый ковш, который мог бы еще
работать (повышение удельного расхода огнеупоров). В ус-
ловиях мини-завода эта проблема становится актуальной, по-
скольку в обороте одновременно находится ограниченное
количество ковшей. Так, для мини-завода с годовым произ-
водством 0,6...1 млн. т стали необходимо иметь в обороте
8... 10 ковшей вместимостью 100 т.
С точки зрения технологии изготовления и эксплуатации
наливная футеровка имеет ряд весьма существенных особен-
ностей, которые следует учитывать при принятии решения об
ее использовании:
-обязательная специальная центровка шаблона относи-
тельно стенок ковша, которая достаточно часто является
крайне затруднительной и неэффективной из-за коробления
(эллиптичности) металлического кожуха ковша в ходе экс-
плуатации;
729
- необходимость равномерного прогрева всей поверхно-
сти футеровки во время ее сушки, что требует использования
специальных горелок и программного обеспечения для их
функционирования;
- возможность растрескивания футеровки и нарушения ее
сплошности на больших участках во время сушки и при пер-
вых наливах (вследствие внутренних напряжений и дефор-
мации ковша при транспортировке), что затрудняет визуаль-
ную оценку эксплуатационных возможностей футеровки;
-тщательная подготовка и ручная очистка футеровки от
шлака и металла во время ее промежуточного ремонта и до-
ливки новым слоем бетона; образование трещин в такой фу-
теровке становится более опасным из-за высокой вероятно-
сти расслоения бетона.
В определенной степени технологическую разнотолщин-
ность футеровки, ее растрескивание и повышенный локаль-
ный износ удается уменьшить при рациональном выборе
толщины футеровки. Минимально допустимая толщина мо-
нолитной футеровки обычно принимается равной 70...80 мм,
а минимально необходимая толщина подливаемого слоя -
60...70 мм. Следовательно, минимальная начальная толщина
монолитной футеровки может колебаться в пределах от 140
до 150 мм. Однако работу сталеразливочного ковша с такой
толщиной футеровки нельзя признать рациональным реше-
нием по таким соображениям:
• снижается конструкционная прочность ковша;
• повышается вероятность образования сквозных трещин
в футеровке вследствие низкой конструкционной прочности
ковша (деформация при транспортировке со сталью);
• возрастает температурная нагрузка на весь монолитный
слой при длительном нахождении в ковше жидкой стали;
• ужесточаются требования к равномерности износа фу-
теровки из-за малого интервала между допустимым износом
футеровки и минимальной толщиной подливаемого слоя.
Увеличение толщины футеровки свыше минимально до-
пустимой величины повышает надежность и стойкость мо-
нолитной футеровки, а также несколько снижает требования
130
к качеству наливной массы. Однако утолщение наливной фу-
теровки имеет свои ограничения, обусловленные заданной
вместимостью сталеразливочного ковша и удлинением срока
ее эксплуатации, что ужесточает общие требования к одно-
родности прочности материала по всей поверхности ковша.
Характерной особенностью большой группы бетонов,
используемых для наливки стенок и днища сталеразливоч-
ных ковшей, является значительное уменьшение (в 1,5...2
раза) прочностных свойств материала в диапазоне темпера-
тур 950...1100°С. Это означает, что в наливной части футе-
ровки склонны к разрушению, например, растрескиванию,
из-за недостаточной жесткости сталеразливочного ковша или
его несимметричной нагрузки. Исследования показали, что
пораженные трещинами зоны находятся на некотором удале-
нии от поверхности контакта футеровки с жидким металлом
(35...40 мм). Однако в процессе эксплуатации часто проис-
ходит отслоение больших кусков футеровки, что можно счи-
тать подтверждением наличия внутренних трещин. В мень-
шей степени подвергаются растрескиванию бетоны с высо-
ким содержанием оксида алюминия (более 90%).
Основные технологические свойства тиксотропного ко-
рундо-шпинельного бетона с экзотермическим эффектом:
-предельная температура применения, °C 1750
-гранулометрический состав, мм 0... 6
-тип связки - гидрохимический
-метод подготовки футеровки - вибрационный
-длительность периода сушки и нагрева
ковша (до t - 1000 °C), ч 50
-требуемая плотность материала, кг/дм3 2,8
-необходимое количество воды, л/100 кг 4... 5
-прочность на сжатие при температуре, Н/мм2
25 °C >25
110 °C >25
1000 °C ~50
1450 °C >90
131
-прочность на изгиб при температуре, Н/мм2:
25 °C ~6
110 °C 6
1000 °C ~7,5
1450 °C -9...10
-линейное изменение размеров при температуре, %:
1600 °C 0,17
1650 °C 0,10
-теплопроводность при температуре, Вт/(м.К):
200 °C, 2,85
600 °C 2,55
1000 °C 2,40
1000 °C 2,5...2,6
-химический состав, %:
А12О3 91
СаО 1
MgO 6
Fe2O3 <0,1
Сравнение некоторых эксплуатационных показателей
наливной футеровки стен ковша вместимостью 130 т при
разной толщине рабочего слоя (среднее время пребывания
металла в ковше от окончания выпуска до начала разливки
2,4...2,7 ч) приведено в табл. 2.3.
Скорость износа футеровки ковша имела следующие
значения, мм/плавку: бойкая зона стенки - 3,5...3,7; зона
контакта стенки с восходящими потоками - 2,2...2,5; зона
контакта стенки с нисходящими потоками - 2...2,4; осталь-
ные зоны стенки - 1,4... 1,6; бойная зона днища - 3,2...3,4;
зона расположения продувочного узла в днище - 4,5...4,7;
остальное днище - 2,6...2,8; зона восходящих потоков шла-
кового пояса - 5,5...5,9; зона нисходящих потоков шлакового
пояса - 4,9...5,1; остальные участки шлакового пояса по пе-
риметру (в области максимальной эрозии) - 3,1.. .3,3.
132
Таблица 2.3. Влияние толщины рабочего слоя футеровки
на ее эксплуатационные свойства
Исходная толщина футеров- ки стен, мм Минималь- но требуе- мая толщи- на подли- ваемого слоя, мм Величи- на допус- тимого износа футеров- ки, мм Допустимая величина не- равномерно- сти износа фу- теровки, мм Причины вывода ковша из эксплуа- тации (виды дефек- тов)
160 60 90 30 Длинные глубокие трещины и локаль- ный износ
180 60 ПО 50 Длинные глубокие трещины и локаль- ный износ
200 60 130 70 Сеткообразные тре- щины и локальный износ
230 60 160 100 Сеткообразные тре- щины и локальный износ
Как видно из приведенных данных, оптимальную тол-
щину стен монолитной футеровки можно принять от 180 до
200 мм. Однако и в этом случае целесообразно применение до-
полнительных мероприятий по горячему ремонту наиболее из-
нашиваемых частей футеровки, которые позволяли бы опера-
тивно корректировать локальный износ без охлаждения ковша.
Другим важным элементом футеровки сталеразливочно-
го ковша для агрегатов «печь-ковш» является зона шлакового
пояса, в которой, как известно, достаточно быстро изнаши-
ваются огнеупоры и часто это становится причиной вывода
ковша из эксплуатации.
Повышенный износ огнеупоров в зоне шлакового пояса
обычно связывают со следующими факторами:
• использованием активного синтетического рафинирующего
шлака с высоким содержанием извести и плавикового пшата;
• применением электродугового подогрева металла в ков-
ше, повышающего температуру шлака и его агрессивность;
• длительным нахождением футеровки в условиях контакта
со шлаком (до нескольких часов) при каждом наливе и тер-
моциклическим характером работы;
133
• интенсивным перемешиванием шлака из-за продувки ме-
талла аргоном.
На практике наибольшее распространение для зоны шла-
кового пояса получили периклазографитовые кирпичи с со-
держанием MgO > 95%. Как показала практика, высокую
стойкость шлакового пояса обеспечивает применение перик-
лазографитовых кирпичей с содержанием MgO > 97%; опре-
деленное влияние на стойкость оказывает также проведение
вакуумирования стали в ковше.
Характерные свойства периклазоуглеродистого кирпича
с высоким содержанием плавленого магнезита и с добавле-
нием комбинированных антиоксидантов и органической (по-
лимерной) связки:
-химический анализ, %:
MgO СаО SiO2 Fe2O3 А12Оз -остаточный углерод >97,5 <2 <0,5 <0,5 <0,2 >12
-физические свойства (при нормальной температуре):
кажущаяся плотность, г/см3 2,99
пористость открытая, % <5
прочность при комнатной температуре, Н/мм2 >25
-физические свойства (при температуре 1000°С):
кажущаяся плотность, г/см3 2,97
пористость открытая, % <8
прочность при комнатной температуре, Н/мм2 >30
-термическое расширение, % 1,1
-теплопроводность (при температуре 1000°С), Вт/мК 7
-теплоемкость (в диапазоне температур
от 20 до 1000 °C), кДж/кгК 1,38
134
При рациональной эксплуатации ковша стойкость шла-
кового пояса может составить 50-70 плавок и более, а согла-
сование стойкости стен ковша и шлакового пояса обычно
достигается путем регламентирования марки кирпича и тол-
щины футеровки шлакового пояса. Наиболее предпочтитель-
ные варианты: принять равную стойкость шлакового пояса и
стен ковша (преимущественно для ковшей с кирпичной фу-
теровкой), или использовать два шлаковых пояса для одного
цикла эксплуатации футеровки стен (желательно монолитные
бетонные футеровки).
Функционально важным и аварийно опасным местом яв-
ляется футеровка днища ковша, которая интенсивно размы-
вается в месте контакта с падающей при выпуске струей ста-
ли. Кроме того, футеровка днища ковша всегда ослаблена
конструктивно в местах установки продувочных узлов и ста-
левыпускных стаканов. Отверстий может быть от 2 до 4 шт.,
каждое из них оформляется специальным набором керамиче-
ских изделий, которые имеют свою скорость изнашивания и
свои коэффициенты линейного расширения материала. В ус-
ловиях различных температурных деформаций отдельных
элементов футеровки днища это приводит к неравномерности
распределения внутренних напряжений и повышает вероят-
ность появления трещин и разрушений футеровки днища на
всем протяжении времени эксплуатации.
В большинстве случаев стойкость футеровки днища
значительно ниже, чем футеровки стенок ковшей даже при
использовании специальных утолщений из более прочных
материалов. Достаточно часто стойкость днища ковша
принимают равной стойкости футеровки шлакового пояса,
чтобы осуществить одновременно их промежуточный ре-
монт.
При конструировании, задавая эксплуатационную стой-
кость днищу ковша, необходимо принимать во внимание
стойкость продувочного узла. Их величины должны быть эк-
вивалентными. Кроме того, следует учитывать возможность
повышенного износа футеровки днища в области расположе-
135
ния пробки, который объясняется турбулизацией потоков
стали в области инжектирования газа в металле, а также ди-
намическими процессами, сопровождающими отрыв пузырь-
ков газа от поверхности пробки. Традиционно это место при-
нято усиливать более прочными материалами (специальный
огнеупорный кирпич и гнездовой блок).
В монолитном бетонном днище 130-тонного ковша с
целью снижения затрат гнездовые участки для установки
продувочного блока и стакана выпускного отверстия
оформляют из материала днища с использованием специ-
альных шаблонов.
Исследования показали, что положительный эффект дос-
тигается только в случае применения для этого бетонов с вы-
сокой механической прочностью, иначе разрушения футе-
ровки в зоне установки пробки и сталевыпускного стакана
могут быть очень большими, и потребуют проведения специ-
ального профилактического ремонта с дополнительной под-
ливкой днища. Следовательно, при использовании монолит-
ной футеровки днища ковша дополнительно следует согласо-
вывать его эксплуатационные свойства со стойкостью проду-
вочного узла.
Итак, для повышения эффективности службы футе-
ровки ковша целесообразно гармонизировать работу наи-
более изнашиваемых элементов, что обеспечит возмож-
ность организации локальных ремонтов. Для агрегатов
«печь-ковш» групп 1 и 5 рационально, с точки зрения
удельных затрат, принимать равными стойкости днища и
продувочного узла, а стойкость футеровки стен и шлаково-
го пояса в два раза больше. Условия работы шлакового
пояса групп 2-4 оказываются более тяжелыми, поэтому
можно рекомендовать равные стойкости днища,
продувочного узла и шлакового пояса при двух- или
трехкратной стойкости футеровки стен ковша.
136
2.6. КОМПЛЕКС ВНЕПЕЧНОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ
НОВОКРАМАТОРСКОГО МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ЗАВОДА
Сталеплавильный цех АО «НКМЗ» предназначен для
производства качественных кузнечных слитков массой от не-
скольких тонн до 90 т. Для получения крупных кузнечных
слитков в цеху предусмотрена операция «сбора» металла из
нескольких плавильных агрегатов. В целях коренного повы-
шения качества стали, экономного использования легирую-
щих материалов, снижения энергозатрат на АО НКМЗ был
реконструирован участок внепечной обработки жидкой стали
в металлургического цеха с установкой агрегата «печь-ковш»,
который был пущен в эксплуатацию в конце 1997 г. [125].
Общий вид установки «ковш-печь» АО НКМЗ показан на
рис.2.6.
Основные функциональные элементы установки «ковш-
печь»:
- самоходный сталевоз с системой взвешивания металла;
- охлаждаемый водой свод с приводом поднимания-
опускания;
электродержатели с приводами перемещения;
портал с системой направляющих роликов;
вторичный токоподвод (короткая сеть);
трансформатор;
регулятор мощности;
система удаления газа и очистки;
устройство для подачи порошковой проволоки (трайб-
аппарат);
- установки для вдувания в металл порошкообразных мате-
риалов (извести и коксика);
- бункеры для шлакообразователей, раскислителей и леги-
рующих добавок с системой взвешивания и дозирования;
- устройство для продувки металла инертным газом;
- АСУ ТП внепечной обработки.
Кроме приведенных элементов бесперебойной и продук-
тивной работы агрегата «ковш-печь» проектом предусмотре-
ны дополнительно:
137
- высоковольтное оборудование;
- участок подготовки сыпучих материалов;
- аргонная рампа и аргонопровод с постами на разливоч-
ных площадках;
- помещение водоподготовки и насосная станция подачи
очищенной воды для охлаждения контуров установки;
- стенды для футеровки, сушки и разогревания сталеразли-
вочных ковшей (газовые форсунки новой конструкции - низ-
кого давления с малым расходом природного газа);
- шиберные затворы и гидростанции к ним (шиберные за-
творы новой конструкции производства АО «НКМЗ» с повы-
шенным эксплуатационным ресурсом).
При создании участка «ковш-печь» были использованы
существующие строительные конструкции и сооружения
мартеновского цеха, вспомогательное и подъемно-
транспортное оборудование, а также инфраструктура обслу-
живания объектов цеха.
Состав оборудования и его размещение обеспечивают оп-
тимальный технологический поток с сохранением сложив-
шихся технологических и транспортных связей, а также ра-
циональное применение производственных площадей. В ре-
зультате коренной переработки узлов-аналогов и адаптации
их к заводским условиям получилась совершенно новая мно-
гофункциональная, компактная и удобная в обслуживании
установка:
основные технические данные установки:
вместимость стальковшей, т 30, 60, 90
диаметр электродов, мм 350
диаметр распада электродов, мм 650
скорость нагревания металла, град/мин. 3,5
трансформатор ЭТЦНК-25000/10, шт. 1
максимальная мощность, MBA 18
первичное напряжение (В.Н.), В 10000
вторичное напряжение (Н.Н.), В 318
номинальный ток (Н.Н.), А 32632
частота питающей сети, Гц 50
число фаз, шт. 3
138
сталевоз, шт. 1
грузоподъемность, т 130
ширина колеи, мм 3600
скорость перемещения, м/с 0,45
рабочий ход, мм 8000
охлаждаемый водой свод, шт. 1
давление охлаждающей воды, Мпа 0,4...0,6
скорость охлаждающей воды, м/с 2
расход охлаждающей воды, м3/час 150
охлаждаемая водой крышка, шт. 1
количество контуров охлаждения крышки, шт. 5
зонт вытяжной, шт. 1
количество контуров охлаждения зонта, шт. 2
воронка приемная, шт. 1
диаметр приемного отверстия, мм 450
диаметр проходного отверстия, мм 250
пневмоцилиндр заслонки, шт. 1
диаметр поршня, мм 100
диаметр штока, мм 25
ход поршня, мм 320
рабочее давление, МПа 0,4
дверцы смотрового окна, шт. 1
угол поворота дверц, град 140
охлаждаемый водой пневмоцилиндр, шт. 1
диаметр поршня, мм 200
диаметр штока, мм 40
ход поршня, мм 280
рабочее давление, МПа 0,4
конструкция подъемно-несущая, шт. 1
гидроцилиндр поднимания электродержаков, шт. 3
диаметр плунжера, мм 100
ход плунжера, мм 2300
скорость перемещения, мм/с 80
рабочее давление, МПа 16
гидроцилиндр подъема крышки,
охлаждаемой водой, шт. 1
диаметр плунжера, мм 150
139
ход плунжера, мм 400
скорость перемещения, мм/с 40
рабочее давление, МПа 16
система подачи сыпучих материалов
и ферросплавов, шт. 1
размер фракции, мм до 30
темп подачи материалов, кг/мин 100.. .200
бункер расходный, шт. 10
объем бункера, м3 3
дозатор весовой, шт. 10
объем бункера, м3 0,1
бункер-накопитель, шт. 1
объем бункера, м3 0,3
тележка, шт. 2
скорость перемещения. М/с 0.37
бункер поворотный, шт. 2
объем бункера, м3 0,16
время поворота бункера на 90°, с 6
устройство подъемное (скиповое), шт. 1
скорость перемещения тележки, м/с 0,5
трайбаппарат для порошковой проволоки, шт. 1
диаметр подаваемой проволоки, мм 9.5... 16
максимальная скорость подачи проволоки., м/с 8.5
Параметры технического уровня качества жидкой стали
для внедрения комплекса внепечной обработки приведены в
табл. 2.4.
От известных установок, применяемых на металлургиче-
ских заводах, установка АО «НКМЗ» отличается тем, что на
ней применены три типоразмера сталеразливочных ковшей -
30-т, 60-т и 90-т. Вместимость ковшей выбрана с учетом произ-
водства жидкой стали для ковочных слитков и фасонного ли-
тья. Все ковши спроектированы и установлены под одну уста-
новку, т.е. под общий сталевоз и охлаждаемый водой свод. По-
следний впервые рассчитан, спроектирован и изготовлен в ус-
ловиях завода. Свод представляет собой замкнутую систему
охлаждаемых контуров с развернутой длиной более 100 м кон-
740
струкции типа «труба к трубе». Все подводные и сливные тру-
бопроводы отдельных контуров объединяются в коллектор.
Свод перемещается подъемным механизмом портального типа.
Таблица 2.4. Параметры технического уровня качества
жидкой стали
Наименование Показатели % сни- жения
Ведущих фирм Базовые Достигну- тые
Содержание серы в стали, ppm 50-100 150-200 70 65
Неметаллических включений 50-100 200 До 100 50
Перепад температуры ме- талла в ковше, С 5-10 50-60 5 92
Отклонение химической неоднородности в ковше, % 3-5 10 5 50
Удельный расход электроэнергии, кВТч/т 450-500 930 769 15
Удельный расход, кг/т
мазута - 179 152 15
газа - 93.2 79.2 15
чугуна - 457 372 19
огнеупоров - 20,26 2,13 84
Система водоохлаждения установки «печь-ковш» состоит
из двух замкнутых циклов внутренних контуров оборотного
водоснабжения химически очищенной воды и открытого кон-
тура для охлаждения воды внутренних замкнутых циклов.
Охлаждается токоподводящая система, свод и системы
трансформатора.
141
На установке применен печной трансформатор ЭТЦНКВ-
25000/10. Электрическая энергия для процесса горения
дуг подводится тремя графитовыми электродами диаметром
350 мм. Диаметр распада электродов - 650 мм.
Для ускорения металлургических реакций, переноса теп-
ла и выравнивания температуры стали, отделения неметалли-
ческих включений в шлаке предусмотрено перемешивание
жидкой стали аргоном при помощи одной-двух пористых
пробок, установленных в днище сталеразливочных ковшей.
Поскольку ковш практически стал, в основном, техноло-
гическим элементом, в котором выполняется большое коли-
чество металлургических операций на протяжении достаточ-
но длительного времени и с интенсивным перемешиванием
аргоном, возник вопрос о внедрении новых огнеупорных ма-
териалов и технологий непрерывного процесса футерования
ковшей (наливная футеровка), для обеспечения высокой
стойкости и минимального износа последней.
На ковшах установки «ковш-печь» АО «НКМЗ» приме-
нены современные тиксотропные массы, созданные специ-
ально для непрерывного процесса футеровки, которые при
эксплуатации стекаются на небольшую глубину и не подвер-
гаются фильтрации шлака и стали (это обеспечивает мини-
мальный расход футеровки при ее чистке) и легко соединя-
ются с заново наносимым раствором без каких-либо расслое-
ний. Футеровка проводится по шаблону, кампания ее экс-
плуатации составляет до 600 плавок с промежуточными ре-
монтами (таблица 2.5).
Ниже приведены данные по смешанной футеровке стале-
разливочных ковшей с шиберным затвором.
Фактические затраты на приведение в порядок комплек-
са оказались ниже, чем было бы затрачено на импортную
технику.
Таким образом, впервые для отечественной практики
удалось разрешить несколько производственных задач одно-
временно.
Во-первых, улучшить качество собственной продукции и
соответственно снизить затраты на ее изготовление.
142
Таблица 2.5. Показатели работы футеровки
Показатель Вместимость ковша, т
30 90
Количество проведенных плавок 26 33
Среднее «горячее» время (обработка + разливка), ч 2,21 3,45
«Горячие» простои ковша между плавками, ч/плавку 56 37,4
«Холодные» простои ковша между плавками, ч/плавку 25,7 0,73
Среднее время обработки металла в ковше, ч 1,34 2,1
Скорость износа тиксотропной массы футеровки, мм/плавку 1,3 2,4
Скорость износа шлакового пояса (пе- риклазоуглеродного кирпича), мм/плавку 3,5 2,9
Во-вторых, расширить возможности металлургической
базы, вследствие чего стало реальным принимать заказы, от
которых еще недавно по технологическим причинам завод
отказывался.
В-третьих, разработанный инжиниринг и работающая
«ковш-печь» служит действующим образцом для потенци-
альных заказчиков, которые испытывают необходимость в
таких или подобных установках. АО «НКМЗ» готово в соот-
ветствии с условиями заказчиков осуществлять комплексную
поставку установок «ковш-печь», гарантирует их работоспо-
собность и качество выпускаемой на них продукции.
В-четвертых, внедрение комплекса послужило для заво-
дских специалистов всех уровней отличным тренингом по
интенсивному освоению сложных технологий и параллель-
ному ведению всего комплекса работ.
Для обеспечения высокой степени рафинирования стали в
условиях металлургического цеха АО НКМЗ предусмотрен
комплекс современного оборудования и технологий для ва-
куумирования металла:
143
- вакуумирование стали в струе при разливке слитков в ва-
куумных камерах;
- продувка кислородом металла в ковше (поддержка глубо-
ким вакуумом) при изготовлении низкоуглеродистых не-
ржавеющих сталей;
- вакуумирование стали в ковше, помещенном в вакуум-
камеру.
Оборудование для глубокого вакуумирования стали соз-
дано на базе пароэжекторного насоса конструкции ЗАО
«НКМЗ». Он состоит из основного насоса и пускового блока.
Основной насос включает четыре последовательно соединен-
ные патрубками пароструйные эжекторные ступени с конден-
саторами смешивания, установленными за эжекторами II и III
ступеней. Пусковой блок состоит из одной эжекторной сту-
пени и подключается параллельно эжектору Ш ступени осно-
вного насоса. Эжекторы рассчитаны и установлены таким об-
разом, что выпускное давление предыдущей ступени соответ-
ствует входному давлению последующей.
Выхлоп парогазовой смеси из насоса осуществляется в
герметический барометрический колодец, а из него газы вы-
водятся на крышу цеха с помощью вентилятора. За счет ба-
рометрической высоты, на которой размещены эжекторы, не
происходит прорыва атмосферного давления в середину на-
соса при выключении ступеней.
Принцип работы насоса строится на последовательной
работе ступеней (эжекторов), что позволяет осуществлять от-
качивание от атмосферного давления до необходимого рабо-
чего давления. Распределение степеней сжатия между ступе-
нями и их производительность таковы, что насос обеспечива-
ет необходимую для ведения процесса вакуумирования про-
изводительность при давлении от 0,5 мм рт. ст. до атмосфер-
ного.
Для уменьшения расхода рабочего пара на III и IV ступе-
нях установлены промежуточные конденсаторы отработанно-
го пара.
144
Техническая характеристика пароэжекторного насоса:
- Рабочее давление на входе в основной насос, Па 0,5
- Рабочее давление на входе в пусковой насос, Па 150
- Давление (абс.) на выходе из насоса, Па 815
- Производительность основного насоса по сухому
воздуху при рабочем давлении на входе, кг/ч 300
- Производительность пускового насоса по сухому
воздуху при рабочем давлении на входе, кг/ч 1500
- Расход:
рабочего пара на основной насос
при номинальном давлении, кг/ч 5900
охлаждающей воды при номинальном
давлении рабочего пара, м3/ч 640
охлаждающей воды на конденсатор Dy 1800
при номинальном давлении рабочего пара, м3/ч 400
- Необходимые параметры энергоносителей:
1. Рабочий пар на входе в ступени насоса:
давление (абс.), кг/с/см2 10
температура, °C 200... 220
2. Охлаждающая вода на входе в конденсаторы:
давление (с превышением) мин., кг/с/см2 1
температура, °C не более 30
3. Сжатый воздух в коллекторе:
давление (с превышением) мин, кг/с/см2 4
осушенный до температуры точки росы, °C 40
- Варианты вакуумной разливки стали:
двойное вакуумирование;
вакуумирование при разливке в струе;
вакуумирование в ковше (VD-процесс).
Двойному вакуумированию (вакуумирование металла в
ковше с последующей разливкой в вакууме) подвергаются
стали особо ответственного назначения для получения в ус-
ловиях металлургического производства минимально воз-
можного содержания газов и неметаллических включений. В
ходе поэтапного двойного вакуумирования при каждой опе-
рации контакта жидкой стали с рабочим вакуумом удаляется
145
значительная часть растворенных газов и НВ. Двойное ва-
куумирование проходит сталь для турбинных изделий, рото-
ров, валов ответственного назначения. Масса отливаемых
слитков - от 21 до 78 т. Достигаемое содержание газов, ppm: -
кислород - 25...35; водород - 1,5... 1,8; азот - 35...40.
Наиболее экономичный способ вакуумной обработки,
дающий возможность получать конструкционные стали с
приемлемым содержанием газов и неметаллических включе-
ний, - это разливка металла в вакууме. Указанный способ ва-
куумирования повышает стойкость футеровки ковшей, со-
кращает величину необходимого перегрева стали, что снижа-
ет себестоимость продукции.
По данной схеме производится вакуумная обработка уг-
леродистых и конструкционных сталей. Масса отливаемых
слитков - от 21 до 170 т. Достигаемое содержание газов, ppm:
кислород-40...45; водород - 1,8...2,2; азот - 45...50.
При разливке мелких кузнечных и прессовых слитков,
геометрические размеры которых не позволяют производить
разливку стали в вакуумных камерах, для повышения ее каче-
ства используется процесс вакуумирования металла в ковше
(VD-процесс). Перемешивание металла по ходу вакуумирова-
ния аргоном увеличивает скорость выделения газов и НВ из
обрабатываемой стали. Обработка стали по схеме VD снижа-
ет содержание газов и неметаллических включений, но, не-
смотря на это, разливка проводится на воздухе. Масса отли-
ваемых слитков - от 4 до 19 т. Достигаемое содержание газов,
ppm: кислород - 40...45; водород - 2...2,5 (с последующей
разливкой на воздухе); азот - 45.. .50.
Таким образом, специалисты АО НКМЗ, выполнив па-
раллельное проектирование, изготовление, монтаж и пуск в
строй узлов оборудования комплекса внепечной обработки в
работающем цехе, затратили от идеи до ее воплощения менее
полутора лет. Фактические затраты на ввод комплекса в строй
оказались почти в три раза меньше, чем завод потратил бы на
аналогичную импортную технику.
Созданное на АО «НКМЗ» уникальное оборудование
внепечной обработки позволило:
146
- выйти на мировой уровень показателей качества стали;
- привлечь новых заказчиков как на высококачественную
продукцию, так и на оборудование;
- снизить металлоемкость выпускаемого оборудования за
счет увеличения прочностных характеристик сталей;
- уменьшить себестоимость производства стали и продук-
ции из нее.
2.7.ОПТИМИЗАЦИЯ УСЛОВИЙ РАБОТЫ УСТАНОВКИ
«ПЕЧЬ-КОВШ» С МАЛЫМ ОБЪЕМОМ КОВША
Особое место в металлургии занимают мини-заводы ма-
лой мощности, так называемые микро-заводы, специализи-
рующиеся на определенном (фиксированном) рынке метал-
лопродукции высокого качества. Для таких заводов проблема
сокращения издержек производства имеет свою специфику,
которая заключается в необходимости согласования работы
основных технологических агрегатов «электродуговая печь» -
«печь-ковш» - «машина непрерывной разливки» при доста-
точно низком объеме годовой производительности.
Характерным примером микро-завода является дочернее
предприятие «Завод утяжеленных и ведущих бурильных
труб» (УбиВТ) Сумского научно-производственного машино-
строительного объединения с номинальным годовым объе-
мом производства около 100 тыс. т стали [126]. Он изготав-
ливает восемь типов (177 типоразмеров) бурильных и веду-
щих труб из низколегированной стали, занимая примерно
50% мирового рынка. Завод включает два гибких автоматизи-
рованных производства - металлургическое и механообраба-
тывающее. Существующая технологическая схема позволяет с
минимальными потерями рабочего времени переходить от про-
изводства одного типа труб к другому. Качество продукции за-
вода соответствует лучшим мировым стандартам и подтвер-
ждено сертификатом Американского нефтяного института.
Сталеплавильный цех состоит из отделения подготовки
металлолома, сталеплавильного участка (две трехфазные ду-
147
говые сталеплавильные печи номинальной вместимостью 18т
каждая), установки для внепечной обработки стали типа
«ковш-печь» (ASEA-SKF), установки вакуумно-кислородного
обезуглероживания (VOD), машины для непрерывной раз-
ливки стали на блюмы сечением от 190x190 мм до 650x650
мм, участка сифонной разливки стали в слитки и пр.
Определенного сокращения издержек на производство 1 т
стали удается достигнуть при согласованной работе дуговых
сталеплавильных печей и МНЛЗ, что во многом определяется
стабильной и эффективной работой установки «печь-ковш».
Она состоит из трех постов, соединенных между собой пере-
движной тележкой. На первом посту при помощи машины
для скачивания шлака удаляется печной шлак из ковша, на
втором выполняется наведение синтетического высокооснов-
ного шлака, подогрев стали и добавка ферросплавов, на
третьем - вакуумирование жидкой стали (до содержания во-
дорода не более 2 рр). Фактический цикл обработки стали на
установке «печь-ковш» составляет обычно 100-110 мин. и
предопределяется условиями разливки стали на МНЛЗ длин-
ными сериями.
Эксплуатация установки «печь-ковш» имеет ряд харак-
терных особенностей, обусловленных, прежде всего, доста-
точно небольшим объемом металла в ковше, что позволяет
эффективно перемешивать расплав различными методами. В
качестве базовых методов на практике используется переме-
шивание с помощью электромагнитного поля, или продувка
металла аргоном через донный продувочный блок. Как видно
на рис.2.8, общая картина развития конвективных потоков
для этих методов имеет принципиальные отличия, заклю-
чающиеся в различном расположении зон с наиболее интен-
сивным перемешиванием металла в ковше, что позволяет со-
ответствующим образом скорректировать процесс внепечной
обработки в целом.
Оценка времени перемешивания металла в ковше, вы-
полненная введением в расплав фиксированного количества
(500 кг) ферроникеля ФН-5 (30% Ni) и определения времени
выравнивания концентрации никеля в объеме ковша, показа-
745
ла, что для широкого диапазона изменения величины мощно-
сти перемешивания (100...600Вт/т) интенсивность электро-
магнитного перемешивания примерно на 20...30% ниже, чем
при продувке металла газом. Это, видимо, следует связывать
с тем, что при продувке аргоном в зону активного принуди-
тельного перемешивания вовлекаются значительно большие
объемы металла. Кроме того, при выходе пузырьков газа из
жидкой ванны в атмосферу интенсифицируется перемешива-
ние верхних слоев металла в ковше (см. рис.2.8).
а б
Рис.2.8. Схема перемещения потоков металла при про-
дувке газом (а) и при электромагнитном переме-
шивании (б)
В технологическом плане интенсификация перемешива-
ния металла в зоне, непосредственно прилегающей к шлаку,
имеет большое значение. Это в первую очередь относится к
эффективности десульфурации стали синтетическим шлаком.
В промышленных условиях ЭСПЦ ДП «УБиВТ» выполнена
серия экспериментов по оценке эффективности удаления се-
149
ры различными методами. Для обработки использовался
шлак следующего химического состава: 50...60% СаО;
10...15% SiO2; 6...8% MgO; 15...20% Al2O3; FeO < 1,5%.
Сравнение полученных данных показано на рис.2.9.
/циныт
Рис.2.9. Динамика десульфурации стали синтетическим шла-
ком при электромагнитном перемешивании в ковше (1);
в процессе вакуумирования (2); при продувке аргоном (3)
Обобщая результаты, отметим: эффективность процесса
десульфурации в значительной степени зависит от интенсив-
ности перемешивания металла и шлака, что в наилучшей сте-
пени достигается при продувке жидкой ванны газом. Причем
продувка производится под нагревательным сводом с незна-
чительным оголением зеркала, что предупреждает вторичное
окисление стали. По сути, применение только электромаг-
нитного перемешивания (кривая 1) не может обеспечить бы-
строго и эффективного удаления серы из металла. Электро-
магнитное перемешивание в процессе вакуумирования су-
щественно повышает степень десульфурации стали при про-
чих равных условиях. Это следует связывать с дополнитель-
150
ним перемешиванием металла со шлаком в ходе интенсивно-
го всплытия пузырьков СО. Дополнительной продувки ме-
талла инертным газом не требуется, что исключает установку
продувочного блока в днище ковша. В то же время продувка
металла инертным газом при отсутствии вакуумной обработ-
ки заметно повышает скорость удаления серы, что позволяет
рекомендовать такую технологию для сталей, которые не
подвергаются вакуумированию.
Таблица 2.6. Сравнение технологических эффектов от
применения методов электромагнитного перемешивания
и продувки металла аргоном через пористый блок
Технологичес- кий признак Электромагнитное перемешивание Продувка металла инертным газом
Характеристика фазового состава жидкой ванны Жидкая ванна представле- на одной фазой - расплав- ленным металлом Жидкая ванна представлена двумя фазами: расплавленный металл и вдуваемый газ
Взаимодействие со шлаком Шлак в жидкую ванну ме- талла практически не во- влекается Шлак вовлекается в перемеши- вание достаточно активно (в зависимости от интенсивности продувки)
Характеристика принудитель- ных конвектив- ных потоков Потоки носят установив- шийся характер, имея мак- симальную скорость вбли- зи стенки ковша со сторо- ны индуктора Конвективные потоки развива- ются в соответствии с пред- ставлениями о всплывающем вверх газометаллическом стол- бе; развитие конвективных по- токов характеризуется высокой турбулентностью
Интенсивность перемешивания Достаточно высокая, но в жидкой ванне имеются за- стойные зоны (с низкой скоростью движения пото- ков) Интенсивность перемешивания примерно на 20..30% выше (при тех же энергетических парамет- рах), чем при электромагнит- ном; в перемешивание вовлека- ется практически весь объем жидкой ванны
Вторичное окис- ление стали В ходе электромагнитного перемешивания металла практически не наблюдается Достаточно высокое в силу ого- ления части зеркала металла в процессе продувки
Влияние на из- нос огнеупоров Значительно усиливает из- нос стенки ковша в зоне расположения индуктора Усиливает износ стенки ковша со стороны установки проду- вочного узла, способствует из- носу шлакового пояса в зоне выхода пузырьков газа
151
Сопоставительный анализ феноменологических различий
между методом электромагнитного перемешивания и мето-
дом продувки металла аргоном через пористый блок приве-
дены в табл.2.6.
Одним из наиболее важных факторов, обеспечивающих
высокие функциональные возможности агрегатов «печь-
ковш» является высокая стойкость футеровки ковша.
На практике установлено, что скорость износа различных
зон ковша значительно отличается и в несколько раз превы-
шает износ основной поверхности футеровки ковша
(табл.2.7). Повышенный (критический) износ одной из зон
предполагает вывод ковша из эксплуатации с целью локаль-
ного ремонта футеровки или ее полной замены.
Таблица 2.7. Примерная скорость изнашивания
огнеупоров в различных зонах сталеразливочных ковшей
агрегата «печь-ковш» (мм/плавку)
Зона повышенного из- носа Электромагнитное перемешивание и вакуумирование Продувка арго- ном и вакууми- рование Продувка аргоном
Шлаковый пояс 3...3,5 3,5...4 2,5...3
Стенка ковша в месте контакта с максимально высокими по скорости конвективными потоками 2,5...3 2,5...3 2,5...3
Стенка ковша в осталь- ных зонах 1,5...2 1,5...2,5 1,5...2,5
Днище ковша 1,5...2 2...2,5 2...2,5
Продувочный узел ___ 5...6 5...6
Гнездовой блок (стой- кость в плавках до заме- ны) 20...23 22...25 22...25
Наиболее рациональной является футеровка ковша по
мультизональному принципу: использование более прочных
огнеупоров в зонах повышенного износа и обеспечение крат-
ной общему времени эксплуатации периодичности замены
наиболее изнашивающихся элементов (например, продувоч-
ного узла или шлакового пояса). На рис.2.10 показана харак-
152
терная схема футеровки ковша (для электромагнитного пере-
мешивания) по принципу обеспечения равностойкости всего
рабочего слоя.
Рис.2.10. Схема футеровки сталеразливочного ковша агрегата
«печь-ковш» для ЭСПЦДП «УБиВТ»
Зону шлакового пояса (I), стенки (II) и днища (ПГ) ковша
рекомендуется выполнять из высококачественного перикла-
зоутлеродистого термообработанного кирпича с добавлением
антиоксидантов и органической (полимерной) связки. Такие
высокие требования к огнеупорам в шлаковом поясе обуслов-
лены, прежде всего, тем, что в ковшах небольшой вместимо-
сти электроды при подогреве металла расположены очень
близко к стенкам ковша. Это существенно повышает скорость
разрушения огнеупоров по сравнению с ковшами большой
вместимости (и диаметра).
153
Альтернативным вариантом для стенок и днища может
быть применение более дешевых смолодоломитовых кирпи-
чей (MgO = 45%; СаО = 53%; SiO2< 1,0%; Fe2O3 < 0,8%; оста-
точный углерод 7,7%), однако в этом случае ужесточается
контроль за температурой футеровки в процессе эксплуата-
ции ковша, которая не должна опускаться ниже 900°С. Кроме
того, при использовании смолодоломитовых огнеупоров обя-
зательно нужно исключить их контакт с влагой как в период
хранения и транспортировки, так и в процессе кладки.
В целом рассмотренная схема футеровки обеспечивает
работу ковша на уровне 28-30 плавок в зависимости от ма-
рочного состава сталей при минимальной остаточной толщи-
не рабочего слоя ~ 50 мм.
Выполненные исследования подтверждают, что удельные
затраты на огнеупоры для сталеразливочных ковшей агрега-
тов «печь-ковш» малых объемов можно снизить, если обес-
печить рациональную конструкцию огнеупорной футеровки
на базе принципа равностойкости. При этом удельные затра-
ты на огнеупоры могут быть сокращены на 30...40%. Исполь-
зование электромагнитного перемешивания повышает стой-
кость футеровки, поскольку скорости потоков металла в
верхних его слоях и шлаковой зоне значительно ниже, чем
при продувке аргоном. Одновременно уменьшаются затраты
на огнеупоры (на 1... 1,5 долл./1т), так как исключается про-
дувочный узел.
В дальнейшем развитие концепции гармонизации работы
футеровки ковшей для агрегатов «печь-ковш» целесообразно
реализовать посредством принципа кратности стойкости раз-
личных зон футеровки. Например, в условиях ДП «УБиВТ»
для футеровки стен и днища ковша были использованы алю-
мопериклазошпинелидные термообработанные кирпичи, стой-
кость которых составила в среднем 49-51 плавку. Выбор этих
изделий объясняется их способностью достаточно хорошо ра-
ботать в условиях теплосмен. После 24-25 плавок производи-
лась технологическая замена шлакового пояса, выполненного
из высококачественного периклазоуглеро-дистого термообра-
ботанного кирпича, и гнездового блока. Удельные затраты на
огнеупоры удалось сократить примерно на 15.. .18%.
154
2.8.ЭФФЕКТИВНОСТБ МЕТОДОВ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ОТСЕЧКИ
ШЛАКА ПРИ СЛИВЕ МЕТАЛЛА ИЗ КОНВЕРТЕРА
Одной из важных технологических операций, повышаю-
щих качество производимой металлопродукции, является обна-
ружение и отсечка шлака в ходе технологического перелива
металла из конвертера в ковш. По оценкам различных исследо-
вателей, количество попадающего в ковш шлака во время вы-
пуска стали из конвертера распределяется следующим образом:
15...20% - в начале выпуска, 65...70% - в конце, 15...20% - во
время возврата конвертера в рабочее положение.
В большинстве случаев шлак в струе металла обнару-
живает визуально оператор, контролирующий процесс. На-
пример, при переливе металла из конвертера в сталь-ковш
оператор, управляющий сливом, по изменению цвета струи,
а также шума, создаваемого ею, судит о проникновении
шлака и поворачивает конвертер в исходное, вертикальное
положение. Результат в данном случае зависит от квалифи-
кации оператора, и зачастую условия процесса (состав шла-
ка и др.) не позволяют точно определить момент проникно-
вения шлака даже опытному оператору.
Существует несколько методов автоматического кон-
троля за проникновением шлака в струю металла. Наиболее
широко распространены электромагнитный, вибрационный
и инфракрасный метод.
Электромагнитный метод предполагает установку в
зоне струи металла чувствительного элемента, состоящего
из одной или нескольких обмоток. Обмотка возбуждения
создает электромагнитное поле. Изменения в струе металла,
связанные с проникновением шлака, вызывают изменения
параметров поля, которые фиксируются измерительной об-
моткой. Основной недостаток данного метода - необходи-
мость располагать чувствительный элемент в горячей зоне
(особенно в конвертере), что предопределяет специальные
требования. В настоящее время эта проблема решена благо-
даря применению специальных жаропрочных материалов,
которые, однако, существенно увеличивают стоимость обо-
рудования.
155
Вибрационный метод основан на измерении уровня
вибраций, которые возникают при течении струи металла.
Чувствительный элемент устанавливается на манипулятор
разливочного стакана. Этот метод применяется в основном
при сливе металла из стальковша в промковш. Тем не менее,
из-за влияния различных вибрационных помех и высоких
гармоник, надежность его невысока.
Инфракрасный метод можно использовать лишь при
открытом течении струи (как в конвертере). Чувствитель-
ная камера воспринимает излучение струи в инфракрасном
волновом диапазоне. По его изменению можно судить о
проникновении в струю шлака. Измерения по такому методу
требовательны к чистоте воздушного пространства между
камерой и струей металла, что довольно трудно обеспечить.
В большинстве случаев электромагнитный метод обна-
ружения шлака является наиболее эффективным и поэтому
наиболее часто применяется на практике. Основные пре-
имущества электромагнитного метода заключаются в сле-
дующем:
• высокая точность и быстродействие измерений;
• независимость измерений от акустических и визуаль-
ных помех;
• работа как при открытой, так и при закрытой разливоч-
ной трубе струи металла.
И все же этот метод не лишен определенных недостат-
ков, сущность которых сводится к сравнительно низкой чув-
ствительности индуктора, что предполагает отдачу сигнала
на ранней стадии появления шлака. Это обусловливает до-
полнительные потери металла. При использовании автома-
тических систем раннего обнаружения шлака в период сли-
ва металла, отсечка может происходить простым поворотом
конвертера в исходное, вертикальное положение или с по-
мощью специальных устройств - "заглушек" [66]. Примером
такого устройства может служить "газодинамическая" сис-
тема отсечки шлака. Когда в струе металла обнаружен шлак,
в выпускное отверстие снизу под большим давлением пода-
ется газ, который очищает выпускной канал и размазывает
шлак по внутренней поверхности конвертера. Недостатком
156
системы является уязвимость сопла, которое забивается
шлаком и требует частой очистки.
Другим примером устройства для отсечки шлака являет-
ся система типа «шиберный затвор», которая перекрывает
сливное отверстие конвертера в соответствии с командой
оператора. В целом такая система представляется достаточ-
но громоздкой и дорогостоящей, а ее успешное применение
во многом определяется условиями работы шибера. Следует
иметь в виду, что для большинства работающих конверте-
ров расстояние между выходным торцом летки и зеркалом
металла в ковше достаточно небольшое (менее 1 м). Поэто-
му на шиберный механизм воздействует мощный тепловой
поток, который может привести к преждевременному раз-
рушению шиберного механизма.
Альтернативой для автоматических методов определе-
ния проникновения шлака в струю металла являются так
называемые "пассивные" методы (рис.2.11):
-керамический стопор («тампон») для отсечки первич-
ного.шлака, который устанавливается в сливном отверстии;
-«поплавок» (шар или конус) для отсечки шлака в кон-
це слива.
Действие этих методов основано на проявлении опре-
деленных физических эффектов в критических условиях.
На практике для отсечки первичного шлака применя-
ют различного рода заглушки одноразового и многоразово-
го пользования. Последние, устанавливаемые в стенке кон-
вертера и изготовленные из жаропрочных материалов,
имеют серьезные недостатки, связанные большой массой
заглушки и высокими затратами воды на охлаждение.
Схема расположения одноразового «тампона» в кон-
вертере показана на рис.2.12.
«Тампон» 1 имеет цилиндрическую форму и выполнен
из специального пластического огнеупорного материала,
который завернут в полиэтиленовую пленку 5 для предот-
вращения самозатвердевания до начала эксплуатации. В
нем расположена торцевая пластина 2, соединенная внут-
ренней полостью 6 с торцевой пластиной 4. Через внутрен-
нюю полость 6 проходит механический захват 7 с выдви-
157
Конус Шар
Конвертер
Шлак
Сталь
Летка-----
Струи стали
Визуальный контроль
Стальковш
4' Оператор
Рис.2.11. Общая схема отсечки шлака при сливе ме-
талла из конвертера
«4 m ch оо
Рис.2.12. Схема внутренней полости сливного отвер-
стия с установленным «тампоном» до момента
его фиксации
158
гающимися цанговыми выступами. Функция захвата за-
ключается в фиксировании «тампона» 1 в требуемом поло-
жении, которое соосно с отверстием конвертера. «Тампон»
устанавливается вблизи задней стенки отверстия 8. С
помощью системы рычагов механический захват прижима-
ет торцевые пластины 1 и 4, материал «тампона» деформи-
руется, занимая весь объем выпускного отверстия 3.
На рис.2.13 показано положение «тампона» 2 в дефор-
мированном состоянии.
Рис.2.13. Схема внутренней полости сливного отвер-
стия с установленным «тампоном» после его
фиксации
«Тампон» устанавливается перед завалкой лома. Бла-
годаря высоким температурам в процессе плавки пластина
1 (см. рис. 2.12) расплавляется и спекается с огнеупорным
материалом, образуя прочную герметичную «крышку», ко-
торая может противостоять давлению газа, вибрациям и
толчкам в процессе плавки. Образовавшаяся «крышка» ока-
зывается настолько прочной, что выдерживает ферростати-
ческое давление в первый момент после опрокидывания
конвертера и предотвращает истечение первичного шлака.
Для эффективной работы одноразовых заглушек ре-
комендуется использовать специальный огнеупорный ма-
териал, в который добавляются легкорастворимые и легко-
159
плавкие углеводородные добавки (до 33%). Кроме того,
материал должен содержать вязкий силикат, нестойкий
вязкий целлюлозный материал, полиэлектролитичный
спирт, пластификаторы, разбавленные жирные кислоты и
пр. Это обеспечивает выпаривание при эксплуатации части
материала из установленного «тампона», а остальная его
часть надежно перекрывает сливное отверстие без спекания
материала со стенкой выпускного отверстия. Получаемый
пластичный материал представляет собой пленкообразую-
щую субстанцию.
Наиболее целесообразными следует считать полисти-
рольные добавки в виде гранул, поскольку они сравнитель-
но дешевые и эффективно выталкивают и разрушают «там-
пон» из отверстия в нужный момент. Разрушается «там-
пон» при повороте конвертера в горизонтальное положение
за счет быстрого плавления и испарения гранул полистиро-
ла. Керамические остатки «тампона» уносятся с первыми
порциями стали. Оптимальный размер гранул - 1...2 мм.
Благодаря гранулометрическому составу таких добавок и
их определенной концентрации удается создать рациональ-
ную пористость исходного материала, позволяющую плот-
но устанавливать «тампон» в канале сливного отверстия, а
затем свободно удалять его при сливе стали. На практике
до казано, что «тампон» разрушается и удаляется из слив-
ного отверстия в течение 20...25 сек. с момента поворота
конвертера, что обеспечивает выпуск стали без вовлечения
в нее шлака.
Применение рассмотренной выше системы отсечки
шлака наряду с известными эффектами, связанными с пре-
дотвращением попадания шлака в ковш, повышает также
стойкость легочных огнеупоров в среднем на 15.. .20%.
Для отсечки шлака, попадающего в ковш вместе с послед-
ними порциями металла, целесообразно использовать систему
заглушки поплавкового типа, которая устанавливается в зоне
слива металла. Следует иметь в виду, что слив металла из кон-
вертера сопровождается образованием в жидкой ванне воронки,
которая затягивает в струю вытекающей стали шлак. Наиболее
эффективная система отсечки - поплавковая система «dart». Ке-
160
рамический поплавок снабжен цилиндрической направляющей,
которая при установке в конвертер проникает в сливное отвер-
стие и тем самым предотвращает возможность смещения по-
плавка в процессе слива металла, как это может происходить
при использовании поплавка в виде шара.
Эффективность работы поплавка зависит от выбора рацио-
нальной плотности керамического материала, обеспечивающе-
го расположение конуса на границе шлак-металл. Варьирова-
ние геометрических размеров конуса позволяет учесть вязкость
и толщину слоя шлака, а также внутренний диаметр отверстия.
Чтобы свести попадание шлака в последний момент слива ста-
ли к минимуму, в конической поверхности поплавка делают
специальные каналы для движения металла.
По данным компании «Бритиш Стил», на металлургиче-
ском заводе «B.S. Scunthorpe» (Великобритания) система от-
сечки типа «dart» в 1999-2000г.г. успешно выполнила свои
функции в 99,4% случаев (всего около 15тыс. плавок). В ковш
попадало не более 300...500 кг шлака. Основные причины не-
выполнения операции отсечки шлака:
- чрезмерная толщина слоя шлака в конвертере, что препят-
ствовало фиксации положения поплавка относительно сливно-
го отверстия;
- ошибки оператора при установке отсечного конуса;
- неправильное положение конвертера в момент установки
поплавка.
Экономический эффект от использования системы отсечки
шлака составил 1... 1,4 дол. на 1 т стали, в том числе от умень-
шения угара алюминия и ферросплавов - соответственно 0,12 и
0,14 дол. на 1 т стали, а от снижения удельного расхода огне-
упоров - 0,16 дол. на 1 т стали.
Описанная система отсечки шлака при сливе металла из
конвертера широко используется на металлургических заводах
всего мира. Экономический эффект от ее применения заключа-
ется в следующем:
- снижение расхода алюминия
(уменьшение угара), кг/т 0,3.. .0,35
161
-уменьшение расхода ферросилиция
и ферромарганца, % 3... 6
-уменьшение числа прорывов металла
на МНЛЗ и уходов на «концы»,% 30... 50
-снижение удельного расхода огнеупоров, % 10... 15
Кроме того:
-уменьшается степень рефосфорации стали,
-повышается качество стали за счет глубокого рафиниро-
вания при внепечной обработке (десульфурация и т.п.).
162
Глава 3.
ПРОЦЕССЫ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ МЕТАЛЛА
НА УЧАСТКЕ «СТАЛЕРАЗЛИВОЧНЫЙ
КОВШ - КРИСТАЛЛИЗАТОР МНЛЗ»
3.1. ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ КОВШ КАК ФУНКЦИОНАЛЬНО-
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ ОБЕСПЕЧЕНИЯ
СТАБИЛЬНОСТИ РАЗЛИВКИ НА МНЛЗ
Промежуточный - ковш один из важнейших технологи-
ческих элементов при разливке стали на МНЛЗ, он в значи-
тельной степени определяет устойчивость и стабильность
процесса разливки в целом.
Промковш является последней емкостью, которая футе-
рована огнеупорами на пути стали от сталеплавильного агре-
гата к кристаллизатору. В связи с этим конструкция пром-
ковша оказывает значительное влияние на качество литого
металла, его дальнейший передел и выход годного.
Жидкий металл, который поступает из сталеразливочно-
го ковша в промковш, должен по возможности иметь мини-
мальные потери тепла на этом участке движения и мини-
мально контактировать со шлаком промковша и кислородом
воздуха. Кроме того, в промковше должны быть созданы
благоприятные условия для всплытия неметаллических
включений в шлак при условии предотвращения дополни-
тельного загрязнения стали неметаллическими включениями,
попадающими в нее при разрушении футеровки промковша.
Поэтому конструкция промежуточного ковша должна
учитывать следующие основные факторы:
• число и расположение ручьев МНЛЗ;
• число последовательно разливаемых плавок;
• оснащенность специальными устройствами;
• сечение заготовок;
• характер конвективных потоков металла, способствую-
щих отделению неметаллических включений;
• достаточная вместимость, позволяющая осуществлять
замену сталеразливочных ковшей во время серийной раз-
ливки;
• способ начала разливки и метод удаления шлака, и остат-
ков металла после окончания разливки;
• регулирование процесса истечения металла из пром-
ковша;
165
• возможность финишной рафинирующей обработки ме-
талла в промковше продувкой нейтральным газом;
• корректирующую доводку химического состава стали
введением порошковой проволоки специального состава.
Для того, чтобы снижение температуры металла было не-
значительным, в частности, в начале разливки, путь стали в
промковше должен быть как можно короче. Его днище и
стенки должны иметь ровные поверхности, чтобы не препят-
ствовать движению потока стали. Выступающие углы футе-
ровки подвергаются большему изнашиванию, что сокращает
срок службы промежуточного ковша и затрудняет удаление
из него настылей. Внешняя форма промковша должна быть
такой, чтобы можно было свободно наблюдать за уровнем
жидкого металла в кристаллизаторе.
Для многоручьевых МНЛЗ проблема снижения разницы
между температурой стали в крайних и средних ручьях явля-
ется достаточно серьезной технологической проблемой, ре-
шение которой требует использования специальных приемов.
На практике, например, отмечается стремление приме-
нять два асимметричных промежуточных ковша при на 8
ручьевых МНЛЗ, что уменьшает число прорывов при разлив-
ке сортовой заготовки [129].
Вышеперечисленным требованиям для многоручьевых
МНЛЗ в наибольшей степени удовлетворяет промежуточный
ковш, форма которого представляет собой удлиненный пря-
моугольник с некоторым увеличением сечения в зоне метал-
лоприемника (рис.3.1). Длина промковша может варьировать
в довольно широких пределах в зависимости от конструкции
МНЛЗ, числа ручьев и расстояния между ними. Специальные
мероприятия по распределению металла между ручьями це-
лесообразно предусматривать при нечетном их количестве
[130].
Чтобы в случае протекания металла из-под разливочного
ковша не сразу прекращать разливку, у верхнего его края
можно расположить сливной желоб, по которому избыточная
сталь отводится в запасную емкость или запасной разливоч-
166
ный ковш. Таким образом, при известных условиях удается
эвакуировать металл из разливочного ковша.
Рис.3.1. Конструкция промковша 6-ручьевой МНЛЗ ОАО
„Днепровский металлургический комбинат
1 - передняя стенка; 2 - прямолинейные участки промков-
ша; 3 - ось, проходящая через оси стаканов-дозаторов 4;
5- боковая стенка; 6- стопор; 7-механизм перемещен-
ия стопоров; 8 - крышка; 9 - специальний выступ;
10 — задняя стенка; 11 - место приема жидкой стали
Необходимая вместимость промковша определяется се-
чением отливаемых заготовок, числом ручьев, скоростью
разливки, требованиями к возможности всплытия неметалли-
ческих включений и ассимиляции их шлакообразующим по-
167
крытием. Вместимость промковша зависит и от режима раз-
ливки: при серийной разливке она увеличивается, чтобы
обеспечить запас металла для замены сталеразливочного
ковша [47]. Как показывает практика, для сортовых 6 ручье-
вых МНЛЗ вместимость промковша составляет, как правило,
23...26 т при высоте налива металла 0,7-0,8 м. Для много-
ручьевых блюмовых МНЛЗ она колеблется в пределах
25...35 т металла при той же высоте налива.
Для слябовых МНЛЗ в последнее десятилетие существу-
ет тенденция к увеличению вместимости промковша до
45...50 т и более. Так, на заводе «Кавасаки Мицушима»
(Япония) и заводе «Поханг Квангянг» (КНР) используются
промковши вместимостью 70 т, что при длине технологиче-
ской линии 45 м и 42 м соответственно позволяет разливать
сляб со скоростью 2,2...2,5 м/мин. На заводах «НКК Фукуя-
ма» (Япония) и «Кобе Какогава» применяются промковши
вместимостью 80 т (длина технологической линии МНЛЗ -
49 м и 39 м), обеспечивающие разливку со скоростью до 3
м/мин [48]. С учетом увеличения скорости разливки, следует
признать оптимальной вместимость промковшей для слябо-
вых МНЛЗ 70...80 т.
В качестве теплоизолирующего перекрытия промковша
применяются различного рода крышки с кирпичной кладкой
или с огнеупорной набивной (наливной) футеровкой. Однако
они имеют существенный недостаток: огнеупорная масса, от-
слоившаяся во время нагрева промковша, вместе с первыми
потоками стали, поступающими в промковш, уносится в ста-
каны-дозаторы и засоряет их, препятствуя нормальному ис-
течению металла. Поэтому на большинстве заводов самым
простым и дешевым методом считается вырезка крышек из
остатков некондиционных слябов.
Для уменьшения потерь тепла и окисления в промковше
применяют специальные защитные шлакообразующие по-
крытия. Они должны ассимилировать всплывающие включе-
ния, изолировать зеркало металла от взаимодействия с возду-
хом и уменьшить потери тепла. По ходу разливки защитное
168
покрытие практически не расходуется. Его физические ха-
рактеристики меняются в результате ассимиляции всплы-
вающих неметаллических включений, попадания шлака из
сталеразливочного ковша и разрушения футеровки.
В настоящее время в зарубежной и отечественной прак-
тике широко применяется высокоэффективное изолирующее
покрытие на основе золы рисовой шелухи. Его используют
ЗАО «ММЗ-ИСТИЛ (Украина)», Белорусский металлургиче-
ский завод, Череповецкий металлургический комбинат «Се-
версталь» и пр. Существуют различные версии композици-
онного состава указанных смесей, которые отличаются не-
значительными добавками других растительных отходов (на-
пример, зола подсолнечниковой лузги и т.п.). Однако наи-
лучшие результаты показывает именно чистая зола рисовой
шелухи. При контакте с жидкой сталью она быстро формиру-
ет жидкую пленку, которая резко уменьшает поглощение ки-
слорода и азота жидкой сталью, поглощает неметаллические
включения (оксиды алюминия), находящиеся в жидкой ста-
ли, и препятствует образованию настылей в промежуточных
ковшах.
Свойства золы рисовой шелухи в области точки плавле-
ния материала являются оптимальными для эксплуатации.
Над тонким расплавленным слоем покрытие остается в ста-
бильно твердом состоянии и сохраняет свои высокие изоли-
рующие свойства. Его низкая насыпная плотность гарантиру-
ет максимальную теплоизоляцию при низком коэффициенте
расхода материала. Максимальный изолирующий эффект
достигается при минимальном расходе материала (0,25...0,35
кг/т). На практике установлено, что при использовании золы
рисовой шелухи потери тепла в промковше сокращаются в
2...3 раза по сравнению с использованием синтетических
шлакообразующих смесей.
Для обеспечения максимального ассимилирующего эф-
фекта на ряде металлургических заводов Германии и Японии
используется комбинированное защитное покрытие типа
«сэндвич». Поверхность металла в промковше сначала по-
169
крывают гранулированным материалом на основе чистого
магнезита, а сверху насыпают слой обожженной рисовой ше-
лухи, которая выполняет функцию теплоизоляции. Как пока-
зывает практика, такое защитное покрытие обеспечивает
максимальную эффективность рафинирования стали от неме-
таллических включений. Вместе с тем, учитывая высокую
стоимость комбинированного покрытия, его, видимо, следует
рекомендовать при разливке высококачественных сталей.
Разливка стали из большегрузных ковшей в течение дли-
тельного времени (80...90 мин. и более) показала, что в ста-
леразливочном ковше все же происходит достаточно сущест-
венное расслоение металла по температуре, что является ос-
новной причиной значительного колебания температуры ста-
ли по ходу разливки.
Величина температуры стали в промковше влияет на
производительность МНЛЗ и качество получаемых загото-
вок. Малый перегрев может привести к «замораживанию»
ручья и преждевременному прекращению разливки. При вы-
сокой температуре приходится снижать скорость разливки во
избежание прорыва корочки слитка, что уменьшает выход
годного металла. Каждой марке стали обычно соответствует
некоторый оптимальный диапазон температур перегрева над
температурой ликвидус, при которых достигается самая вы-
сокая производительность МНЛЗ и наилучшее качество про-
дукции.
Температура ликвидус обычно определяется по эмпири-
ческим формулам в виде полиномных выражений с исполь-
зованием данных о химическом составе стали [131-133]:
Tl = Tnwehe -[Z(ao + ai[i])}, (3.1)
где TniaeFe - температура плавления чистого железа (в соот-
ветствии с большей частью рекомендаций TtuMFe =1539°С);
а0- коэффициент приведения температуры плавления чисто-
го железа (вводится, если принимается температура плавле-
ния железа, отличная от приведенного выше); а г коэффици-
170
ент значимости для соответствующего i- элемента, содер-
жащегося в стали данной марки; [i] - содержание элемента i
в данной марке стали, %.
В качестве основных выражений такого типа принята
гипотеза о том, что каждый из химических элементов влияет
на снижение температуры ликвидус железа независимо друг
от друга. Таким образом, выражения различаются только
тем, как аппроксимируется линия ликвидус в бинарной
диаграмме (табл.3.1).
Таблица 3.1. Коэффициенты а0 и а/, характеризующие
степень влияния содержащихся в стали химических
элементов на снижение температуры ликвидус
Фор- мула «о, °C Коэффициент а\
С Si Мп S Р Сг Ni Al Mo V
1 3 7 7,6 4,9 38 34 1,3 3,1 3,6 — —
2 . 3 78 7,6 4,9 30 34 1,3 3,1 3,6 2,0 2,0
3 0 67 7,8 5,0 25 30 1,5 4,0 — 2,0 2,0
4 5 80 14,0 4,0 35 35 1,5 1,4 2,6 3,4 1,2
5 1 55/80 13,0 4,8 30 30 1,5 4,3 — — —
6 0 65 8,0 5,0 25 30 1,5 — 2,0
(С<1)
70 8,0 5,0 25 30 1,5 4,0 — 2,0 2,0
(С>1)
7 5 64 14,3 4,8 37 32 1,0 4,7 — 2,6 —
Примечание: 1. Прочерк означает отсутствие в приведенном литературном ис-
точнике.
2. В скобках указано содержание (%) данного химического элемента в стали, при
котором рекомендуется использовать приведенное значение коэффициента
значимости.
Рассчитать температуру ликвидус для различных марок
стали по одной «универсальной» формуле невозможно [131-
133]. В соответствии с выполненными статистическими ис-
следованиями, проведенными авторами на основании прак-
тических данных, можно рекомендовать к использованию
следующие формулы.
171
Стали
Формулы
С ультранизким содержанием углерода (тех-
ническое железо) 4
Низкоуглеродистые 4,7
Среднеуглеродистые Высокоуглеродистые Низко- и среднеуглеродистые низколегиро- ванные Среднелегированные Низкоуглеродистые высоколегированные с повышенным содержанием: 5,7 1,2,7 5,7 7
марганца никеля хрома хрома и марганца хрома и никеля хрома, никеля и марганца Специальные хромоникелевые сплавы 1,2,4 6 3, 4, 6, 7 1,2,6 3,5, 6, 7 3,5,6 1,2, 3,5
Нарушение температурного режима при непрерывной
разливке стали часто является причиной полной потери
плавки или массового брака заготовок, а иногда - серьезных
аварий на установке. Следовательно, при непрерывной раз-
ливке требования к температурному режиму плавки должны
быть более жесткими, чем при обычной.
Значительный перепад температуры металла по высоте
сталеразливочного ковша определяет характер изменения
температуры металла в промежуточной емкости уже после
слива первых порций металла [134]. Обычно они имеют са-
мую низкую температуру, поскольку наиболее охлаждены у
стенок и днища сталеразливочного ковша, и промежуточной
емкости. Через 15...25 мин. после слива первых порций тем-
пература металла в промковше постепенно повышается на
10... 15 °C, затем в течение 30...40 мин. она остается практи-
чески постоянной и лишь в конце разливки снова изменяется
в большую сторону на 5... 10 °C [6,134,135]. Однако для боль-
ших сталеразливочных ковшей отмечается снижение темпе-
ратуры по ходу разливки.
172
Недостаточно нагретый металл становится причиной по-
явления на зеркале металла в кристаллизаторе плавающей
корки, приводящей к образованию на поверхности заготовки
заворотов, плен, поясов, местных скоплений шлаковых
включений из-за ухудшения условий их всплытия, вызывает
прихватывание стопора к седлу стакана в промежуточном
ковше, образование настылей в канале последнего и т.п. Из-
за прожигания кислородом канала стакана-дозатора резко
ухудшается организация струи, обрызгиваются металлом
стенки кристаллизатора, загрязняется сталь из-за попадания
продуктов горения в металл. Перегретый металл может стать
причиной развития дефектов усадочного характера и повы-
шенной эрозии огнеупоров.
Таким образом, правильно выбранный стабильный тем-
пературный режим является одним из основных параметров
процесса непрерывной разливки стали. Принято считать, что
оптимальная температура металла в промковше должна пре-
вышать температуру ликвидус на 25...30°С. Для этого в про-
цессе разливки металл в промковше подогревают и поддер-
живают температуру на заданном уровне.
Наиболее часто для этих целей используют плазменный
факел (рис.3.2) [136,137]. В результате подогрева температу-
ра усредняется и остается стабильной в течение всей разлив-
ки, что улучшает качество металла, увеличивает выход год-
ного, а также несколько снижает удельный расход воды на
1 т разливаемой стали.
Фирма «Ньюкор стал» провела модернизацию промков-
ша, одним из элементов которой стала организация регули-
рования перегрева стали при непрерывной разливке. Было
проанализировано изменение температуры стали по времени
(от агрегата «ковш-печь» до литой заготовки) для определе-
ния факторов, влияющих на температуру разливки [137]. До-
казано, что колебания температуры в промковше можно не-
сколько уменьшить за счет тщательного подбора огнеупоров,
а также строгого соблюдения режимов технологических опе-
раций (при подогреве сталеразливочного и промежуточного
ковшей, обработке в агрегате «ковш-печь», соблюдении ско-
173
роста разливки, уровня стали в промковше, условий смены
сталеразливочных ковшей). Однако полностью исключить
колебания температуры практически невозможно. В зависи-
мости от взаимодействия переменных при разливке одной
плавки колебания температуры могут оказаться большими
или меньшими по сравнению со среднестатистическими дан-
ными и составить до 30.. .40 °C.
Рис.3.2. Общая схема плазменного подогрева стали в
промковше:
1 - сталеразливочный ковш; 2 - промковш;
3 - кристаллизатор; 4 - фурма;
5 - теплоизолирующая крышка;
6 -камера для подогрева металла;
7 - плазменная дуга
Было опробовано несколько технологий нагрева: индук-
ционный, электрошлаковый, электродуговой. Предпочтение
было отдано нагреву плазменными горелками, которые
обеспечивают подвод тепла, необходимого для нагрева ме-
талла промковша.
В 1992 г. на заводе фирмы «Ньюкор Стил» в Норфолке
была смонтирована система плазменного подогрева стали в
промковше, которая повысила точность регулирования тем-
774
пературы (отклонение от заданной температуры уменьшено с
+10°С до +5°С). Более узкий допуск на температуру улучшил
показатели разливки и повысил качество литой заготовки.
Снижение температуры перегрева позволило увеличить на
10... 15% среднюю скорость разливки и снизить тем самым ее
длительность в среднем на 4 мин.
Одним из основных положительных результатов внедре-
ния подогрева стали в промковше стала успешная разливка
холодных плавок. В течение первого года эксплуатации сис-
темы плазменного подогрева удалось разлить 20 холодных
плавок.
Согласно общим оценкам, достигнутое снижение темпе-
ратуры перегрева в среднем на 10°С дало фирме «Ньюкор
стил» в 1994 г. экономию 1 889 415 долл, (за счет меньших
затрат на электроэнергию, огнеупоры и графитовые электро-
ды для агрегата «ковш - печь»).
Фирма «Ниппон Стил» разработала и успешно внедрила
плазменную горячеэлектродную горелку одинарного типа
«NS-Plasma I» [152]. Для МНЛЗ с производительностью ме-
нее 3 т жидкой стали в минуту достаточный нагрев может
быть получен за счет установки одной горелки. Прирост тем-
пературы жидкой стали при использвовании горелок этого
типа составляет 10°С. Фирма «Ниппон Стил» оптимизирова-
ла количество и положение погружаемых в промковш ано-
дов, а также управление магнитным полем, стабилизировав
тем самым систему и устранив изгиб дуги. Температура ог-
неупоров в камере нагрева повышается за счет радиационно-
го нагрева от плазменной дуги. Для того чтобы огнеупоры не
разрушались, фирма выполнила температурное моделирова-
ние и нашла оптимальное расстояние между ними и дугой.
Во время работы камера нагрева должна быть заполнена
аргоном. Если там присутствует достаточно много кислорода
и азота, снижается стойкость электрода горелки и сопла, на-
рушается горение плазмы, а дуга становится нестабильной. С
учетом этого камера нагрева уплотняется перегородками и в
ней поддерживается высокая плотность аргона.
175
Основные показатели системы плазменного подогрева
Плазменная горелка постоянного тока
Максимальный электрический ток, А 7000
Напряжение, В 100.. 120
Расход плазменного газа, нм3/ч 8... 20
Расход уплотнительного газа, нм3/ч 50
Длина плазменной дуги, мм 400
Таким образом, подогрев стали в промковше является
высокоэффективной технологической операцией, которая
способствует стабилизации работы МНЛЗ и сокращению те-
кущих расходов. Однако дополнительный подогрев необхо-
димо совмещать с мероприятиями по усовершенствованию
конструкции промковша для усреднения металла по темпера-
туре и регламентирования движения конвективных потоков.
В последние 10-15 лет полностью оформилась тенденция
обработки стали в промковше порошковыми проволоками
[65,66,143]. Обычно таким образом в сталь вводят алюминий,
титан, кальций и пр. Такая обработка является достаточно
перспективным технологическим приемом, поскольку воз-
действие на металл осуществляется непосредственно перед
его попаданием в кристаллизатор.
Технология обработки стали порошковой проволокой в
промежуточном ковше МНЛЗ имеет некоторые отличия от
аналогичной технологии для сталеразливочного ковша:
• небольшая глубина металла в промковше по сравнению
со сталеразливочным;
• ограниченное время пребывания стали в промковше, что
лимитирует условия обработки и степень усвоения вводимо-
го материала;
• проточный характер движения стали в промковше с явно
выраженными зонами конвективных течений и застойными
зонами;
• непрерывность процесса нахождения металла в пром-
ковше в течение 10... 15 ч и более.
В связи с этим для реализации технологии обработки
стали промковшом проволокой необходимо иметь рекомен-
176
дации по оптимальному диаметру проволоки, толщине
стальной оболочки и скорости ее введения в металл.
В настоящее время для непрерывного ввода специальных
порошков используют полую проволоку (в сечении круг или
прямоугольник), которая обычно скреплена и прокатана. Она
поставляется в катушках на металлической или деревянной
раме [138-140]. Ввод порошковых проволок в расплав осуще-
ствляется по направляющей трубе с помощью специального
трайбаппарата, состоящего из подающего и разматывающего
устройств.
Проведенные многочисленные исследования позволили
установить оптимальный интервал скорости ввода порошко-
вых проволок в зону стопора промковша - 0,3...0,8 м/с. В
этом случае не наблюдается пироэффекта и газо- пылевыде-
лений, а также не снижается качество поверхности непре-
рывнолитой заготовки [141,142].
Рис.3.3. Схема вакуумирования стали в промковше,
предложенная «Бритиш Стил»:
1 - защитная труба; 2 - промковш; 3 - кристалли-
затор; 4 - стопор; 5 - погружной стакан; 6 - каме-
ра для вакуумирования; 7 - вакуумный насос
177
Дальнейшего повышения чистоты непосредственно в
процессе непрерывной разливки можно достигнуть при ис-
пользовании методов вакуумной обработки стали в пром-
ковше. Эти методы позволяют уменьшить скорость зараста-
ния погружных стаканов оксидами и отказаться от рафини-
рующей продувки стали аргоном через стопор-моноблок или
шиберный затвор. Концептуально метод порционного вакуу-
мирования стали в промковше, разработанный фирмой «Бри-
тиш Стил», в определенной степени обеспечивает рафиниро-
вание металла (рис.3.3), а также регулирование расхода вы-
текающей стали путем изменения ее уровня в специальной
камере промковша, перекрываемой стопором-моноблоком.
Таким образом, современная практика непрерывной раз-
ливки стали ужесточает требования к промежуточному ков-
шу как функционально-технологическому агрегату. Это от-
носится к конструкции и вместимости промковша, огнеупор-
ным материалам, используемым для его футеровки, а также к
возможности проведения в нем операций доводки стали по
температуре и химическому составу. Следует надеяться, что
в ближайшее время промковш станет многофункциональным
агрегатом, позволяющим стабилизировать работу МНЛЗ и
повысить качество непрерывнолитой заготовки.
3.2.ОГНЕУПОРЫ ДЛЯ ФУТЕРОВКИ ПРОМКОВШЕЙ
Выбор конструкции и вида огнеупоров - весьма ответст-
венная задача, поскольку они должны отвечать требованиям,
обеспечивающим устойчивую бесперебойную работу пром-
ковша в течение всего процесса разливки.
Наиболее важным элементом является футеровка его
стен и днища. Особенность эксплуатации футеровки пром-
ковша заключается в ее длительном контакте с металлом. В
настоящее время длительность может составлять 14... 15 ч и
более при разливке стали длинными сериями.
В Украине и России футеровку промковша традиционно
выполняют из сравнительно дешевого шамотного огнеупор-
775
ного кирпича среднего (до 6 плавок) и высокого (8-10 плавок
и более) качества. Для усиления футеровки зоны металло-
приемника (в зоне падения струи заливаемого в промковш
металла) применяют высокоглиноземистый или периклазо-
вый кирпич, обладающий высокой огнеупорностью и устой-
чивостью против эрозионного воздействия струи стали.
Характерной особенностью работы промковша по такой
схеме является удаление рабочего слоя футеровки вместе с
остатком металла и настылей после завершения каждой раз-
ливки. Соответственно для подготовки промковша к эксплуа-
тации каждый раз требуется изготовление нового слоя рабо-
чей футеровки. Это значительно увеличивает период оборота
промковшей и их требуемое количество. В технологическом
плане использование шамотной футеровки имеет также су-
щественный недостаток: при ее разрушении в ходе разливки
сталь загрязняется оксидами алюминия и кремния, попадаю-
щими в нее непосредственно из футеровки.
Более современным способом подготовки промковшей к
эксплуатации является нанесение специального торкрет-
покрытия на рабочий слой футеровки [144-146]. Обычно в
качестве торкрет-массы используется смесь на основе магне-
зита (MgO ~ 88%; SiO2: < 5; Ре2Оз'. < 1,5; А12Оз‘. < 1,5), в кото-
рой также имеются специальные добавки, повышающие ме-
ханические и теплоизоляционные свойства. Гранулометриче-
ский состав такой смеси колеблется от 0,1... 1 мм.
Торкрет-покрытие промежуточных ковшей обеспечивает
[147-148]:
• защиту от изнашивания рабочего слоя футеровки и ее
многократное использование, что сокращает расход огнеупоров;
• заданную чистоту стали по неметаллическим включе-
ниям за счет исключения контакта металла с огнеупорами,
содержащими оксиды алюминия и кремния;
• уменьшение потерь тепла металлом в промковше в си-
лу специфики структуры торкрет-материала (при прогреве
промковша нанесенный слой приобретает пористую структу-
ру благодаря выгоранию некоторых составляющих);
179
• беспрепятственное удаление остатков защитного по-
крытия после окончания разливки и охлаждения промковша
и, следовательно, возможность быстрого оборота промковшей.
Эксплуатационная стойкость покрытия промежуточного
ковша при разливке длинными сериями достигается посред-
ством выбора толщины покрытия и определенной техноло-
гии подготовки ковша к работе.
Торкрет-массы по своим свойствам должны удовлетво-
рять специфическим требованиям, определяемым условиями
нанесения и эксплуатации покрытия. Это отсутствие сполза-
ния при нанесении покрытия нужной толщины, а также дос-
таточная прочность, чтобы покрытие не осыпалось при
транспортировке ковша, разогреве до 1100°С, подготовке к
разливке и в то же время не спекалось с этой футеровкой во
время разливки стали. Для облегчения очистки промковша
материалы покрытий должны образовывать лишь тонкий
слой из окалины и предотвращать проникновение стали в ог-
неупорный слой.
До нанесения торкрет-покрытия промежуточный ковш
проходит предварительную подготовку:
• в новых промковшах очищают днища от остатков му-
сора, цемента, бетона, кирпича и пыли;
• из ковшей, уже бывших под разливкой, удаляют остат-
ки старой торкрет-массы со стенок и днищ, наплывы, затек-
ший в щели футеровки металл и шлак; реставрируют выкро-
шенные участки бетонной футеровки при критических для
безопасности размерах.
Покрытия обычно наносят с помощью специальной тор-
крет-машины, принцип действия которой предполагает пере-
мешивание сухой массы с водой в специальном бункере и
подачу подготовленной массы в торкрет-форсунку. На прак-
тике иногда применяют торкрет-машины и материалы, тех-
нология нанесения которых предполагает смешивание с во-
дой непосредственно в торкрет-форсунке. Однако прочность
такого покрытия несколько ниже, и использование его при
разливке длинными сериями достаточно проблематично.
180
Перед нанесением покрытия новые промковши необхо-
димо предварительно разогреть до 8О...12О°С. Ковши, на ко-
торые покрытия наносят повторно, предварительно охлаж-
дают (после извлечения «козла») до той же температуры.
Массу на поверхность стенок и днища промковша нано-
сят равномерным слоем, по боковым (малым) стенкам от
днища к верху, а затем равномерным фронтом к центру. В
последнюю очередь торкретируют днище. Особое внимание
следует уделять углам ковша, стенкам и днищу, а также мес-
там установки гнездовых блоков (стаканам-дозаторам).
Толщина слоя торкрет-покрытия, в зависимости от дли-
тельности серии разливки составляет от 30 до 80 мм. Мини-
мальная толщина покрытия должна составлять 30 мм (это да-
ет оптимальный эффект сцепления торкрет-покрытия с рабо-
чей футеровкой). При меньшей толщине могут возникать
трудности с отделением остатков торкрет-покрытия после
окончания разливки. Толщина покрытия 30...35 мм обеспе-
чивает разливку сериями 6...8 плавок в случае использования
защитной трубы для подвода металла из сталеразливочного
ковша. Масса в 30...40 мм наносится ровным слоем на стен-
ки и днище за один проход. Если толщина покрытия превы-
шает 40 мм, то торкрет-масса наносится в два этапа. В ходе
работы необходимо постоянно контролировать толщину с
помощью проволочного щупа. В зонах, работающих в наибо-
лее тяжелых условиях (зона уровня шлакового пояса, место
падения струи металла на днище промковша, стенки в зоне па-
дения струи), толщина торкрет-покрытия составляет 15...30
мм и больше (в зависимости от скорости изнашивания).
После нанесения торкрет-покрытия на всю поверхность
промежуточного ковша его отправляют на просушивание,
которое проводится в такой последовательности: 1,5...2 ч
ковш разогревается на малом огне до 350...400°С, затем
1,5...2 ч - на максимальном пламени до 1100... 1200°С. Если
после этого разливка не производится, переходят в плавный
режим разогрева и снижают температуру футеровки пром-
ковша, но не ниже 400°С. Промышленное применение опи-
санных торкрет-покрытий совместно с кирпичной шамотной
футеровкой рабочего слоя в промковшах ККЦ комбината
181
«Северсталь» позволило повысить качество непрерывноли-
той заготовки по неметаллическим включениям. Стойкость
рабочего слоя промковша составляет 120-160 плавок, что
значительно снижает удельный расход огнеупоров на 1 т ста-
ли. Основные преимущества технологии торкретирования
промковшей:
• простота и надежность технологии нанесения торкрет-
покрытия на рабочий слой;
• высокая стойкость торкрет-покрытия и снижение расхода
штучных огнеупорных изделий;
• сокращение трудозатрат и времени на подготовку пром-
ковшей к разливке стали;
• уменьшение теплопотерь при разливке стали вследствие
предварительного высокотемпературного разогрева футеров-
ки перед разливкой;
• облегчение условий удаления затвердевших остатков ме-
талла и шлака после разливки;
• повышение оборачиваемости ковшей, что дает возмож-
ность организовать работу с меньшим ковшевым парком.
Достаточно широкое распространение в зарубежной
практике получила технология торкретирования кирпичной
футеровки промковшей, особенно при производстве качест-
венных марок стали, к которым предъявляются повышенные
требования [124,149].
Альтернативой указанному способу является применение
наливной бетонной огнеупорной футеровки рабочего слоя
промковша многоразового использования. Основное препят-
ствие при ее внедрении - выполнение требования максималь-
ного уменьшения количества воды в массе, поскольку в даль-
нейшем эта влага может попасть в металл, и повысить
содержание водорода и кислорода. Обычные наливные футе-
ровки содержат 10... 18% воды, что необходимо для дости-
жения определенной вязкости и текучести массы. Однако при
таком количестве воды растрескивается огнеупорный слой в
процессе сушки, что снижает его стойкость. В последнее де-
сятилетие химическая промышленность предложила новые
182
продукты, уменьшающие содержание воды в наливных фу-
теровках до 4 ± 1% [150]. Они получили название «тиксо-
тропных». Их примерный состав следущий: AI2O3 - 91%;
СаО - 1; MgO - 6; Fe2O3 <0,1. Заливка и уплотнение таких
футеровок осуществляются по вибрационным технологиям.
Поскольку тиксотропные материалы очень дорогие,
промковш с такой футеровкой целесообразно использовать
только для большого числа разливок (500-1000 плавок).
Главным преимуществом тиксотропной футеровки, по мне-
нию ее создателей, является повышение жесткости промков-
ша в целом. Однако на практике в больших промковшах до-
вольно быстро появляются длинные продольные трещины,
нарушающие монолитность футеровки, что нивелирует ука-
занное преимущество. Более того, в зависимости от количе-
ства и расположения трещин может происходить отрыв
больших кусков футеровки при выбивании остатка металла.
Если футеровка изнашивается на 40...60%, она может быть
долита новым материалом после предварительной очистки
кислородным или газокислородным обдувом, или методом
механической обдирки.
Основные преимущества бетонных наливных футеровок:
• высокая оборачиваемость промковшей (в несколько раз
больше, чем при кирпичной футеровке);
• сокращение времени подготовки и подогрева пром-
ковша перед эксплуатацией;
• увеличение количества разливаемых плавок из одного
промковша;
• более равномерное распределение температурных про-
филей по сечению футеровки;
• значительное уменьшение удельного расхода огнеупо-
ров на 1 т стали;
• более равномерное изнашивание футеровки.
Главный недостаток тиксотропных футеровок - необхо-
димость сложного ремонта отдельных наиболее изнашиваю-
щихся зон промковша при уменьшении толщины слоя до
критически допустимого.
183
В настоящее время в Западной Европе, Японии и США
широко применяются наливные тиксотропные футеровки
промковшей, получаемые с использованием виброшаблонов
или погруженных вибраторов.
Выбор оптимальной системы выполнения футеровки
промежуточного ковша (включая изоляционный слой) за-
висит от условий сталеплавильного цеха, заданного качест-
ва стали, экономических показателей, опыта организации
работы участка подготовки ковшей. Перед подачей под
разливку промковш необходимо разогреть до температуры
1000-1100°С не менее 45...50 мин. На основании техноло-
гических расчетов установлено, что повышение температу-
ры поверхности футеровки на 300...350°С увеличивает
температуру металла в контактном слое в момент заполне-
ния на 20...25°С. Эти данные хорошо согласуются с прак-
тическими, полученными при замерах перепадов темпера-
туры между струями из сталеразливочного и промежуточ-
ного ковшей. Однако следует избегать перегрева, чтобы
предотвратить размягчение частей футеровки, крышки
промковша и стекания защитной глазури стопора-
моноблока вниз. При нормально подогретом промежуточ-
ном ковше температура стали в течение всего времени раз-
ливки имеет минимальные колебания, если в разливочном
ковше было достигнуто однородное распределение темпе-
ратуры путем предварительной продувки, а зеркало металла
было защищено от теплового излучения теплоизолирующей
смесью.
Весьма важным показателем оценки работы промковша
является поведение в нем стали. Как правило, процесс дви-
жения стали в промковше управляется специальными поро-
гами, разделительными стенками и препятствиями, а также оп-
ределенной конструкцией металлоприемника (рис.3.4) [151].
В целом это обеспечивает:
• увеличение времени пребывания стали в промковше и
наиболее благоприятные условия для флотации включений;
184
Рис.3.4. Схема управления процессами движения
металла в промковше с помощью перегородок,
порогов и металлоприемника
• минимизацию возможных турбулентных течений в зо-
не внедрения струи металла и уменьшение вторичного окис-
ления стали;
• сокращение или полное исключение образования за-
стойных зон металла в промковше;
• предотвращение попадания шлака в кристаллизаторы в
силу формирования вихре- и воронкообразных течений ме-
талла;
• предупреждение аварийной остановки ручья МНЛЗ из-
за попадания в стакан-дозатор «холодных» порций металла
(особенно в момент старта машины).
185
З.З.ОГНЕУПОРЫ ДЛЯ ДОЗИРОВАНИЯ СТАЛИ В ПРОМКОВШЕ
Основным элементом, обеспечивающим дозирование ис-
течения стали из промковша в кристаллизатор, является ста-
кан-дозатор, который устанавливается в днище промковша. К
стаканам-дозаторам предъявляются следующие требования:
• равномерная подача металла в кристаллизатор в тече-
ние всего процесса разливки;
• формирование компактной струи без брызг металла;
На практике различают разливку стали открытой и за-
крытой струей (рис. 1.6). При разливке открытой струей для
сохранения постоянного расхода металла стремятся поддер-
живать постоянное ферростатическое давление металла в
промковше при условии, что внутренний диаметр стакана-
дозатора не изменяется. Это относится, главным образом, к
разливке на сортовых МНЛЗ. Открытой струей обычно раз-
ливают стали, которые прокатывают, не контролируя макро-
структуру, на периодический профиль, уголки, двутавры,
проволоки и пр.
Характерной особенностью разливки стали открытой
струей через стакан-дозатор является малое сечение его внут-
ренней полости, составляющее обычно 10... 18 мм в зависи-
мости от скорости разливки и сечения заготовки. При этом
поддержание уровня металла в кристаллизаторе поддержива-
ется за счет изменения скорости вытяжки заготовки и уровня
металла в промковше. Возможности этих методов регулиро-
вания расхода металла крайне низки в сравнении с разливкой
через стопор-моноблок или шиберный затвор. Стабильность
разливки в течение всего цикла работы промковша достигает-
ся только при сохранении постоянного сечения стакана-
дозатора.
В процессе разливки спокойных невакуумированных ста-
лей часто отмечается затягивание или зарастание стаканов-
дозаторов. Это обусловливается намерзанием стали в канале
из-за недостаточно высокой ее температуры и большой тем-
пературопроводности материала стакана-дозатора, а также
186
прилипанием к его стенкам неметаллических и шлаковых
включений в процессе разливки. Промывание кислородом
крайне отрицательно сказывается на разливке в целом, так
как ухудшается организация струй, поступающих в кристал-
лизаторы, вследствие нарушения геометрии внутренней по-
лости стаканов-дозаторов. Кроме того, значительно увеличи-
вается степень вторичного окисления стали.
В результате взаимодействия жидкого металла с материа-
лом стакана-дозатор а может происходить также его пропитка
оксидами железа, марганца, кремния и алюминия. В случае
образования легкоплавких фракций на границе «металл-
огнеупор» может произойти размывание стенки стакана.
Следовательно, вопрос выбора конструкции и материала
стакана-дозатора для промковша при разливке на сортовых
МНЛЗ длинными сериями представляется весьма важным. В
настоящее время на практике предпочтение отдается комби-
нированным стаканам-дозаторам (рис.3.5), состоящим из двух
керамических частей, изготовление и обжиг которых осуще-
ствляются по самостоятельным технологиям.
Внутренняя вставка такого стакана-дозатора выполняется
из дорогостоящего диоксида циркония (содержание на уровне
95%), а внешняя часть - из цирконосиликата (ZrO2SiO^) с со-
держанием 60...65% оксида циркония и 30...35% оксида
кремния. Этот материал обладает достаточно низкой тепло-
проводностью. Внешний стакан может также изготавливаться
из материала с высоким содержанием A12Oj (50...80%), кото-
рый более расположен к термическим трещинам при более
низкой цене.
Комбинированные стаканы-дозаторы с высококачествен-
ной вставкой из диоксида циркония позволяют разливать
сталь в течение 15...20 ч. Более ранний выход их из эксплуа-
тации обычно связывают с затягиванием внутренней полости.
В последние годы ряд ведущих зарубежных фирм все
больше внимания уделяют созданию системы оборудования
для быстрой замены стакана-дозатора в случае его разруше-
ния или затягивания (рис.3.6).
187
125*125
I£5*lg5
Рис.3.5. Основные типы комбинированных стаканов-
дозаторов с цирконовой вставкой
Эти конструкции предполагают расположение под дни-
щем промковша специальной кассеты, по меньшей мере, из
двух стаканов-дозаторов, которые быстро устанавливаются в
рабочее положение с помощью специального привода. Такая
схема обеспечивает снижение расходов на огнеупоры, по-
скольку повышается длительность разливки из одного пром-
188
ковша, уменьшается удельная доля отходов металла по поя-
сам, по концевой и головной обрези, и с остатком металла в
промковше. Благодаря хорошей организации струи, возраста-
ет качество стали при разливке длинными сериями за счет
минимизации процессов вторичного окисления на участке
«промковш-кристаллизатор».
Рис.3.6. Общая схема устройства для замены
стакана-дозатора (конструкция Flogates NSD187)
Вместе с тем, применение устройства для быстрой заме-
ны стакана-дозатора предполагает использование специаль-
ных дорогостоящих огнеупорных изделий, что связано с не-
189
обходимостью обеспечения высокой точности контакта меж-
ду сменным стаканом-дозатором и базовым стаканом пром-
ковша по всей плоскости скольжения. Безусловно, это увели-
чивает затраты на разливку.
Наиболее распространенной схемой разливки стали явля-
ется применение схемы дозирования типа «стакан-дозатор» -
«стопор-моноблок». В данном случае расход металла регули-
руется положением головки стопора относительно стакана-
дозатора. Однако частичное разрушение или зарастание внут-
ренней полости стакана-дозатора может стать причиной ава-
рийной остановки ручья [153-156]. Стойкость стакана-
дозатора, как известно, определяется общей прочностью ма-
териала, локальным разрушением стакана-дозатора в зоне его
контакта с головкой стопора (7), скалыванием материала в
месте контакта с погружным стаканом (2) и скоростью зарас-
тания его внутренней полости (3) неметаллическими и шла-
ковыми включениями (рис.3.7, а).
Рис.3.7. Схематическое представление характера износа
стакана-дозатора в процессе разливки (а) и конст-
рукции стакана для разливки сверхдлинными
сериями (б): 1 - разрушения в зоне контакта
с головкой стопора; 2 — то же с погружным
стаканом; 3 - зарастание внутренней полости;
4 - эрозия вследствие разрушения при контакте
с движущейся струей стали
190
Кроме того, при частой замене погружного стакана может
частично разрушаться (скалываться) нижня часть стакана-
дозатора. В этом случае происходит свободный подсос возду-
ха во внутреннюю полость погружного стакана, что значи-
тельно повышает интенсивность вторичного окисления струи
стали.
Стакан-дозатор обычно изготавливают из корундографи-
тового материала методом изостатического прессования [49].
Последний включает: вакуумирование пресс-формы до дав-
ления <0,01 МПа для растягивания оболочки и ее плотного
прилегания к внутренней поверхности перфорированной мат-
рицы; засыпку шихты при одновременной вибрации в тече-
ние 30...35 с с частотой 50 Гц и амплитудой колебания
0,5...0,8 мм; вакуумирование в течение 5...8 мин. до остаточ-
ного давления <0,015 МПа одновременно с вибрацией и не-
большим пригрузом; извлечение пресс-формы из вакуум-
камеры и помещение ее в контейнер гидростата; заполнение
контейнера жидкостью, приложение давления на каучуковую
оболочку и гидропригруз до значения, равного 100 МПа, в те-
чение 30 с, извлечение пресс-формы из контейнера, сушку ее
сжатым воздухом, разборку формы и съём прессованного из-
делия [157,158]. Сформированное изделие после обработки
отверстия сушат в «мягком» режиме с температурой теплоно-
сителя 8О...95°С и относительной влажностью воздуха
30...60%. Высушенное изделие глазируют для защиты графи-
та от выгорания при обжиге в туннельной печи при темпера-
туре 1350°С.
Примерный химический состав и физические свойства
огнеупоров для разливки длинными сериями, %:
А12о3 72...75
Si as SiO2 6...9
TiO2 0,8...1,2
Fe2O3 0,1...0,4
Na2O+ K2O 1...1,4
C 15...17
Кажущаяся плотность, П/см3 2,6...2,8
Открытая пористость, % 16...19
191
Для условий длительной разливки оказалось целесооб-
разным верхнюю часть стакана-дозатора выполнять из более
прочного материала (того же, что и головка стопора). Умень-
шить скорость зарастания внутренней полости можно при ис-
пользовании специального керамического «антиклоггингово-
го» покрытия, принцип действия которого заключается в свя-
зывании оксидов алюминия, оседающих на поверхности ста-
кана-дозатора, в легкоплавкие соединения. Такое покрытие в
2..3 раза повышает длительность работы погружного стакана
без промываний кислородом. Вместе с тем, скорость зараста-
ния стакана-дозатора в немалой степени зависит от развития
процессов вторичного окисления стали, что предопределяет
целесообразность проведения мероприятий по защите стали
от взаимодействия с кислородом воздуха на участке «стале-
разливочный ковш - промковш».
Стопор-моноблок - функциональная часть промежуточ-
ного ковша МНЛЗ - обеспечивает дозированную подачу стали
в кристаллизаторы, перекрытие канала стакана-дозатора при
технологической необходимости, подачу аргона в струю ста-
ли и пр. В большинстве случаев стопор-моноблок работает в
тяжелых условиях, сопровождающихся термическими и
внутренними напряжениями, механическими ударами и эро-
зионным разрушением [159,160]. Следовательно, его высокая
эксплуатационная стойкость достаточно сложная технологи-
ческая и производственная задача, требующая учета возмож-
ностей производителей такого рода керамики и технологиче-
ских условий разливки.
Выполненные авторами в условиях ряда заводов Украины
и России промышленные тестирования стопоров-моноблоков
различных конструкций, геометрической формы и химиче-
ского состава, произведенных разными фирмами, показали,
что практически все они не отвечают требованиям разливки
сверхдлинными сериями. Основные причины выхода стопо-
ров из эксплуатации в ходе разливки:
• интенсивное эрозионное изнашивание в области шлако-
вого пояса, заканчивающееся поломкой и потерей ручья
МНЛЗ;
192
• эрозионное изнашивание головки стопора, что препят-
ствует нормальному процессу истечения металла из пром-
ковша (разрушение компактной формы струи и т.п.);
• поломка стопора в зоне его крепления к штанге стопор-
ного механизма из-за непрочности (или потери прочности)
узла крепления, включающего керамические и металлические
части;
• поломка стопора в нижней трети из-за потери механи-
ческой прочности и жесткости;
• подсос воздуха в месте крепления стопора и последую-
щее выгорание углерода во внутренних слоях стопора, вызы-
вающее разупрочнение материала;
• коробление вилки, соединяющей штангу и стопорный
механизм, за счет ее нагрева, что приводит к поломке стопора
в ходе разливки.
Как показывает статистический анализ, наиболее частой
причиной выхода из строя стопора-моноблока является раз-
рушение узла крепления. Следовательно, при выборе рацио-
нальной схемы крепления стопора и стальной штанги необ-
ходимо принимать во внимание, что зона фактического креп-
ления стопора находится длительное время в условиях воз-
действия агрессивной среды, повышенных температур, дина-
мических нагрузок и пр. Основные схемы крепления стопора:
• с помощью расклинивающей вставки (рис.3.8, а);
• керамической гайкой, посаженной на специальный
раствор, что позволяет перенести часть возникающих нагру-
зок на торцевую поверхность стопора (рис.3.8, б);
• ввинчиванием поддерживающей штанги в металличе-
скую гайку, которая впрессована непосредственно в тело сто-
пора еще при изготовлении (рис.3.8, в-г);
• металлической гайкой, в которую ввинчивается штан-
га (рис.3.8, д).
Безусловно, наиболее ненадежным является крепление
расклинивающей втулкой, поскольку оно не может гаранти-
ровать точную фиксацию стопора. Это приводит к изменению
его положения (перекосу) в процессе разливки и преждевре-
193
менному выходу из строя. В целом конструкция стопора, по-
казанная на рис.3.8, а, обеспечивала на Днепровском метал-
лургическом комбинате разливку 2-4 плавок при высокой ве-
роятности аварийной остановки любого ручья МНЛЗ на ран-
ней стадии из-за механической поломки стопора [153].
Рис.3.8. Схема крепления стопора-моноблока и штанги
стопорного механизма
Более эффективны крепления с помощью ввинчиваю-
щейся керамической или впрессованной гайки. Сравнивая эти
две конструкции, следует отметить, что первая из них, безус-
ловно, требует больших затрат квалифицированного труда и
времени для подготовки и монтажа стопора перед разливкой.
Однако и вторая конструкция, несмотря на ее простоту, несет
в себе определенные технологические противоречия, которые
связаны с различными коэффициентами линейного расшире-
ния у керамики, из которой изготавливается стопор, и впрес-
сованной гайки. Кроме того, как показали исследования, в
стопорах с металлической гайкой могут возникнуть дополни-
тельные внутренние напряжения из-за вероятных ошибок при
установке гайки. Такое отклонение способно стать причиной
194
внезапного разрушения стопора в процессе эксплуатации
(при наложении динамических эксплуатационных нагрузок и
внутренних монтажных и термических напряжений). Харак-
тер распределения напряжений в верхней части стопора-
моноблока с металлической гайкой, полученный на плоской
прозрачной модели с использованием поляризационно-
оптического метода [161] показан на рис.3.9 [162].
Как видим (фотография выполнена для случая, когда
действуют только монтажные напряжения), повышенная кон-
центрация напряжений (чередование светлых и темных по-
лос) внутри стопора наблюдается преимущественно в местах
его соприкосновения с острыми кромками гайки. Кроме того,
дополнительные внутренние напряжения в месте крепления
могут возникать при перекосе гайки при прессовании. Это
следует считать технологическим фактором, проявление ко-
торого носит вероятностный характер. Полностью предотвра-
тить перекосы, вероятно, не представляется возможным.
Рис.3.9 Распределение напряжений в верхней части
стопора-моноблока при использовании для креп-
ления металлической впрессованной гайки
195
Минимальный уровень внутренних напряжений создает-
ся в конструкции, показанной на рис.3.8, б. Различного рода
перекосы в ней компенсируются при монтаже штанги стопора
за счет установки керамической гайки на раствор. Опреде-
ленным недостатком этой конструкции является низкая раз-
мерная точность керамических гаек. Однако он легко компен-
сируется путем правильного подбора гайки и стопора перед
монтажом. Развитием конструкции можно считать крепление,
приведенное на рис.3.8, д. Применяемая в этом случае много-
разовая ввинчивающаяся металлическая гайка повышает точ-
ность и быстроту монтажа. Испытания, выполненные на ме-
таллургическом комбинате «Северсталь», в целом подтверди-
ли его универсальность и надежность.
В керамической части конструкции стопора-моноблока
стремятся учесть все негативные аспекты условий их эксплуата-
ции. Это позволяет определить рациональные геометрические
размеры стопора, оптимальный состав материала для оформле-
ния его различных зон и обеспечить возможность вдувания ар-
гона непосредственно через его внутреннюю полость [163].
В последнее десятилетие ведущие европейские произво-
дители изостатических стопоров-моноблоков «Ставерма»
(Германия), Везувиус (Бельгия), «Фосеко» (Великобритания)
стремятся использовать концепцию зонального упрочнения
материала стопора в зависимости от характера разрушения
той или иной зоны.
Химический состав и физические свойства корундогра-
фитового стопора-моноблока, %:
А12О3 50...60
Si 11...14
SiO2 0,80... 1,2
ТЮ2 0,1...0,4
Fe2O3 l...l,4
Na2O+ 28... 33
K2O
с
Кажущаяся плотность, г/см3 2,4.. .2,5
Открытая пористость, % 14... 16
196
Головка стопора выполняется из материала с повышен-
ным содержанием (70...75%) А12О3, который в большей сте-
пени противостоит эрозионному изнашиванию в условиях
быстро движущихся потоков металла. Для рабочей пары «го-
ловка стопора - стакан-дозатор» разработана оптимальная
геометрия соприкасающихся частей, позволяющая обеспе-
чить рациональное истечение металла из стакана-дозатора.
Для сталей, обработанных кальцием, рекомендуется исполь-
зовать головку из магнезитсодержащего материала.
Прочность остальных частей стопора-моноблока предо-
пределяется выбором рационального состава материала и ре-
жимов изостатического прессования. Поскольку повышенный
износ стопора наблюдается в зоне шлакового пояса, макси-
мальный диаметр стопора, соответствующий требуемому
циклу эксплуатации, рекомендуется задавать именно для этой
зоны и для области расположенной выше крепления стопора.
Чтобы снизить массу и себестоимость стопора, его диа-
метр в зоне, расположенной ниже шлакового пояса, может
быть уменьшен на 15...25%. Такая конструкция, выбранный
принцип варьирования состава материала по зонам и техно-
логия изготовления обеспечивают разливку 12... 15 плавок в
серии. Например, по данным металлургического комбината
им. Ильича (Мариуполь), стойкость стопора-моноблока по-
зволяет разливать сталь без смены промковша в течение
20...24 ч. Аналогичные результаты достигнуты на Днепров-
ском металлургическом комбинате (Днепродзержинск).
В настоящее время на ряде заводов мира вместо стопора-
моноблока в промковше применяют трехплитный шиберный
затвор [164-166]. В СНГ такую схему успешно используют на
Оскольском электрометаллургическом комбинате (Старый
Оскол, Россия). Как показывает практика, трехплитный ши-
берный затвор может при определенных условиях обеспечить
разливку сериями 8-9 плавок, что заметно уступает показате-
лям стопоров-моноблоков. Однако шиберные затворы в неко-
торой степени изменяют условия разливки, что оказывает
влияние и на процесс разливки, и на качество непрерывноли-
197
той заготовки. Особенно это относится к процессу старта
МНЛЗ и регулированию расхода металла в ходе разливки.
Характерной особенностью конструкции шиберного за-
твора для промковша является стремление по возможности
увеличить внутреннее сечение стакана-дозатора по отноше-
нию к реально требуемому сечению для обеспечения соответ-
ствующего расхода стали. Реальное сечение стакана-дозатора
может быть больше требуемого в 5-10 раз. Расход металла ре-
гулируется изменением положения средней плиты шиберного
затвора.
Рис.3.10. Схема разливки стали через трехплитный
шиберный затвор:
1 - всплывающая керамическая труба; 2 - гнездовой блок;
3 - коллектор с пористым кольцом для подачи аргона;
4 - верхняя плита; 5 - стартовая плита с пористой
вставкой; 6 - подвижная плита; 7 - нижняя плита;
8 - погружной стакан; 9 - цирконовый пояс
198
При использовании шиберного затвора (рис.3.10) начало
разливки осуществляют или с открытым каналом и всплы-
вающим блоком J, или с закрытым каналом (при наполнении
промковша), в который непрерывно подается аргон (или
смесь аргона с кислородом) через специальную вставку в
плите 9. Однако в обоих случаях выход на номинальные ско-
рости разливки происходит более медленно из-за инерцион-
ности привода шиберного затвора. Это, в конечном счете,
увеличивает отходы стали с головной обрезью.
По сравнению со стопором-моноблоком, трехплитный
шиберный затвор имеет следующие достаточно серьезные
функционально-технические недостатки:
• удлиняется система каналов от промежуточного ковша
до погружного стакана, что повышает вероятность ее зарас-
тания; с учетом большой протяженности каналов практически
невозможно осуществлять его промывание канала с помощью
кислорода;
• поскольку расход металла в шиберном затворе регули-
руется изменением положения средней плиты, в ходе такого
дросселирования разрушаются компактная геометрическая
форма струи, и огнеупоры, входящие с ней в контакт;
• наличие определенного зазора между плитами шибер-
ного затвора является дополнительным источником подсоса
воздуха (вторичного окисления) в движущуюся струю стали,
что особенно негативно проявляется при разливке вакууми-
рованных сталей и сталей с повышенным содержанием алю-
миния;
• при разливке через трехплитный шиберный затвор в си-
лу инерционности привода «загрубляется» система автомати-
ческого поддержания уровня металла в кристаллизаторе, что
приводит к большим рабочим амплитудным значениям и,
возможно, к снижению качества поверхности.
199
3.4.ПОГРУЖНЫЕ СТАКАНЫ И УСЛОВИЯ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Работа погружного стакана в процессе разливки стали
неразрывно связана с условиями работы промковша. По су-
ществу, погружной стакан защищает металл от вторичного
окисления на участке «промковш-кристаллизатор», предот-
вращает загрязнение заготовки включениями шлакообразую-
щей смеси, расположенной на зеркале металла в кристаллиза-
торе и обеспечивает подвод струи под уровень в кристаллиза-
торе, способствуя рациональной организации движения кон-
вективных потоков в жидкой ванне.
Чаще всего погружные стаканы работают в режиме не-
прерывной разливки методом «плавка на плавку» [167,168].
Основными требованиями, которые предъявляются к погруж-
ным стаканам, являются высокая прочность при высокой
температуре и стойкость против эрозии и коррозии под дей-
ствием металла и шлакообразующих смесей. Каждая замена
погружного стакана в ходе разливки, вызванная его разруше-
нием или зарастанием внутренней полости, предполагает ос-
тановку на некоторое время ручья МНЛЗ, что впоследствии
требует вырезания из заготовки той части, которая находи-
лась в процессе замены непосредственно в кристаллизаторе.
Поэтому частая замена погружных стаканов не просто нару-
шает технологический ритм разливки, но также повышает от-
ходы металла и снижает выход годного на 1.. .2%.
В зависимости от условий разливки различают прямоточ-
ные и глуходонные погружные стаканы. Последние имеют
два или четыре боковых отверстия, которые выполняются под
углом к зеркалу металла от +10 до -25-30°.
Основными причинами выхода погружных стаканов из
эксплуатации являются (рис.3.11 а): эрозионный износ в зо-
нах шлакового пояса (7) и истечение струи (4), зарастание
внутренней полости неметаллическими включениями в зоне
выходного отверстия (2) и растрескивание верхней части из-
делия (3), связанное с подсосом воздуха в стык между стака-
ном-дозатором и погружным стаканом, а также образование
продольных сквозных трещин при термоударе (недостаточ-
ный подогрев стакана перед разливкой).
200
Рисунок 3.11. Схематическое представление характера
износа погружного стакана в процессе разливки (а)
и конструкции погружного стакана для разливки
сверхдлинными сериями (б)
Для производства погружных стаканов применяют плав-
леный (или аморфный) кремнезем [172,173]. Исходным мате-
риалом является кварц высокой чистоты (>99% SiO2\ кото-
рый плавят, а потом быстро охлаждают для предотвращения
образования кристаллической структуры. Спекание осущест-
вляют при температуре, достаточной для образования связи
между отдельными зернами.
Кварцевый погружной стакан выдерживает разливку 1-3
плавок. Для сталей с повышенным содержанием марганца та-
кое изделие использоваться не может, поскольку плавленый
кремнезем интенсивно за 30-40 мин. разъедается [168].
Наиболее высокую эксплуатационную стойкость обеспе-
чивают корундографитовые погружные стаканы, усиленные
специальным цирконовым поясом в зоне контакта со шлако-
образующей смесью (рис.3.11, б), что при определенных тех-
нологических мероприятиях может увеличить длительность
201
их работы, равную сроку эксплуатации футеровки промковша
и стопора-моноблока (8-10 плавок).
Однако, как показали промышленные эксперименты, тех-
нологическая стойкость погружного стакана в этом случае
лимитируется скоростью зарастания его внутренней полости
оксидами алюминия, кремния и пр. При этом стакан может
выйти из строя уже через 2,5-3 плавки. Чтобы повысить время
эксплуатации погружного стакана, необходимо [169-171]:
а) уменыпенить вторичное окисление стали, т.е. исклю-
чить подсос кислорода воздуха в стык между стаканом-
дозатором и погружным стаканом с помощью обдува аргоном
места стыка;
б) применить специальное «антиклоггинговое» покрытие
внутренней полости погружного стакана;
в) использовать вдувание аргона во внутреннюю полость
погружного стакана через стопор-моноблок для адсорбции
оксидов алюминия и создания нейтральной атмосферы в по-
лости погружного стакана;
г) предотвратить преждевременное разрушение стакана-
дозатора и головки стопора, котрое нарушает движение струи
в погружном стакане (скольжение металла по стенке, раз-
брызгивание и пр.).
Для предупреждения образования трещин в погружном
стакане необходимо исключить механические удары при их
транспортировке и установке. Практика применения корундо-
графитовых погружных стаканов предполагает также их
предварительный подогрев до температуры 900...1000°С,
чтобы не произошло растрескивания из-за термоудара и за-
растания внутренней полости затвердевшим металлом в на-
чальный момент разливки.
Использование изостатически прессуемых корундографи-
товых погружных стаканов, усиленных в зоне контакта со
шлаком цирконовым поясом (ZrO2 = 65...70%; SiO2 = 13... 17;
С = 11... 15), является наиболее перспективным и экономиче-
ски обоснованным методом защиты стали между промков-
шом и кристаллизатором МНЛЗ.
202
Химический состав и физические свойства корундогра-
фитового погружного стакана, %:
А12О3 70...75
Si as SiO2 6...9
TiO2 0,8..1
Fe2O3 0,6...0,9
Na2O+ K2O 1,5...1,9
C 14...17
Кажущаяся плотность, г/см3 2,6...2,8
Открытая пористость, % 15...18
По мнению многих исследователей, отложения на внут-
ренней поверхности погружного стакана могут существенно
отличаться как по физическим свойствам (начиная с доста-
точно рыхлых зон и заканчивая зонами прочных кристаллов
корунда), так и по химическому составу (алюминаты кальция
типа СаО*6А12О3, СаО*2А12О3 и 2CaO*Al2O3* SiO2, а также
шпинелиды переменного состава - от герцинитового до маг-
нетитового и пр.) [174-176]. В таких отложениях может также
наблюдаться повышенное содержание «корольков» металла.
Следовательно, есть основание утверждать, что отложения на
внутренней поверхности погружного стакана являются ре-
зультатом, дополнительного загрязнения стали, которое про-
исходит уже непосредственно в ходе разливки. Вероятно, не-
однородность отложений следует объяснять различными ме-
ханизмами, сопровождающими процесс зарастания внутрен-
ней полости погружных стаканов.
Многочисленные наблюдения, выполненные авторами
настоящей монографии, позволяют сделать вывод: формиро-
вания отложений на поверхности погружного стакана проис-
ходят в течение всего цикла эксплуатации. Основным их ис-
точником, вероятно, является дополнительное загрязнение
металла неметаллическими включениями за счет вторичного
окисления стали при движении от сталеразливочного ковша в
кристаллизатор, а также эрозии огнеупорных и вспомогатель-
ных материалов, с которыми сталь вступает в контакт во вре-
мя технологических переливов. Процесс зарастания внутрен-
203
ней полости погружного стакана характеризуется также за-
метной неравномерностью его развития во времени и несим-
метричностью расположения зон отложений относительно
вертикальной оси изделия. Например, после разливки не-
скольких плавок весьма часто (20...25% от всего количества)
наблюдается довольно резкое уменьшение внутреннего сече-
ния канала погружного стакана, что, в конечном счете, и слу-
жит основной причиной его замены на новый [177].
По нашему мнению, наиболее вероятными причинами та-
кого резкого увеличения скорости выпадения отложений мо-
гут быть дополнительные оксиды, которые попадают в пром-
ковш при прожигании канала шиберного затвора с примене-
нием кислорода, или частицы шлака, захватываемые струей
металла (эффект «воронки») при вытекании из промковша.
Условия для развития указанного эффекта создаются при
уменьшении уровня налива стали в промковше, которое обу-
словливается заменой сталеразливочных ковшей при работе
по схеме «плавка на плавку».
Не менее существенно накопление в промковше допол-
нительного шлака, попадающего из сталеразливочных ков-
шей, по мере увеличения числа разлитых плавок.
Выполненные практические наблюдения и оценка харак-
тера расположения зон отложений во внутренней полости по-
гружных стаканов позволили установить общие законно-
мерности:
- отложения алюминатов более ярко проявляются при по-
вышенном содержании алюминия в стали;
- зоны наибольшего количества отложений обычно рас-
полагаются от области, соответствующей положению уровня
металла в кристаллизаторе, до нижнего среза для прямоточ-
ных погружных стаканов или до внешней поверхности для
глуходонных изделий с боковыми отверстиями;
- весьма часто зоны максимального количества отложе-
ний в горизонтальном сечении не являются симметричными;
- для глуходонных погружных стаканов с боковыми от-
верстиями нередко отмечалась несимметричность в зараста-
нии отверстий (одно отверстие зарастает больше другого);
- при разливке на многоручьевых МНЛЗ (4- или 6- ручье-
204
вые) установлен также факт неодинакового (по скорости и
характеру) зарастания погружных стаканов на разных ручьях.
Все это свидетельствует о том, что динамика движения
струи стали из промковша в кристаллизатор представляется
весьма важной с точки зрения условий эксплуатации погруж-
ного стакана. Характер движения струи металла непосредст-
венно в погружном стакане и особенности его взаимодейст-
вия с газом, который попадает в стакан через стык стакана-
дозатора с погружным стаканом, или с защитным газом, ко-
торый вдувается в металл различными способами, изучался
на физической модели.
Исследования выполнены для наиболее распространен-
ных случаев: а) без вдувания защитного газа и без эжекции
воздуха в стык между стаканом-дозатором и погружным ста-
каном; б) то же, но с эжекцией воздуха; в) при вдувании за-
щитного газа через пористую вставку в верхней части по-
гружного стакана; г) то же, через пористую вставку в стакане-
дозаторе; д) то же, через стопор-моноблок.
Схемы движения струи металла и ее взаимодействия с
окружающим газом для перечисленных случаев показаны на
рис. 3.12 и 3.13.
Рис.3.12. Схема движения струи металла в погружном
стакане без подсоса а) и с подсосом воздуха б)
205
В целом, движение струи металла во внутренней полости
погружного стакана (без дополнительного вдувания защитно-
го газа и подсоса газа через стык) характеризуется компакт-
ной формой струи, которая уменьшается в сечении с ускоре-
нием движения. При нормальном развитии процесса разливки
сечение струи меньше чем внутренней полости пог-ружного
стакана, что практически исключает их длительный контакт
(а, следовательно, и осаждение неметаллических включений
на внутренней поверхности погружного стакана).
В ходе разливки во внутренней полости погружного ста-
кана давление газа значительно уменьшается и становится
ниже атмосферного. При отсутствии герметичности в месте
стыка стакана-дозатора и погружного стакана наблюдается
существенный подсос воздуха, что обусловливает образова-
ние зоны водовоздушной смеси по границе струи, расши-
ряющейся книзу (рис.3.12, б).
Формирование такой зоны, в свою очередь, приводит к
некоторому увеличению общего сечения струи (за счет раз-
брызгивания) при одновременной деформации ее геометриче-
ской формы, что обеспечивает контакт движущейся струи с
внутренней стенкой погружного стакана. Следовательно, эф-
фект зарастания внутренней полости погружного стакана не-
металлическими включениями можно связывать не только с
вторичным окислением стали в ходе ее технологических пе-
реливов, но и с изменением формы струи, вызванной внедре-
нием пузырьков газа в ее периферийные области. Явление
деформации геометрической формы струи для расплавленно-
го металла, вероятно, будет развиваться значительно сильнее,
поскольку контакт металла с газом сопровождается резким
увеличением объема последнего в силу быстрого нагревания.
Вдувание газа через пористую вставку (рис.3.13, а,б) в
стакане-дозаторе (или погружном стакане) обеспечивает не
только высокую степень адсорбции неметаллических вклю-
чений на поверхности пузырьков и компенсирует разрежение,
образующееся во внутренней полости погружного стакана, но
и способствует (в определенном смысле) развитию поверхно-
сти контакта струи металла со стенками погружного стакана
206
и, следовательно, создает благоприятные условия для осаж-
дения на них глинозема. Видимо, использование такого спо-
соба защиты в большей степени целесообразно для разливки
чистых по неметаллическим включениям (вакуумированных)
сталей.
а ? 6
Рис.3.13. Схема движения струи металла в погружном
стакане при вдувании аргона
При вдувании защитного газа через стопор-моноблок
(рис.3.13, в) формирующаяся в полости стакана-дозатора
струя жидкости имеет традиционную для свободно вытекаю-
щей струи геометрическую форму, а инжектируемый газ рас-
полагается, в основном во внутренних зонах струи и движется
со скоростью жидкостного потока, не нарушая его естествен-
ной конфигурации. Учитывая характер расположения и дви-
жения пузырьков газа в струе, можно предположить, что они
также сообщают ей дополнительную устойчивость за счет
компенсации уменьшения сечения струи вследствие увеличе-
ния объема пузырьков при их нагревании. Интенсивность
подсоса газа через стык между стаканом-дозатором и по-
гружным стаканом в этом случае может быть тоже значи-
тельно снижена.
207
Вдувание инертного газа через стопор-моноблок дает бо-
лее равномерное распределение пузырьков газа в жидкой
ванне кристаллизатора. Схема подвода аргона через внутрен-
нюю полость стопора-моноблока показана на рис.3.14. Про-
дувка аргоном через стопор-моноблок оказывается эффектив-
ной только при расходе газа 2...5 л/мин. Увеличение расхода
газа свыше указанных пределов практически всегда ухудшает
качество заготовки (загрязнение поверхностных слоев шлако-
выми включениями).
Рис.3.14. Общая схема вдувания аргона
через стопор-моноблок:
1 - стопор; 2 - керамическая фиксирующая гайка;
3 - переходная шайба; 4 - шайба; 5 - стальная
штанга; 6 - вилка стопорного механизма;
7,8- самоцентрирующиеся сферические шайбы;
9 - гайка; 10- гнездо для подвода аргона
208
При оптимизации расхода аргона необходимо учитывать
конструкцию погружного стакана (прямоточный или глухо-
донный), чтобы предотвратить проникновение пузырьков ар-
гона вглубь заготовки, откуда они не смогут всплыть на по-
верхность. Точное дозирование расхода вдуваемого аргона,
обеспечивается комплексом специального оборудования,
включающего расходомер, редуктор давления, систему пря-
мых и обратных клапанов, а также специальных трубопрово-
дов, работающих в зоне повышенных температур и имеющих
быстросъемные приспособления для оперативной подготовки
к работе всей схемы подачи аргона.
Результаты моделирования процессов, сопровождающих
движение струи металла во внутренней полости погружного
стакана, свидетельствуют, что при нормальном истечении
струи металла из стакана-дозатора вероятность быстрого за-
растания внутренней полости погружного стакана оказывает-
ся достаточно низкой. Более того, инжекция аргона через
стопор-моноблок дополнительно защищает от вторичного
окисления и стабилизирует движение струи металла. Одной
из главных причин повышенного зарастания внутренней по-
лости погружных стаканов, видимо, следует считать несим-
метричность течения струи металла, вызванную особенно-
стями ее формирования в месте сопряжения стопора-
моноблока и стакана-дозатора.
В ходе физического моделирования установлено, что
наибольшее влияние на форму и траекторию движения струи
может оказывать положение стопора относительно поверхно-
сти седла стакана-дозатора (рис.3.15). Заметные отклонения в
истечении струи отмечены в том случае, если смещение сто-
пора относительно вертикальной оси стакана-дозатора со-
ставляет 25...30% от радиуса его внутренней полости. При
этом увеличение смещения стопора способствует большей
деформации формы и траектории струи относительно верти-
кальной оси.
Наиболее характерным моментом, сопровождающим та-
кое течение металла, является его непосредственный контакт
с внутренней поверхностью погружного стакана, что создает
209
благоприятные условия для осаждения неметаллических
включений и макрочастиц шлака. Соответственно, эти изме-
нения в характере движения струи металла во внутренней по-
лости погружного стакана на практике способствуют допол-
нительной несимметричности эрозии головки стопора-
моноблока и несимметричному отложению включений внут-
ри погружного стакана, которые и служат причиной прежде-
временного выхода изделия из эксплуатации (рис. 3.15, б).
Рис.3.15. Схема механизма деформации и скольжения
струи металла при ее истечении из промковша
в кристаллизатор
Существенное влияние на характер истечения металла из
промковша оказывает износ головки стопора. Поэтому на
практике для разливки стали длинными сериями рекоменду-
ется использовать стопоры-моноблоки со специально упроч-
ненной головкой. Упрочнение достигается повышением со-
держания А12О3 (для сталей, которые не обрабатываются си-
ликокальцием), или формированием магнезитовой головки
210
(для сталей, которые обрабатываются силикокальцием). Без-
условно, оптимизация химического материала головки долж-
на выполняться в соответствии с конкретными условиями
эксплуатации всего стопора и промковша.
Преждевременное зарастание внутренней полости по-
гружного стакана может обусловливаться циклическими ко-
лебаниями стопора в вертикальной плоскости в ходе разлив-
ки. Частота и амплитуда этих колебаний во многом зависит от
жесткости стопорного механизма и, в частности вилки, на ко-
торой крепится стопорная штанга. Как показали наблюдения,
выполненные в промышленных условиях, амплитудно-
частотные характеристики таких колебаний могут сущест-
венно меняться в ходе разливки. Причиной роста амплитуды
колебаний может быть уменьшение жесткости металлических
конструкций под воздействием температурных нагрузок.
Кроме того, в процессе разливки на стопор может налипать
определенное количество металла и шлака, что тоже изменяет
положение стопора относительно стакана-дозатора.
Следовательно, зарастание внутренней полости корундо-
графитовых погружных стаканов может происходить не толь-
ко за счет осаждения оксидов алюминия, но и по таким важ-
ным причинам:
• несимметричность расположения головки стопора от-
носительно стакана-дозатора в ходе разливки;
• износ головки стопора при разливке длинными серия-
ми;
• вертикальные колебания стопора и соответствующие
колебания расхода металла при истечении из стакана-
дозатора;
• захват шлака, расположенного на поверхности металла
в промковше, при падении уровня металла в процессе пере-
ковшовок, в том числе по причине перекосов промковша, вы-
званных короблением его кожуха.
Перечисленные причины имеют не только технологиче-
ский, но и вероятностный характер, поэтому полное их устра-
нение крайне затруднительно. Вместе с тем, практика разлив-
27/
ки стали на МНЛЗ показала целесообразность ужесточения
контроля за монтажом стопора и его состоянием, а также за-
щиты вилки, поддерживающей стопор, от прямого темпера-
турного воздействия. По существу, это предотвращает спон-
танный захват покровного шлака, расположенного на зеркале
металла промковша.
Что же касается отложений оксидов алюминия, попа-
дающих на поверхность погружного стакана непосредственно
из стали, то, по нашему мнению, одним из основных их ис-
точников является вторичное окисление, происходящее на
участке «промковш - кристаллизатор».
С помощью прямых замеров установлено: по ходу раз-
ливки давление газа во внутренней полости погружного
стакана, не имеющего разъема со стаканом-дозатором,
обычно колеблется в пределах 45...55 кПа [171]. Такое раз-
режение газа объясняется эжектирующим действием струи
стали, которая вытекает из промковша. При вдувании
инертного газа через стопор-моноблок или пористые встав-
ки давление во внутренней полости повышается до 70...75
кПа. Абсолютная величина давления газа во внутренней по-
лости погружного стакана колеблется в пределах 3...8 кПа
(с частотой до нескольких колебаний в секунду). Это явле-
ние, видимо, следует связывать с внутренними колебатель-
ными свойствами системы стопорного механизма. Для
сменного погружного стакана давление газа во внутренней
его полости по ходу разливки обычно приближалось к атмо-
сферному (минимальное давление составляло 90...92 кПа),
что подтверждает наличие подсоса газа из окружающей
среды во внутреннюю его полость через стык со стаканом-
дозатором.
Для повышения срока службы погружного стакана (за-
растание) можно рекомендовать следующие мероприятия:
защиту стали от вторичного окисления на всем ее движении
от сталеразливочного ковша до кристаллизатора; обработку
стали силикокальцием с целью модифицирования оксидов
алюминия в легкоплавкие соединения [65,178-180]. Несмотря
212
на высокую эффективность этих мероприятий, целесообраз-
ность обработки стали силикокальцием зависит от достаточно
большой совокупности технологических и экономических
факторов и достаточно часто лимитируется высокими затра-
тами на 1 т стали.
Существенно увеличить срок службы стакана-дозатора
и погружного стакана можно также с помощью «антиклог-
гингового» покрытия внутренней полости, которое препят-
ствует осаждению оксидов алюминия. Скорость зарастания
уменьшается, в данном случае, за счет образования легко-
плавких соединений при взаимодействии оксидов алюминия
с материалом покрытия, или за счет предварительного уда-
ления углерода с поверхности контакта со сталью
[154,175,181,182].
Как показали выполненные авторами исследования, такие
изделия работают достаточно эффективно, если применяются
другие мероприятия, препятствующие вторичному окисле-
нию стали. При этом эксплуатационная стойкость (по зарас-
танию повышается) примерно в 1,5...2 раза. Менее эффек-
тивно «антиклоггинговое» покрытие работает для сталей с
повышенным содержанием алюминия, что, видимо, объясня-
ется большим количеством глинозема, образующегося при
вторичном окислении. В этом случае лучше использовать по-
гружные стаканы с плазменным напылением чистого А12О3.
Таким образом, можно сделать следующие выводы:
1. На показатель эксплуатационной стойкости погружно-
го стакана (зарастание внутренней полости), выполненного
методом изостатического прессования из корундографитово-
го материала, существенное влияние оказывают условия ис-
течения металла из стакана-дозатора и его движения во внут-
ренней полости погружного стакана;
2. Для высокой эксплуатационной стойкости погружного
стакана целесообразно обеспечивать симметричное истечение
металла из стакана-дозатора при обязательной защите стали
от вторичного окисления на участке «промковш-кристал-
лизатор» посредством вдувания аргона.
213
3.5. УСЛОВИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ СТАЛИ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИМИ
ВКЛЮЧЕНИЯМИ ПРИ РАЗЛИВКЕ НА МНЛЗ
Основными источниками дополнительного загрязнения метал-
ла неметаллическими включениями может служить вторичное
окисление стали при ее движении от сталеразливочного ковша до
кристаллизатора, а также огнеупорные и вспомогательные мате-
риалы, с которыми сталь вступает в контакт в процессе движения
[183-186]. Общий анализ возможных источников загрязнения стали
неметаллическими включениями (рис. 3.16) позволяет с достаточ-
ной степенью уверенности разделить их в зависимости от механиз-
ма проявления на следующие группы:
1. Не всплывшие в шлак неметаллические включения, являю-
щиеся продуктами реакций раскисления стали;
2. Мелкие частицы шлака, которые вовлекаются в металл в ре-
зультате турбулентного перемешивания струи с жидкой ванной ме-
талла и покрывающего ее шлака;
3. Продукты разрушения огнеупоров при контакте с металлом и
шлаком;
4. Продукты прожигания канала шиберного затвора кислородом;
5. Вторичное окисление стали в ходе технологических переливов.
Безусловно, для обеспечения высокой чистоты стали в непре-
рывнолитой заготовке необходимо предусматривать специальные
мероприятия, препятствующие развитию вышеперечисленных яв-
лений. Наибольшее значение имеют следующие процессы:
• вторичное окисление стали в начале процесса непрерывной
разливки стали;
• реакции с футеровкой промковша и покровным шлаком;
• потоки в промковше и всплытие включений;
• перетекание эмульгированного шлака из ковша в промковш с
последними порциями металла;
• способы раннего обнаружения попадания шлака в ковш;
• зарастание погружных стаканов;
• распределение неметаллических включений в заготовках в
радиальных и криволинейных МНЛЗ.
В начале разливки заполнение промежуточного ковша проис-
ходит при открытом зеркале металла вплоть до засыпки теплоизо-
лирующей смеси.
214
Рис.3.16. Общая схема источников загрязнения стали неметалличе-
скими включениями при разливке на МНЛЗ
215
Весь этот период металл активно контактирует с окружающей ат-
мосферой. По некоторым данным, в первые 5...6 мин. разливки со-
держание кислорода в стали в 3...4 раза выше, чем при установив-
шемся процессе разливки (например, через 10 мин. содержание кисло-
рода в стали падает в два раза, а через 30 мин. уменьшается в 3...3,5
раза) [187].
Степень чистоты стали на заднем конце заготовки вновь ухуд-
шается, так как при полном опорожнении ковша в промковш попа-
дает некоторое количество шлака. Дополнительно шлаковые вклю-
чения могут попасть в сталь при разливке последних порций каж-
дого сталеразливочного ковша из-за эффекта «воронки». В начале
подачи металла из нового промковша также возможно загрязнение
стали следствие попадания в промковш продуктов «прожигания»
канала шиберного затвора кислородом.
Для переднего конца заготовки установлено, что загрязнен-
ность неметаллическими включениями значительно уменьшается
при использовании торкрет покрытия на основе магнезита и тепло-
изолирующего покрытия на основе золы рисовой шелухи.
Рис.3.17. Общая схема заполнения отверстия
шиберного затвора засыпкой:
1 - засыпка без термофизических превращений;
2 - спеченный при контакте со сталью слой засыпки;
3 - гнездовой блок; 4 - верхний стакан;
5 - шиберный затвор; 6 - коллектор
Особое значение для ритмичной работы МНЛЗ специальные по
химическому и гранулометрическому составу засыпки, которые
размещаются в канале шиберного затвора перед заполнением ме-
276
таллом (рис.3.17). Функциональное назначение засыпки заключает-
ся в предотвращении проникновения жидкой стали в канал шибер-
ного затвора до его открывания, а также быстром и беспрепятст-
венном высыпанием из канала при открытии затвора. Следует от-
метить, что с внедрением в технологический процесс методов вне-
печной обработки время пребывания металла в ковше существенно
увеличилось, что соответственно повысило требования к качеству и
эксплуатационным свойствам засыпки.
Известно, что в случае неоткрытая шиберного затвора (засыпка
самопроизвольно не высыпалась) его канал прожигают кислоро-
дом. Этот процесс сопровождается образованием большого количе-
ства оксидов железа, которые попадают в промковш. На практике
отмечено повышение в 1,5...2 раза содержания кислорода в голов-
ной части заготовки при прожигании канала шиберного затвора.
На многих металлургических заводах Украины и России ис-
пользуют смесь природного кварцевого песка с определенным ко-
личеством аморфного графита [188]. Однако такие засыпки харак-
теризуются низким уровнем открывания канала шиберного затвора
(30...60%) при высокой степени колебаний результатов от одной
партии материала к другой. На японских заводах, если используют
в качестве засыпки кварцевый песок, уделяют особое внимание его
химическому составу (SiO2 > 98%), чтобы повысить показатель от-
крываемое™ затвора без прожиганий.
Ряд металлургических заводов применяет ставролитовый кон-
центрат (А12О3 = 49,6%; SiO2 = 27,5; Fe2O3 = 12,2; TiO2 = 3,5) опре-
деленного гранулометрического состава (0,4...0,7 мм). Однако этот
материал требует предварительного прокаливания перед примене-
нием при температуре 25О...35О°С, что значительно усложняет про-
цесс его эксплуатации.
В последнее время для засыпок создают специально приготов-
ленные смеси. Например, в США запатентована засыпка состоя-
щая из кварцевого песка с размером зерен 0,5...3,5 мм, которые
плакированы мелкими частицами минерала из группы полевых
шпатов, имеющих температуру плавления 1000-1700°С. Содержа-
ние полевого шпата в засыпке колеблется от 5 до 30%, а размер его
частиц - менее 0,15 мм. Особенность данного материала заключа-
ется в том, что он, спекаясь в момент контакта с жидкой сталью,
образует корочку, которая препятствует проникновению металла в
поры между частицами. При открытии шиберного затвора она раз-
рушается под давлением жидкой стали [189].
217
По данным ККЦ-1 Новолипецкого металлургического комби-
ната, специальная смесь Боровичского огнеупорного завода обес-
печила открывание шиберного затвора около 80% [190]. Однако та-
кой показатель вряд ли следует считать удовлетворительным, по-
скольку в соответствии с теорией статистики существует высокая
степень вероятности неоткрывания двух ковшей подряд, что значи-
тельно повысит загрязненность стали неметаллическими включе-
ниями в течение длительного периода разливки.
На наш взгляд, концепция разработки смеси для засыпки в ка-
нал шиберного затвора должна предполагать его открывание во
всех случаях, кроме экстремальных, которые, как показывает ста-
тистический анализ, не могут превышать 1... 1,5%.
В результате исследований установлены основные технологи-
ческие причины, по которым засыпка не высыпается из канала ши-
берного затвора:
•наличие в засыпке компонентов, склонных спекаться при вы-
соких температурах и образовывать жесткий каркас, который не
разрушается при открытии затвора;
•присутствие компонентов, склонных к газотворным проявле-
ниям. Если в момент возникновения в канале затвора избыточного
газового давления на верхней части столба засыпки не успела обра-
зоваться достаточно прочная корка, то газы устремляются в жидкий
металл, разрушая корку и образуя в столбе засыпке полости, кото-
рые могут заполняться металлом;
• высокая пластичность засыпки. Под воздействием ферроста-
тического давления она уменьшает свой объем, что приводит к рас-
трескиванию спекшейся корочки в верхней части столба засыпки и
протеканию металла в засыпку;
• низкая текучесть засыпки, не позволяющая ей быстро высы-
паться из канала при открывании затвора. При этом часть смеси
смешивается с металлом и прилипает к стенкам коллектора, пре-
пятствуя нормальному процессу разливки;
• низкая термомеханическая устойчивость, т. е. склонность сме-
си оплавляться при соприкосновении с жидким металлом;
• разрушение верхней части столба засыпки струей падающего
металла, что приводит к образованию «пробок» в канале шиберно-
го затвора.
На первый взгляд, достаточно перспективным представляется
использование в засыпке кварцевого песка. Кварц, являющийся од-
ной из форм существования кремнезема (SiO2), обладает высокой
218
огнеупорностью (1713°С), твердостью (7 баллов по шкале Мооса) и
низкой химической активностью. К серьезным недостаткам кварца
как основы засыпки относятся его аллотропические изменения при
нагреве и охлаждении. Известно, что при температуре 575°С Р~
кварц переходит в а-кварц, что сопровождается увеличением его
объема на 2,4%. Кроме того, природные кварцевые пески содержат
примеси оксидов железа, полевого шпата, слюды и других мате-
риалов. Полевой шпат и слюда содержат оксиды щелочных и ще-
лочно-земельных металлов. Все эти примеси являются вредными,
так как снижают огнеупорность кварца, образуя с ним и оксидами
металла сложные легкоплавкие силикаты. С учетом изложенного
следует признать, что создание засыпки только на основе кварцево-
го песка представляется весьма проблематичным.
Поскольку кварцевый песок не обеспечивает достаточных экс-
плуатационных свойств, в состав засыпок вводят более огнеупорные
и химически стойкие наполнители: хромит или циркон [191,192].
Химический состав и физические свойства таких засыпок, рекомен-
дуемых различными производителями, приведены в табл.3.2.
Табл.3.2. Химический состав и физические свойства засыпок,
используемых для открывания шиберных затворов
Химический состав, % А Б В Г
SiO2 36 26 66 24
Сг2О3 28 34...35 - 9...10
ZrO2 - - 32,5 49...50
Fe2O3 19 14...16 - 6
CaO 0,1 - 0,1 -
TiO2 10,5 - 0,15 -
А12Оз <0,1 11 0,2 3...4
MgO 6 7,5 0,2 -
Na2O <0,1 <0,1 - -
K2O <0,1 <0,1 - -
C 0,5 0,6 - 5
Влажность, % <0,15 <0,1 <0,15 0,1
Гранулометрический состав, мм 0...1 0,1...1,2 0...1 0Д...1
Насыпная плотность, кг/дм3 2 2,2 1,9 2,5
Максимальная темпе-
1750 1800 1800 1870
ратура применения, С
219
Исследования, выполненные авторами на ряде металлургиче-
ских заводов Украины и России, показали, что засыпка типа Б,
имеющая фирменную маркировку Feurolan SM70A20, имеет индекс
открывания шиберного затвора без прожигания кислородом
99,1...99,2%. При этом уровень открываний без внешнего вмеша-
тельства (подталкивания смеси трубкой в начальный момент) для
большинства металлургических заводов составляет 92,3...95%. Еще
более высокими показателями отличается засыпка Г, которая со-
держит большое количество циркона, однако она примерно в
1,5... 2 раза дороже, чем засыпка Б.
Необходимо отметить, что такой уровень показателя открыва-
ния затворов достигается при соблюдении определенной совокуп-
ности мероприятий. К их числу относятся строгое соблюдение гра-
нулометрического состава и формы зерен засыпки при обязатель-
ном исключении пылевидной фракции (<0,1 мм); исключение по-
падания в канал шиберного затвора кусков шлака или металла при
подаче засыпки, регламентирование количества засыпки с целью
создания так называемой «горки»; предотвращение попадания
струи металла в зону расположения засыпки.
Таким образом, в настоящее время на практике могут быть ис-
пользованы засыпки в канал шиберного затвора, обеспечивающие
почти 100%-ное его открывание без прожиганий кислородом, что
снижает содержание оксидов в стали в начальные момент разливки
и при перековшовках.
Особо следует выделить загрязнение стали в ходе технологи-
ческих переливов. Шлаковые включения могут попасть в сталь при
внедрении струи, вытекающей из сталеразливочного ковша, в жид-
кую ванну промковша. Оценка результатов разливки металла из
большегрузных ковшей показала, что в промковш попадает
50... 100 кг шлака. При разливке длинными сериями его количество
в промковше может достичь многих сотен килограммов.
Чтобы предотвратить эмульгирование шлака с металлом, на
практике используют разливку с помощью защитной трубы, кото-
рая подает сталь под уровень шлака [124]. В этом случае целесооб-
разно использовать автоматическую систему раннего обнаружения
шлака, позволяющую своевременно прекратить истечение металла
из пустого сталеразливочного ковша. При отсутствии такой систе-
мы часть цикла разливки (замена одного ковша на другой) проис-
ходит без погружной трубы из-за необходимости визуальной инди-
кации появления в струе металла шлака.
220
Схема установки защитной трубы и ее расположение относи-
тельно сталеразливочного и промежуточного ковшей приведена на
рис.3.18. Рациональная конструкция корундографитовой погруж-
ной трубы, полученной методом изостатического прессования,
обеспечивает разливку, в среднем 6-8 плавок.
Рис.3.18. Общая схема установки защитной трубы с помощью
ручного манипулятора:
1 - сталеразливочный ковш; 2 - промковш;
3 - защитная труба; 4 - манипулятор
В ходе экспериментов на ряде металлургических заводов было
установлено, что защитная труба не только осуществляет подвод
стали под уровень металла в промковше, но и способствует:
- повышению качества стали благодаря уменьшению вторично-
го оскисления между сталеразливочным и промковшом;
- снижению турбулизации металла у его поверхности и предот-
вращению вовлечения в жидкую ванну частиц покровного шлака;
- увеличению срока службы погружных стаканов за счет сни-
жения скорости их зарастания оксидами алюминия;
- уменьшению вероятности формирования настылей в промков-
ше, а также скорости изнашивания футеровки в зоне падения струи;
221
- повышению безопасности работы, поскольку исключается
разбрызгивание металла в процессе разливки;
- снижению потерь тепла в ходе разливки.
Эффективность защиты стали от вторичного окисления во мно-
гом зависит от плотности стыка между коллектором сталеразли-
вочного ковша и защитной трубой.
Практические исследования показали, что разливка на МНЛЗ
без специальных мероприятий по защите стали приводит к тому,
что содержание алюминия в ней уменьшается в среднем на
0,012...0,014%, а кислорода - повышается почти вдвое. Это свиде-
тельствует о том, что в ходе разливки происходят весьма большие
потери алюминия, которые можно предотвратить при проведении
специальных мероприятий.
Таким образом, защита стали от вторичного окисления кисло-
родом воздуха может преследовать такие основные задачи:
- снижение расхода алюминия на раскисление стали;
- повышение чистоты непрерывнолитой заготовки по оксидным
включениям;
- обеспечение стабильности процесса разливки за счет снижения
скорости зарастания погружного стакана и стакана-дозатора.
Теоретический анализ условий для вторичного окисления ста-
ли при непрерывной разливке выполнен на основании следующих
предпосылок.
Степень окисления элементов, имеющих большое сродство с
кислородом, во многом зависит от площади и продолжительности
контакта жидкого металла с кислородом воздуха. Рассмотрим при-
ближенный расчет этих величин для идеализированных условий
разливки [192,193].
Поверхность контакта с воздухом струи металла, вытекающей
из сталеразливочного или промежуточного ковша, можно рассчи-
тать по формулам, в которых эта струя будет представлена как ци-
линдр диаметром d, равным диаметру рабочего канала стакана, и
высотой н,. Тогда площадь поверхности струи:
Г, = nd ,Н , ; (3.2)
а общая длина струи
222
луа,
(3.3)
где G - масса разливаемой плавки; у - плотность жидкой стали.
Таким образом получаем,
Продолжительность t, контакта движущейся струи металла с возду-
хом зависит от расстояния Н, между нижним срезом коллектора
(стакана-дозатора) и местом входа струи в металл, а также от ли-
нейной скоростью струи v,:
_ 4 т
Линейная скорость v, — , (3.6)
где т - массовая скорость разливки.
Подставляя уравнение (3.3) в уравнение (3.4), получаем:
Hpd'y
4т
(3.7)
Массовая скорость разливки металла определяется по формуле:
fid, /й гг7
w = . (3.8)
Здесь у/ - коэффициент расхода струи металла, принятый равным
единице; g - ускорение свободного падения; Н - высота металла в
ковше.
Степень окисления элементарных объемов металла зависит от
продолжительности их контакта с атмосферой, а продолжитель-
ность контакта, в свою очередь, - от скорости циркулирующих по-
токов.
223
При разливке сверху металл на поверхности перемещается от
стенок сосуда (промежуточного ковша, кристаллизатора) к середи-
не. Скорость циркулирующего потока можно определить из усло-
вия его неразрывности:
V.- = v„„ (S-0.4S), (3.9)
или » = = (3.10)
где утах - максимальная скорость подъема циркулирующих объемов
металла вдоль стенок ковша (кристаллизатора); S - площадь зеркала
металла.
Согласно экспериментальным данным различных исследовате-
лей,
v d
Vmax = 0>69 (3.11)
V
где d' - диаметр струи, входящей в металл. Тогда
Продолжительность контакта с атмосферой 1 см2 зеркала ме-
талла в промежуточном ковше рассчитывается по выражению:
Л/
t = -у'— , t” = 0,5h/v2. (3.13)
Здесь h - путь циркулирующих потоков.
Результаты расчета площади поверхности и продолжительно-
сти контакта жидкого металла с атмосферой в конкретных условиях
разливки приведены в табл.3.3.
Таким образом, расчеты показали, что более продолжитель-
ный контакт с воздухом приходится на зеркало металла в про-
межуточном ковше и кристаллизаторе. Это приводит не только к
окислению, но и к значительному охлаждению локальных объе-
мов металла.
224
Таблица 3.3. Условия контакта металла с атмосферой и
диффузионное поглощение кислорода металлом при
непрерывном литье заготовок
Область контакта Время, мин Удельная поверх- ность кон- такта, м2/т Поглоще- но кисло- рода, %, 105
Струя между сталеразливоч- ным и промежуточным ков- шами 0,00283 8,88 89
Зеркало металла в промежу- точном ковше 0,14000 2,47 384
Струя между промежуточным ковшом и кристаллизатором 0,00330 13,33 190
Зеркало металла в кристалли- заторе 0,07800 4,46 254
Итого - - 917
Прим.: - Расчетные концентрации кислорода, находящиеся в равно- весии с Al, Si и Мп, составляют соответственно 163, 456 и 851% 10'5.
Струи металла в ходе технологических переливов имеют более
развитую поверхность контакта с атмосферой, но меньшую его
продолжительность. Следует, однако, помнить, что при движении
струи поверхность ее контакта с воздухом может увеличиваться во
много раз за счет разбрызгиваний и деформаций геометрической
формы. В целом же все участки контакта металла с атмосферой
нуждаются в обязательной защите от вторичного окисления
(рис.3.19):
• стык между коллектором и погружной трубой на участке
«сталеразливочный ковш-промковш»;
• зеркало металла в промковше;
• стык между стаканом-дозатор ом и погружным стаканом на
участке «промковш-кристаллизатор»;
• зеркало металла в кристаллизаторе.
Примерную количественную оценку поглощения кислорода
воздуха жидкой сталью можно сделать, используя законы диффу-
зии в газовых турбулентных потоках. Количество вещества, про
шедшего через поверхность раздела в металл из газа, можно опре-
делить из известного уравнения:
225
Рис.3.19. Общая схема перемещения стали при разливке на МНЛЗ
и способы ее защиты от вторичного окисления:
1 - коллектор; 2 - защитная труба; 3 - стопор;
4 - промковш; 5 - стакан-дозатор; 6 - погружной стакан;
7 - кристаллизатор; 8 - распределительное кольцо для
подачи аргона; 9 - теплоизолирующая смесь; 10 - шлако-
образующая смесь; 11 - кольцо для подачи аргона
Q = Раиф(Сс ~ С f)F ,
(3.14)
где рдиф - скорость перехода вещества в поверхностный слой пото-
ка путем диффузии: Сс, Cf - средняя концентрация вещества
соответственно в потоке и на поверхности раздела; F - площадь по-
верхности потока.
Значение /Здиф рассчитывается следующим образом:
Роиф = D/d,
Здесь D - коэффициент диффузного вещества; д - толщина
диффузного слоя.
226
Поскольку значение 3 неизвестна, то скорость рдиф можно при-
близительно определить, исходя из подобия законов диффузии и
теплопередачи конвекцией:
_ 0,043 v
Р (>иф ~ RgO 2 • (3.15)
Тогда уравнение (3.14) запишется так:
0,043v / \
е = -Ьг^(С. -C,)F. (3.16)
Ке
Вычислим величины, входящие в формулу (3.16). Скорость
движения воздуха у струи условно примем равной среднеарифме-
тической скорости движения струи:
Vcp = 0,5(n1+nk),
(3.17)
где Vi - скорость истечения струи из стакана ковша (стале-
разливочного или промежуточного); vK - то же, струи при вхо-
де в зеркало металла в промежуточном ковше или кристаллизаторе,
= v, + j2gH .
Число Рейнольдса при температуре ТК и давлении 1 Па можно
установить по формуле
Re =-------. (3.18)
v0(l + C/273)Vf 1 }
Концентрацию кислорода в газовом слое, соприкасающемся с
жидкой сталью, можно условно принять равной нулю.
Аналогично определяется количество кислорода, поглощенное
поверхностью металла в промежуточном ковше и кристаллизаторе.
Результаты расчетов приведены в табл.3.3. Из них видно, что сум-
марное увеличение содержания кислорода в стали вследствие диф-
фузии при разливке в обычной атмосфере может составлять
0,00917%. Эта цифра может быть значительно возрасти при разлив-
ке на многоручьевых МНЛЗ из-за увеличения суммарной поверх-
ности струй между промковшом и кристаллизаторами.
227
В настоящее время для защиты стали от вторичного окисления
в промковше и кристаллизаторе используют специальные шлако-
образующие смеси, создающие жидкую пленку на зеркале металла
[36,143,195].
Чтобы уменьшить подсос кислорода воздуха в стыке между
коллектором и погружной трубой рекомендуется постоянный об-
дув этого места аргоном (см. рис.3.19). Его наиболее целесообразно
подавать через специальное распределительное кольцо, располо-
женное непосредственно над стыком. Увеличение диаметра отвер-
стий, как показали исследования, крайне отрицательно сказывается
на стойкости погружной трубы из-за локального охлаждения по-
верхности в месте прямого попадания струи аргона, что приводит к
растрескиванию огнеупоров. При отсутствии больших зазоров ме-
жду поверхностями коллектора и погружной трубы аргонная защи-
та с помощью распределительного кольца уменьшает потери алю-
миния в среднем в 2-3 раза.
Наиболее важной и наименее изученной на практике является
защита стали от вторичного окисления на участке от промковша до
кристаллизатора. Где все образовавшиеся оксиды попадают непо-
средственно в жидкую фазу заготовки (кроме осевших на внутрен-
ней поверхности погружного стакана) и уже из нее не удаляются.
На практике установлено, что наличие погружного стакана не
является достаточно эффективным средством защиты от вторично-
го окисления. Это следует связывать с эффектом эжекционного
подсасывания воздуха в зазор между стаканом-дозатором и по-
гружным стаканом. Некоторый подсос воздуха также происходит
через поры в материале погружного стакана.
На основании выполненных исследований на практике можно
рекомендовать следующие методы защиты:
1. Аргоном через специальное распределительное кольцо эф-
фективность определяется степенью рассредоточения подаваемого
аргона (рис. 3.20, а);
2. Установка в месте стыка специальной керамической про-
кладки, препятствующей подсосу воздуха через стык (рис. 3.20, б);
3. Установка на погружной стакан металлического бандажа,
имеющего систему для вдувания аргона непосредственно встык
между погружным стаканом и стаканом промковша (рис. 3.20, в).
В первой конструкции эффективность защиты определяется
степенью рассредоточения аргона, которое достигается за счет рег-
228
ламентирования диаметра отверстий в кольце (1... 1,5 мм), их коли-
чества (расстояние между отверстиями 15...20 мм) и геометриче-
ского положения отверстий относительно стакана-дозатора (внут-
ренняя и нижняя поверхность кольца).
Рис.3.20. Основные методы защиты стыка между стаканом-
дозатором и погружным стаканом
Использование второй конструкции на практике выявило опре-
деленные недостатки, которые заключаются в том, что при наличии
разнотолщинности керамической прокладки или неправильной ус-
тановки погружного стакана (несимметричность), происходит рас-
трескивание погружного стакана в зоне интенсивного подсоса воз-
духа из-за локального обезуглероживания материала. Дополни-
тельно следует отметить, что место стыка между стаканом-
дозатором и погружным стаканом может выполняться в виде кону-
са, или полусферы.
Приведенные приемы не являются единственными
[36,149,174,177,178,182,184,196,198-205] и имеют определенные
229
ограничения: они не срабатывают при большом зазоре между ста-
каном-дозатором и погружным стаканом, а также они не обеспечи-
вают полной защиты от захвата кислорода воздуха.
Рассмотренный комплекс мероприятий по защите стали от вто-
ричного окисления позволил, например, снизить потери алюминия
при разливке на МНЛЗ ДМК в 2-4 раза и повысить срок эксплуата-
ции корундографитовых погружных стаканов в 1,4... 1,8 раза при
прочих равных условиях в зависимости от марки разливаемой ста-
ли. В целом разработанная система защиты используется на ДМК
практически для всего спектра разливаемых сталей [193]. Анало-
гичные результаты достигнуты и на ряде других предприятий, в
том числе и на комбинате «Северсталь» [206].
По мнению авторов, при разливке сталей с повышенным со-
держанием алюминия, а также сталей, подвергнутых вакуумной
обработке, можно рекомендовать использование комбинированную
защиту стыка стакана-дозатора и погружного стакана: аргоном при
установке в месте стыка специальной керамической прокладки,
препятствующей подсосу воздуха. Эта схема успешно прошла
промышленные испытания.
Еще более эффективно использование для защиты стали от
вторичного окисления единого погружного стакана, который уста-
навливается непосредственно в футеровку промковша. Такая схема
разливки предполагает возможность подъема промковша на высоту
700...800 мм (для его транспортировки к кристаллизаторам). Кроме
того, в этом случае серийность разливки будет полностью зависеть
от скорости разрушения или зарастания погружного стакана (в силу
невозможности его замены). В конечном счете, схема с единым по-
гружным стаканом, видимо, наиболее приемлема при разливке вы-
сококачественных сталей с высокими требованиями по содержа-
нию газов в стали. Однако в силу склонности корундографитовых
изделий к зарастанию представляется целесообразным применять
их в совокупности с обработкой стали кальцием.
Обобщая рассмотренные результаты практических и теорети-
ческих исследований, отметим, что предотвратить загрязнение ста-
ли неметаллическими включениями и от вторичного окисления, но
только при комплексном подходе. При этом необходимо принимать
во внимание не только традиционные факторы, но также и условия
движения стали на участке от сталеразливочного ковша до кри-
сталлизатора, регулирования расхода металла при истечении из
промковша, качество огнеупорных материалов и пр.
230
Глава 4,
ОСОБЕННОСТИ НЕПРЕРЫВНОЙ
РАЗЛИВКИ СТАЛИ НА КВАДРАТНЫЕ И
ПРЯМОУГОЛЬНЫЕ СЕЧЕНИЯ
4.1 .ТЕПЛООБМЕН МЕЖДУ ЗАГОТОВКОЙ И СТЕНКОЙ
КРИСТАЛЛИЗАТОРА
Кристаллизатор представляет собой один из наиболее
важных узлов, определяющих рациональную работу МНЛЗ и
оптимальное качество непрерывнолитой заготовки. Кристал-
лизатор выполняет функцию приема жидкого металла, попа-
дающего в него из промковша, а также перевода части жид-
кой стали в твердое состояние посредством отвода тепла
охлаждающей водой. При этом в кристаллизаторе происхо-
дит формообразование заготовки. В ходе пребывания метал-
ла в кристаллизаторе от заготовки отводится от 10% до 30%
всего тепла, которое аккумулировано металлом. Усовершен-
ствование конструкции кристаллизаторов охватывает методы
оптимизации теплоотвода и управления однородностью тол-
щины затвердевшей оболочки слитка, формирующейся в
кристаллизаторе; предотвращение деформации кристаллиза-
тора в процессе эксплуатации; удлинение срока службы; опе-
ративное изменение сечения заготовки и пр.
Кристаллизатор представляет собой водоохлаждаемую
проточную гильзу (рис.4.1), внутренние стенки которой вы-
полнены из меди, сплава меди с серебром или сплавов меди с
хромом и цирконием, которые обеспечивают высокую ин-
тенсивность отвода тепла от поверхности заготовки. В на-
стоящее время на внутреннюю поверхность кристаллизатора
наносятся специальные покрытия, которые значительно по-
вышают стойкость кристаллизатора. Длина кристаллизатора
обычно составляет 0,7-1,1 м. На практике различают цельные
и сборные кристаллизаторы.
Определение закономерностей теплообмена между заго-
товкой и кристаллизатором является актуальной задачей. Ее
важность остается весьма высокой, поскольку от условий те-
плообмена в кристаллизаторе зависит скорость вытяжки (а,
следовательно, и производительность МНЛЗ) и качество по-
верхностных и подповерхностных слоев заготовки. Знание
закономерностей теплообмена между заготовкой и кристал-
лизатором позволяет оптимизировать конструкцию кристал-
лизатора для каждого конкретного случая.
233
Одна из значительных экспериментальных работ по изу-
чению распределения тепловых потоков от затвердевающей
стали к стенке кристаллизатора была проведена научно-
исследовательской лабораторией корпорации «Бетлехем
Стил» [220]. Для изучения тепловых потоков в стенки кри-
сталлизатора были заложены 24 термопары в широких и уз-
ких гранях заготовки на расстоянии 102, 152, 203, 254, 305,
356, 457 и 559 мм от верхней части и на глубине 6,35 и 17,7
мм от внутренней поверхности кристаллизатора. Для уста-
новки константановых (медно-никелевых) термопар высвер-
ливались вертикальные каналы диаметром 1,8 мм. Опытный
кристаллизатор имел поперечное сечение 254x570 мм и вы-
соту 718 мм. Скорость непрерывной разливки стали изменя-
лась в пределах 0,8-2,0 м/мин. Перегрев стали составлял
25°С.
Рис.4.1. Общий вид кристаллизатора МНЛЗ:
1 - стальной кожух; 2 - внутренняя медная стенка;
3 - подводящий воду патрубок; 4 - отводящий воду
патрубок
234
На рис.4.2 показано изменение теплового потока по вы-
соте кристаллизатора в зависимости от скорости непрерыв-
ной разливки стали. Максимальное значение его проявляется
на расстоянии h = 170 мм от верхней части широкой грани
кристаллизатора, где оно составляет q - 189-108 (кДж/ч) м2, а
минимальное - на выходе из кристаллизатора, где q = 63 х 108
(кДж/ч) м2.
Рис.4.2. Локальный тепловой поток (q) в кристаллизаторе
при различных скоростях литья низкоуглеродистой
стали (1 - 2,0 м/мин; 2 - 1,5 м/мин; 3 - 0,8 м/мин) на
расстоянии (h) от зеркала металла в кристаллиза-
торе
Таким образом, экспериментально доказано, что величи-
на теплового потока к стенке кристаллизатора прогрессивно
падает по направлению движения непрерывной заготовки.
Снижение теплового потока на расстоянии 100 мм от мени-
ска объясняется тем, что часть тепла в этом месте теряется на
излучение через мениск жидкого металла в окружающую
среду. Показанная на рис.4.2 закономерность непрерывного
уменьшения теплоотвода от жидкой стали, несомненно, вы-
235
зывает постепенное падение скорости кристаллизации по вы-
соте кристаллизатора. При уменьшении скорости разливки с
2,0 до 0,8 м/мин тепловой поток уменьшается в 1,8 раза. Не-
равномерность теплоотвода по высоте кристаллизатора и
связанное с ней падение скорости кристаллизации стали вы-
зывается главным параметром непрерывной разливки - обра-
зованием зазора между корочкой слитка и стенкой кристал-
лизатора. Отход заготовки и образование зазора наступает
обычно на высоте 170-200 мм от мениска жидкой стали.
В связи с уменьшением скорости кристаллизации по хо-
ду продвижения непрерывной заготовки количество выде-
ляемой теплоты кристаллизации и соответственно тепловой
поток уменьшаются (рис.4.3). Приведенные на этой кривой
данные по изменению теплового потока в зависимости от
продолжительности затвердевания позволяют рассчитать
значение температурного градиента в корочке заготовки.
Рис.4.3. Изменение теплового потока (q) в кристаллизаторе
при разливке низкоуглеродистой стали в зависимо-
сти от продолжительности затвердевания т
Дальнейший темп снижения температуры непрерывно-
литой заготовки после кристаллизатора происходит в зави-
симости от системы вторичного охлаждения. Обычно систе-
236
ма вторичного охлаждения включает в себя отвод тепла от
движущейся заготовки путем радиации, конвективного на-
грева окружающего воздуха, нагрева охлаждающей жидкости
и потерь теплоты, забираемой роликами. В работе [50] при-
ведены расчетные формулы для определения коэффициентов
теплоотвода от поверхности заготовки, полученные по дан-
ным измерения температур, а именно:
• для потерь теплоты, отбираемой охлаждающей средой в
зоне вторичного охлаждения; значение этого коэффици-
ента определяется из зависимости:
aLp = CfiZ);Z=q^3, (4.1)
где С - константа, определяемая опытным путем; q — ко-
личество теплоты, отбираемой водяной струёй с одного
квадратного метра поверхности заготовки за секунду; Р -
давление охлаждающей струи на выходе из стакана;
• для потерь теплоты на радиационно-конвективное дви-
жение окружающего воздуха:
ain = [1,695 (Ts - 37,8)125 + 3,94 (2,73 Ts)4 - 93,6] / (Ts - 27,8) , (4.2)
где Ts - температура поверхности заготовки.
Суммарное значение коэффициента теплоотвода соот-
ветственно равно
а = atp + а113 . (4.3)
Интенсивность вторичного охлаждения можно менять
весьма существенно изменением теплофизических характе-
ристик охлаждающей среды, давления ее на выходе из сопла
и расходом струи на квадратный метр заготовки. Наибольшее
промышленное распространение получил метод распыления
водовоздушной смеси через специальные форсунки. При
этом к конструкции форсунки предъявляется определенная
совокупность требований, заключающихся в обеспечении
гомогенной смеси, постоянстве соотношения воздуха и воды
в смеси, диапазоне диаметров водяных капель и пр.
При изучении скорости затвердевания стали в слябовых
кристаллизаторах термопары устанавливались на глубине
237
11,5 и 21,5 мм от внутренней поверхности широкой и узкой
граней заготовки. Проведение этих замеров преследовало
цель определить изменение скорости затвердевания на ука-
занных гранях по высоте кристаллизатора [221]. Полученные
экспериментальные данные показывают, что для низкоугле-
родистых и среднеуглеродистых сталей толщина затвердев-
шей корочки и коэффициент затвердевания на узких гранях
всегда больше, чем на широких. Эти результаты позволили
предложить экспериментальную зависимость для определе-
ния коэффициента затвердевания на всех горизонтах кри-
сталлизатора:
K=(2A/p)05(Ts-To), (4.4)
где Л - коэффициент теплопроводности стали; р - плот-
ность твердой стали; Ts - температура солидуса стали; То -
температура поверхности затвердевшей корочки.
Приведенное выражение показывает, что значение этого
коэффициента зависит от теплопроводности, интервала за-
твердевания и плотности стали. Известно, например, что не-
ржавеющая сталь, имея узкий интервал кристаллизации и
значительно меньшую плотность, чем углеродистые стали,
имеет большую скорость кристаллизации, чем средне- и вы-
сокоуглеродистые стали. Это положение убедительно дока-
зано экспериментальными данными.
На интенсивность затвердевания стали влияют не только
теплопоглощающие свойства материала стенки кристаллиза-
тора, но и развитие мощных турбулентных потоков перегре-
той стали. Известно, что струя стали, попадающая в кристал-
лизатор из промковша, имеет большую кинетическую энер-
гию, достаточную для перемешивания больших объемов ме-
талла. Подвод металла в кристаллизатор осуществляется раз-
личными способами: открытой струей, через проточный по-
гружной стакан, через погружной стакан с боковыми отвер-
стиями и т.п. (подробно движение металла в кристаллизаторе
рассмотрено в гл.З). Не анализируя подробно условий пере-
мешивания металла в кристаллизаторе падающей струей, от-
метим лишь, что там, где эти потоки имеют большую ско-
238
рость, происходит более интенсивный прогрев стенки кри-
сталлизатора, а нарастание твердой корочки замедляется.
Примерное распределение потоков жидкой стали в про-
цессе непрерывной разливки, наблюдаемое на прозрачных
моделях, представлено на рис.4.4.
Рис.4.4. Схематическое представление распределения
потоков жидкой стали в кристаллизаторе при
непрерывной разливке
Представленные схемы позволяют выявить характер раз-
вития потоков в кристаллизаторе. Выбор рациональной схемы
подвода струи определяется целой совокупностью технологи-
ческих соображений. Однако, наибольшее влияние на прогрев
стенки кристаллизатора и подмыв твердой корочки оказывают
потоки в точках пересечения траектории движения струи с
поверхностью кристаллизатора. Вместе с тем, в отдельных
случаях вытекающие из погружного стакана потоки металла
целесообразно направлять под утлом вверх с целью обогрева
239
мениска в углах кристаллизатора у боковых граней. В этом
случае наиболее сложные гидродинамические и теплофизиче-
ские условия формирования корочки затвердевшего металла
наблюдаются на границе обратных потоков со стенкой кри-
сталлизатора и утепляющим шлаком на мениске.
Расчетные данные изменяющейся температуры затвер-
девшего слоя металла и утепляющего мениск шлака в на-
чальный момент формирования лунки затвердевающей ко-
рочки, по данным работы [222], представлены на рис.4.5.
Рис.4.5. Распределение полей температур (°C) вблизи мени-
ска: I - сыпучая шлакообразующая смесь; II - размяг-
ченный жидкий шлак; III - жидкая сталь; IV - твер-
дая корочка; V - стенка кристаллизатора
Из-за нарушения конфигурации сечения выпускных ка-
налов и их наклона турбулентные струи металла, распро-
страняющиеся ниже погружного стакана, могут иметь значи-
тельные отклонения от оси кристаллизатора, как это показано
в работе [223]. Такое неравномерное распределение вихре-
вых потоков вызывает в отдельных местах непрогнозируе-
мый подмыв корочки и возникновение подповерхностных
трещин. Обычно ослабление прочности корочки происходит,
прежде всего, в местах, прилегающих к углам кристаллиза-
240
тора. Вследствие усадки корочки вдоль ее граней происходит
образование зазора, резко сокращающего теплоотвод от про-
носящихся турбулентных потоков внутри затвердевающего
каркаса непрерывной заготовки. Указанные обстоятельства
приводят к развитию неравномерной кристаллизации в попе-
речном сечении затвердевающей заготовки
На рис.4.6 представлены топография и распределение
температур в поперечных сечениях непрерывной заготовки
после 14; 30 и 48,1 секунды затвердевания [224].
Рис.4.6. Результаты расчета влияния турбулентности
течения стали на формирование твердой корочки:
1 - кристаллизатор; 2 - место вторичного под-
плавления корочки
241
На 14-й секунде зазор невелик, и подмыв корочки в углу
заготовки незначителен. Наиболее интенсивное утончение
слоя затвердевшего металла наблюдается на ЗО-й секунде за-
твердевания. При увеличении скорости турбулентного пото-
ка, действующего на растущие кристаллы, толщина корочки
уменьшается. Поэтому по мере приближения отклонившихся
от вертикальной оси потоков к углу кристаллизатора интен-
сивность подмыва корочки усиливается. Зазор к этому пе-
риоду увеличивается, а теплопередача к корочке от внутрен-
них турбулентных потоков усиливается. На 48,1 секунде за-
твердевания зазор достигает уже 4,7 мм, а толщина затвер-
девшей корочки практически не увеличивается, создавая бла-
гоприятные условия для образования трещин.
В процессе нарастания корочки затвердевшего металла
тепловой поток к стенке кристаллизатора уменьшается. Это-
му же способствует постепенное увеличение газового зазора.
Неравномерное распределение тепловых потоков при про-
движении заготовки вызывает неравномерный прогрев стен-
ки кристаллизатора. Различная температура слоев корочки
затвердевшего металла вызывает различную усадку и дефор-
мацию этих слоев, что приводит к возникновению сложнона-
пряженного состояния затвердевшей оболочки заготовки.
Известно, что отвод тепла зависит в значительной степе-
ни от наличия воздушного зазора между стенкой кристалли-
затора и коркой непрерывного слитка. Воздушный зазор мо-
жет быть устранен или, по крайней мере, сокращен до мини-
мума, а теплопередача оптимизирована, если контур кри-
сталлизатора будет в максимальной степени соответствовать
контуру корки непрерывного слитка. Контур корки в значи-
тельной мере определяется ее первичным формированием на
мениске и характеризуется изменением объема под влиянием
температуры во время прохода через кристаллизатор. На
практике обычно используются кристаллизаторы, имеющие
постоянный показатель конусности вдоль всей длины грани.
Вместе с тем, с повышением скорости разливки до величины
нескольких метров в минуту такая конструкция кристаллиза-
тора оказывается недостаточно эффективной с точки зрения
242
отвода тепла. Многими исследователями рекомендуется де-
лать поправку на естественную усадку непрерывнолитого
слитка и выполнять внутреннюю поверхность кристаллиза-
тора в виде так называемого параболического профиля [225].
Параболический профиль достигается путем создания много-
ступенчатой конусности стенок кристаллизатора.
Промышленные испытания таких кристаллизаторов про-
демонстрировали, что они позволяют достичь высокой ско-
рости литья для заготовок малого сечения (до 5-6 м/мин).
При этом, благодаря улучшению условий теплопередачи по
всей длине, технологическая длина кристаллизатора увели-
чивается до 1000-1200 мм. Вместе с тем, следует отметить,
что при использовании параболических кристаллизаторов
может наблюдаться повышенное трение заготовки на выходе
из него, что приводит к рывкам в движении заготовки и за-
трудняет работу системы автоматического поддержания
уровня металла в кристаллизаторе.
Использование кристаллизаторов с параболической ко-
нусностью наибольшее распространение получило на МНЛЗ
фирмы «Даниели» (Италия). В Украине 6-ти ручьевая высо-
коскоростная сортовая МНЛЗ с параболическими кристалли-
заторами запущена в эксплуатацию в ЭСПЦ ЗАО «ММЗ-
ИСТИЛ (Украина)» в середине 1999 г. Практика последнего
времени показала, что для квадрата 100 мм скорость разлив-
ки может составлять 5,4-5,5 м/мин. Выбор скорости разливки
в большей степени определяется требованиями к качеству за-
готовки.
Определенные трудности при эксплуатации кристаллиза-
торов с параболической конусностью вызывает повышенный
износ стенок кристаллизатора в случае излишней его конус-
ности. Наиболее ярко это проявляется в области ребер слитка
в нижней части кристаллизатора, что вызывает недопустимо
большое трение при вытягивании. Вместе с тем, отвод тепла
от углов слитка происходит в двух направлениях, и толщина
угловой корки в нижней части зоны уже достаточно большая.
Поэтому на расстоянии 300-400 мм от верха кристаллизатора
отпадает необходимость в контакте с ним углов слитка. В
243
связи с этим фирмой «Фест-Альпине Индустрианлагенбау»
(Австрия) предложена конструкция кристаллизатора «Дайэ-
моулд» с открытыми угловыми областями в нижней зоне
(рис.4.7). Это позволяет повысить равномерность процесса
формирования твердой корочки в нижней части кристаллиза-
тора с повышенной параболической конусностью [226].
Рис.4.7. Принципиальная схема кристаллизатора
конструкции «Дайэмоулд»
Другим достаточно эффективным способом уменьшения
влияния интенсивного охлаждения углов непрерывнолитого
слитка и повышения степени однородности охлаждения заго-
товки в кристаллизаторе является технология «КОНВЕКС»
(фирма «Конкаст», Швейцария) [227]. Как видно из схемати-
ческого представления динамики образования твердой ко-
рочки в кристаллизаторе традиционной геометрической фор-
мы (рис.4.8 Г), при формировании твердой корочки в углах
244
происходит сильное сжатие заготовки и ее отделение от по-
верхности кристаллизатора. Появление газового зазора меж-
ду стенкой кристаллизатора и заготовкой приводит к умень-
шению интенсивности теплоотвода и, как следствие, к ло-
кальному разогреву твердой корочки в углах заготовки за
счет тепла жидкой фазы. При этом твердая корочка приобре-
тает высокий уровень внутренних напряжений, которые при
выходе слитка из кристаллизатора обусловливают формиро-
вание ромбовидности в поперечном сечении заготовки и по-
верхностных макротрещин.
a S 6
Рис.4.8.Сравнение динамики роста корочки в кристалли-
заторе традиционной формы (I) и конструкции
«КОНВЕКС» фирмы «Конкаст» (II):
а - зона мениска; б - середина кристаллизатора;
в - выход из кристаллизатора
Технология «КОНВЕКС» предполагает использование
кристаллизатора переменного поперечного сечения (рис.4.8
II). В зоне мениска поверхность заготовки имеет ярко выра-
женную выпуклую форму, что улучшает условия теплоотво-
да через стенки кристаллизатора. По мере опускания заготов-
ки выпуклость боковых граней, которая формируется стен-
245
ками кристаллизатора, плавно уменьшается, и на выходе из
кристаллизатора заготовка приобретает строгую квадратную
форму. При этом толщина твердой корочки по всему попе-
речному сечению заготовки сохраняется постоянной. Ис-
пользование технологии «КОНВЕКС» на промышленных
МНЛЗ позволило повысить скорость разливки на сортовой
МНЛЗ металлургического завода «Тршинецке Железарни»
(Чехия) до 6,4 м/мин (квадрат 108 мм) [228]. Уже в 1997 г.
технология использовалась в мире на 11 МНЛЗ, что в сумме
составило 46 ручьев - примерно треть от всего количества
скоростных ручьев в мире.
Таким образом, процессы отвода тепла от поверхности
твердой корочки заготовки через стенки кристаллизатора
имеют определяющее значение с точки зрения динамики на-
растания твердой фазы и, как следствие, формирования по-
верхностных и подповерхностных дефектов. Для обеспече-
ния высокой производительности МНЛЗ и требуемого каче-
ства поверхности ведущие фирмы (производители МНЛЗ)
стремятся к оптимизации геометрической формы кристалли-
затора, отходя от классических конструкций. Благодаря это-
му для сортовых МНЛЗ достигнуто повышение скорости вы-
тяжки заготовки в 2-3 раза. Видимо, усилия в области созда-
ния оптимальной геометрической формы кристаллизатора
будут продолжаться, что позволит разливать сталь с еще
большими скоростями.
4.2.ДЕФОРМАЦИИ, НАПРЯЖЕНИЯ И ТРЕЩИНЫ В ТВЕРДОЙ
КОРОЧКЕ ЗАГОТОВКИ
В кристаллизаторе формируется твердая корочка заго-
товки, которая по выходу из кристаллизатора несет на себе
функцию оболочки, удерживающей жидкую фазу и обеспе-
чивающей теплоперенос от сердцевины к поверхности. По-
этому возникновение различного рода дефектов в твердой
корочке, а также выбор параметров разливки во многом зави-
сят от условий кристаллизации и свойств стали в области
температур, приближающихся к температуре солидус.
246
Основные виды кристаллических структур, образующих-
ся при затвердевании, в масштабе, соответствующем разме-
рам дендритов, представлены на рис.4.9. Известно, что наи-
более часто в слитках и непрерывнолитых заготовках встре-
чается структура равноосных дендритов (рис.4.9, а), которые
растут и формируются внутри жидко-твердой зоны и имеют
практически любую направленность главных осей относи-
тельно поверхности заготовки.
б в
Рис.4.9. Основные виды кристаллических структур, образую-
щихся при затвердевании непрерывнолитых загото-
вок: а - структура равноосных дендритов; б - струк-
тура столбчатых дендритов; в - равноосная «неденд-
ритная» структура
Характер развития зоны равноосных дендритов во мно-
гом зависит как от химического состава металла, так и от
степени его перегрева над температурой ликвидус. При этом
затвердевание в зоне равноосных дендритов происходит по
механизму гетерогенного зарождения центров кристаллиза-
ции или по механизму дендритной мультипликации (умно-
жения числа зародышей за счет разрушения ветвей дендри-
тов). Процесс дендритной мультипликации усиливается при
наличии конвективных и вихревых течений, а также пульси-
рующих перепадов давления жидкости у фронта затвердева-
ния. Обычно в макроструктуре непрерывнолитых заготовок
247
различают две зоны равноосных дендритных кристаллов.
Одна из этих зон пролегает от поверхности на глубину не-
скольких миллиметров и имеет ярко выраженную мелкозер-
нистую структуру. Другая зона равноосных дендритных кри-
сталлов располагается в осевой зоне заготовки, и размеры
кристаллов в ней в десятки раз больше, чем в первой зоне.
В том случае, если процесс гетерогенного зародышеоб-
разования не получает мощного развития, а процесс денд-
ритной мультипликации имеет минимальное проявление
(минимальное развитие процессов термогравитационной
конвекции при высоком температурном градиенте), то в за-
готовках наблюдается преимущественно направленный рост
столбчатых дендритов (рис.4.9 б). Известно, что протяжен-
ность зоны столбчатых дендритов и ее плотность заметно
влияет на прочностные и пластические свойства заготовок.
Зона столбчатых дендритных кристаллов располагается в
непрерывнолитой заготовке между двумя зонами
равноосных дендритных кристаллов. Окончательная протя-
женность дендритов определяется динамикой процесса их
укрупнения, то есть, чем меньше время течения этого
процесса, тем большее измельчение дендритной структуры
будет достигнуто.
Если сплавы интенсивно перемешиваются в течение оп-
ределенного отрезка времени начальной стадии затвердева-
ния (как это, например, происходит в кристаллизаторе сорто-
вой МНЛЗ или при применении электромагнитного переме-
шивания), то дендритная мультипликация развивается в та-
ких масштабах, что обычная дендритная структура сущест-
венно уменьшается по своей протяженности. В ряде случаев
интенсивное перемешивание жидкой фазы вообще останав-
ливает направленный рост дендритов [240]. Вместо этого за-
твердевание происходит из сфероидально растущих центров.
Следовательно, характерной особенностью этой зоны затвер-
девания можно считать наличие перед фронтом затвердева-
ния области жидкости, содержащей в виде механической
смеси большое количество мелких частиц твердой фазы. С
определенной степенью условности представляется возмож-
248
ным говорить о зоне «недендритной» равноосной структуры.
Наиболее экстремальный случай развития процесса затверде-
вания по описанной схеме представлен на рис.4.9 в. Следует
иметь в виду, что реологические свойства материала такой
структурной зоны могут сильно отличаются от свойств мате-
риала в зонах с дендритной структурой, что позволяет доста-
точно точно идентифицировать эту зону на практике.
Вместе с тем, на практике достижение чистой равноос-
ной «недендритной» структуры в сортовых непрерывноли-
тых заготовках представляется маловероятным. Однако, в зо-
нах, подвергнутых мощному принудительному перемешива-
нию непосредственно в процессе затвердевания, многими ис-
следователями отмечается изменение реологических свойств
материала при измельчении его кристаллической структуры
(например, так называемые «белые» полосы при электромаг-
нитном перемешивании).
Кроме рассмотренных типовых видов кристаллических
структур, в макроструктуре любой заготовки следует, види-
мо, также различать зоны с так называемыми «переходными»
или «смешанными» структурами. Наиболее уязвимой с точки
зрения резкого изменения уровня механических свойств
представляется, на наш взгляд, область структурного перехо-
да от зоны столбчатых дендритных кристаллов к зоне равно-
осных дендритов. С теплофизической точки зрения эта пере-
ходная зона соответствует моменту времени, в который ско-
рость отвода тепла через твердую корочку уменьшается до
таких величин, что она примерно соответствует скорости вы-
деления тепла свободно плавающими перед фронтом затвер-
девания твердыми кристаллами. Протяженность этой зоны во
многом зависит условий затвердевания заготовки в целом.
Неравномерный отвод тепла от затвердевающей заготов-
ки вызывает неодинаковое распределение температур в твер-
дой корочке, что обусловливает формирование в ней внут-
ренних напряжений, которые являются причиной деформи-
рования заготовки в поперечном и продольном сечении. Это
приводит к развитию многочисленных поверхностных и
внутренних дефектов, снижающих качественные показатели
249
и механические свойства литого металла, и сокращению сро-
ка службы металлоизделий из них.
К числу наиболее значимых дефектов, связанных с внут-
ренними напряжениями, можно отнести наружные и внут-
ренние продольные, поперечные и диагональные трещины, а
также дефекты усадочного происхождения. Основными при-
чинами развития указанных дефектов являются:
• высокая скорость кристаллизации и низкая прочность
литого металла при высоких температурах;
• высокое содержание серы при низком содержании мар-
ганца в стали, понижающее пластические свойства стали, что
является основной причиной снижения качества непрерыв-
ных заготовок;
• загрязненность разливаемого металла неметаллически-
ми включениями, которые следует связывать с технологией
внепечной обработки и разливки стали;
• нестабильность заполнения кристаллизатора жидкой
сталью, а также несимметричность движения потоков метал-
ла в жидкой ванне кристаллизатора;
• нестабильность температуры разливки стали и величи-
на превышения температуры разливки (в промковше) над
температурой ликвидуса и неравномерность распределения
тепловых полей внутри кристаллизатора.
Детальное изучение развития разнообразных дефектов
слитков, получаемых при непрерывной разливке, освещено в
многочисленных фундаментальных исследованиях [229-231].
Однако практика непрерывной разливки стали и непрерыв-
ное повышение критериев, предъявляемых к качеству заго-
товки, способствуют стимулированию развития общих пред-
ставлений о природе и механизмах развития тех или иных
групп дефектов. С точки зрения причин образования трещин
наибольший интерес представляют главные параметры,
влияющие на их возникновение: прочность, деформационная
способность и скорость деформации металла при температу-
рах затвердевания стали. Для предупреждения нарушения
сплошности металла необходимо, чтобы вследствие усадки
250
стали, температурных напряжений и ферростатического дав-
ления суммарные напряжения, деформационная способность
и скорость деформации не превышали их критических значе-
ний, при которых наступает разрыв металла.
На деформационные свойства стали в значительной сте-
пени влияет скорость деформации. С увеличением содержа-
ния углерода допускаемая скорость деформации увеличива-
ется. Поэтому средне- и высокоуглеродистые стали имеют
меньшую склонность к образованию трещин. Как показыва-
ют данные различных исследователей, увеличение скорости
деформации уменьшает допускаемую деформацию для всех
марок сталей. Деформация металла весьма существенно
влияет также и на допускаемые напряжения в затвердеваю-
щей стали. Последний показатель в значительной степени
связан с наличием в стали фосфора, серы и марганца.
Известно, что при различных химических составах стали
механические их свойства в районе температуры ликвидус не
сильно отличаются друг от друга. Вместе с тем, присутствие
углерода и серы оказывает заметное влияние на склонность к
трещинообразованию [232-235]. С повышением содержания
углерода с 0,1 до 0,18% прочность стали возрастает почти
линейно. При содержании углерода 0,18-0,20% происходит
резкое снижение прочности. Собственно в этом диапазоне
содержаний углерода сталь по фронту затвердевания не об-
ладает способностью к пластической деформации. При даль-
нейшем увеличении содержания углерода прочность стали
постепенно уменьшается. Увеличение содержания серы от
0,025% до 0,045% уменьшает предел прочности при растяже-
нии, причем особенно заметное снижение прочности имеет
место в пределах изменения содержания серы 0,025-0,030%.
Многочисленные экспериментальные исследования, рас-
смотренные в работе [232], показывают, что для Mn/S < 25
при разрыве образцов значения относительного сужения со-
ставляют менее 10%, при Mn/S ~ 60 значения относительного
сужения возрастают до 40%, а при Mn/S ~ 100 и 200 - соот-
ветственно до 60% и 90%. Непрерывное увеличение
пластичности стали с увеличением отношения содержания
марганца и серы позволяет сделать заключение об
257
и серы позволяет сделать заключение об изменяющемся
составе сульфидов. В целом же приведенные данные
позволяют говорить о возможности повышения качества
внутренней структуры непрерывнолитой заготовки путем
повышения значения отношения Mn/S. В настоящее время
большинство ведущих металлургических фирм мира
рекомендуют обеспечивать отношение Mn/S > 60-70 при
разливке рядовых сталей на сортовую и блюмовую заготовку
и повышают отношение Mn/S > 100-120 для качественных
сталей (особенно при разливке на слябовых МНЛЗ с
многоточечным загибом и разгибом).
Для определения допускаемого предела прочности в за-
висимости от поверхности заготовки и температуры плавле-
ния заданной марки стали предложена следующая зависи-
мость [234]:
(4.5)
где <зт - напряжение вблизи температуры солидуса стали,
равное по экспериментальным данным 8,0 Мпа; L - темпера-
тура плавления стали; Т - температура поверхности непре-
рывного слитка; Д - экспериментальный коэффициент, рав-
ный 6,88; е - основание натурального логарифма.
Значение допускаемой деформации при температуре,
близкой к солидусу, может быть ориентировочно определено
по эмпирической формуле:
£кр~2,0т°’55, (4.6)
где т - продолжительность затвердевания корочки.
Следовательно, трещины возникают в том случае, когда
прочность металла о; относительная деформация £ и ско-
рость деформации £’ определенного участка затвердевающе-
го металла выше допускаемых, то есть, когда выполняются
следующие неравенства:
а>Ър; £>£кр; £’>Е’кр, (4.7)
£ = Д1Л = аЛТ1/1 = аДТ; е’ = схДТ/т; ст = еЕ; (4.8)
252
где £ - деформация металла; £’ - скорость деформации;
Е’кр - критическая деформация, после превышения которой
образуются трещины; ст и акр - прочность и критическая
прочность стали при высоких температурах стали; Д1 - усадка
рассматриваемого участка заготовки; I - протяженность уча-
стка заготовки, на котором образуются трещины; а - коэф-
фициент усадки стали; ДТ - перепад температур на рассмат-
риваемом участке заготовке; т - продолжительность охлаж-
дения этого участка; Е - модуль упругости стали.
Таким образом, в соответствии с рассмотренной схемой
термонапряженное состояние корочки затвердевающей заго-
товки определяется тремя следующими факторами:
• прочностными и пластичными свойствами стали при
высоких температурах;
• линейной и объемной усадкой стали и скоростью обра-
зования зазора между оболочкой заготовки и стенкой кри-
сталлизатора;
• интенсивностью теплового потока и внутренними на-
пряжениями в твердой оболочке формирующейся заготовки
после образования зазора.
При этом основными видами дефектов, которые сопутст-
вуют вышеперечисленным факторам, являются:
• выпуклость заготовки по узким граням;
• продольные поверхностные ужимины (по более широ-
ким граням);
• ромбовидность для заготовки квадратного сечения;
• подповерхностные (в местах нахождения ужимин) диа-
гональные и перпендикулярные поверхности трещины.
Существенное влияние на процесс трещинообразования
непрерывнолитой заготовки оказывают механически вызван-
ные деформации, поскольку они происходят в условиях, ко-
гда внутри слитка еще имеется жидкая фаза.
Механически вызванные деформации могут возникать по
многим причинам. Даже если машина тщательно спроекти-
рована, то механические деформации, возникающие от несо-'
блюдения одного уровня между разгрузочной рамой, искрив-
253
ления геометрической формы поперечного сечения сляба,
ошибочного раствора валков и излишней вытяжки сляба у
приводных валков, все же сильно зависят от тщательности
работы оператора. Регулировка напряжения и вздутия короч-
ки между валками хотя и зависит от условий работы зоны
вторичного охлаждения, является основной задачей конст-
руирования, согласующейся с усовершенствованными анали-
зами процесса выпучивания. Выпучивание, в основном, регу-
лируется расстановкой (шагом) валков, причем валки разме-
щаются более близко для машин с прямым кристаллизато-
ром, чем для типичных машин криволинейного типа вследст-
вие более высокой скорости разливки, присущей конструк-
ции с прямым кристаллизатором. Иными словами, машины с
криволинейным кристаллизатором будут иметь несколько
больший шаг расстановки валков в силу меньших скоростей
разливки.
Вследствие того, что непрерывнолитая заготовка одно-
временно затвердевает и движется сквозь рабочее простран-
ство МНЛЗ, существует высокая вероятность формирования
несплошностей по причине растягивающих деформаций
вблизи межфазной поверхности между оболочкой /корочкой/
и жидкой сердцевиной. Некоторые исследователи придержи-
ваются той точки зрения, что поскольку дендриты у межфаз-
ной поверхности затвердевания действуют нежелательным
образом только в условиях растягивающих деформаций, то
заготовка может рассматриваться в качестве «датчика растя-
гивающих деформаций», т.е. она чувствительна к любому
виду растягивающей деформации. Обычно в качестве инди-
катора несплошостей, вызванных растягивающей деформа-
цией, принимаются так называемые «ликвационные полос-
ки» которые наблюдаются как потемнения в виде линий на
макротравленных сечениях литого и прокатанного непре-
рывнолитого слитка.
Обширные исследования показали, что ликвационные
полосы являются результатом разрушения границ зерен во
время затвердевания, ориентированных, вообще говоря, пер-
пендикулярно к приложенным растягивающим напряжениям.
254
Вследствие низкой пластичности стали при температуре
вблизи солидуса граница зерна вблизи межфазной поверхно-
сти затвердевания может разрушиться тогда, когда напряже-
ния превзойдут некоторую пороговую величину. Межденд-
ритная жидкость, обогащенная лидирующими элементами и
фазами (особенно фосфором и сульфидами), из прилегающей
лунки затем втягивается и накапливается в зоне разрушения.
Однажды начавшись, процесс разрушения или трещинообра-
зования совместно с накоплением ликватов может продол-
жать развиваться в затвердевающей стали даже при пони-
женных уровнях деформаций, поскольку деформации затем
концентрируются (локализуются) на разрушенной границе.
Пороговый уровень формирования радиальных полосок
сильно зависит от содержания углерода в стали. Общеприня-
тые «безопасные» уровни деформаций и те, которые часто
цитируются в литературе, составляют 1,25 % для поверхно-
стной деформации и около 0,20 % для межфазной деформа-
ции. Предельное относительное удлинение при температурах
1470-1430°С по данным [229,234] составляет 0,3-0,4%. Ма-
шины с прямыми кристаллизаторами работают при деформа-
циях ниже порогового уровня. Несмотря на то, что разрывы
завариваются во время прокатки, участки, обогащенные лик-
ватами, остаются и вызывают появление участков повышен-
ной травимости в прокатанной продукции.
С целью определения деформации, которая может быть
допустима у межфазной поверхности затвердевания стали,
разработано много лабораторных методик. Большинство ме-
тодов основано на оценках деформации разрушения, полу-
чаемой измерением процентного уменьшения площади в об-
разцах, которые перегреваются от комнатной температуры.
Однако замеры уменьшения площади недостаточно точны,
т.к. пороговый уровень деформаций на фронте затвердения
составляет величину порядка 1% или менее. Деформации
выпучивания, изгиба и спрямления варьируются в этих экс-
периментах либо за счет скорости разливки (изменяя тем са-
мым толщину корочки по всему затвердевающему слябу),
либо за счет величины продольного сжатия, приложенного в
255
этих критических зонах. Немаловажным также является и тот
факт, каким образом тестируемый образец подводится к за-
данной температуре и каким образом эта температура заме-
ряется.
Таким образом, для предварительного определения мини-
мально допустимых радиусов кривизны заготовки в местах ее
загиба и разгиба необходимо учитывать напряженное со-
стояние заготовки и механические свойства металла в облас-
ти температур несколько ниже затвердевания (1300-1400 °C).
Деформации загиба и выравнивания, видимо, представля-
ют самый важный аспект проблемы обеспечения высокого
качества внутренней структуры непрерывнолитой заготовки.
Проектировщики машин с прямым кристаллизатором на-
стаивают на том, чтобы приводные валки, обеспечивающие
движение заготовки, размещались по всей длине машины.
Пользуясь эффектом ферростатического давления, дейст-
вующего за пределами приводных валков, и используя тре-
ние, развивающееся между поверхностями валка и сляба,
машина создает вытяжное усилие, которое буквально про-
талкивает полосу через секцию загиба, радиальную секцию и
секцию разгиба. Несмотря на то, что сляб подвергается рас-
тягивающим нагрузкам по мере того, как он выходит из кри-
сталлизатора и на коротком пути вдоль вертикально распо-
ложенной рамы, он подвергается сжимающим нагрузкам, на-
чиная с приводных валков. В машине с криволинейным кри-
сталлизатором сляб выталкивается тянущими валками так,
что вся полоса оказывается под действием растягивающих
нагрузок на участке от кристаллизатора до конца секции раз-
гиба. Величина растягивающих нагрузок повышается с уве-
личением скорости разливки вследствие повышенного про-
тиводействия линии, вызываемого увеличенным выпучива-
нием более тонкой корочки сляба. В обеих конструкциях
приблизительно одинаковое количество энергии использует-
ся для транспортировки затвердевающего сляба от кристал-
лизатора до газорезки.
Рассматривая динамику формирования твердой фазы при
затвердевании непрерывнолитой заготовки, необходимо от-
256
метить, что в области температуры солидус (фронт затверде-
вания) металл находится как в твердом (дендриты), так и
жидком (междендритное пространство) состоянии. Только на
некотором расстоянии от фронта затвердевания находятся
слои металла, имеющие целиком твердую фазу. Между тем,
эти слои металла находятся в напряженном состоянии, обу-
словленном перепадом температур между наружной поверх-
ностью заготовки и фронтом затвердевания. Следовательно, в
расчетах допустимых радиусов загиба и разгиба заготовки с
жидкой сердцевиной следует принимать во внимание допус-
тимые относительные удлинения не на границе фронта за-
твердевания, а на некотором удалении от него (13-15 мм).
Определению коэффициента относительного удлинения
стали в области температур затвердевания посвящено доста-
точно большое количество работ [235-238]. В целом практи-
чески все эти данные свидетельствуют о том, что пластич-
ность стали в диапазоне температур 1300-1400 °C значитель-
но ниже 1%. Колебания значений пластичности стали зави-
сят, главным образом, от методики исследований (методика
получения образцов, скорость деформации, размеры образ-
цов, метод замера температуры образца, содержание углеро-
да в стали и пр.). Следовательно, известные литературные
данные относительно пластичности стали могут быть ис-
пользованы только с учетом того, что они носят достаточно
приблизительный характер.
Зависимость относительного удлинения стали от темпера-
туры по данным [229] приведена на рис.4.10. Как видно из
приведенных данных, «безопасный» интервал относительно-
го удлинения стали начинается ниже 0,3%.
Похожие рекомендации приведены в работе [235]. Для
сталей с содержанием углерода 0,4% рекомендуется прини-
мать коэффициент допустимого относительного удлинения
на уровне 0,3%.
Большой объем исследований по определению пластично-
сти сталей в области температур затвердевания приведен в
работе [236]. В работе показано, что для низкоуглеродистых
сталей скачок пластичности от больших значений к малым
257
при охлаждении начинается в области температуры 1200 °C и
продолжается до 1450°С. При этом абсолютные значения
скачка уменьшаются с увеличением отношения марганца к
сере.
Рис.4.10. Зависимость относительного удлинения сталей
от температуры:
1 -сталь 35Л; 2 - хромомолибденовая сталь;
3 - хромомо-либденомарганцовистая сталь;
4 - хромомолибденомедистая сталь;
5 - сталь 35Л, образцы диаметром 30 мм
В работе [237] выполнен сравнительный анализ условий
затвердевания непрерывнолитой заготовки в МНЛЗ с криво-
линейным и с вертикальными кристаллизаторами. Преиму-
щество отдается МНЛЗ с вертикальными кристаллизаторами,
поскольку они обеспечивают получение слябов с меньшим
количеством неметаллических включений, полноценной
структурой металла и хорошим качеством поверхности при
более высоких скоростях разливки. Для определения опти-
258
мального формата МНЛЗ в работе рекомендуется принимать
коэффициент относительного удлинения стали в зоне крити-
ческих температур на уровне 0,2%.
Широкий анализ условий образования внутренних трещин
выполнен в работах [212,238]. Склонность к образованию
трещин зависит от соотношения деформационной способно-
сти и прочностных свойств затвердевающей стали. В соот-
ветствии с данными [238] критические значения величины
относительного удлинения могут колебаться в значительных
пределах в зависимости от содержания углерода, марганца,
серы, фосфора и пр. Вместе с тем, для расчетов критические
значения коэффициента относительного удлинения могут на-
ходиться в пределах 0,2-0,25%. Критическая скорость де-
формации при этом находится в пределах 0,01 с1, а предел
прочности твердой корочки 2-3 МПа (для ряда сталей до
4-6 МПа).
Более точные оценки напряженного состояния непрерыв-
нолитой заготовки в процессе ее формирования и деформа-
ции могут быть выполнены с помощью методов расчета ак-
кумулированных напряжений [239]. Предполагается, что для
предупреждения нарушения сплошности металла необходи-
мо, чтобы вследствие усадки стали, температурных напряже-
ний, механических (литейных) деформаций и ферростатиче-
ского давления суммарные напряжения, деформационная
способность и скорость деформации не превышала их крити-
ческих значений, при которых наступает разрушение метал-
ла. По данным работы [239] для углеродистых сталей допус-
каемые суммарные критические значения растяжения заго-
товки (разгиб-загиб, термические, напряжения затвердева-
ния) не должны превышать 0,70 %. Приведенные рекоменда-
ции подтверждены на практике.
Таким образом, формирующаяся в кристаллизаторе обо-
лочка подвергается при движении разнообразным деформа-
циям. Независимо от причины деформации в оболочке воз-
никают внутренние напряжения, которые при достижении
критического значения вызывают образование трещин по
фронту затвердевания. Трещины заполняются находящимся
259
перед фронтом затвердевания обогащенным расплавом и та-
ким образом самозалечиваются. Напряжения, которые при-
водят к образованию трещин, могут возникнуть в кристалли-
заторе и в зоне вторичного охлаждения. Критические дефор-
мации в кристаллизаторе приводят к образованию продоль-
ных трещин, а под кристаллизатором - поперечных трещин.
Зачастую эти напряжения накладываются друг на друга, по-
этому в производственных условиях в большинстве случаев
невозможно определить истинные причины образования
трещины. Снижения вероятности образования внутренних
трещин удается достичь за счет специальных конструктив-
ных мероприятий, выполненных на базе соответствующих
теоретических расчетов и статистической обработки данных
применительно к конкретной МНЛЗ.
4.3.ВЛИЯНИЕ КОНТАКТНОГО ТЕПЛООБМЕНА И ГАЗОВОГО
ЗАЗОРА НА ЗАТВЕРДЕВАНИЕ НЕПРЕРЫВНЫХ ЗАГОТОВОК
Как было рассмотрено в предыдущем разделе, для полу-
чения качественных заготовок при непрерывном литье стали
требуется обеспечить равномерный по высоте и сечению
кристаллизатора отвод тепла. Однако подобная организация
тепловой работы кристаллизатора неосуществима из-за раз-
личных условий теплоотвода от затвердевающей оболочки
непрерывного слитка, вызываемых образованием зазора ме-
жду поверхностью заготовки и стенкой кристаллизатора. В
разд.4.1 приведены экспериментальные данные изменения
тепловых потоков по высоте кристаллизатора. Во всех случа-
ях формирования непрерывного слитка в кристаллизаторе
проявляются две резко выраженные зоны теплоотвода: верх-
няя, в которой отвод теплоты от заготовки происходит по за-
кону контактного теплообмена, и нижняя, в которой передача
теплоты перегрева и теплоты кристаллизации происходит че-
рез газовый зазор. Интенсивность тепловых потоков в этой
зоне в 3-5 раз меньше, чем в зоне контактного теплообмена.
260
Указанные два параметра являются наиболее значимыми
в теории теплообмена, так как определяют скорость затвер-
девания стали и диффузионных процессов, формирование то-
го или иного вида кристаллической структуры, развитие на-
ружных и внутренних дефектов литья. Поэтому изучению за-
кономерностей отвода теплоты от едва затвердевшей оболоч-
ки слитка в кристаллизаторе или изложнице посвящено мно-
го исследовательских работ, из которых видно, что на этот
процесс влияют: усадка и деформационная способность ста-
ли, ферростатическое давление на оболочку слитка, перепад
температур по сечению корочки, геометрические размеры и
конфигурация заготовки, термические напряжения и тормо-
жение усадки стали [213,241-243].
Главным параметром, определяющим количество тепло-
вого потока к кристаллизатору, является значение коэффици-
ента теплопередачи а. При контактном теплообмене он зави-
сит от ферростатического давления на корочку, прочности и
пластичности затвердевшей корочки металла, химического
состава и теплофизических характеристик стали. Его значе-
ние может быть определено достаточно простой зависимо-
стью [212]:
а = 2,1х104 Р^ф /За, (4 9)
где — эффективный коэффициент теплопроводности,
равный = 2А,тАв/(Ат+Ав); Ащ - коэффициент теплопровод-
ности материала кристаллизатора, Вт/(мК); Лв - коэффициент
теплопроводности затвердевающей стали; Р - ферростатиче-
ское давление, Па; ст - прочность затвердевшей корочки ме-
талла, Па.
При полученном значении коэффициента теплопередачи
удельный тепловой поток от заготовки к кристаллизатору
может быть определен по зависимости:
q=a(Th-Tm), (410)
где Th и Тт — соответственно температура поверхностей
заготовки и кристаллизатора.
261
Тепловой поток при контактном теплообмене в значи-
тельной степени зависит от состояния поверхности контак-
тируемых материалов. Обычно на поверхности литой обо-
лочки непрерывного слитка наблюдаются шероховатости и
различного вида неровности, которые снижают интенсив-
ность теплопередачи.
Распределение температур в контактирующих телах при
прохождении стационарного теплового потока q вызывает
некоторый скачок температуры ДТк, который пропорциона-
лен плотности теплового потока через контактирующую по-
верхность:
q=aKATk, (4.11)
где аК - коэффициент контактной теплопередачи, Вт/(м2 °C).
Возникновение скачка температуры создает термическое
сопротивление R = 1/ак.
Наибольшее влияние на теплообмен оказывают шерохо-
ватость и волнистость поверхности. Расстояние между не-
ровностями при шероховатости превышает их высоту в де-
сягки раз, а при волнистости - в сотни раз. При сближении
двух поверхностей в контакт вступают, прежде всего, наибо-
лее высокие неровности. По мере роста давления на корочку
затвердевшего металла происходит некоторая деформация
неровностей, и к контакту подключаются новые, более низ-
кие выступы. При этом число контактных пятен и относи-
тельная площадь фактического контакта увеличиваются. В
этих условиях теплота передается от одного тела к другому,
прежде всего, через пятна непосредственного соприкоснове-
ния. Поэтому линии теплового потока всегда стягиваются к
пятнам, где происходит концентрация теплового потока.
Обычно для анализа контактного теплообмена соприка-
сающиеся тела делят на ряд параллельных каналов, имеющих
одинаковый средний радиус а и число каналов, равное числу
п пятен контакта.
Удельный контактный тепловой поток от прижимаемой к
форме корочки отливки в этом случае равен
qn = (Pa/Eh)m(T]-T2)/a, (4.12)
262
где Л и Е - теплопроводность и модуль упругости твердого
тела; а - радиус пятна контакта; Р - механическое давление
на корочку затвердевающей заготовки: h - высота неровно-
стей на поверхности заготовки; Т} и Т2 - температуры сопри-
касающихся поверхностей.
Продолжительность контактного теплообмена может
быть увеличена за счет технологических мероприятий, спо-
собствующих повышению пластических свойств стали при
температурах ее затвердевания. Чистые кристаллы железа
при высоких температурах обладают высокими пластически-
ми свойствами и могут деформироваться вследствие ползу-
чести стали более длительное время, чем углеродистые ста-
ли. Такое свойство пластичного железа, несомненно, будет
способствовать увеличению продолжительности контактного
теплообмена в кристаллизаторе путем оптимизации его
геометрической формы.
Присутствие неметаллических включений существенно
уменьшает сцепление между кристаллами и вызывает резкое
снижение пластических свойств, способствуя более быстро-
му отходу оболочки заготовки от стен кристаллизатора. По-
этому пластичность стали при высоких температурах зави-
сит, прежде всего, от химического состава стали, ее темпера-
туры плавления, характера расположения неметаллических
включений и режима раскисления стали и внепечной обра-
ботки. Если химический состав стали после раскисления спо-
собствует быстрому затвердеванию неметаллических вклю-
чений в глобулярной форме, то пластичность стали при вы-
соких температурах повышается. При выделении в процессе
кристаллизации легкоплавких включений по границам зерен,
которые в период интенсивного развития усадки находятся
еще в жидком состоянии, затвердевшая корочка оболочки за-
готовки может противостоять без образования трещин мень-
шему ферростатическому давлению. Такие свойства металла
вызывают необходимость снижения скорости непрерывной
разливки и требуют сокращения продолжительности кон-
тактного теплообмена.
263
Известно, что составом и характером расположения
сульфидных и оксисульфидных неметаллических включений
можно в определенной степени управлять посредством коли-
чества алюминия, вводимого при раскислении стали. Для по-
лучения неметаллических включений в глобулярной форме и
повышения пластических свойств стали предложена сле-
дующая зависимость для определения оптимального количе-
ства алюминия, применяемого для раскисления углероди-
стых марок стали:
А1 = 0,01/[С] + 0,035 , (4.13)
где [С] - содержание углерода в стали, а 0,035 - это остаточ-
ное содержание алюминия в металле после его раскисления.
Характерное распределение температуры в поперечном
сечении кристаллизатора и заготовки при наличии газового
зазора представлено на рис.4.11. Интенсивность теплопере-
дачи по представленной схеме зависит от следующих про-
цессов:
Рис.4.11. Температурный профиль по сечению кристалли-
затора и затвердевшей корочки: I - кристаллиза-
тор; II - зазор; III - двухфазная зона; IV - затвер-
девшая корочка; V - жидкая сталь; VI - жидкая
среда, охлаждающая кристаллизатор
264
• конвективного движения потоков стали вдоль границы
затвердевания;
• теплопередачи через двухфазную зону заготовки (и
протяженности двухфазной зоны);
• отвода тепла через затвердевшую корочку заготовки;
• теплопередачи через газовый зазор между затвердев-
шей оболочкой заготовки и внутренней поверхностью кри-
сталлизатора;
• теплоотвода через медную стенку кристаллизатора;
• передачи теплоты охлаждающей воде.
Наибольшее сопротивление отводу тепла от жидкого ме-
талла создает газовый зазор между поверхностью заготовки и
кристаллизатором. Его размер определяется теплофизиче-
скими свойствами разливаемой стали и материала кристалли-
затора. Пространство между поверхностями, образующими
зазор, может быть заполнено различными газами и расплав-
ленными потоками шлакообразующей смеси, имеющими со-
вершенно отличную термическую проводимость, чем сталь и
медь. В зависимости от степени усадки в зазоре возникает и
развивается радиационный теплообмен. При этом непрерыв-
но подаваемая в кристаллизатор смазка создает равномерный
слой, уменьшающий торможение усадки стали.
Наличие прослойки шлака уменьшает температуру внут-
ренней поверхности кристаллизатора. Поэтому в определен-
ных случаях она может вызывать увеличение коэффициента
трения при вытягивании заготовки из кристаллизатора. При
понижении вязкости шлака сила трения, тормозящая вытяги-
вание заготовки из кристаллизатора, уменьшается, а сам
шлак может служить смазкой. На процесс затекания шлака в
зазор значительное влияние могут оказывать электромагнит-
ное поле в кристаллизаторе, вибрация кристаллизатора и по-
казатели жидкотекучести шлака.
Отделение корочки затвердевающего каркаса заготовки
наступает в тот момент затвердевания, когда скорость усадки
превышает скорость пластической деформации стали. Чем
меньше сила сопротивления усадке, тем раньше образуется
265
зазор. Следует отметить большое влияние на этот процесс
химического состава стали, его интервала затвердевания и
значения коэффициента линейной усадки. Известно, что бо-
лее высокая пластичность сталей с широким интервалом за-
твердевания всегда приводит к более позднему образованию
зазора и длительному контакту корочки со стенкой кристал-
лизатора.
Основное количество тепла от затвердевающей заготовки
к стенкам кристаллизатора (70-80%) проходит ниже зоны
контактного теплообмена, высота которого составляет 1 SO-
25 0 мм.
Не ставя перед собой задачу всесторонне осветить расчет
теплопередачи от жидкой стали к охлаждающей воде, мето-
дам которого посвящен ряд монографий [36,37,45,212-
218,244], отметим лишь, что в этом разделе рассматриваются
только особенности теплопередачи через газовый зазор.
Тепловой поток от поверхности затвердевающей заго-
товки к внутренней поверхности медного кристаллизатора
представляет собой сочетание кондуктивной и радиационной
теплопередачи:
Яз = 1? (Тпов - Тк/,у8 + е<го (Т4,^ - Т*кр), (4.14)
где Л? - теплопроводность газа в зазоре при температуре (Тпов
+ Ткр)Г2\ Тпов - температура поверхности заготовки; Ткр - тем-
пература внутренней поверхности кристаллизатора; 8 - тол-
щина газового зазора; е — приведенная степень черноты кон-
тактирующих поверхностей, равная 1/е = (1/е7) + (1/Сг); е7 и е2
- степень черноты поверхностей заготовки и кристалли-
затора; <т„ - постоянная Стефана-Больцмана, равная = 5,67
• 10 * Вт/(м2-°С).
Теплопроводность газов подсчитывают при любой тем-
пературе по следующей зависимости:
Х = Хо(Т/То)п, (4.15)
где Л, - теплопроводность при Ти = 0°С; То и Т - соответст-
венно температуры газа исходная и в процессе теплообмена.
266
Таким образом, в различных условиях затвердевания для
усиления контактного теплообмена между стенкой кристал-
лизатора и заготовкой необходимо стремиться обеспечить
следующие условия:
• повышение контактного давления с целью регулирова-
ния величины газового зазора;
• заполнение межконтактного зазора между заготовкой и
кристаллизатором специальными шлакообразующими сме-
сями, имеющими регламентируемые показатели теплопро-
водности и жидкотекучести;
• нанесение на поверхность кристаллизатора специаль-
ных покрытий с высокой теплопроводностью и износостой-
костью;
• предотвращение повышенного локального износа и
коробления стенок кристаллизатора;
Следует отметить, что возможности радиационного теп-
лообмена в условиях высокотемпературного взаимодействия
поверхностей еще далеко не исчерпаны. В частности, струк-
тура теплового потока излучения в зазоре еще не достаточно
глубоко изучалась для условий наложения электромагнитно-
го поля, которое вызывает довольно значительные флуктуа-
ции теплоты.
До конца неясным остается также вопрос влияния на
процесс теплообмена вибрации кристаллизатора или оболоч-
ки заготовки, а также продувки газовой среды в зазоре. Вме-
сте с тем, следует отметить, что многочисленные экспери-
ментальные данные по виброобработке слитков, отливок и
непрерывнолитых заготовок достаточно убедительно свиде-
тельствуют о заметном уменьшении времени затвердевания,
что, вероятно, можно рассматривать как косвенное подтвер-
ждение положительного влияния вибрации на увеличение
скорости теплообмена через газовый зазор между кристалли-
затором (изложницей, формой) и твердой корочкой.
Таким образом, условия отвода тепла от поверхности за-
готовки через стенку кристаллизатора во многом определяют
качество заготовки и условия работы МНЛЗ в целом. Главное
сопротивление при отводе тепла от затвердевающей стали
267
создают толщина затвердевшей оболочки металла и газовый
зазор. Поскольку теплопередача через слой затвердевающего
металла зависит от теплофизических свойств той или иной
марки стали и является, по сути, технологическим парамет-
ром, то наиболее значительным параметром, через который
мы можем управлять процессом затвердевания твердой ко-
рочки, остается регулирование процесса образования зазора
между твердой корочкой и кристаллизатором и условий теп-
лопередачи в нем.
4.4.ШЛАКООБРАЗУЮЩИЕ СМЕСИ ДЛЯ РАЗЛИВКИ
НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ ЗАГОТОВОК
Шлакообразующие смеси (ШОС), подаваемые на зеркало
металла в кристаллизаторе МНЛЗ, используются в металлур-
гической практике более трех десятков лет. Сначала такие сме-
си применялись для разливки слябов при подаче стали под
уровень через погружной стакан, а позднее их стали использо-
вать для разливки блюмов и сортовых заготовок. В зависимо-
сти от условий разливки и марки стали применяются различ-
ные составы смесей, а также технологии их приготовления.
Функционально ШОС предназначены, главным обра-
зом, для:
• уменьшения отвода тепла через зеркало металла в кри-
сталлизаторе и предотвращения образования на нем твердой
корочки;
• предотвращения вторичного окисления при контакте
зеркала металла с атмосферой;
• ассимиляции всплывающих в шлак неметаллических
включений;
• повышения равномерности и регулирования интенсивно-
сти теплоотвода от твердой корочки к стенке кристаллизатора;
• уменьшения силы трения между заготовкой и стенкой
кристаллизатора за счет наличия жидкой прослойки шлака;
• повышени качества поверхности непрерывнолитой заго-
товки;
268
Схематически поведение ШОС в кристаллизаторе пред-
ставлено на рис.4.12. При подаче порошкообразной шлако-
образующей смеси на поверхность зеркала металла в кри-
сталлизаторе образуются слой жидкого шлака 3, размягчен-
ный переходной слой 7 и порошкообразный слой 8. Жидкий
шлак 3 при возвратно-поступательном движении кристалли-
затора 1 затекает в зазор между жидкой сталью 2 и стенкой
кристаллизатора, образуя жидкую прослойку 5. При этом
шлак, находящийся выше жидкого слоя, образует стекловид-
ный нарост 4. Кроме того, при контакте жидкого шлака 5 со
стенкой кристаллизатора 1 на его поверхности образуется
стекловидный слой твердого шлака. В зоне формирования
твердой корочки заготовки слой жидкого шлака 5 уменьша-
ется под действием ферростатического давления. Тем не ме-
нее, между корочкой заготовки и стенкой кристаллизатора
остается некоторая жидкая прослойка шлака, которая в зна-
чительной степени определяет отвод тепла от заготовки.
Рис.4.12. Схематическое представление работы шлако-
образующей смеси в кристаллизаторе МНЛЗ
269
Тепловой поток Q от заготовки через шлаковую про-
слойку к стенке кристаллизатора можно определить по фор-
муле [245]:
Q = (Т} - Т2)/(8Л + 1/а + (8М ,
(4.16)
где Тг - температура пленки расплавленного шлака, находя-
щегося в контакте с оболочкой заготовки; Т2 - температура
охлаждающей воды в медной стенке кристаллизатора; 8^ -
толщина стенки кристаллизатора; 8Ш - толщина шлаковой
прослойки между оболочкой заготовки и стенкой кристалли-
затора; а - коэффициент теплопередачи от оболочки заготов-
ки к стенке кристаллизатора; Л* и Я*, - коэффициенты тепло-
проводности медной стенки и шлака.
Рис.4.13. Распределение потоков металла в кристаллиза-
торе без электромагнитного перемешивания
(слева) и при электромагнитном воздействии
(справа): кривые 1-3 показывают разную концен-
трацию пузырьков газа по объему
Спецификой разливки стали с применением ШОС следу-
ет считать высокую вероятность захвата частиц шлака обрат-
ными турбулентными потоками, которые формируются при
270
истечении металла из погружного стакана. В дальнейшем эти
частицы не успевают всплыть обратно в шлак, что снижает
чистоту металла в заготовке. При использовании вдувания
аргона через стопор-моноблок и электромагнитного тормо-
жения удается в значительной степени снизить интенсив-
ность и общую картину движения потоков стали в кристал-
лизаторе (рис.4.13). Образующаяся при этом зона всплываю-
щих пузырьков аргона способствует транспортировке шлако-
вых включений на границу металл-шлак.
Одним из параметров, которые характеризуют работу
ШОС в кристаллизаторе является удельный расход ШОС Qs в
кг на м2 кристаллизатора, который рекомендуется определять
по следующей формуле [246]
QS=7,6Q1/R, (4.17)
где Qi - расход ШОС в кг на тонну стали; R - периметр попе-
речного сечения кристаллизатора в метрах; 7,6 -плотность
стали в т/м3.
По данным [247] удельный расход ШОС при разливке
сортовой заготовки колеблется в пределах 0,07-0,15 кг/м2,
для блюмов - 0,15-0,30 кг/м2, для крута - 0,20-0,25 кг/м2, для
слябов - 0,25-0,60 0,20-0,25 кг/м2. Повышение удельного рас-
хода смеси объясняется толщиной жидкой пленки шлака ме-
жду поверхностью заготовки и стенкой кристаллизатора. По
разным оценкам оптимальная толщина жидкого слоя смеси
между поверхность заготовки и стенкой кристаллизатора для
сортовой заготовки равна 0,04-0,05 мм, для круга - 0,08-0,10
мм, для блюма - 0,08-0,15 мм, а для сляба - 0,15-0,23 мм.
Анализ известных данных [246-248] показывает, что не
существует большой разницы в свойствах ШОС, которые ис-
пользуются для разливки слябов, блюмов и сортовых загото-
вок. В большей степени выбор ШОС зависит от конкретных
условий разливки и МНЛЗ.
На рис.4.14 приведена «псевдо» тройная диаграмма,
представляющая те шлакообразующие смеси, которые ис-
пользуются для разливки различных марок сталей. При этом
координата “SiO2' включает в себя сумму x(SiO2)+ х(А12О3);
271
координата “СяО” включает сумму х(СаО) + x(MgO) +
x(FeO+MnO), а координата “NaF” включает сумму x(Na2O)
+ x(F).
Как видно из приведенных данных, шлакообразующие
смеси имеют достаточно ограниченную область на приве-
денной диаграмме. Для трещиночуствительных перитектиче-
ских сталей соотношение “СаО” / “SiO2” стремится к единице
или выше. Для высокоуглеродистых сталей это соотношение
меньше. Для ШОС, используемых при разливке соротовых
заготовок на высокоскоростных МНЛЗ содержание фтора
увеличивается.
Copi Блюм Сляб
Рис.4.14. Тройная диаграмма для сравнения шлакообра-
зующих смесей, использующихся для различных
марок сталей и сечений заготовки МНЛЗ
272
По данным Института металлургических исследований
(Стокгольм, Швеция) между физико-химическими свойства-
ми ШОС и характером их плавления существует определен-
ная взаимосвязь [254]:
• -скорость плавления смеси в значительно большей сте-
пени зависит от размеров частиц графита и его количества,
чем скорость спекания;
• размер частиц шлаковой смеси не влияет сколь-нибудь
заметно на скорость плавления и спекания;
• характеристика спекания смеси зависит главным обра-
зом от точки плавления исходных материалов; для промыш-
ленных смесей зона спекания находится в пределах 900-
1300°С;
• теплоизолирующие свойства смеси ухудшают высокая
скорость спекания и низкая температура плавления.
Для сравнения в табл.4.1 приведены свойства некоторых
шлакообразующих смесей, которые успешно используются
на различных заводах при разливке различных сталей на раз-
личные сечения заготовки.
Подача ШОС в кристаллизатор осуществляется операто-
ром вручную определенными порциями. Учитывая тот факт,
что смесь в ходе разливки расходуется непрерывно, дискрет-
ный режим подачи представляется далеко не оптимальным.
Отклонения от оптимального режима разливки может при-
вести к следующим последствиям:
• при тонком слое нерасплавленной смеси режим тепло-
изоляции нарушается, что приводит к пониженному образо-
ванию гарнисажа, образованию большого серпа мениска,
возникновению зон захолаживания стали в кристаллизаторе,
вторичному окислению стали;
• избыточное введение смеси приводит к поглощению
части шлака сталью, деформации мениска, науглероживанию
металла, неравномерному расплавлению смеси, что способ-
ствует провоцированию прорывов, образованию шлакового
кольца, углублению следов качания кристаллизатора;
273
Таблица.4.1. Общая характеристика некоторых
шлакообразующих смесей для непрерывной разливки стали
А Б С д Е Ж
Область применения сляб сляб блюм блюм сорт выс.скор. разливки сорт, выс.скор. разливки
Характери- под- перитек- С=0,08- высоко-
стика разли- ваемых сталей С<0,10% С>0,15% никовые стали тические стали 0,25% Мп>1,0% углеро- дистые
Химический
анализ:
CaO/SiO2 0,77-0,85 0,79-0,89 0,84-0,96 0,81-0,93 0,82-0,94 0,53-0,65
SiO2 32,5-34,5 34,5-36,5 24,5-26,5 28,5-30,5 25,5-27,5 31,0-33,0
CaO+MgO 28,0-30,0 29,5-31,5 23,5-25,5 25,5-27,5 23,0-25,0 19,0-21,0
А12Оз 4,5-6,0 3,5-5,0 11,5-13,0 4,5-6,0 10,0-11,5 4,5-6,0
NajO+IQjO 11,5-13,5 8,5-10,0 2,5-4,0 8,0-9,5 4,0-5,5 10,0-12,0
Ре2Оз 1,0-2,0 1,0-2,0 3,0-5,0 1,0-2,0 2,5-4,0 1,0-2,5
MnO <0,5 <0,1 <0,2 2,5-4,0 <0,1 <0,1
Сх 5,0-6,0 8,5-9,5 23-25 13-15 18-20 20,0-22,0
F 4,5-5,5 4,5-5,5 5,0-6,5 4,5-5,5 4,5-6,0 4,0-5,0
Насыпная масса, кг/дм3 ,55-0,65 0,55-0,65 0,65-0,85 0,75-0,95 0,60-0,80 0,50-0,70
Температура:
размягчения 1050 1000 1170 1030 1140 1000
плавления 1080 1070 1275 1100 1210 1080
растекания ИЗО 1110 1340 1110 1250 ИЗО
Вязкость, дПа с
1200°С 2,0 4,2 25,5 4,6 19,5 11,4
1300°С 1,2 2,3 10,0 2,4 8,1 5,9
1400°С 0,7 1,3 4,4 1,4 3,8 3,0
1500°С 0,5 0,8 2,1 0,8 1,9 1,7
•неравномерная подача смеси обусловливает меняющий-
ся режим теплоизоляции и неустойчивому процессу образо-
вания жидкого шлака, переменному ее составу за счет по-
глощения включений, образованию жгута и неоднородного
мениска, что приводит к колебаниям свойств гарнисажа, при-
горанию и прорывам заготовки.
274
Поддержание стабильного точного уровня ШОС в кри-
сталлизаторе является важным фактором с точки зрения
обеспечения плавной работы МНЛЗ и хорошего качества по-
верхности заготовок. Поэтому многие металлургические за-
воды уделяют особое внимание разработке систем автомати-
ческой подачи ШОС в кристаллизатор [249-253]. Однако при
этом для применения обычных механических систем и виб-
рационных систем для транспортировки смеси требует уста-
новки большого числа единиц оборудования в зоне кристал-
лизатора. На рис.4.15 представлена схема подачи шлакообра-
зующей смеси в кристаллизаторе 6-ти ручьевой блюмовой
МНЛЗ завода в Сканторпе [249].
Рис.4.15. Вертикальная проекция системы для подачи ШОС
в кристаллизатор: 1 — большой мешок; 2 — уст-
ройство для выгрузки ШОС из мешка; 3 — место
для наполнения бункера из небольших мешков;
4 — питающий бункер; 5 — подвесной пульт управ-
ления; 6 — стопорный клапан; 7 — площадка для
доступа к оборудованию; 8 — первый сосуд для дис-
пергирования флюса; 9 — линия понижения давле-
ния и продувки; 10 — подача ШОС в диспергаторы;
11 — второй сосуд для диспергирования ШОС;
12 — клапаны для выбора ручьев (действующие);
13 — шестиручьевая блюмовая МНЛЗ;
14 — питающий сосуд с флюсом
275
Мешки массой 1 т разгружают в питающий бункер, уста-
новленный над подающим сосудом с ШОС. С датчиков
уровня флюса в диспергирующих сосудах поступают сигна-
лы, и при этом подается команда на подачу ШОС, и с помо-
щью устройства для медленной подачи в распределительные
трубки ШОС поступает в питающие диспергирующие сосу-
ды. Подающая трубка наполнена постоянно, и подача осуще-
ствляется равномерно с очень низкой скоростью, при этом по-
лучается минимальное повреждение частиц флюса.
Система медленной подачи с наполненной трубкой обес-
печивает плавное движение ШОС по трубкам диаметром 25
мм из диспергирующих сосудов в кристаллизаторы. Уровень
флюса в кристаллизаторе регулируется автоматически и не-
зависимо за счет сохранения контакта с ним конца трубки.
По мере расхода ШОС, его уровень поверхности
понижается, и возникает зазор между уровнем флюса и
концом трубки для подачи флюса. Когда это происходит, в
системе автоматически начинается подача смеси, и она
продолжается до тех пор, пока снова не возникнет контакт
флюса с концом подающей трубки. А при возникновении
этого контакта подача флюсов автоматически прекращается.
Расстояние транспортировки от бункера для хранения
флюсов до системы диспергирования составляет 48 м.
Максимальная скорость подачи флюсов в каждый
кристаллизатор составляет 133 кг/ч.
На этапе ввода в эксплуатацию этой системы подачи
флюсов возникает проблема в связи с использованием систе-
мы для определения поверхности раздела металл-флюс, в ко-
торой применяется радиоактивный источник. Когда уровень
поверхности флюса остается постоянным, система регулиро-
вания уровня стали в кристаллизаторе воспринимает уровень
поверхности флюса как уровень металла. Эта проблема была
решена путем введения в систему регулирования подачи
флюсов специального алгоритма, который позволяет учиты-
вать скорость перемещения устройства для качания кристал-
лизатора, температуру расплавленного металла, размер кри-
сталлизатора и скорость вытягивания заготовки.
276
Приведенная система хорошо себя зарекомендовала при
работе на промышленной установке непрерывной разливки и
обеспечивает следующие преимущества по сравнению с
обычными механическими системами, системами для подачи
самотеком и ручными системами:
- автоматическая подача ШОС (с саморегулированием)
прямо в кристаллизатор, причем подача осуществляется по
трубкам с малым диаметром, которые можно расположить
удобным образом;
- стабильные условия на уровне мениска, а при этом обес-
печивается лучший температурный профиль, пониженный
захват ШОС потоком стали, повышенное качество поверхно-
сти заготовок;
- меньшее пребывание оператора в потенциально опасной
среде на участке разливки;
- ШОС можно поставлять в больших мешках, а не в ма-
леньких мешках, экономя расходы на упаковку и транспор-
тировку и уменьшая потери флюса;
- уменьшается потребность в рабочей силе на установке
непрерывной разливки;
- уменьшается расход шлакообразующей смеси;
- уменьшается количество пыли, а при этом улучшается
рабочая среда на участке разливки;
- обеспечивается большая гибкость при размещении обо-
рудования, причем из одного места можно обеспечить подачу
ШОС на несколько ручьев.
Анализируя рассмотренные результаты, можно предпо-
ложить, что в металлургической практике системы автомати-
ческой подачи шлакообразующих смесей будут получать все
большее распространение. Тем более что ведущие произво-
дители ШОС в Европе и мире полностью освоили производ-
ство гранулированных плавленых смесей, которые наиболее
удобны в автоматических системах. Кроме того, гранулиро-
ванные смеси в меньшей степени склонны к комкованию и
поглощению воды из воздуха.
Нельзя также не отметить, что в ведущих странах мира
все большее распространение получают шлакообразующие
277
смеси, используемые для начального момента разливки. Та-
кие смеси работают с экзотермическим эффектом, что позво-
ляет быстро сформировать жидкий шлак в кристаллизаторе.
Соответственно при наличии автоматической системы выво-
да ручья МНЛЗ на нормальный режим разливки это позволя-
ет существенно уменьшить головную обрезь заготовки. По
данным нескольких заводов России и Украины длина обре-
заемой головной части заготовки при использовании в на-
чальный момент экзотермической смеси сократилась с 2,0-
2,5 м до 0,45-0,55 м.
4.5.ВТОРИЧНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ ЗАГОТОВКИ
Вторичное охлаждение заготовки начинается непосред-
ственно под кристаллизатором, что обусловливается тем фак-
том, что твердая корочка металла, сформировавшаяся в
кристаллизаторе, еще весьма тонкая и недостаточно прочная.
Обычно, говоря о зоне вторичного охлаждения (ЗВО),
подразумевают ту часть МНЛЗ под кристаллизатором, где
охлаждение происходит интенсивнее, чем просто при охлаж-
дении на воздухе. Функционально зона вторичного охлажде-
ния является крайне важной с точки зрения качества заготов-
ки. Это, в первую очередь, относится к предотвращению
формирования различного рода термических внутренних на-
пряжений в твердом каркасе заготовки. Вторичное охлажде-
ние (режимы) может влиять на геометрическую форму заго-
товки, формирование трещин, осевую пористость и ликва-
цию.
Система вторичного охлаждения МНЛЗ состоит из опор-
ных элементов, поддерживающих заготовку, и устройств,
обеспечивающих охлаждение слитка.
Опорные элементы направляют движение заготовки и
предотвращают деформацию граней слитка под действием
ферростатического давления. Непосредственно под кристал-
лизатором, где оболочка заготовки имеет небольшую толщи-
ну и прочность, ее деформация может приводить к прорывам
278
металла, а в нижних зонах вторичного охлаждения - к обра-
зованию трещин и ликвационных полосок вблизи фронта за-
твердевания.
Функции поддерживающих устройств не ограничивают-
ся только сохранением геометрической формы заготовки.
Кроме того, заготовку необходимо непрерывно вытягивать из
кристаллизатора, перемещать ее вдоль технологической ли-
нии МНЛЗ одновременно с ее выпрямлением или изгибом.
Для вытягивания заготовки необходимо создать усилие меж-
ду роликами и формирующимся слитком. При этом для того,
чтобы уменьшить растягивающие усилия, действующие на
время вытягивания на его оболочку, имеющиеся низкие
прочностные характеристики, целесообразно распределить
приводные ролики по всей длине технологической линии. В
большинстве случаев делают приводными часть нижних ро-
ликов, распределяя приводы равномерно по длине машины.
Особые требования предъявляются к поддерживающим
устройствам, расположенным непосредственно под кристал-
лизатором, где оболочка заготовки имеет еще малую толщи-
ну и высокую температуру. Наибольшее распространение в
настоящее время получили роликовые секции.
На участке выпрямления сляба, кроме выполнения функ-
ции поддержания заготовки и ее вытягивания, на ролики до-
бавляется функция правки заготовки. Известны различные
схемы участков выпрямления слябов: со стационарной уста-
новкой роликов, с плавающей кассетой поддерживающих ро-
ликов, с подпружиненными поддерживающими роликами, с
балансирной установкой верхних роликов, с балансирной ус-
тановкой четырехроликовых блоков и т.д. [257].
Особое место при выборе оптимальных размеров диа-
метров поддерживающих роликов и расстояния между ними
занимают соображения выпучивания оболочки твердой ко-
рочки заготовки под действием ферростатического давления.
Существуют определенные рекомендации, основанные на
экспериментальных данных, которые позволяют рассчитать
шаг роликов, исходя из условия, что максимальный прогиб
279
равен допустимому по условиям прочности и качества заго-
товки [214].
Снижение температуры в зоне вторичного охлаждения
достигается путем опрыскивания заготовки водой, отвода те-
пла к поддерживающим роликам с внутренним охлаждением
и вследствие конвекции и лучеиспускания в окружающую
среду. Известно, что доля суммарного теплоотвода в зоне
вторичного охлаждения составляет 75-78%, причем 38-40%
тепла передается подаваемой форсунками воде, приблизи-
тельно 30% поддерживающим роликам с внутренним охлаж-
дением и приблизительно 8% окружающей среде вследствие
лучеиспускания и конвекции.
Интенсивность охлаждения во вторичной зоне должна
выбираться таким образом, чтобы температура поверхности
заготовки в процессе ее перемещения по ней оставалась по-
стоянной или медленно уменьшалась [256,257]. Достаточно
часто предпочтение отдается варианту, при котором темпера-
тура поверхности медленно снижается по всей длине ЗВО.
Наиболее неблагоприятными условиями охлаждения являют-
ся колебания температуры заготовки в области температуры
аустенитного превращения.
Температура поверхности непрерывно литой заготовки
устанавливается таким образом, что тепловой поток через
корку слитка и теплоотвод на поверхности слитка получают-
ся одинаковыми. Повышение интенсивности теплоотвода ог-
раничивается конечным термическим сопротивлением корки
заготовки. Интенсивным охлаждением можно снизить тем-
пературу поверхности непрерывного слитка, однако, на тем-
пературный режим в корке заготовки и на суммарный тепло-
отвод оно оказывает лишь несущественное влияние. Принято
считать, что оптимальной температурой поверхности заго-
товки в ЗВО является диапазон 1000-1100оС. При этом выбор
рационального уровня температур заготовки в ЗВО зависит
от ряда факторов, включающих марку стали, метод охлажде-
ния, тип МНЛЗ и пр. Характер отвода тепла в зоне вторично-
го охлаждения приведен на рис.4.16.
280
Продолжительность вторичного охлаждения (длина ЗВО)
выбирается из соображений того, что в случае его прекраще-
ния температура поверхности не будет уже затем существен-
но увеличиваться. Удлинение ЗВО особенно при больших
скоростях разливки, наоборот, может обеспечить более высо-
кий теплоотвод и весьма часто также требуется для поддер-
живания заданных температур поверхности в нижней части
установки.
Для обеспечения равномерного охлаждения заготовки по
длине ЗВО предусматривается несколько участков с различ-
ной интенсивностью отвода тепла. Для достижения требуе-
мой интенсивности теплоотвода применяются следующие
основные методы подачи охлаждающего вещества.
----9».
+ ОТВОД ТЕПЛА -
Рис.4.16. Характер отвода тепла от заготовки
во вторичной зоне охлаждения
Струйное охлаждение обеспечивает вторичное охлажде-
ние струями воды, которые подаются через специальные
форсунки, которые, например, на слябовых машинах имеют
281
щелевые формы. Вода попадает на поверхность заготовки в
виде капель, которые должны иметь достаточную энергию,
чтобы проникнуть сквозь паровую «рубашку», образовав-
шуюся вследствие испарения воды. Этот способ охлаждения
имеет ряд существенных недостатков: величина теплоотдачи
не всегда увеличивается пропорционально увеличению рас-
хода воды; капли из водяной форсунки обычно достаточно
крупные, что не способствует увеличению скорости парооб-
разования и ограничивает эффективность охлаждения; в мес-
те воздействия водяной струи происходит термический удар,
который может привести к зональной сегрегации или образо-
ванию трещин и т.д. Обычно струйное охлаждение применя-
ется в зоне, непосредственно расположенной под кристалли-
затором, а также в следующей после этого зоне. Системой
струйного охлаждения оснащены многие сортовые МНЛЗ.
Водовоздушное охлаждение осуществляется мельчайши-
ми частицами воды, которые распыляются воздухом. Вода,
распыленная струей воздуха на мельчайшие капли (размер
капель 20-150 мкм), образует как бы поток тумана, который
по форме представляет собой конус [211]. Распыление воды
происходит в основном в результате соударения двух пото-
ков - водяного и воздушного. Распылитель представляет со-
бой как бы две независимые форсунки - для воды и для воз-
духа,- струи от которых пересекаются. Оба потока выходят
из распылителя в направлении непрерывнолитой заготовки и
встречаются один с другим, образуя факел мелкодисперсных
капель воды. Воздух при этом способе охлаждения играет
двоякую роль: он обеспечивает распыление воды и сообщает
каплям необходимую высокую кинетическую энергию. Ха-
рактер распыления воды определяется расходом и давлением
воздуха и поддается регулированию в широком диапазоне
параметров [258,261].
Высокая эффективность метода водовоздушного охлаж-
дения объясняется тем, что благодаря высокой кинетической
энергии с металлом одновременно контактирует большое ко-
личество распыленной воды. При одном и том же расходе
воды площадь теплообмена между водой и заготовкой увели-
282
чивается: с одной стороны, вода мелко распылена и число
капель очень велико, а с другой, - эти капли равномерно рас-
пределяются по поверхности заготовки, так как факел имеет
устойчивую форму конуса. Вода, которая не испарилась при
контакте с поверхностью заготовки, падает вниз в виде мел-
кого дождя, создавая зону охлаждения ближайших участков.
Устойчивое распыление воды на капли по всему факелу
значительно улучшает характер охлаждения поверхности за-
готовки. Сам факел, несмотря на его эффективность, не явля-
ется столь турбулентным, как струя воды, поэтому охлажде-
ние металла более равномерное, без переохлаждения отдель-
ных участков, как это бывает при охлаждении водяными
струями. Кроме того, устойчивый конус факела обеспечивает
равномерное распределение воды, что способствует устране-
нию местного переохлаждения и повторного нагрева метал-
ла. Угол раскрытия конического факела для каждой форсун-
ки точно известен, и он остается практически постоянным
при любых расходах и давлениях.
Использование математических моделей, основываю-
щихся на непосредственных измерениях коэффициентов теп-
лоотдачи конкретных форсунок, позволяет задать точные в
деталях параметры, такие как, объемный расход, высоту и
угол распыла, шаг установки и перекрытие струй. Понимание
причин, приводящих к дефектам поверхности заготовки, ока-
зывает дальнейшее влияние на выбор и задание параметров
форсунок.
Новые конструкции сопел и систем водовоздушного ох-
лаждения позволяют достичь лучшего распределения охла-
дителя по факелу распыла, что снижает дефекты поверхно-
сти, образование трещин по кромке слитка и осевую ликва-
цию. Кроме этого возможно расширение существующего
сортамента продукции и повышение производительности
оборудования.
Важнейшими критериями при выборе форсунок являются:
•тип форсунки, исходя из производимого сортамента и
конструкций машин;
283
• устойчивость параметров форсунки, в том числе и коэф-
фициента теплоотдачи;
• соотношение воздух-вода в смеси;
• диапазон регулирования расхода жидкой фазы;
• характер распределения охладителя по факелу распыла;
•способы крепления форсунок и новый дизайн подводя-
щих коллекторов.
Одним из методов определения коэффициентов теплоот-
дачи форсунок является метод «подвижной форсунки» [259].
Стальная плита с 24 термоэлементами, с глубиной заделки
2,5 мм, нагревается в печи с инертным газом до 1200°С.
Верхняя поверхность пластины изолирована, нижняя охлаж-
дается струей испытываемой форсунки. Форсунка закреплена
на подвижном рычаге, который перемещается посредством
контролируемого с помощью компьютера электромотора.
Для моделирования перемещения заготовки между роликами,
автоматически удаляется защитный кожух над пластиной и
процесс охлаждения начинается. Форсунка перемещается
слева направо с открытым кожухом, а в обратную сторону с
закрытым. Температура пластины и охлаждающей воды из-
меряются одновременно до тех пор, пока температура тела не
достигнет температуры охлаждающей среды.
Известно, что увеличение соотношения воздух-вода не
является единственным и решающим фактором влияния на
коэффициент теплоотдачи. Важную роль играют также угол
и высота распыла. Оба эти параметра определяют площадь
поверхности распыла и, тем самым, непосредственно влияют
на удельную площадь орошения и удельное давление струи.
Наряду с этими двумя факторами необходимо принимать во
внимание соотношение расходов жидкости и сжатого возду-
ха, как одного из главных факторов во вторичных зонах ох-
лаждения. Так, в зоне пленочного кипения в кратчайшее вре-
мя образуется паровой слой, ухудшающий условия теплооб-
мена. Сжатый воздух, обладая дополнительной кинетической
энергией, необходимой для проникновения капель непосред-
ственно к поверхности металла, интенсифицирует процесс
охлаждения.
284
В качестве иллюстрации на рис.4.17 приведены коэффи-
циенты теплоотдачи некоторых форсунок фирмы “Lechler
GmbH” (Германия), являющейся одним из лидеров в произ-
водстве форсунок в мире.
В рассматриваемом случае при давлении воды 4 бар для
форсунки 11/90-40-40 наблюдается прекращение поступле-
ния воздуха в смеситель форсунки (воздух вытесняется жид-
костью) и с этого момента начинается уменьшение коэффи-
циента теплоотдачи. В свою очередь применение современ-
ных форсунок серии 100.259 (Master-Cooler), позволяет ус-
тойчиво работать, в данном случае при максимальном давле-
нии жидкости до 5,5 бар, что обеспечивает эффективное ох-
лаждение поверхности заготовки.
давление воды, бар
Рис.4.17. Коэффициенты теплоотдачи форсунок 100.259 и
11/90-40-40 при давлении воздуха 2 бар и давлении
воды 7 бар
Форсунки этой серии обеспечивают стабильную работу
агрегата и исключают прорывы металла. Они специально
сконструированы для получения максимальных значений ко-
эффициентов теплоотдачи в диапазоне давлений 5-6 бар. При
этом необходимо отметить, что коэффициенты теплоотдачи
водовоздушной форсунки, которая недостаточно запитана
сжатым воздухом, будут ниже, чем у традиционных одно-
фазных. Это необходимо учитывать особенно в области вы-
соких температур до достижения точки Лейденфроста.
285
Конструкции современных двухфазных распылителей
способствуют уменьшению как инвестиционных, так и про-
изводственных затрат, за счет снижения потребления сжатого
воздуха. На рис.4.18 приведена диаграмма расхода воздух-
вода форсунки старого типа 148.618. Повышенный расход
воздуха в зонах охлаждения МНЛЗ, особенно в длительном
режиме работы, вынуждает к дополнительному оснащению
средствами измерения и контроля, как в водяной, так и в воз-
душной линиях. Это, в свою очередь, приводит к сужению
диапазона регулирования при остающейся конструкции сме-
сителя форсунки.
Рис 4.18. Диаграмма воздух-вода (форсунка 148.618 при
давлении воздуха 2 бар)
Новейшие агрегаты ведущих предприятий США, Европы и
Азии используют водовоздушные форсунки со сниженным
расходом сжатого воздуха во всем диапазоне регулирования.
При этом сохраняется необходимое соотношение «воздух-
вода» в смеси при максимальном давлении воды и скорости
разливки. Конкретный пример для форсунки типа 1
РМ.013.16.16 при давлении воздуха 2 бар приведен на рис.4.19.
Это свойство новой серии форсунок позволяет обходиться без
контрольных и регулирующих инструментов в воздушных ма-
гистралях. Обычно минимальное соотношение воздух-вода
(Нм/час3/л/мин) при максимальной скорости разливки нахо-
дится в пределах 0,7-1, но никогда не должна быть ниже 0,5.
286
Рис.4.19. Диаграмма воздух-вода (форсунка 1 РМ.013.16.16)
Последние результаты в области исследования и разра-
боток двухкомпонентных распыляющих систем привели к
созданию форсунок с минимальным расходом воздуха и од-
новременно с широким расходом регулирования. При посто-
янном давлении воздуха 2,5 бар возможно достижение соот-
ношения 1:23. Это соотношение в 2-3 раза больше, чем у од-
нофазных форсунок.
Не менее принципиальной задачей является задача обес-
печения равномерного отвода тепла на всем габаритном про-
странстве поверхности заготовки, то есть как в зоне действия
одной из форсунок, так и переходных зонах между форсунка-
ми. Принято считать, что они должны обеспечивать в области
давлений воды 1-7 бар максимальные отклонения в пределах ±
15% от средней величины коэффициента теплоотвода.
Чтобы диапазон регулирования теплоотвода увеличить,
работают, как правило, в области минимальных давлений во-
ды (0,5 бар). При таких низких давлениях ширина струи
уменьшается и это приводит или к нарушению перекрытия
струй и, в любом случае, к уменьшению плотности орошения
в этих местах. Соответственно коэффициент вариации в этих
местах может упасть до 50%. Подобный факт требует допол-
нительных измерений значений коэффициента теплоотдачи в
местах перекрытия и при низких давлениях. Измерения,
проведенные при установке форсунок, показанных на
рис.4.20 (шаг установки 400 мм, угол смещения 0°) и
287
(шаг установки 400 мм, угол смещения 0°) и давлении воды
0,5 бар, а воздуха 2 бар, показали, что действительно имеет
место снижение общего коэффициента теплоотдачи. При
этом, однако, неожиданно зафиксировано незначительное
падение локальных коэффициентов в местах перекрытия
струи (позиция 200 мм).
Рис.4.20. Коэффициент теплоотдачи двух форсунок
типа 1РМ.013.16.16 (давление воды 0,5 бар, воз-
духа 2 бар, высота распыла 200 мм, шаг 400 мм)
Конструктивно двухфазные форсунки имеют внутреннее
смешивание и, соответственно, два отдельных подвода для
воздуха и воды. Обычно для подвода воды используются
трубки небольшого диаметра, которые дополнительно слу-
жат для крепления и позиционирования самой форсунки.
Только в отдельных случаях, если для подводов служат
шланги, используются дополнительные крепления. Подво-
дящие трубки, как правило, находятся в корпусе сегмента.
Так как форсунки расположены очень близко к поверхности
ручья, это затрудняет обслуживание (юстировку и очистку)
или делает невозможным без демонтажа сегмента из маши-
ны. В случае же аварии они должны комплектно заменяться,
что является само по себе важным стоимостным фактором.
Многие дефекты поверхности заготовки можно отнести к не-
точной ориентации форсунок относительно охлаждаемой по-
верхности.
Традиционная коллекторная система питания и располо-
жения форсунок представляет собой источник таких ошибок.
288
Множество тонких подводящих воздушных и водяных тру-
бок вследствие механических или термических нагрузок от-
клоняются от заданного положения. Само изготовление
большого количества изогнутых подводов различной кривиз-
ны также удорожает оборудование.
Новым решением, которое получило развитие в послед-
ние годы, стала вертикальная прокладка труб квадратного
сечения для воздушных и водяных подводов [260]. Форсунки
в таком исполнении с предусмотренным подсоединением
крепятся на вертикальных пластинах. Все распылители в
этом случае находятся за пределами корпуса сегмента и под-
соединены непосредственно к подводящему коллектору. Для
поддержания постоянной высоты распыла и компенсации ра-
диуса поворота ручья используются пластины различной вы-
соты (рис.4.21).
Рис.4.21. Гибкое расположение форсунок на одном
подводящем коллекторе
Такой метод подсоединения и крепления форсунок по-
зволяет гибко располагать их по ширине заготовки с тем,
чтобы получить равномерность распределения охладителя
или более эффективное охлаждение на различных зонах (на-
пример, установка в шахматном порядке). Крепление форсу-
нок с обратной стороны сегмента приводит к тому, что длина
до сопла форсунки может составлять 1000 мм и более. В ава-
рийной ситуации это может приводить к замене всей «длин-
ной форсунки».
289
Фирмой “Lechler GmbH” рекомендуется конструкция
«Split Pipe», позволяющая отделять переднюю часть с распы-
лителем от корпуса форсунки, а также автоматически фикси-
ровать направление струи. Это особенно важно для верхних
сегментов, находящихся вблизи кристаллизатора. Следующим
преимуществом такой конструкции можно назвать то, что сме-
ситель находится непосредственно на коллекторе и готовая
водовоздушная смесь подается к соплу форсунки, что позво-
ляет компактно располагать и свободно охватывать любое
межроликовое расстояние (в современных машинах 20-40 см).
В последнее время все большее внимание уделяется про-
блеме водовоздушного охлаждения сортовых заготовок квад-
ратного и круглого сечения. В этом случае плоскоструйные
распылители являются далеко не оптимальным решением.
Это особенно проявляется там, где встречаются поверхност-
ные и подповерхностные трещины. Эти типы дефектов уси-
ливаются при прохождении заготовки под форсункой с ин-
тенсивным охлаждением. В последующий момент происхо-
дит разогрев затвердевшей корочки, и соответственно, тер-
мическое расширение, приводящее к образованию внутрен-
них интенсивных напряжений и образованию трещин.
В свою очередь плоскоконусный или полноконусный
овальный тип распыла имеет более мягкое охлаждение и ох-
ватывает большую площадь. Эти два вида распыла являются
стандартом в однофазных системах охлаждения, однако на
рынке не существовало сравнимых с ними по характеристи-
кам двухфазных. Как правило, полноконусные двухфазные
форсунки имеют нестабильный угол распыла и неравномер-
ное распределение охладителя по факелу. Характерен для
них высокий расход воздуха и чувствительность к засоре-
нию, по причине малых проходных сечений. Полноконусные
овальные форсунки часто представляют собой плоскоструй-
ный распылитель с несколькими шлицами, что может озна-
чать только определенный компромисс, а не полное решение
проблемы.
Новое поколение полноконусных и овальных полноко-
нусных двухфазных форсунок фирмы “Lechler GmbH” позво-
290
ляет также эффективно охлаждать сортовые заготовки, как и
слябовые. Схематически распределение охлаждающей среды
при использовании овальных полноконусных двухфазных
форсунок представлено на рис.4.22. Диапазон регулирования
лежит в пределах 1:14 при давлении воздуха 2 бар и области
давлений воды от 1 до 10 бар. Номинальный угол распыла
полноконусных форсунок лежит в пределах 60-90 градусов.
Максимальное раскрытие овальной форсунки составляет 90
на 60 градусов. Такие форсунки могут располагаться, как
вертикально (блюм), так и горизонтально (круглая заготовка)
к поверхности. Свободное проходное сечение диаметром 2
мм примерно в 3 раза больше, чем у предыдущих конструк-
ций с характеристиками: 0,5-5 л/мин при 1-7 бар и давлении
воздуха 2 бар.
Рис.4.22. Расположение коллекторов и форсунок на
круглой заготовке
В целом вторичное охлаждение заготовки распыленной
водой улучшает теплопередачу, обеспечивает более интен-
сивный рост затвердевшей корки, более равномерное охлаж-
дение заготовки, позволяет примерно на 15-20% повысить
скорость ее вытягивания и т.п. При этом основной техноло-
гической задачей является выбор рациональных режимов ох-
лаждения, а для конструкторов приоритетом является опти-
мизация конструкции форсунок.
291
4.6.МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ
ЗАТВЕРДЕВАНИЯ НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ ЗАГОТОВОК
Методы математического моделирования и автоматиза-
ции процессов непрерывной разливки стали получили бур-
ное развитие в последние два десятилетия, что было обу-
словлено революционным расширением возможностей пер-
сональных компьютеров. Математическое моделирование
позволяет оптимизировать рабочие параметры непрерывной
разливки, основываясь на требовании гарантированного ка-
чества заготовки и снижении ее себестоимости.
При этом достигнутые при моделировании результаты
широко представлены в научно-технической литературе
[262]. Концептуальная модель непрерывной разливки может
быть представлена следующим алгоритмом: «оптимизация
скорости разливки заготовки» —* тепловой баланс на участке
сталеразливочный ковш - кристаллизатор» —> «оптимизация
кристаллизатора» —> «динамическое управление ЗВО» —>
«оптимизация технологической длины МНЛЗ» —> «предска-
зание качества заготовки» —> «поддержание эксплуатацион-
ных кондиций МНЛЗ». В конечном счете, сегодня уже не-
возможно представить современную МНЛЗ без высокого
уровня компьютеризации и автоматизации.
В общем виде задача моделирования процессов охлажде-
ния непрерывнолитой заготовки рассматривается для ее про-
хождения через следующие области: кристаллизатор; зона
вторичного охлаждения; область между ЗВО и устройством
резки (охлаждение на воздухе за счет теплового излучения).
При этом обычно не рассматриваются процессы, происходя-
щие в конструктивных элементах перечисленных областей, а
процессы в промковше и при движении металла через стака-
ны-дозаторы выносятся в виде самостоятельной задачи.
Теоретическая основа математической модели - обще-
принятые уравнения теории теплопереноса. Распределение
температуры внутри заготовки определяется по двумерному
уравнению нестационарного теплопереноса:
292
dT d(.dT\ d(.dT}
pC— = Л— + - Л— . (4.18)
dr dxy dx J dyy dy j
Значения входящих в уравнение теплофизических пара-
метров Л (теплопроводность) и р (плотность) рассчитываются
по эмпирическим зависимостям как функции температуры:
Л = Л(Т), Р = Л(Т), (4.19)
а при расчете теплоемкости С также учитывается выделение
теплоты при фазовом переходе (кристаллизации):
С = /3(П +
Со dT
(4.20)
Поле доли твердой фазы fs рассчитывается по модели квази-
равновесной двухфазной зоны:
'т0-т
T0-TL
(4.21)
Здесь к - коэффициент распределения примеси, То - началь-
ная температура металла (в сечении мениска), TL - темпера-
тура-ликвидус, определение которой рассмотрено в разд.3.1.
При известном распределении твердой фазы рассчиты-
ваются все остальные параметры кинетики затвердевания
(ширина и глубина жидкой лунки, ширина двухфазной об-
ласти, толщина твердой корочки и пр.).
Наиболее важным в процессе моделировании является
корректное задание граничных условий. Для поля темпера-
тур в качестве граничных условий задаются законы теплоот-
вода, которые определяются рассматриваемой областью. На
поверхности (мениск) стали в кристаллизаторе температура
предполагается постоянной, ее значение зависит от скорости
разливки и типа шлакообразующей смеси и задается пользо-
вателем в начале расчета:
293
т =т
мениск 0•
(4.22)
Температура боковой поверхности заготовки связана,
прежде всего, с плотностью теплового потока:
. dT
л—
dx
dy
J y=Ly
(4-23)
При прохождении заготовки через кристаллизатор тепловой
поток с поверхности определяется как функция вертикальной
координаты z и скорости разливки Vpa3:i металла, полученная,
например, в результате статистической обработки экспери-
ментальных данных:
Я крист /Уразл ) •
(4.24)
При этом считается, что на зеркале металла поддержива-
ется постоянная температура. Влияние газового зазора учи-
тывается за счет введения постоянного множителя. Осцилля-
ции кристаллизатора не учитывается.
В зоне вторичного охлаждения тепловой поток определяется
по закону Ньютона-Рихмана (предполагается, что преобла-
дающим является конвективный механизм теплоотвода):
УзВО поверх ^водыУ >
(4.25)
При этом коэффициент теплоотдачи а определяется по рас-
ходу воды для каждой из секций ЗВО.
На последнем участке заготовки, в зоне воздушного охлаж-
дения, тепловой поток определяется по известному закону
Стефана-Больцмана (предполагается, что преобладающим
является радиационный механизм теплоотвода):
-Т*
(4.26)
Для программной реализации математической модели
использованы конечно-разностные методы. Точность рас-
294
четных данных в основном определяется корректностью за-
дания исходных данных и граничных условий. Выполненные
с участием авторов сравнительные исследования точности
расчетов для сортовой заготовки показали, что модель обес-
печивает расчет температуры поверхности с точностью, со-
ответствующей точности измерительной аппаратуры.
Исходные данные для моделирования процессов затвер-
девания непрерывнолитой заготовки:
• общая длина машины (технологической оси);
• тип машины (вертикальная, радиальная, криволинейная);
• для радиальной и криволинейной машин - радиус изгиба;
• для криволинейной машины - длина вертикального участ-
ка до изгиба;
• геометрия кристаллизатора (общая и рабочая длина кри-
сталлизатора; ширина внутренней и внешней стенок, а
также водяного канала кристаллизатора);
• геометрия зоны вторичного охлаждения (число зон охла-
ждения и длина каждой зоны);
• параметры форсунок для подачи охлаждающей среды;
• тип сечения (сорт, блюм, сляб, круг и пр.);
• размеры сечения;
• химический состав стали;
• температуры ликвидуса и солидуса;
• плотность стали;
• удельная теплота кристаллизации;
• равновесный коэффициент распределения примеси;
• скорость вытяжки;
• начальная температура расплава;
• температура охлаждающей воды;
• расход воды или плотность орошения для каждой зоны;
• температура воздуха;
• степень черноты (излучательная способность тела).
Результаты теплофизических расчетов позволяют по-
лучить следующие параметры:
• поле температур (температура в каждой точке заготовки)
• тепловой поток с поверхности заготовки в любой момент
времени;
295
• поле распределения твердой фазы (процентное содержа-
ние твердой фазы в каждой точке заготовки);
• толщина твердой корочки в каждом сечении заготовки;
• ширина жидкой лунки в каждом сечении заготовки;
• ширина двухфазной (твердо-жидкой) области в каждом
сечении заготовки;
• глубина жидкой лунки.
Вывод полученных в ходе расчетов результатов может
осуществляться следующими способами:
• текстовые сообщения на экране - значения температуры и
параметров кинетики затвердевания для текущего момента
времени и в контрольных точках (выход из кристаллизатора,
ЗВО, зона резки);
Диаграмма
Т емпепатчоа и кинетик
йодерешдаесетение
Цветовая
индикация
ЪТ ДТФ.Х
Сохранить в 4>айв
Рис.4.23. Одновременное отображение полей темпера-
туры и доли твердой фазы на диаграмме
• цветовые диаграммы распределения температуры и доли
твердой фазы в продольном (осевом) и поперечном сечениях
заготовки (рис.4.23);
296
• графики распределения исследуемых параметров (темпе-
ратуры, теплового потока, ширины жидкой лунки и толщины
твердой корочки) в продольном и поперечном направлениях
(рис.4.24);
• таблицы - дублируют информацию, представленную на
графиках (рис.4.25).
Программный комплекс позволяет варьировать многие
технологические параметры процесса непрерывной разливки
и исследовать, как влияют выбранные значения на распреде-
ление температуры и формирование структуры заготовки.
В настоящее время благодаря наличию математического
обеспечения и системы комплексной автоматизации на прак-
тике обеспечивается:
•автоматический старт МНЛЗ;
•оптимизация длины заготовки с минимальными отходами
металла;
•оптимизация работы механизма для управления шириной
сляба в процессе разливки;
Z, м
—Температура поверхности
—Температура в центре
Температура внутри таготовкм
Границы графика
Минимум
Горизонтальная ось рнзо
Вертикальная ось |б0000
В виде таблицы
Максимум
Рис. 4.24. Окно графика для распределения температуры
по длине заготовки
297
расчет оптимальных значений температуры металла в ков-
ше, промковше и кристаллизаторе и оптимизация скоро-
сти разливки;
контроль и управление уровнем металла в промковше и
кристаллизаторе;
расчет динамики охлаждения заготовки в ЗВО и оптимиза-
ция режимов подачи охлаждающей среды;
предсказание прорывов корочки металла в кристаллизаторе
и под кристаллизатором;
предсказание образования горячих трещин и возможных
отклонений в качестве заготовке;
текущий контроль за параметрами разливки.
Границы графика
Минимум Максимам
Горизонтальная ось |qqq" joooT
вертикальная ось |о"оо 00
| Ввияе таблицы | Скрыть таблица | В Excel
|z мI к мм 1I х.мм-2 I и мм 3
0,000
0 009 62 50 0 00 0 00
0 014 62 50 0 00 0 00
0019 62 50 0 00 0 00
Рис.4.25. Представление данных в виде графика
и таблицы (кинетика затвердевания)
298
Глава 5.
ПРИМЕНЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ
ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ ДЛЯ
ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА
НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ ЗАГОТОВОК
5.1.ВЛИЯНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА
ФОРМИРОВАНИЕ НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ ЗАГОТОВОК
По совокупности получаемых эффектов и специфике ис-
пользуемых технологических приемов можно условно выде-
лить следующие наиболее характерные зоны непрерывноли-
той заготовки для наложения внешнего воздействия:
• кристаллизатора или непосредственно расположенная
под кристаллизатором;
• вторичного охлаждения, удаленная от нижнего торца
кристаллизатора на расстоянии несколько метров (т. е. зона
формирования столбчатых кристаллов);
• объемной кристаллизации (зумпфовая зона).
Нахождение металла в кристаллизаторе сопровождается
наиболее динамично развивающимися процессами, которые
во многом определяют эффективную работу МНЛЗ в целом и
качество непрерывнолитой заготовки как результата разлив-
ки. К числу таких процессов следует отнести:
- взаимодействие жидкой ванны с движущейся струей ме-
талла, попадающей в кристаллизатор из промежуточного
ковша;
- взаимодействие располагающейся на зеркале металла
шлакообразующей смеси с прилегающим металлом;
- непрерывное формирование твердой корочки металла
вдоль стенок кристаллизатора;
- возвратно-поступательное скольжение каркаса твердой
фазы вдоль стенок кристаллизатора;
- изменение геометрических размеров заготовки (усадка)
в ходе ее затвердевания.
В общем случае динамика развития вышеперечисленных
процессов зависит от достаточно большой совокупности фак-
торов, значительная часть из которых обычно считается слу-
чайной (например, зарастание или размывание погружного
стакана, эрозия головки стопора или стакана дозатора, изме-
нение расхода металла при перековшовках, колебание слоя
шлакообразующей смеси в кристаллизаторе, изменения тем-
пературы стали в кристаллизаторе и пр.). Для повышения ка-
301
чества заготовки, выходящей из кристаллизатора МНЛЗ, и
улучшения условий разливки целесообразно применять до-
полнительные мероприятия, направленные на стабилизацию
процессов, происходящих в жидкой ванне кристаллизатора.
Зона вторичного охлаждения непрерывнолитой заго-
товки соответствует формированию зоны столбчатых кри-
сталлов и в значительной степени определяет качество ме-
таллопродукции. По сути, в этой зоне создаются благопри-
ятные условия для формирования транскристаллитной сег-
регации, междендритных трещин, а также формируется не-
равномерность в скорости роста фронта затвердевания, ко-
торая в дальнейшем приводит к формированию «мостов» и
перемычек.
Зона объемной кристаллизации непрерывнолитой заго-
товки характеризуется определенной спецификой, которая
заключается в проблематичности обеспечения условий пита-
ния жидким металлом последних затвердевающих объемов.
Кроме того, в этой зоне происходит формирование осевой
шнуровой и V-образной ликвации. Развитие таких явлений
оказывает негативное влияние на качество металлопродук-
ции, в том числе из высоколегированных сталей.
Для повышения качества металла на всех стадиях фор-
мирования непрерывнолитой заготовки применяют дополни-
тельные мероприятия. Физическая основа используемых воз-
действий в зависимости от целей обработки может быть раз-
личной. Для выбора способа внешних воздействий необхо-
димо иметь концептуальные модели и механизмы их воздей-
ствия на жидкий и кристаллизующийся металл.
Интерес к использованию внешних воздействий для
управления процессами затвердевания известен достаточно
давно. В настоящее время накоплен большой эксперимен-
тальный и теоретический материал по эффективности при-
менения различных методов физического воздействия на
формирование слитков, отливок и непрерывнолитых заго-
товок.
Обобщая имеющиеся в литературе теоретические кон-
цепции, практические выводы и рекомендации, следует от-
302
метить, что степень эффективности обработки с использова-
нием внешних динамических воздействий зависит от доста-
точно большого числа внешних факторов, к числу которых
можно отнести способ наложения воздействия, его интенсив-
ность, место приложения, длительность и пр. [275-284].
Большинство известных методов основаны на принудитель-
ном перемешивании жидкой ванны или ее отдельных зон, а
также на проявляющихся в большей или меньшей степени
эффектах виброимпульсного характера.
В результате механического перемешивания металличе-
ских расплавов в интервале температур кристаллизации
столбчатая дендритная структура превращается в равноос-
ную. Это объясняется тем, что турбулентный поток жидко-
сти, вызываемый перемешиванием медленно затвердевающе-
го сплава между температурами ликвидуса и солидуса, при-
водит к изгибу и подавлению осей дендритов и получению
сравнительно мелких равноосных кристаллов [155-157].
Наиболее существенные особенности кристаллизации
сплавов при принудительном перемешивании:
• при наличии потоков принудительного перемешивания
происходит деформация или полное подавление потоков ес-
тественной термогравитационной конвекции, что значитель-
но изменяет условия формирования ликвационных зон и де-
фектов;
• чтобы при принудительном перемешивании начала об-
разовываться твердая фаза, она должна содержать меньшее
количество ликвирующих элементов (иметь большую темпе-
ратуру затвердевания); если сплав относится к такому типу, в
котором ликвационные выделения в жидкую фазу повышают
прочность, то структура сплава, получаемая перемешиванием
и последующей термообработкой, дает композитный матери-
ал с чрезвычайно прочными связями между обогащенной
примесью матрицей и мягкой первичной твердой фазой;
• крупность кристаллов, затвердевших в условиях при-
нудительного перемешивания, зависит от интенсивности те-
плоотвода, гидродинамической схемы развития турбулент-
ных потоков и мощности перемешивания; дробление кри-
303
сталлов не носит лавинообразного характера и происходит
только при достаточно высоких скоростях турбулентного пе-
ремешивания расплава;
• увеличение скорости перемешивания жидкой фазы
способствует интенсификации теплоотвода от окружающей
кристалл среды к стенке кристаллизатора и значительному
увеличению скорости роста дендритов.
В зависимости от мощности и интенсивности принуди-
тельного перемешивания можно получить такие типы кри-
сталлических структур [158]:
• при медленном перемешивании, когда теплоотвод из-
меняется незначительно, происходит обыкновенный рост
разветвленных дендритов в окружающей его жидкой фазе;
• при умеренном теплоотводе и более интенсивном пе-
ремешивании расплава с развитыми ветвями дендритов про-
исходит интенсивное их разрушение и образование много-
численных вторичных центров кристаллизации;
• при очень интенсивном перемешивании, когда процесс
обламывания ветвей дендритов прекратился, а теплоотвод от
жидкой фазы прогрессивно увеличивается, наступает период
быстрого роста уже имеющихся центров кристаллизации
сплава.
К числу физических эффектов, возникновение которых
обусловливается наложением внешних воздействий с вибро-
импульсными эффектами, можно отнести явления:
• подавления потоков термогравитационной и развития
потоков вынужденной конвекции;
• развития волновых процессов на поверхности и в объе-
ме расплава;
• кавитации в объеме жидкой фазы;
• зарождения и дробления частиц твердой фазы в расплаве;
• роста частиц твердой фазы в переохлажденном расплаве.
Влияние вибрации полости с жидкостью на конвектив-
ную устойчивость равновесия исследовалось в целом ряде
работ [289-291]. Определено, что модуляция параметров виб-
рационного воздействия оказывает существенное влияние на
304
условия возникновения тепловой конвекции в статическом
гравитационном поле неизотермической жидкости. В зави-
симости от режимов воздействия и способа приложения виб-
рации возможны эффекты: а) стабилизации термоконвекци-
онных течений; б) разрушения термогравитационных пото-
ков вплоть до их полного подавления; в) формирования но-
вых конвективных потоков как во всем, так и в отдельных
частях объема жидкой ванны. Анализируя известные практи-
ческие данные по исследованию эффекта перемешивания
жидкости методами вибрационного воздействия, следует от-
метить, что во всех случаях имеется возможность интенсив-
ного перемешивания локальных объемов жидкости при срав-
нительно низкой интенсивности перемешивания всего объе-
ма в целом. При чем максимальная интенсивность переме-
шивания наблюдается или у поверхности расплава (при на-
ложении вибрации на расплав вместе с емкостью), или в зо-
не, непосредственно прилегающей к источнику вибрации.
Возникновение волн на поверхности расплава обычно
связывается с проявлением эффекта резонанса [162,163]:
совпадением частоты вынуждающего вибрационного воздей-
ствия с какой-либо гармоникой частоты собственных колеба-
ний поверхности жидкости в сосуде. Волны на поверхности
способствуют, по меньшей мере, перемешиванию жидкой
фазы слитка или отливки. Глубина проникновения переме-
шивающего эффекта стоячих волн в расплав прямо пропор-
циональна длине волны (обычно высота слоя вовлекаемой в
перемешивание жидкости примерно равна длине стоячей
волны). Развитие стоячих волн при высоких энергетических
параметрах приводит также к спонтанным всплескам (выбро-
сам) жидкости над поверхностью.
Экспериментально взаимосвязь развития волновых про-
цессов на поверхности жидкой ванны при виброобработке с
изменением условий затвердевания отливок достаточно хо-
рошо изучена нами в работе [163]. На наш взгляд, волновые
процессы способствуют разрушению твердой корочки на по-
верхности расплава, а также вторичных и третичных ветвей
дендритов в зоне жидко-твердой фазы. Однако, эти явления
305
изучены все же недостаточно, требуются уточнения приме-
нительно к конкретным промышленным сплавам и техноло-
гическим процессам.
Развитие эффекта кавитации в расплаве ряд исследова-
телей связывает с достижением конкретных положительных
эффектов, базирующихся на резком (лавинообразном) увели-
чении числа частиц твердой фазы в расплаве (измельчение
кристаллической структуры, дегазация, повышение плотно-
сти, а также пластических свойств, вязкости и пр.) при виб-
роимпульсной обработке [164,165]. Процесс возникновения и
развития явлений кавитации зависит от состояния жидкости
(ее вязкости и наличия в ней твердых или газообразных при-
месей), а также от поля давления в зоне кавитации. Обра-
зующиеся в местах разрыва маленькие полости могут пуль-
сировать, не меняя содержания внутри объема парогазовой
смеси, или интенсивно расти за счет растягивающих напря-
жений колебательных волн, или же начинать смыкаться
(схлопываться) под действием сжимающих напряжений ко-
лебательных волн, порождая мельчайшие "осколки" пузырь-
ков и развивая большие локальные давления вблизи мест
схлопывания.
Параметры колебаний, обеспечивающие начало и разви-
тие кавитационных явлений, можно оценить из условия дос-
тижения пиковыми значениями давления жидкости в поле
вибрационных сил величин, приближающихся к нулю
[147,166]. Так, при виброобработке жидкости вместе с емко-
стью, выражение для условия начала кавитационных явлений
в идеальной жидкости записывается следующим образом:
fa>g(4^)'>0,25, (5.1)
где/- частота колебаний, Гц; а - амплитуда колебаний, м; g -
ускорение свободного падения, м/с ; тг = 3,14.
Несмотря на то, что приведенная зависимость получена
расчетным путем с определенными допущениями, данные,
относящиеся к количественным значениям порога кавитации,
достаточно хорошо согласуются с результатами многих
практических исследований [147]. Некоторые отклонения
306
теоретических выводов от практических объясняются нали-
чием вероятностно проявляющихся факторов (условия вы-
плавки и заливки, материал литейной формы, вязкость жид-
кости, наличие в расплаве большого количества твердых и
газообразных примесей и пр). По нашему мнению, показате-
ли кавитационной прочности и кавитационного порога для
промышленных слитков и отливок следует определять толь-
ко комбинированным методом, используя известные теоре-
тические зависимости при соответствующей корректировке
результатов в ходе лабораторных и промышленных экспери-
ментов по привязке к конкретным условиям и методам
воздействия.
Образование большого количества частиц твердой фазы
в охлаждающемся расплаве подтверждается в целом ряде ра-
бот [149,151,167-170]. Согласно представлениям Дж.Гиббса,
В.И.Данилова и Б.Чалмерса, можно утверждать, что вибро-
импульсное воздействие способствует интенсификации заро-
дышеобразования как при гомогенном, так и при гетероген-
ном механизмах зарождения центров кристаллизации. По-
следние, на наш взгляд, более значимые. Зародыши кристал-
лов в затвердевающих расплавах образуются преимущест-
венно на частицах нерастворимых примесей, поверхность ко-
торых полностью или частично смачивается расплавом.
Наложение виброимпульсных воздействий значительно
активизируют неметаллические частицы как центры кристал-
лизации, так как упругие колебания, распространяющиеся в
расплаве, способствуют очистке поверхности твердого тела
от возможных загрязнений, а интенсивное движение около
частицы примеси, обязанное своим возникновением конвек-
тивным микропотокам и различию в колебательных скоро-
стях жидкой фазы и частицы примеси, может привести к за-
полнению жидкостью трещин на поверхности частицы. Про-
цессы очистки поверхности примеси от загрязнений и ско-
рость движения жидкости относительно частицы примеси
связаны как с протеканием кавитационных процессов, так и с
возникновением сил вязкого трения между частицей примеси
и расплавом.
307
Не менее важным источником возникновения центров
кристаллизации в затвердевающем расплаве являются "ос-
колки" матричного сплава, отделившиеся по каким-либо
причинам от растущего твердого каркаса. При затвердевании
слитков и отливок без наложения принудительного внешнего
воздействия количество таких частиц весьма мало. Под виб-
роимпульсным воздействием создаются благоприятные усло-
вия для дробления частиц твердой фазы в ходе обработки.
Дополнительно такие частицы могут образовываться в рас-
плаве благодаря следующим динамически развивающимся
сопряженным процессам (рис.5.1):
Рис.5.1. Механизмы зарождения свободных дендритов:
а - разрушение твердой корочки, б - оплавление
дендритных ветвей, в - диспергирование глобулярных
кристаллов, г - зарождение на кавитационном пузырьке
308
- механическому разрушению твердой корочки на по-
верхности расплава при развитии волновых процессов;
- разрушению вторичных и третичных ветвей дендритов
на фронте кристаллизации под действием конвективных по-
токов и ударных нагрузок;
- кавитационному разрушению частиц твердой фазы при
схлопывании пузырьков (эффект удара давления).
Вероятность развития того или иного процесса зависит
от свойств металла в твердом и жидком состояниях, условий
затвердевания, способа и интенсивности виброимпульсного
воздействия и пр. Поэтому в количественном отношении при
конкретных условиях каждый из вышеперечисленных меха-
низмов может стать определяющим, и число твердых частиц
в расплаве может увеличиться на несколько порядков. Так,
разрушение вторичных и третичных ветвей дендритов на
фронте кристаллизации под действием конвективных пото-
ков и ударных нагрузок оказывается возможным, если мате-
риал, формирующий дендритный каркас, становится доста-
точно хрупким в области температур, приближающихся к
температуре затвердевания [146,168,171].
Наиболее вероятной гипотезой о зарождении центров кри-
сталлизации под действием кавитации является эффект разру-
шения твердой фазы при схлопывании кавитационных пузырь-
ков (см. рис.5.1,в). Как известно, в данном случае, развиваются
высокие ударные давления и локальные микротечения, что
может вызывать разрушение (дробление) частиц твердой фазы,
находящихся вблизи схлопывающихся пузырьков. При вибро-
импульсных воздействиях для дробления частиц необходимо,
чтобы зона кавитации была максимально приближена к зоне
плавающих частиц или фронту затвердевания.
Другая гипотеза основана на том, что пульсирующий ка-
витационный пузырек во время полупериода растяжения рез-
ко увеличивается в объеме. Как следствие жидкость испаря-
ется внутрь пузырька, способствуя понижению температуры
ниже равновесной (см. рис.5.1, г). Переохлаждение расплава
на поверхности пузырька, в свою очередь, может привести к
образованию зародыша твердой фазы. При последующем
309
сжатии образующийся зародыш должен оторваться от по-
верхности пузырька вследствие разной скорости движения
твердой и жидкой фазы, а ударная волна, возникающая при
захлопывании пузырька, будет способствовать выносу заро-
дившегося центра кристаллизации в объеме расплава [150].
Однако эта гипотеза несколько противоречива, так как по
традиционным представлениям возможно быстрое испаре-
ние, достаточное для образования твердой частицы количе-
ства расплава вовнутрь пузырька.
В целом же, прямым следствием образования и дробле-
ния частиц твердой фазы (по любому из рассмотренных ме-
ханизмов) является увеличение их числа в расплаве на не-
сколько порядков при определенных режимах виброим-
пульсных воздействий. Это, в свою очередь, кардинальным
образом изменяет теплофизические условия формирования
слитка или отливки, что связано с ростом частиц твердой фа-
зы в переохлажденном расплаве и, как следствие, существен-
ным перераспределением температурных полей в жидкой
ванне.
Известно, что рост свободных частиц в расплаве возмо-
жен только в том случае, когда температура поверхности
частицы выше температуры расплава, а выделенная теплота
затвердевания может быть отведена в расплав [172-174].
Фундаментальные положения теории роста кристаллов в
расплаве позволяют достаточно полно описывать основные
тепловые и диффузионные процессы, происходящие в ходе
роста частицы в объеме жидкой ванны. Однако до конца не
установлены количественные зависимости между степенью
переохлаждения, скоростью роста и формой кристаллов для
многокомпонентных сплавов.
Уравнение роста изолированного равноосного кристалла
в стационарных условиях (рис.5.2, а) записывается следую-
щим образом:
t
Rp = Ro + j vpdt, (5.2)
Ц
310
6)
Рис. 5.2. Схема к расчету роста твердой частицы в пере-
охлажденном расплаве (а) и динамика роста ее
радиуса Rp (б)
где Rp - радиус частицы в некоторый момент времени t; Ro - на-
чальный радиус частицы после ее зарождения. Скорость роста
vp определяется по уравнению, полученному с учетом теплового
и диффузионного баланса на поверхности частицы [172, 173]:
VpXX2 +2vpKs2RpK,(X.-то) +
vp[Ks2K,2(X.-То)2 -2RpK.fi.-Т0)]-К,2(Т_ -%)2 =0.
311
здесь То», - температура расплава за пределами теплового по-
гранслоя частицы; То - температура плавления главного ком-
понента сплава. Коэффициенты Kt и Ks определяются тепло-
физическими свойствами расплава:
Kt = _L/_
PsAHfp ’
где Л/ - коэффициент теплопроводности расплава, ps - плот-
ность твердой фазы; ЛН - скрытая теплота кристаллизации;
fp- доля твердой фазы в сферической оболочке;
(5.4)
Ks = 2^r
Г(1-к)
ггХто-Ть)
(5.5)
где Г - коэффициент Гиббса-Томсона; к- коэффициент рас-
пределения; D - коэффициент диффузии; То - температура
начала роста тв. фазы; TL - температура-ликвидус.
Расчеты, выполненные по уравнениям (5.2-5.5), показы-
вают, что быстрый рост частиц происходит только в течение
20...30 с, а затем процесс значительно замедляется. Харак-
терный пример роста частицы с начальным радиусом 10'6 м
при переохлаждении 0.1...2 К для стали с 0,5 % -ным
содержанием углерода показан на рис.5.2, б.
Для исследования температурного поля, создаваемого
двумя растущими в расплаве свободными частицами одного
радиуса, рассматривался небольшой объем окружающего эти
частицы расплава. Были приняты следующие допущения:
ввиду малых размеров исследуемой области физические
свойства расплава можно считать одинаковыми для всех то-
чек рассматриваемого объема; конвективными потоками
внутри исследуемой области можно пренебречь; температур-
ное поле стационарно; внутри области отсутствуют источни-
ки и стоки тепла; форма поверхности частиц аппроксимиру-
ется сферой.
С учетом этих предположений математическая модель
для исследования процессов теплообмена описывается ста-
ционарным уравнением теплопроводности без конвективного
и источникового слагаемых в полярных координатах:
312
1 d ( ЭТА 1 d2T
- — rV + —г
Г dry dr; Г2 da2
(5.6)
где г, a - полярные координаты, Т - температура расплава.
Для решения уравнения (7.6) приняты такие граничные
условия:
•при r=R значение Т = Тр (Тр - температура поверхности
частицы);
•если г значение Т =
Для определения значения Тр из условий теплового и
диффузионного баланса на поверхности растущего кристалла
найдем соотношение, связывающее его радиус и температуру
поверхности [172,174]:
Kt Ks2 e[(i - e)(TL - Too) - mC() ]2
(1-0)2(Tl-Too)
(5.7)
здесь 0 представляет собой безразмерное переохлаждение
поверхности:
т
(5.8)
теплофизические свойства вещества учитываются с помощью
коэффициентов^ и Ks.
Для численного решения уравнения (5.6) использован
метод последовательных смещений. Характер распределения
температуры в расплаве между растущими твердыми части-
цами показан на рис.5.3.
Обобщая полученные расчетные данные (табл.5.1), при-
мем, что эффект перекрытия тепловых пограничных слоев
растущих в переохлажденном расплаве частиц может наблю-
даться при их расположении относительно друг друга на рас-
стоянии 10-20 радиусов, что соответствует удельной концен-
трации твердой фазы в расплаве на уровне 0,1... 1 %.
При этом предпочтительным является наличие в распла-
ве частиц малого радиуса (0,1...0,3 мм), рост которых проис-
ходит значительно быстрее. Поскольку приведенная расчет-
313
ная концентрация твердой фазы в расплаве не оказывает су-
щественного влияния на основные динамические характери-
стики жидкости (вязкость, плотность, теплопроводность),
вполне логично использовать явление перекрытия темпера-
турных полей в качестве управляющего фактора при форми-
ровании слитков, непрерывнолитых заготовок и отливок (на-
пример, относительный «подогрев» локальных объемов жид-
кой фазы или снятие перегрева).
Рис.5.3. Оценка степени перекрытия температурных полей
двух растущих частиц твердой фазы в переохлаж-
денном расплаве: а - поле температур при различных
расстояниях между частицами радиуса Rp = 0,3 мм;
б - поле температур при расстоянии 12 мм между
частицами различных радиусов
314
Таблица 5.1 Удельное содержание твердой фазы в
расплаве, необходимое для достижения эффекта
перекрытия температурных полей
Радиус час- тиц, мм Макси- мальное расстоя- ние для перекры- тия, мм Относи- тельное расстояние между час- тицами, LJR, Количест- во частиц в единице объема, шт/см3 Удельное содер- жание твердой фазы в расплаве, %
0,1 2,2 22,0 216 0,091
0,2 4,0 20,0 27 0,091
0,3 5,0 16,7,0 27 0,310
0,5 6,2 12,0 27 1,410
0,8 7,4 9,2,0 8 1,720
1,0 8,0 8,0 8 3,350
Рассмотренные аргументы убеждают, что наложение
внешних воздействий может в значительной степени изме-
нять условия затвердевания в замкнутых объемах расплава.
Развитие тех или иных эффектов во многом будет опреде-
ляться характером наложения воздействия, местом, временем
интенсивностью и длительностью его приложения.
5.2. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ДИНАМИЧЕСКИХ ВНЕШНИХ
ВОЗДЕЙСТВИЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ ОБРАБОТКИ
ЗАТВЕРДЕВАЮЩИХ СПЛАВОВ
В течение последних десятилетий накоплен большой
опыт по использованию внешних динамических воздействий
на затвердевающие слитки и непрерывнолитые заготовки.
Промышленные или опытные испытания прошли такие ме-
тоды внешних воздействий:
• электромагнитное перемешивание металла при затвердевании;
• низкочастотная виброобработка (наложение колебаний не-
посредственно на кристаллизатор);
315
• низкочастотная виброобработка погружаемым стержнем-
холодильником;
• обработка акустическими или ультразвуковыми колеба-
ниями, вводимыми непосредственно в металл;
• электрогидроимпульсная обработка;
• пульсационное перемешивание;
• продувка металла инертным газом;
• «мягкое» обжатие в конце периода затвердевания.
Не останавливаясь на анализе представленных в литера-
туре многочисленных практических данных и рекомендаций,
отметим, что методы и режимы воздействия достаточно час-
то авторы связывают с конечными качественными показате-
лями (кристаллическая структура, внутренние дефекты, за-
грязненность, усадочная рыхлость, проявление ликвацион-
ных явлений и т.п.). Научная трактовка путей и механизмов
достижения этих результатов не всегда адекватна традици-
онным теоретическим концепциям, относящимся к теории
затвердевания замкнутых объемов расплава.
В настоящей работе предпринята попытка анализа и
обобщения эффективности методов внешних воздействий в
повышении качества непрерывнолитых заготовок и обеспе-
чения стабильности процесса непрерывной разливки стали в
целом. Наиболее интересные в практическом отношении ме-
тоды обработки будут проанализированы в последующих
разделах монографии.
Идея применения метода электромагнитного переме-
шивания для управления качеством непрерывнолитых заго-
товок известна достаточна давно и запатентована впервые
З.Юнгансом. В настоящее время он получил наибольшее
распространение в металлургии [175-179].
Наложение электромагнитного поля на непрерывноли-
тую заготовку может обеспечивать принудительное переме-
щение потоков расплава в вертикальной или горизонтальной
плоскости, а также их геликоидальное движение. Оборудо-
вание для электромагнитного перемешивания в настоящее
время хорошо изучено, и преимущества различных схем
316
подробно описаны в литературе. Однако независимо от кон-
струкции устройства для электромагнитного перемешивания
обеспечивают прямое воздействие на заготовку только на
определенном, достаточно коротком (несколько десятков
сантиметров) участке. Такое устройство может быть распо-
ложено практически на всем протяжении жидкой фазы от
кристаллизатора до зумпфовой зоны.
К наиболее важным положительным результатам такого
воздействия относятся создание и управление движением
жидкой фазы в процессе разливки стали; управление скоро-
стью движения струи из погружного стакана и распределе-
ние сил, действующих на неметаллические и газовые вклю-
чения в стали; создание эффективных средств перемешива-
ния металла при непрерывной разливке для устранения по-
верхностных и внутренних дефектов и пр.
Более подробно результаты и перспективы применения
метода электромагнитного перемешивания для непрерывной
разливки стали будут рассмотрены в следующем разделе.
По целому ряду объективных критериев (универсаль-
ность, эффективность и т.п.) наибольшее распространение
при разливке стали получили методы виброимпулъсной об-
работки расплавов в ходе затвердевания заготовок [146, 154,
180, 181]. Принято считать, что вибрационная обработка при
определенных условиях способствует измельчению литой
структуры, изменяет форму и глубину проникновения уса-
дочной раковины, а также улучшает абсолютные показатели
механических свойств (твердость, предел текучести и проч-
ности и т.д.) при повышении физической и химической од-
нородности.
Идея наложения на расплав виброимпульсного воздейст-
вия может быть реализована несколькими совершенно раз-
личными способами, отличающимися методом подвода им-
пульсов и характером воздействия на жидкую ванну. Выбор
способа наложения воздействия во многом определяется
спецификой каждого конкретного промышленного объекта, а
также конечными целями, которые решаются в ходе обра-
ботки. В последнее время практический интерес к виброоб-
317
работке непрерывнолитых заготовок увеличивается, о чем
свидетельствуют достаточно многочисленные публикации. В
общем случае виброимпульсное воздействие может прикла-
дываться к кристаллизатору или непосредственно вводиться
в расплав с помощью специальных приспособлений.
Приложение виброимулъсного воздействия непосредст-
венно к кристаллизатору представляет значительный прак-
тический интерес, поскольку в этом случае удается повысить
качество поверхности заготовки (снижение количества попе-
речных трещин и сегрегационных дефектов), улучшить теп-
лоотвод от заготовки через стенки кристаллизатора, обеспе-
чить всплытие неметаллических и газовых включений и пр.
В последнее время этому методу уделяется все больше
внимания из-за возможности повышения интенсивности теп-
лоотвода через стенки кристаллизатора, что особенно важно
для скоростных МНЛЗ [19,182-184]. Кроме того, синхрони-
зированные колебания кристаллизатора в вертикальной и го-
ризонтальной плоскостях способствуют более легкому обра-
зованию зазора и проскальзыванию заготовки при движении
кристаллизатора вверх, что снижает вероятность загибания
или обламывания корочки, сформировавшейся у мениска.
Вместе с тем интенсивность виброобработки в этом случае
может иметь определенные ограничения, которые связаны с
прочностью кристаллизатора и возможностью формирования
волн на поверхности расплава в кристаллизаторе.
Обработка расплава погружаемым колеблющимся
стержнем интенсифицирует процессы зародышеобразова-
ния в жидкой ванне и существенно изменяет тепло- и массо-
обмен в зоне его функционирования [151,154,172-178]. На
практике рекомендуется использовать водоохлаждаемые хо-
лодильники, которые погружаются в кристаллизатор. При
этом на поверхности погружаемой головки, контактирующей
с жидким металлом, кристаллизуется корочка твердого ме-
талла. Она может отделяться от поверхности головки при
механическом сталкивании, набегании на нее потоков жид-
кого металла или благодаря контакту поверхности головки с
оболочкой слитка. Процесс зародышеобразования носит ла-
318
винообразный характер, и мелкодисперсные кристаллы дос-
таточно быстро заполняют все пространство, окружающее
вибрирующий стержень. Исследования, выполненные на
промышленных (6 т) стальных слитках, свидетельствуют о
более мелкозернистой структуре слитка в равноосной зоне
при уменьшении протяженности зоны столбчатых кристал-
лов [178].
Применительно к непрерывнолитым заготовкам исполь-
зование метода виброобработки колеблющимся стержнем
требует комплексного решения следующих проблем, вызы-
вающих негативное влияние на качество металлопродукции:
предотвращение неравномерного отделения частиц твердой
фазы от холодильника (в силу развития несимметричных
конвективных потоков и механических нагрузок), предупре-
ждение затягивания в расплав частиц шлака, располагаю-
щихся на зеркале металла, оперативный контроль за состоя-
нием мениска и пр. Поэтому несмотря на положительные ре-
зультаты обработки металла вибрирующим холодильником,
широкое внедрение этого способа в промышленную практи-
ку будет по-прежнему сдерживаться вполне объективными
причинами.
Акустические и ультразвуковые методы воздействия на
жидкую фазу металла получили большое распространение в
металлургии цветных и специальных сплавов [150, 189-190].
Благодаря высокой интенсивности, ультразвуковое воздейст-
вие оказывает влияние на протекание тепло- и массообмен-
ных процессов в жидкостях и газах, на структуру твердых
тел и процессы контактного взаимодействия. По мнению
О.В.Абрамова и В.И.Добаткина, положительные эффекты,
достигаемые при такой обработке, следует связывать с эф-
фектом интенсивного развития процессов кавитации в жид-
кой фазе. Вместе с тем нельзя не отметить, что использова-
ние ультразвуковой обработки представляется весьма про-
блематичным для промышленных непрерывнолитых загото-
вок большого сечения, так как эффект ультразвукового поля
в расплаве проявляется в весьма ограниченном объеме, при-
легающем непосредственно к источнику колебаний. Кроме
319
того, достаточно проблематично создание источника колеба-
ний, который в течение многих часов сможет функциониро-
вать при температурах жидкой стали без изменения характе-
ристик.
Метод электрогидроимпулъсной обработки заключается
в наложении короткоимпульсных воздействий большой
мощности на затвердевающую заготовку или слиток. В от-
личие от других способов он характеризуется высокими
энергетическими параметрами (до 150 кДж в импульсе), что
делает возможным его применение при обработке больших
масс металла [191-192]. Характерная черта данного метода -
формирование широкого спектра частот колебаний в ходе
прохождения каждого импульса. Это гарантирует проявле-
ние различного рода резонансных эффектов и развитие кави-
тационных процессов в расплаве.
Между тем электрогидроимпульсная обработка обладает
рядом особенностей, затрудняющих результативную техни-
ческую реализацию метода в промышленности. К их числу
относится тот факт, что амплитуда колебаний выходных
звеньев обычно невелика (десятые доли миллиметра), а эф-
фект такой обработки зависит от качества контакта рабочего
органа с обрабатываемой поверхностью (только при условии
так называемого безотрывного контактирования).
Метод пульсационного перемешивания (газоимпульсного
воздействия) появившийся сравнительно недавно, заключа-
ется в периодическом вытеснении порций металла из погру-
жаемой в расплав огнеупорной трубы. В противоположность
вибрационному воздействию пульсационное перемешивание
обеспечивает формирование области вихревой турбулентно-
сти в зоне распространения вытесняемой из погружаемой
трубы струи и направленных восходящих конвективных по-
токов по периферии (обычно вдоль фронта кристаллизации).
При этом зона металла у поверхности расплава остается
практически не вовлекаемой в перемешивание.
Преимуществом данного метода следует считать воз-
можность регулирования скорости вытеснения затопленной
струи, что обеспечивает достижение режимов кавитацион-
320
ных эффектов и интенсификацию процесса зародышеобразо-
вания. В ходе такой обработки удается достигнуть переме-
шивания всей жидкой ванны с формированием направлен-
ных принудительных потоков, способствующих выносу
примесей и включений в верхние слои металла.
В настоящее время теория пульсационного перемешива-
ния замкнутых объемов металла разработана достаточно хо-
рошо. Основная часть практических исследований относится
к обработке больших масс металла в ковше и к управлению
процессами затвердевания крупных слитков и отливок [193-
195]. Имеется также информация об успешном опробовании
метода пульсационного перемешивания для обработки сля-
бовых непрерывнолитых заготовок [196].
Метод «мягкого» обжатия в конце затвердевания при
наличии жидкой фазы, видимо, является наиболее радикаль-
ным приемом, обеспечивающим повышение качества внут-
ренних зон непрерывнолитой заготовки [14-16,28-29]. Ис-
следования его начались сравнительно недавно, и поэтому
существуют определенные противоречия в представленных в
литературе выводах и рекомендациях. Вместе с тем доста-
точно однозначным и бесспорным можно считать вывод о
том, что вследствие деформации внутренних слоев непре-
рывнолитой заготовки (при наличии жидкой фазы) происхо-
дит разрушение осей дендритов у фронта затвердевания, по-
вышается количество центров затвердевания в жидко-
твердой зоне, улучшаются условия питания заготовки жид-
ким металлом, подавляется процесс формирования осевой
ликвации и пористости.
Безусловно, вышеперечисленные эффекты могут быть
достигнуты только при условии оптимального выбора режи-
мов обжатия. Некоторые наиболее значительные результаты,
полученные при использовании метода «мягкого» обжатия,
будут рассмотрены в подразделе 5.5.
Обобщенные результаты сравнения имеющихся в литера-
туре экспериментальных и промышленных данных по влиянию
на качество непрерывнолитых заготовок различных методов
динамического внешнего воздействия приведены в табл.5.2.
321
Таблица 5.2. Сравнительная оценка влияния динамического
воздействия на развитие или подавление
различного рода кристаллизационных дефектов
Тип дефекта
Метод воздействия 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Электромагнитное пере- мешивание жидкой фазы 1 ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼
Наложение вибрации на кристаллизатор 1 ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ НД НД
Обработка металла ко- леблющимся стержнем — — ▼ ▼ ▼ —
Обработка металла ульт- развуковыми колеба- ниями НД ▼ НД ▼ ▼ 1
Электрогидроимпульсная обработка ▼ — ▼ ▼ ▼ ▼ 1
Пульсационное перемешивание ▼ ▼ ▼
Метод “мягкого" обжатия в конце затвердевания ▼ ▼ 1 ▼ ▼ ▼ 1
Продувка металла в кри- сталлизаторе МНЛЗ НД ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ 1
Примечание:! - поверхностные дефекты; 2 - полосчатость; 3 - осевая пористость; 4 - V-образная ликвация; 5 - осевая ликвация; 6 -уменьшение зоны столбчатых кристаллов; 7 - однородность кристаллической структуры; 8 - газовые и неметал- лические включения; 9 - повышение плотности металла; 10 - измельчение пер- вичного зерна. Графические символы обозначают следующий эффект воздействия: | - кар- динальное положительное влияние; - заметное положительное влияние; ▼ - то же, заметное; — - заметное отрицательное влияние; НД - нет данных.
Как видим, каждый из перечисленных методов характе-
ризуется определенной совокупностью положительных эф-
фектов и некоторых негативных проявлений. Следовательно,
для достижения максимального эффекта при наложении
внешнего воздействия необходимо ответить на совокупность
вопросов, связанных с конкретными качественными показа-
телями, предъявляемыми к заготовке. Оптимальный режим
322
воздействия устанавливается по следующим основным по-
казателям: энергетическим параметрам принудительного
воздействия (рациональные или допустимые); движению
конвективных потоков расплава (линейное или циркуляци-
онное); предельной скорости движения потоков (на каких
стадиях затвердевания допустима); целесообразности ис-
пользования вибрационных режимов или реверсирования
движения потоков через определенный временной интервал;
месту приложения источника воздействия и способу подвода
энергии; объему перемешиваемого расплава (весь объем или
локальная область); степени требуемой реконструкции суще-
ствующего технологического оборудования при реализации
предлагаемой схемы воздействия и пр.
5.3. ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ДЛЯ
УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ
ЗАГОТОВОК
Создание различных средств для электромагнитного воз-
действия на формирование непрерывнолитых слитков осо-
бенно бурное развитие получило с начала 80-х г.г. в Японии,
США и странах Западной Европы.
С точки зрения глубины проникновения электромагнит-
ного поля, влияние индукторов перемешивающих устройств
можно разделить на следующие группы: для обработки по-
верхностных и подповерхностных слоев непрерывной заго-
товки применяют вертикальное перемешивание металла в
кристаллизаторе, а для уплотнения внутренних объемов про-
водят вращательное перемешивание расплава в горизонталь-
ной плоскости.
При выборе режимов и характера приложения электро-
магнитного воздействия необходимо учитывать, что в про-
цессе непрерывной разливки в достаточно широких пределах
изменяется целый ряд параметров: химический состав стали,
температура разливки (в том числе и температура перегрева
над линией ликвидус) и скорость разливки, сечение заготов-
ки, режимы качания кристаллизатора, способ подвода стали
323
в кристаллизатор, режимы вторичного охлаждения, кристал-
лическая структура и химическая однородность и пр.
Следовательно, оптимизация параметров электромаг-
нитного перемешивания для определенных конкретных ус-
ловий - это сложная многофункциональная задача, которая
требует проведения глубоких качественных исследований.
Между тем общие закономерности воздействия электромаг-
нитного перемешивания на формирование непрерывнолитой
заготовки можно установить на основании современных
представлений об условиях затвердевания при принудитель-
ном перемешивании жидкой фазы и многочисленных прак-
тических данных, приведенных в литературе.
Наиболее характерной особенностью распределения
скоростей конвективных потоков при электромагнитном пе-
ремешивании является их максимальное значение непосред-
ственно у источника воздействия с последующим уменьше-
нием интенсивности перемешивания по мере приближения к
оси заготовки. Максимальная скорость принудительных по-
токов регулируется напряженностью электромагнитного по-
ля и может достигать нескольких метров в секунду. В зави-
симости от условий воздействия в жидкой фазе формируют-
ся как ламинарные течения, так и турбулентные потоки и
вихревые зоны.
По совокупности получаемых эффектов и специфике ис-
пользуемых приемов воздействия на всей протяженности
технологической длины непрерывнолитой заготовки можно
условно выделить следующие наиболее характерные зоны
(рис.5.4):
• кристаллизатора или непосредственно под ним;
• вторичного охлаждения, удаленная от нижнего торца кри-
сталлизатора на расстояние нескольких метров (т. е. зона
формирования столбчатых кристаллов);
• объемной кристаллизации (зумпфовая зона).
Основной эффект электромагнитного воздействия в
кристаллизаторе, видимо, следует связывать с изменени-
ем гидродинамической обстановки в жидкой ванне кри-
324
сталлизатора под влиянием принудительных конвектив-
ных потоков.
Картина перемешивания металла в кристаллизаторе во
многом определяется характером подвода падающей струи,
которая вытекает из промежуточного ковша. При этом попа-
дание струи в кристаллизатор сопровождается интенсивным
перемешиванием (бурлением) металла у поверхности и в са-
мом кристаллизаторе, что негативно влияет на шлакообра-
зующую смесь, способствует захвату в металл пузырьков га-
за и шлаковых включений, затрудняет работу устройства для
автоматического контроля уровня металла и пр.
Рис.5.4. Схематическое представление возможных точек
приложения электромагнитного перемешивания:
1 - кристаллизатор; 2 - непосредственно под кри-
сталлизатором; 3 - зона вторичного охлаждения
заготовки; 4 - зумпфовая зона
Кроме того, несимметричное истечение струи металла,
обычно связанное с состоянием стакана-дозатора, искажает
движение конвективных потоков в жидкой ванне кристалли-
325
затора, которые, в свою очередь изменяют подвод тепла к
границе твердой фазы. Это может препятствовать быстрому
росту твердой корочки в местах локального перегрева рас-
плава и накладывать дополнительные ограничения на ско-
рость разливки.
В определенной степени перечисленные явления удается
подавить или предотвратить при использовании погружного
стакана, обеспечивающего разливку под уровень металла в
кристаллизаторе и его направленное истечение. Однако по ме-
ре эксплуатации геометрия нижней части погружного стакана
может существенно изменяться (несимметричный износ или
зарастание внутренней полости), что соответственно изменяет
гидродинамику металла в кристаллизаторе. Кроме того, на
практике достаточно большое количество стали разливается
открытой струей (сортовая заготовка), а требования к качеству
поверхности заготовки предъявляются весьма высокие.
Обобщая имеющиеся в литературе данные о направлен-
ности принудительных конвективных потоков в кристалли-
заторе в условиях наложения электромагнитного воздейст-
вия, следует отметить, что превалирующее количество ис-
следователей считает целесообразным обеспечивать органи-
зацию движения восходящих потоков вдоль фронта затвер-
девания [176-178,197-198]. Вертикальное перемешивание по-
зволяет повысить качество поверхности непрерывной заго-
товки за счет выноса определенного количества неметалли-
ческих включений из подповерхностных слоев к зеркалу ме-
талла. При этом в литературе практически отсутствуют дан-
ные, которые убедительно свидетельствовали бы о каких-
либо положительных качественных изменениях в поверхно-
стных или подповерхностных слоях непрерывнолитых заго-
товок при вращательном движении потоков в горизонталь-
ной плоскости.
В целом положительное влияние электромагнитного воз-
действия на процессы формирования непрерывнолитой
заготовки с помощью принудительных восходящих вдоль
фронта затвердевания конвективных потоков, видимо, сле-
дует связывать с такими эффектами:
326
• улучшаются условия выноса из металла газовых пу-
зырьков, макро- и микронеметаллических включений;
• подавляются отрицательные явления, связанные с вне-
дрением в жидкую ванну струи металла за счет изменения
характера движения потоков металла в кристаллизаторе
(электромагнитное торможение);
• улучшаются условия теплопередачи от «горячей» жид-
кой сердцевины к границе раздела фаз (в том числе и усред-
нение жидкой ванны металла по температуре);
• подавляются волновые процессы, которые развиваются
на поверхности металла в кристаллизаторе из-за динамиче-
ских воздействий, связанных с движением струи металла.
Перечисленные эффекты повышают качество поверхно-
сти и корковой зоны непрерывнолитой заготовки, предот-
вращая возможный прорыв металла под кристаллизатором.
При расположении электромагнитного индуктора под кри-
сталлизатором в большинстве случаев положительное влия-
ние на качество заготовки несколько уменьшается.
Наиболее существенными недостатками, сопровождаю-
щими наложение электромагнитного воздействия в кристал-
лизаторе, принято считать:
• образование полос отрицательной ликвации («белые»
полосы на серном отпечатке), которые уменьшают химиче-
скую однородность заготовки и могут вызвать повышенное
трещинобразование при прокатке;
• увеличение износа погружных стаканов, находящихся в
зоне влияния электромагнитного перемешивания.
Расположение электромагнитного индуктора в зоне
роста столбчатых кристаллов позволяет улучшить качест-
во непрерывнолитой заготовки благодаря измельчению и уп-
лотнению столбчатых (дендритных) кристаллов. Наличие
восходящих конвективных потоков повышает также чистоту
металла в этой зоне.
Наложение электромагнитного перемешивания в зоне
формирования столбчатых кристаллов может препятствовать
формированию различного рода перемычек между противо-
327
положивши фронтами затвердевания, что значительно по-
давляет дефекты усадочного (пористость) и ликвационного
характера.
При электромагнитном перемешивании (особенно в тур-
булентном режиме) условия формирования дендритов (рис.
5.5,а) могут существенно изменяться. В первую очередь это
относится к дендритам, выступающим за фронт затвердевания
в жидкую фазу. Линия фронта затвердевания выравнивается, а
формирующаяся кристаллическая структура уплотняется.
Рис.5.5. Схематическое представление механизма воздей-
ствия электромагнитного перемешивания в зоне
столбчатых кристаллов (а) и характера перехода
зоны столбчатых кристаллов в равноосную зону
после окончания воздействия (б)
Нельзя исключать и высокую вероятность того, что под
воздействием динамических нагрузок часть вершин дендри-
тов будет попросту механически обламываться (рис. 5.5, б) и
осколки твердой фазы попадут в жидкую ванну, где посте-
пенно станут оседать в зумпфовую зону [198]. Наличие час-
тиц твердой фазы перед фронтом затвердевания в зоне роста
столбчатых кристаллов, в свою очередь, при определенных
условиях способствует ускорению перехода от зоны столб-
чатых к зоне равноосных кристаллов [199].
328
Результаты воздействия электромагнитного перемеши-
вания в указанной зоне во многом зависят от их места при-
ложения и интенсивности, содержания углерода в стали, сте-
пени ее перегрева, скорости движения и направленности
принудительных конвективных потоков и пр. Так, измельче-
ние столбчатых кристаллов при электромагнитном переме-
шивании достигается в достаточно широком диапазоне ин-
тенсивности воздействия (при создании вертикальных вос-
ходящих потоков). Однако этот эффект сопровождается, как
правило, образованием полосы «белой» (по серному отпе-
чатку) ликвации, которая при увеличении интенсивности
воздействия проявляется все ярче.
В литературе отсутствуют серьезные практические дока-
зательства того, что «белые» ликвационные полосы не ока-
зывают отрицательного влияния на качество непрерывноли-
той заготовки, однако, вероятность негативных проявлений
(внутренние трещины) при прокатке такого металла доволь-
но высока. В ряде исследований приводятся рекомендации
по ограничению значений энергетических параметров ин-
дуктора (например, силы тока) в зависимости от индекса
проявления «белой» полосы, но они не могут носить универ-
сального характера из-за различий в конструкциях индуктора
и в условиях разливки.
Эффект электромагнитного перемешивания оказывает
также влияние на формирование заготовки в достаточно ма-
лом (по сравнению с общим временем затвердевания) вре-
менном интервале. Поэтому при выходе из зоны действия
электромагнитного перемешивания вполне вероятно восста-
новление нормальных закономерностей роста зоны столбча-
тых кристаллов, что снижает однородность кристаллической
структуры.
Таким образом, наложение электромагнитного переме-
шивания в зоне роста столбчатых кристаллов может иметь
как позитивные, так и негативные проявления. Интенсив-
ность наложения воздействия во многом ограничивается
процессом формирования «белых» ликвационных полос.
Конечный результат обработки будет определяться рацио-
329
нальным выбором режимов и местом приложения воздейст-
вия с учетом конкретных условий разливки.
Расположение электромагнитного индуктора в зумпфо-
вой зоне (т. е. зоне объемной кристаллизации) имеет своей
целью улучшить качество непрерывнолитой заготовки за
счет подавления дефектов ликвационного и усадочного ха-
рактера (рис.5.6).
а б в
Рис.5.6. Схема развития усадочных и ликвационных дефектов в
непрерывнолитой заготовке (а - высокая температура раз-
ливки, низкое содержание углерода, сечение заготовки -
квадрат 80 мм; б - высокая температура разливки, высокое
содержание углерода, сечение заготовки - квадрат 80 мм; в
- высокая температура разливки, высокое содержание уг-
лерода, сечение заготовки - квадрат 250 мм; г - высокая
температура разливки, высокое содержание углерода, се-
чение заготовки - прямоугольник)
В нижней части зумпфовой зоны непрерывнолитой заго-
товки процессы затвердевания происходят в соответствии со
схемой формирования внутренних объемов мини-слитка.
330
Поэтому расположение и степень развития внутренних де-
фектов во многом зависят от температуры разливки стали и
содержания в ней углерода.
Выбирая режимы электромагнитного перемешивания
для обработки зумпфовой зоны, следует максимально учи-
тывать условия формирования твердой фазы заготовки. По
существу, в этой зоне происходит объемная кристаллизация
на базе частиц твердой фазы, находящихся в расплаве. Как
правило, такая кристаллизация сопровождается появлением
твердого каркаса, который по мере роста становится все бо-
лее прочным, и составляющие его ветви препятствуют под-
питке жидкостью донных объемов жидко-твердой ванны, что
способствует развитию осевой пористости. Для улучшения
условий затвердевания последних (донных) объемов непре-
рывнолитой заготовки целесообразно принудительное раз-
рушение формирующегося каркаса, которое оказывается
возможным при возбуждении конвективных потоков.
Наиболее рациональный технологический прием форми-
рование таких принудительных циркуляционных потоков,
которые располагались бы в плоскости, перпендикулярной
оси заготовки, поскольку в этом случае обеспечивается ин-
тенсивное перемешивание металла по всему сечению. Соз-
дание же принудительных потоков, движущихся вдоль
фронта затвердевания, на наш взгляд, не может обеспечить
повышения качества заготовки, так как зумпфовая зона обо-
гащена ликватами и, следовательно, движение металла вдоль
фронта затвердевания будет способствовать развитию до-
полнительных полос положительной (типа v-образной лик-
вации) ликвации.
Анализируя известные экспериментальные результаты
по применению электромагнитного перемешивания в зумп-
фовой зоне, следует отметить, что на практике в большинст-
ве случаев рекомендуется обработка, обеспечивающая фор-
мирование циркуляционных потоков в плоскости, перпенди-
кулярной оси заготовки [198,200,201]. Рациональный выбор
места и интенсивности приложения такого воздействия су-
щественно уменьшают протяженность жидкой лунки и коли-
331
чество макродефектов (например, типа усадочную порис-
тость при измельчении зерна кристаллической структуры).
Практически не поддаются управлению осевые пористость и
ликвация, формирование которых происходит на значитель-
ном удалении от места приложения электромагнитного воз-
действия. Нет однозначного мнения и о положительном
влиянии электромагнитного перемешивания на развитие v-
образной ликвации. В ряде случаев отмечается увеличение
протяженности ликвационных полос. Эти дефекты можно
подавить, видимо, только при использовании метода «мягко-
го» обжатия, который обеспечивает выдавливание жидкой
фазы из лунки за счет обжатия непрерывнолитой заготовки
на последней стадии затвердевания.
В целом электромагнитное перемешивание позволяет
повысить качество поверхности и подповерхностных слоев
заготовки, улучшить чистоту стали по неметаллическим
включениям, показатели внутренней кристаллической струк-
туры заготовки, подавить ликвационные дефекты и порис-
тость. Однако чтобы достичь такого широкого спектра по-
ложительных качественных эффектов, приложения электро-
магнитного перемешивания в каком-либо одном месте на
технологической длине заготовки оказывается недостаточ-
ным. Поэтому на практике широко используется система не-
скольких электромагнитных индукторов (мультиэлектромаг-
нитное перемешивание), расположенных вдоль технологиче-
ской оси заготовки.
Преимуществами мультиэлектромагнитного воздействия
являются более равномерный подвод внешней энергии к
жидкой фазе, уменьшение интенсивности воздействия в ка-
ждом месте его приложения (снижение вероятности появле-
ния «белых» ликвационных полос) и т.п. Основной недоста-
ток этой системы - резкое увеличение расходов на обработ-
ку. Сравнительный анализ схем динамических воздействий
приведен в таблице 5.3.
Таким образом, наложение на жидкую фазу непрерывно-
литой заготовки электромагнитного перемешивания сопро-
вождается развитием определенной совокупности физиче-
332
ских явлении, которые при соответствующих условиях могут
серьезно влиять на качество металлопродукции: улучшать
поверхность заготовки, повышать чистоту металла по неме-
таллическим включениям, измельчать кристаллическую
структуры и подавлять (незначительно) дефекты усадочного
и ликвационного характера.
Таблица 5.3. Сравнение качественных эффектов, которые
достигаются при различных схемах динамических
воздействий
Режимы электромагнит-
ного перемешивания
Задачи обработки
Группы стали
333
Применение электромагнитного перемешивания позво-
ляет корректировать негативные эффекты, которые обычно
связываются с перегревом стали в промковше и колебаниями
скорости разливки металла, повышать стабильность работы
МНЛЗ и автоматизировать процесс разливки. Однако, учиты-
вая высокую стоимость оборудования для электромагнитного
перемешивания, его целесообразно использовать в производ-
стве для средне- и высокоуглеродистых (в том числе легиро-
ванных) сталей, к качеству заготовок из которых предъявля-
ются высокие требования.
Электромагнитное воздействие при затвердевании можно
рассматривать как объективный фактор управления тепло-
вым режимом затвердевания и качеством непрерывнолитой
заготовки на базе эффекта принудительного регламентиро-
ванного перемешивания жидкой фазы. Эффективность его
применения следует определять с учетом качественных пока-
зателей и экономических затрат на обработку.
5.4.ВЛИЯНИЕ ПУЛЬСАЦИОННОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ НА
УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ СЛИТКОВ И ЗАГОТОВОК
Метод пульсационного перемешивания жидкости следу-
ет рассматривать как внешнее воздействие, которое налагает-
ся на жидкую ванну с помощью пульсирующей струи, вытес-
няемой из специально затопленной трубы, что обеспечивает
организацию направленных циркуляционных потоков и зон
повышенной турбулентности.
Схема расположения характерных зон, формирующихся
в объеме жидкости в процессе пульсационного перемешива-
ния, показано на рис.5.7 [157,184,202].
При разделении объемов расплава на условные области в
качестве сравнительных отличительных критериев были
приняты скорость и направление конвективных потоков, а
также степень их турбулизации. При вытеснении жидкости
из трубы, погруженной в жидкую ванну, в ней формируется
зона продвижения порции (Г), имеющая форму усеченного
конуса. Непосредственно к этой зоне прилегает зона вихре-
вых потоков (II), представляющих собой торообразные дви-
334
жущиеся вертикально вниз вдоль поверхности зоны I объемы
жидкости. Характер зарождения и развития торообразных
вихрей (труба диаметром 5 см) показан на рис.5.8. Снимки
сделаны с физической модели, в которой в качестве рабочей
жидкости использовалась вода. Процесс свертывания вихре-
вой пелены, отрывающейся от нижней кромки погружаемой
трубы, изучался с помощью краски, вводимой по периметру
кромки [203]. Вихревые торообразные потоки зоны II прак-
тически полностью смешиваются с потоками зоны I на рас-
стоянии 8... 15 диаметров внутренней полости погружаемой
трубы. При переходе пульсационного режима на цикл всасы-
вания вместо зон I и II формируется характерная турбулент-
ная зона IV с большим числом разнонаправленных вихрей и
высокой степенью турбулизации.
Рис.5.7. Общая схема движения конвективных потоков,
которые формируются при вытеснении (а) и запол-
нении (б) жидкостью погружаемой трубы
335
Рис.5.8. Динамика формирования вихревого кольца при ис-
течении из погружаемой трубы
Между поверхностью жидкости и нижним срезом по-
гружаемой трубы можно выделить зону нестабильной турбу-
лентности, в которой происходит достаточно плавное движе-
ние потоков вдоль поверхности жидкости при определенных
возмущениях в период всасывания. В целом же поверхность
336
жидкости при пульсационном воздействии сохраняется спо-
койной, однако при определенных частотах возможно разви-
тие стоячих волн низкого порядка. Движение расплава в при-
стеночной области (зона ПГ) характеризуется низкой скоро-
стью потоков, которые направлены вверх (на всем участке от
поверхности жидкости до места разрушения вихрей) [204].
Как показали исследования, режим однофазного (жидко-
стного) перемешивания соблюдается при вытеснении из
внутренней полости погружаемой трубы не более 85...90%
всей находящейся в ней жидкости. Дальнейшее увеличение
объема вытесняемой порции приводит к тому, что струя за-
хватывает в себя часть рабочего газа, который обычно вовле-
кается внутрь торообразных вихрей.
Интенсивность пульсационного перемешивания жидко-
сти находится в прямой зависимости от частоты пульсаций,
глубины погружения и внутреннего сечения погружаемой
трубы. Такое проявление оптимумов интенсивности хорошо
увязывается с резонансным эффектом, т. е. с соответствием
частоты вынужденных пульсаций и собственной частоты ко-
лебаний жидкости в системе «погружаемая труба - жидкая
ванна». Для обеспечения максимальной интенсивности пере-
мешивания оптимальная глубина погружения не должна пре-
вышать 0,3 высоты обрабатываемого объема, а внутренний
диаметр погружаемой трубы должен быть не более 0,15 диа-
метра жидкой ванны [193]. Следует иметь в виду, что приве-
денные зависимости распространяются на объемы жидкости,
в которых соотношение диаметра и высоты находится в пре-
делах 1 / (1...2).
Наличие пульсирующих (знакопеременных) участков
движения потоков жидкости обеспечивает высокую интен-
сивность перемешивания объема в целом, а также создает
благоприятные условия для развития кавитационных явле-
ний, которые, как известно, стимулируют процессы зароды-
шеобразования при затвердевании. Многократное увеличе-
ние количества зародышей твердой фазы может в значитель-
ной степени изменить теплофизические условия затвердева-
ния слитков и заготовок.
337
Большая часть исследований метода пульсационного пере-
мешивания для управления процессами затвердевания выпол-
нена на слитках различной массы. Как показали комплексные
исследования (формирование крупных кузнечных слитков),
пульсационное воздействие способствует уменьшению протя-
женности зоны столбчатых кристаллов примерно в 1,5...2 раза
[156-157] и повышению однородности кристаллической струк-
туры в целом.
Проблема развития дефектов литой структуры всегда свя-
зана с процессами массопереноса растворимых и нераствори-
мых примесей, развития ликвационных явлений и формирова-
ния неметаллических включений. Количественная оценка вы-
носа ликвирующих элементов при пульсационном воздействии
выполнена на опытном и сравнительном слитках массой 34 т,
разлитых из металла одной плавки [205]. Установлено, что ос-
новной вынос серы и углерода приходится на зону слитка, ко-
торая затвердевала непосредственно в условиях пульсационно-
го перемешивания, т. е. при наличии восходящих потоков вдоль
фронта затвердевания.
Отличительной особенностью морфологии и расположения
оксидов в опытном слитке является их повышенное содержание
в головной части. Это в основном оксисульфидные конгломе-
раты, состоящие из слипшихся частиц корунда осколочного ти-
па и окружающих их сульфидов марганца и железа (рис.5.9)
[206]. В опытном слитке кислородсодержащие включения пред-
ставлены мелкими равномерно расположенными оксисульфи-
дами глобулярной формы, а в сравнительном оксидами и окси-
сульфидами неправильной формы.
Сравнение морфологии сульфидов, выполненное в соответ-
ствии с классификациями [207-208], показывает, что в образцах
металла, затвердевшего в ходе пульсационного перемешивания,
почти полностью отсутствуют колониальные сульфиды II типа
и появляются многогранные сульфиды III типа, отсутствующие
в металле сравнительного слитка. При этом большая часть вклю-
чений, содержащих серу, представляет собой твердый раствор
сульфидов марганца и железа. В сульфидах опытного слитка от-
мечено увеличение содержания марганца, что, вероятно, свиде-
тельствует о выносе в прибыль металла, обогащенного серой.
338
Рис. 5.9 Сканограммы характерных оксисульфидов в
головной части опытного слитков
В целом пульсационное перемешивание способствует
направленному массопереносу неметаллических включений в
жидкой ванне: перераспределение оксидов происходит в сто-
рону смещения наиболее крупных включений в верхние го-
ризонты за счет их коагуляции.
Данные по результатам использования пульсационного
воздействия при непрерывной разливке носят весьма ограни-
ченный характер, это не позволяет сделать обобщающие вы-
339
воды [196]. Исследования, выполненные Институтом про-
блем литья АН Украины на слябовой МНЛЗ металлургиче-
ского комбината «Азовсталь», позволили установить, что
принудительное перемешивание металла в кристаллизаторе
способствует улучшению условий формирования корочки и
теплового состояния мениска. Пульсационное воздействие
осуществлялось с помощью погружения специальной огне-
упорной трубы в кристаллизатор между погружным стаканом
и боковой стенкой.
Анализ макроструктуры непрерывнолитых слябов из уг-
леродистой и низколегированной стали показал, что пульса-
ционное воздействие способствует снижению количества де-
фектов макроструктуры. Осевая зона опытных слябов более
широкая и не имеет резко выраженной осевой рыхлости в
виде сконцентрированных участков повышенной травимости
и крупных пор. Кроме того, пульсационное перемешивание
оказывает заметное влияние на протяженность структурных
зон, особенно со стороны грани большого радиуса: ширина
корковой зоны увеличилась почти в два раза. Зона столбча-
тых дендритов со стороны малого радиуса у опытных слябов
сократилась для низколегированной стали на 20...30 мм, а
для углеродистой - на 40...50 мм с соответственным умень-
шением длины осей дендритов. Отмечено также увеличение
плотности последних (особенно со стороны грани большого
радиуса), что косвенно подтверждает рост количества заро-
дышей.
Осевая часть опытных слябов представлена разориенти-
рованными дендритами глобулярного вида, а сравнительных
- разориентированными столбчатыми дендритами. При этом
длина осей дендритов опытного металла в 5...20 раз меньше,
чем у сравнительного.
Испытания механических свойств листового проката из
непрерывнолитых слябов показали, что пульсационное пере-
мешивание позволило увеличить на 10...20% ударную вяз-
кость углеродистой котельной стали.
340
На наш взгляд, метод пульсационного перемешивания
имеет достаточно широкие перспективы для стабилизации
теплофизических процессов, протекающих в кристаллизато-
ре: зародышеобразования, гомогенизации металла по темпе-
ратуре и химическому составу, снятия перегрева в осевой зо-
не, подавления термогравитационной конвекции и пр. При
реализации метода пульсационного воздействия для блюмо-
вых МНЛЗ рекомендуем прошедшую лабораторные испыта-
ния схему обработки, при которой порции металла вытесня-
ются непосредственно из погружного стакана (рис.5.10).
Рис.5.10. Принципиальная схема пульсационного воздействия
на металл в кристаллизаторе МНЛЗ:
1-промковш; 2-погружной стакан; 3-кристаллизатор;
4-патрубок для периодического подвода и отвода газа
341
5.5. ПЕРСПЕКТИВЫ МЕТОДА «МЯГКОГО» ОБЖАТИЯ
ЗАГОТОВКИ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ УСАДОЧНЫМИ И
ЛИКВАЦИОННЫМИ ПРОЦЕССАМИ
Идея горячей деформации слитков с наличием жидкой
сердцевины известна достаточно давно. Она прошла широкое
опробование на металлургических слитках. По данным раз-
личных исследователей, это значительно снижает осевую
пористость и повышает однородность внутренней структуры.
Вместе с тем по ряду технологических и технических сооб-
ражений использование горячей дефорлации для слитков
оказалось достаточно проблематичным.
Неуклонный рост требований к качеству непрерывноли-
той заготовки в осевой зоне стимулировало в последнее деся-
тилетие развитие принципов «мягкого» обжатия в конце за-
твердевания для подавления осевой пористости и ликвации
[14-17, 28-29]. В англоязычной литературе этот метод полу-
чил название “soft reduction”. (В настоящее время существует
несколько оригинальных технических решений).
Задача реализации метода «мягкого» обжатия непрерыв-
нолитой заготовки должна заключаться в определении:
• места приложения усилия обжатия (соотношения меж-
ду количеством жидкой и твердой фаз в момент обжатия);
• закона приложения обжатия (в один или же несколько
этапов);
• способа приложения усилия обжатия к поверхности
заготовки.
Первоначально метод «мягкого» обжатия предполагал
деформацию заготовки с помощью роликов в зоне ее вырав-
нивания, что довольно просто реализовать. Однако, как пока-
зали исследования, существует несколько серьезных препят-
ствий для эффективной работы данной схемы:
• обжатие заготовки происходит в строго фиксированных
точках, что требует точного контроля температуры разливки
и режимов охлаждения; в противном случае смещается по-
ложение точки окончания зоны жидкой фазы, а эффект обра-
ботки нивелируется;
342
• требуются значительно большие усилия, значения ко-
торых резко возрастают с увеличением доли твердой фазы,
однако при большой доле жидкой фазы эффект динамиче-
ского обжатия нивелируется из-за простого перетекания
металла. Это практически полностью исключает подавле-
ние осевой ликвации и крайне слабо влияет на уменьшение
пористости;
• обжатие заготовки с помощью нескольких пар роликов
при определенных условиях может вызывать выпучивание
заготовки между роликами (а также по бокам), что иниции-
рует течение (перетекание) жидкости в этой зоне. Такая де-
формация заготовки стимулирует развитие осевой ликвации
и появление дополнительных ликвационных полос.
В целом метод «мягкого» обжатия достаточно эффекти-
вен при динамической обработке тонких слябов.
Для толстых слябов указанным методом фирма «Ниппон
Стил Корп.» разработала схему [29], при которой усилие на-
кладывается с помощью установленных специальным спосо-
бом плоских брусов (рис.5.11) [29]. Технологические пре-
имущества такой схемы, заключаются в возможности управ-
ления процессом обжатия заготовки, т.е. контроля за поло-
жением брусов в зависимости от границы окончания жидкой
лунки (рис.5.12). Каждый брус, контактируя со слябом, осу-
ществляя его обжатие, имеет возможность перемещаться
вдоль его поверхности.
Максимальный эффект подавления осевой ликвации дос-
тигается при минимальном колебании параметров разливки
минимальном выпучивании заготовки в зоне обжатия. Это
достигается благодаря постоянному контролю за соприкос-
новением поверхностей брусов и сляба как в поперечном, так
и в продольном направлениях.
Теоретически величину обжатия рекомендуется опреде-
лять по формуле
= (Di + О2)/ц + £>з, (5.9)
343
обжатие
....Г" 1 .-
Рис.5.11. Схема контролируемого динамического обжатия
с помощью плоских реек:
1 - сляб; 2 - датчики для измерения величины
обжатия; 3 - плоские рейки, обеспечивающие
процесс обжатия; 4 - эксцентрики, для обеспече-
ния прижатия реек к слябу; 5 - гидроцилиндр
Рис.5.12. Схема регулирования обжатия сляба в области
окончания жидкой лунки
где Dr р2 - суммарное обжатие, требуемое для предотвра-
щения соответственно движения (вытекания) жидкой стали
из зоны затвердевания и перетекания стали при вспучивании
заготовки (при использовании плоских брусов D2 = 0; 7) - ко-
344
эффициент пропорциональности, учитывающий перенос по-
верхности внутреннего фронта затвердевания и, следователь-
но, условия горячей деформации заготовки; D3- суммарная
термическая усадка твердой фазы при понижении температу-
ры в ходе обжатия (рассчитывается на основании анализа
процессов теплопереноса в зоне обжатия).
Для сляба толщиной 280 мм при скорости разливки 1,2
м/мин рекомендуется: Dj = 0,26 мм/м, D2= 0, D3 = 0,2, 7) =
0,3...0,4, Do = 0,85...,07 мм/м.
Рис. 5.13. Схема размещения оборудования для
динамического «обжатия» сляба:
1 - сталеразливочный ковш; 2 - промковш;
3 - кристаллизатор; 4 - точка разгиба;
5 - зона контролируемого обжатия;
б - тянущая клеть
Промышленные испытания метода «мягкого» обжатия
выполнялись на МНЛЗ, схема которой показана на рис.5.13.
Условия разливки: размер сляба - 280х(1800... 1950) мм; ско-
рость разливки - 1,19... 1,26 м/мин.; перегрев металла в
345
промковше над температурой ликвидус - 1О...34°С; расход
воды на вторичное охлаждение - 0,7 л/кг; граница окончания
жидкой лунки (доля твердой фазы 80%) - 34,5...36,5 м от ме-
ниска; величина обжатия - 1,25 мм/м.
Результаты оценки влияния степени «мягкого» обжатия
сляба на развитие осевой ликвации (рис.5.14), свидетельст-
вуют о высокой эффективности метода при рациональном
выборе режимов воздействия. Большое значение на конеч-
ный результат обработки оказывает наличие асимметрии при
установке плоских реек в поперечном сечении.
величина обжатия, мм
Рис.5.14. Оценка влияния «мягкого» обжатия методом
плоских реек на развитие осевой ликвации
Применение метода «мягкого» обжатия для динамиче-
ского воздействия на внутренние объемы блюмов имеет оп-
ределенные особенности, связанные, прежде всего, с геомет-
рической формой заготовки. Во-первых, твердый каркас за-
твердевающего блюма, безусловно, имеет значительно боль-
шую жесткость, чем сляб, что существенно увеличивает тре-
буемое усилие обжатия. Это, в свою очередь, повышает веро-
ятность образования внутренних трещин по границам денд-
ритов. Во-вторых, приложение обжатия по двум граням обя-
зательно вызовет изгиб (выпучивание) двух других граней,
346
что может изменить условия движения металла в жидкой
сердцевине и снизить до минимума эффект подавления осе-
вой ликвации. Рассмотренные отличия предопределяют
применение специальных технологических приемов.
Например, экспериментальные исследования на заводе
«Сандвик Стил» (Швеция) выполнены для нержавеющей
хромоникелемолибденовой стали (с ультранизким содержа-
нием углерода), разливаемой на блюмы сечением 265x265 мм
или 265x365 мм на криволинейной МНЛЗ [16]. Скорость
движения заготовки изменялась от 0,81 до 0,89 м/мин., общая
величина обжатия - 4...7,1 мм. Обжатие осуществляли тремя
парами роликов, расположенных на расстоянии 17,7 м, 19,8 и
22 мм от мениска. В ходе эксперимента установлены опти-
мальные значения величины обжатия и скорости вытяжки,
обеспечивающие максимальное снижение осевой пористости
(в 1,5...3 раза по разным шкалам). По существу, эти результа-
ты подтвердили, что определяющим моментом, с точки зре-
ния эффективности метода динамического «мягкого» обжатия
на подавление осевой пористости, является взаимное положе-
ние границы жидкой лунки и места приложения обжатия.
На заводе «Чита Плант» (Япония) было проведено ком-
плексное исследование по изучению влияния динамического
«мягкого» обжатия круглых заготовок диаметром 350 мм из
подшипниковой стали [209]. Работы выполнялись на верти-
кальной МНЛЗ при скорости разливки 0,4...0,65 м/мин., об-
жатие осуществляли специальными роликами. В ходе иссле-
дований оценивались углеродная ликвация, угол раскрытия
V-образной ликвации, макроструктура, внутренние трещины
в литом металле и прокатанной сортовой заготовке. В ре-
зультате установлено, что «мягкое» обжатие круглой заго-
товки практически полностью подавляет осевую углеродную
ликвацию: содержания углерода в центре заготовки увеличи-
вается на 0,05...0,07%, а в заготовке без «мягкого» обжатия
оно составляет 0,25...0,35%.
По мнению авторов, высоких положительных результа-
тов можно достичь, если обеспечить долю твердой фазы в
зоне начала обжатия на уровне 0,4...0,45 при величине обжа-
347
тия 1,6% от диаметра. С ростом доли твердой фазы выше
указанных пределов эффект подавления ликвации снижается.
Уменьшение доли твердой фазы ниже 0,4 характеризуется
формированием внутренних трещин. Что же касается пове-
дения V-образной ликвации при «мягком» обжатиии, то од-
нозначно подтвержден факт ее некоторого подавления с уве-
личением угла раскрытия на 10... 15 град.
Положительные результаты по подавлению осевой лик-
вации методом «мягкого» обжатия получены на заводе
«СОЛЛАК» (Франция) при разливке блюмов сечением
260x320 мм из углеродистой стали [210].
В настоящее время на нескольких металлургических за-
водах Японии и Германии используется модифицированная
схема «мягкого» обжатия блюмов. Для приложения усилия и
контроля степени обжатия на больших гранях заготовки пре-
дусматрены специальные трапецеидальные приливы толщи-
ной 5... 12 мм. Они затем вдавливаются в заготовку в два или
три этапа. Такая схема предполагает изменение геометриче-
ской формы кристаллизатора, а также геометрических разме-
ров приливов в зависимости от места приложения обжатия,
марки стали, условий охлаждения заготовки, места положе-
ния лунки жидкой фазы и пр. Альтернативным вариантом
реализации этого метода на практике является использование
в зоне «мягкого» обжатия валков с длиной бочки меньшей,
чем длина грани непрерывного слитка. Например, на заводе
«Ниппон кокан» (Япония) для «мягкого» обжатия заготовки
сечением 400x520 мм применяют валки с длиной бочки
250...300 мм, что позволяет ослабить ликвацию и исключить
появление внутренних трещин [211].
Рассмотренные практические данные, безусловно, свиде-
тельствуют о перспективности применения метода динами-
ческого «мягкого» обжатия непрерывнолитых заготовок. Од-
нако для различных геометрических размеров заготовки, ме-
таллургических условий, марок сталей и требований к каче-
ству металлопродукции этот метод должен быть реализован
разными способами. Предпосылками для успешной обработ-
ки заготовки методом «мягкого» обжатия являются:
348
• данные об оптимальном соотношении твердой и жид-
кой фаз в месте приложения усилия обжатия в конкретных
условиях;
• определение оптимальных значений степени и динами-
ки обжатия, прилагаемых усилий;
• наличие системы, способной в реальном масштабе вре-
мени определять профиль затвердевания в зависимости от
скорости литья, марки сталей, условий первичного и вторич-
ного охлаждения и перегрева металла в промковше;
•наличие системы, позволяющей оперативно корректи-
ровать точку приложения усилия обжатия при изменении ус-
ловий разливки.
5.6.ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОГИДРОИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ НА
ФОРМИРОВАНИЕ НЕПРЕРЫВНОЛИТОЙ ЗАГОТОВКИ
Поскольку создание упругих колебаний за счет электри-
ческого разряда в жидкости обеспечивает возможность обра-
ботки больших масс металла, этот способ физического воз-
действия на расплав целесообразно применять в черной ме-
таллургии, например, при непрерывной разливке стали. Ра-
бочие органы - электроразрядные генераторы упругих коле-
баний (ЭРГУК), передающие энергию непосредственно за-
твердевающему слитку, могут быть встроены в МНЛЗ без
особых конструктивных усложнений. При вводе мощных
импульсов, создаваемых электрическим разрядом, в жидкую
сердцевину формирующегося слитка можно ожидать не
только механического разрушения фронта кристаллизации и
энергичного перемешивания расплава, но и развития в нем
кавитационных явлений, способствующих зарождению до-
полнительных центров кристаллизации.
УкрНИИмет и ПКБЭ АН УССР разработали способ и ус-
тановку электрогидроимпульсного воздействия на металли-
ческий расплав при его затвердении [213]. Установка вклю-
чает следующие основные узлы:
- электроразрядные генераторы упругих колебаний;
- генераторы импульсивных токов (ГИТ);
349
- системы управления и контроля, обеспечивающие дис-
танционное управление и контроль работы составных частей
установки.
ЭРГУК конструктивно выполнены в виде металлических
камер, попарно и симметрично установленных с каждой ши-
рокой стороны сляба в зоне вторичного охлаждения на двух
уровнях по технологической оси МНЛЗ (2 и 4,25 м от уровня
мениска металла в кристаллизаторе). Каждая из камер состо-
ит из цилиндрического корпуса со съемной мембраной. По
оси камеры установлен электрод положительной полярности.
Электродом отрицательной полярности служит мембрана.
Стержень электрода защищен полиэтиленовым наконечни-
ком с изолятором и соединен с высоковольтным шлейфом,
который выведен к разряднику ГИТ.
Принцип электрогидроимпульсного воздействия на ме-
талл при непрерывной разливке заключается в следующем.
Накопленная в конденсаторной батарее электрическая энер-
гия выделяется в межэлектродном промежутке ЭРГУК в виде
плазменного канала, имеющего высокую температуру и дав-
ление. При высокоскоростном расширении плазменного ка-
нала в воде в ЭРГУК генерируются ударные волны, которые
через мембрану передают упругие колебания формирующе-
муся слитку.
Электрогидроимпульсная установка обеспечивает сле-
дующий режим электровиброимпульсного воздействия:
• энергия в импульсе на один электрод -от 1,25 до 5 кДж;
• частота следования импульсов - от 0,5 до 10 Гц;
• установочная мощность ГИТ - 120 кВт.
УкрНИИмет и ПКБЭ АН УССР провели моделирование
процесса электрогидроимпульсного воздействия на непре-
рывнолитой слиток. Установка включала изложницу для
слитков массой 350 кг и сечением 220 х 350 мм, оборудован-
ную одной парой электроразрядных камер, мембраны кото-
рых обеспечивали ввод упругих колебаний в расплав через ее
боковые стенки. Обработку производили при различных час-
тотах следования импульсов, энергии в импульсе и длитель-
ности воздействия. При проведении экспериментов (отлито
350
более 100 слитков) установлено раздробление структуры и
резкое повышение однородности слитков.
По совокупности данных (зондирование, выливание ос-
татка жидкой стали, ввод сернистого железа и теплотехниче-
ские расчеты) при определенных режимах обработки выяв-
лено ускорение процесса кристаллизации в донной части
слитка примерно в два раза и снижение общей продолжи-
тельности его затвердевания на 20...25% [214]. Судя по из-
менению температуры кристаллизующегося расплава в
опытных и контрольных слитках, а также по увеличению те-
пловых потоков в стенках изложниц, подвергнутых вибра-
ции, ускорение затвердевания достигнуто за счет роста ко-
эффициента теплоотдачи от слитка.
Количественная оценка степени измельчения структуры
металла выявила, что под электрогидроимпульсным воздей-
ствием в формирующем слитке уменьшаются размеры пер-
вичных дендритов с 5...15 до 1...5 мм, но появляются в ос-
тальной части глобулярные дендриты размером 1...3 мм. Ко-
личество дендритов на площади темплета в 1 м при этом
возрастает: первичных с 18 до 36, а глобулярных с 24 до 42.
Электрогидроимпульсное воздействие на расплав способ-
ствует более равномерному распределению серы в средней
части слитка и уменьшению протяженности V - образной лик-
вации. В темплетах из головной обрези слитков, подвергну-
тых обработке, дефекты макроструктуры в виде подусадочной
рыхлости распространяются на 12 % длины раскатов, а в тем-
плетах из обрези контрольных слитков - на 16 %, т.е. выход
годного проката из опытных слитков повышается на 4 %.
Промышленные эксперименты выполнены на одном ру-
чье (второй ручей был контрольным) четырехручьевой уста-
новки радиального типа на Руставском металлургическом за-
воде (Грузия) при разливке стали марок 20, 35, 45, 35ГС, ко-
торые выплавляли в 200 т мартеновских печах. На МНЛЗ от-
ливали заготовки сечением 220 х 280 мм [191]. Температура
металла перед выпуском из печи составляла 162О...165О°С, в
промковше - 1530...1550°С. Подвод металла осуществлялся
под уровень через удлиненные погружные стаканы с защитой
351
мениска металла в кристаллизаторе смесью графита и крио-
лита. Скорость разливки составляла 0,75...0,8 м/мин., а рас-
ход воды на вторичное охлаждение - 0,25...0,3 л/кг стали.
Электрогидроимпульсную обработку непрерывнолитых заго-
товок в процессе кристаллизации проводили на различных
расстояниях от мениска металла в кристаллизаторе. Было
опробовано 42 режима обработки на значительном (более
100) количестве опытных плавок.
В результате исследований определены четыре опти-
мальных режима обработки, позволяющих эффективно
управлять качеством внутренней структуры непрерывноли-
тых заготовок.
Осмотр поверхностей опытных и контрольных образцов
и большое количество измерений профиля поперечного сече-
ния заготовок показали идентичность качества поверхности.
От опытного и контрольного металла отбирали продольные и
поперечные темплеты, с которых после соответствующей
механической обработки снимали отпечатки по Бауману, за-
тем темплеты выборочно травили в 50 %-ном растворе НС1.
Оценка степени развития ликвационных явлений, осевой
рыхлости, внутренних трещин и ликвационных полосок, из-
менения в протяженности структурных зон и повышения их
дисперсности проведена по методике УкрНИИмет (табл.5.4).
Наиболее существенные изменения качества макро-
структуры достигнуты при управлении кристаллизацией не-
прерывнолитых заготовок по оптимальному технологиче-
скому режиму обработки Б в заготовках углеродистой стали:
ширина осевой зоны неориентированных дендритов увели-
чилась с 30 до 95 мм, осевая ликвация снизилась с 3,5 до 0,5
балла, осевая рыхлость - с 3,5 до 1 балла, трещины и ликва-
ционные полоски - от 3,5 до 0,5 балла, дисперсность структу-
ры всех зон повысилась на 25.. .30 %.
Продолжительность периода полного затвердевания не-
прерывнолитых заготовок при электрогидроимпульсном воз-
действии уменьшилась на 28%. При слабом воздействии из-
менения в макроструктуре наименее существенны: обработка
по режиму Г характеризовалась увеличением ширины осевой
352
зоны неориентированных дендритов с 25 до 30 мм, снижени-
ем осевой ликвации и осевой пористости с 3,5 до 3 баллов,
трещин и ликвационных полосок, трещин и полосок
повышенной травимости - с 3,5 до 2 баллов.
Таблица 5.4. Макроструктура непрерывнолитых загото-
вок, полученных электрогидроимпульсным воздействием
по режимам А-Г и без обработки ОБ (в скобках указано
количество разлитых плавок)
Характеристика макроструктуры А (5) Б (Ю) В (5) Г(6) ОБ
Длина столбчатых денд- ритов со стороны радиу- са, мм: Г 60...65 65..70 75..80 95..100 95..105
R 40...45 45..50 35..40 65..70 75..80
Асимметрия дендритной структуры (г - R), мм 20 20 40 30 25
Ширина осевой зоны, мм 100110 90..95 90..95 40..45 25..30
Осевая ликвация, балл 0,5-1 0,5..1 0,5...1 2,5..3 3...3,5
Осевая рыхлость, балл 1...2 1...2 1,5..2 2,5..3 3...3.5
Трещины и ликвацион- ные полоски,балл 1...2 0,5...1 1,5...1 1,5...2 3...3,5
Трещины и полоски по- вышенной травимости, балл 2...2,5 0,5...1 0,5...1 1,5..2 2,5...3
Исследование отпечатков по Бауману с темплетов непре-
рывнолитых заготовок показало, что электрогидроимпульс-
ная обработка в заготовках из углеродистой стали сущест-
венно изменяет вид ликвации: со шнуровой - (3,5 балла) на
V-образную - (1 балл). Это можно объяснить выравниванием
химического состава жидкой фазы и ограничением роста
столбчатых дендритов по криволинейным сторонам загото-
вок. Аналогичные данные получены при оценке осевой рых-
лости по результатам горячего травления темплетов в 50 Уо-
ном растворе НС1.
353
При электрогидроимпульсной обработке по режиму Б
значительно снижается протяженность зоны столбчатых ден-
дритов по криволинейным сторонам заготовок (в сумме на 65
мм), что приводит к увеличению ширины осевой зоны неори-
ентированных дендритов и к снижению пораженности про-
межуточной зоны заготовок трещинами и ликвационными
полосками. Суммарная протяженность трещин и ликвацион-
ных полосок в заготовках стали 45 снижается с 140... 160 мм
(3,5 балла) на 100 мм длины темплета до 0...5 мм (1 балл).
Определение содержания углерода, серы и фосфора в струк-
турных зонах непрерывнолитых заготовок при помощи ваку-
умного квантометра (на 24 горизонтах поперечного сечения)
показало, что электрогидроимпульсная обработка металла по
оптимальным режимам снижает значения коэффициента ли-
квации этих элементов в два раза.
Методом электролитического растворения выявлена тен-
денция к снижению суммарного количества неметаллических
включений в осевой зоне заготовок стали 45 с 0,0097 до
0,008 %. Аналогичные данные получены и по содержанию
кислорода. Азот по сечению заготовок распределен равно-
мерно независимо от режимов электрогидроимпульсной об-
работки, содержание его в углеродистой стали составляет
0,006...0,0066 %.
По результатам анализа металлографическим методом
установлено, что неметаллические включения независимо от
режима обработки заготовок однотипны и представлены ок-
сидами, оксисульфидами, сульфидами железа и марганца. В
осевой зоне обычных заготовок оксидные неметаллические
включения сосредоточены в группы размером 0,25 х 0,25 мм,
а сульфиды имеют вид строчек длиной 0,05...0,07 мм. В
опытных заготовках оксидные включения рассредоточены, а
сульфидные неметаллические включения приобретают гло-
булярную форму и уменьшаются до 0,02...0,04 мм. Мелкие
неметаллические включения всех видов размером 1...4 мкм
распределены равномерно в структурных зонах обычных и
опытных непрерывнолитых заготовок. Однако крупных
сульфидных неметаллических включений (4...22 мкм) в
354
обычных заготовках больше. Полученные результаты дают
основание полагать, что образование неметаллических вклю-
чений, их распределение находятся в тесной связи с процес-
сом кристаллизации.
В опытных непрерывнолитых заготовках сечением
220 х 280 мм после обработки дисперсность всех структур-
ных зон повысилась на 25...30 %, объем зоны неориентиро-
ванных дендритов составляет 50 %. Металлографическим
методом в непрерывнолитых заготовках стали 45 установ-
лено повышение дисперсности перлита от 1,6...2 мкм до
1... 1,2 мкм.
Опытные и сравнительные непрерывнолитые заготовки
были прокатаны на трубные (диаметром 110... 120 мм и сор-
товые сечением 100 х 100 мм заготовки, а затем на трубы
диаметром 73 мм и арматуру №29.
Макроструктура опытных трубных заготовок при коэф-
фициентах вытяжки 5,5...6,6 характеризовалась отсутствием
полосок повышенной травимости и полностью раздроблен-
ной дендритной структурой. Механические свойства проката
удовлетворяли требованиям стандарта; при этом уровень
разброса значений пластических характеристик снижен на
6...8 %, ударной вязкости на 2,5...3 %, прочности и текуче-
сти на4...7 %.
Эксперименты по влиянию электрогидроимпульсной об-
работки на формирование непрерывнолитой заготовки вы-
полнены также и для слябовой МНЛЗ вертикального типа
при разливке сталей 45 и Ст.Зсп [215]. В процессе разливки
на каждой плавке опробовали по 3-5 режимов электрогидро-
импульсного воздействия на затвердевший сляб.
Опробование рациональных режимов в промышленных
условиях начали проводить при энергии в импульсе 1,25...2,5
кДж и частоте следования импульсов 1...2 Гц. Электрогид-
роимпульсная обработка велась как непрерывно по ходу раз-
ливки, так и периодически. Средние данные оценки макро-
структуры контрольного (К) и опытного (О) металла при раз-
личных режимах обработки приведены в табл.5.5.
355
Таблица 5.5. Влияние электрогидроимпульсного
воздействия на качество макроструктуры слябов
Травленые темплеты Серные отпечатки
Вариант Материал Энергия в импульсе, кДж Частота следова- ния им- пульсов, Гц Макси- мальный диаметр осевых пор, мм Трещи- ны и ли- кваци- онные полосы, средний балл Осевая ликва- ция, сред- ний балл Ликваци- онные по- лосы в промежу- точной зоне, сред- ний балл
1 К. - - 0,6 1,10 1,30 0
2 О. 2,50/2,50 2/2 0,8 1,40 1,70 0
3 о. 2,50/2,50 2/2 0,7 0,40 0,70 0
4 к. - - 1,0 0,05 1,30 0
5 о. 2,50/2,50 2/2 0,7 0,40 0,05 0
6 о. 2,50/2,50 2/2 0,3 0,05 0,75 0
7 к - - 3,0 1,70 1,10 0
8 О 3,75/5,00 3/2 1,0 3,35 0,60 1,6
9 о. 3,75/5,00 3/2 1,0 1,80 0,50 2,7
10 к. - - 2,0 0,05 1,55 0
11 О. 3,75/3,75 3/3 1,0 0,11 0,90 0
12 От. 3,75/3,75 3/3 1,5 0,40 1,32 0
Исследование структурной однородности опытного и
контрольного металла показало,что электрогидроимпульсное
воздействие оказывает влияние на повышение плотности ли-
тых слябов. Наиболее эффективным в этом отношении ока-
зался режим воздействия по варианту 6, при котором осевая
рыхлость уменьшается в четыре раза (с 1,6 до 0,4 балла).
Диаметр осевой зоны осевых пор при этом снижается с 1 до
0,3 мм. Указанные результаты достигнуты при периодиче-
ском вводе упругих колебаний в жидкую фазу, при непре-
рывном это влияние выражено слабее (вариант 3).
356
Пораженность слябов внутренними трещинами и ликва-
ционными полосками при воздействии по варианту 3 умень-
шилась в 2,7 раза, а по варианту 6 - они вообще не были об-
наружены ни в контрольном, ни в опытном слябах. Видимо,
образование таких дефектов в значительной мере зависит от
химического состава стали, перегрева расплава, условий его
охлаждения и скорости разливки.
Наиболее заметно изменился характер дендритной струк-
туры в промежуточной зоне слябов при воздействии по
варианту 6. В этом случае наблюдалось частичное дробление
столбчатых дендритов промежуточной зоны слябов и появ-
ление неориентированных дендритов. Плотность дендритной
структуры в промежуточной зоне повысилась на 10%, а в
осевой - на 20%.
Для сталей 45 и Зсп качество макроструктуры при обра-
ботке по варианту 5 не улучшилось, а по варианту 2 - даже
ухудшилось. Так, осевая рыхлость увеличилась с 1,3 до 1,9
балла, а максимальный диаметр осевых пор - с 0,6 до 0,8 мм.
При разливке по варианту 5 осевая рыхлость осталась на
уровне контрольного металла, а диаметр осевых пор не-
сколько снизился (с 1 до 0,7 мм).
Обобщая результаты исследования качества опытных
слябов, подвергнутых электрогидроимпульсной обработке по
вариантам 3 и 6, можно отметить, что в слябах снижается осе-
вая рыхлость и ликвация, снижается плотность дендритной
структуры, т.е. увеличится однородность осевой зоны, повы-
шается хотя зона транскристаллизации была разрушена толь-
ко частично. Это говорит о том, что возможности ЭГ-
воздействия на расплав были использованы не полностью:
энергии, которую вводили в жидкую фазу, было недостаточно
для надежного измельчения дендритной структуры слябов.
Следующую серию разливали с такими режимами: энер-
гию в импульсе повысили до 5,0 кДж, а частоту следования
импульсов до 8 Гц. ЭГ-воздействие производили как непре-
рывно, так и периодически.
Повышение энергии в импульсе до 5 кДж на нижнем
уровне обусловило появление в промежуточной зоне слябов
357
ликвационных полос, параллельных осевой зоне. При обра-
ботке слябов только на нижнем уровне образовались две
симметрично расположенные ликвационные полосы. Воздей-
ствие на двух уровнях приводит к возникновению в проме-
жуточной зоне двух ликвационных полос на каждой стороне
сляба. ЭГ-обработка слябов на верхнем уровне с энергией в
импульсе 3,75 кДж не вызвала появления ликвационных по-
лос, по осевой зоне при этом наблюдалось преобразование
шнуровой ликвации в V-образную (0,65 балла) и осевая рых-
лость (0,7 балла). В контрольном слябе они соответственно
равны 1,1 и 1.15 балла.
При всех вариантах воздействия в опытном металле от-
сутствует осевая рыхлость (3,4 балла), значительно сокраща-
ется относительная длина темплетов с осевой рыхлостью 2
балла и увеличивается длина с бездефектным металлом. Наи-
больший (в 1,3 раза) рост относительной длины темплетов с
бездефектным металлом наблюдается при обработке слябов
на двух уровнях (варианты 8, 9): на верхнем - 3,75 кДж, на
нижнем - 5 кДж, при этом осевая зона поражена рыхлостью 1
и 2 балла, однако в промежуточной зоне слябов появились
ликвационные полосы.
Исследование распределения серы, выполненное хими-
ческим (спектральным) методом, показало, что содержание
серы в ликвационных полосах (0,035...0,038%) выше, чем в
осевой зоне (0,028...0,029%). В опытном и контрольном ме-
талле преобладают сульфиды железа и марганца; суммарное
их содержание в ликвационных полосах (0,110...0,139%)
выше, чем в осевой зоне (0,102...0,120%). Эти данные хоро-
шо согласуются с данными по распределению серы в метал-
ле. Таким образом, поры в районе ликвационных полос, сле-
дует считать усадочного происхождения, поскольку форма и
расположение пор и неметаллических включений такие же,
как в осевой зоне сляба.
В целом при изучении ликвационных полос выявлены
следующие закономерности:
358
- в промежуточной зоне они появляются при повышении
энергии в импульсе до 5 кДж;
- максимальная неоднородность промежуточной зоны
возникает при непрерывной обработке сляба одновременно
на двух уровнях (режим 9);
- при воздействии на формирующийся сляб на нижнем
уровне с энергией в импульсе 5 кДж появляется одна ликва-
ционная полоса, а при обработке сляба на двух уровнях - две,
причем первая из них образуется от работы блока ЭРГУК,
установленного на верхнем уровне, а вторая (внутренняя) -
на нижнем.
Появление внеосевой ликвации в промежуточной зоне
слябов связано с оттеснением некоторой части примесей
фронтом растущих столбчатых кристаллов, что подтвержда-
ется значительно большей частотой зоны столбчатых кри-
сталлов по сравнению со следующей за ней зоной. Скопление
примесей снижает температуру плавления, теплопроводность
и вызывает замедление скорости затвердевания металла. Пе-
ремешивание расплава во время затвердевания непрерывно-
литой заготовки разрушает фронт кристаллов, растущих от
поверхностных слоев слитка. Это ускоряет охлаждение неза-
твердевшего расплава, переохлажденного перед фронтом
транскристаллизации.
При критической энергии воздействия в импульсе 5
кДж движение жидкой стали в формирующейся заготовке
становится настолько энергичным, что ликваты из межден-
дритных пространств вымываются, и на некотором не-
большом поле (перед фронтом затвердевания) возникает
область с пониженной температурой металла, в которую
выносится часть обломков дендритов. При продолжающем-
ся перемешивании переохлажденного расплава в упомяну-
той области обломки дендритов становятся затравками для
роста кристаллов. В таких условиях происходит объемная
кристаллизация, и в результате стыка двух фронтов кри-
сталлизации - последовательного, идущего со стороны по-
359
верхности слитка, и объемного, идущего ему навстречу, -
возникают ликвационные полосы.
В связи с тем, что в результате ЭГ-обработки дендриты,
растущие от поверхности сляба, разрушены, крупных дендри-
тов справа и слева от стыка не наблюдается. В сложившейся
ситуации затвердевающийся расплав оказывается как бы в ло-
вушке - он ограничен двумя фронтами кристаллизации. Под-
питка металла затруднена, и ликвационная полоса получается
с повышенной пористостью и, следовательно, с повышенной
травимостью. Образование второй ликвационной полосы тоже
можно объяснить стыком фронтов кристаллизации.
Как показал анализ дендритной структуры литого ме-
талла, при энергии в импульсе 2,5 кДж размеры структурных
зон в опытном образце изменились незначительно. Электро-
гидроимпульсная обработка не привела к резкому измельче-
нию дендритов. При энергии в импульсе на нижнем уровне
до 5 кДж наибольшие изменения в дендритной структуре на-
блюдались по варианту 8. Осевая зона увеличилась с 35 до 50
мм, а около 44% зоны столбчатых дендритов занимают не-
ориентированные формы. После обработки слябов по режи-
мам с повышенной энергией в импульсе (до 5 кДж) на ниж-
нем уровне в промежуточной зоне наблюдаются полосы по-
вышенной травимости.
Таким образом, в результате промышленного опробо-
вания были определены рациональные параметры электро-
гидроимпульсной обработки затвердевающего непрерывно-
литого сляба, позволяющие улучшить качество макрострук-
туры литого металла: суммарная энергия обработки - 85...90
кДж/с, энергия в импульсе 2,5...3,75 кДж, частота следова-
ния импульсов 3...4 Гц, характер воздействия - прерывистый
или непрерывный, расход энергии - 1..2 кВт/т стали. Вероят-
но, более широкое распространение метода электроимпульс-
ной обработки на промышленных МНЛЗ будет во многом за-
висеть от наличия соответствующего оборудования для реа-
лизации процесса и рекомендаций по рациональным пара-
метрам воздействия.
360
Глава 6.
КАЧЕСТВО НЕПРЕРЫВНОЛИТОЙ
ЗАГОТОВКИ И СЕРТИФИКАЦИЯ
ПРОДУКЦИИ
6.1 .ОСНОВНЫЕ ДЕФЕКТЫ НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ ЗАГОТОВОК
Разливка стали на непрерывнолитые заготовки имеет це-
лый ряд особенностей, что в ряде случаев и определяет их
качество. Одной из характерных особенностей, например, яв-
ляется значительная неравномерность скоростей затвердева-
ния металла в углах заготовки и в центре граней. В отличие
от отливки слябов для блюмов и сортовых заготовок массо-
вое соотношение этих двух областей примерно одинаково,
что в значительной степени влияет на формирование внут-
ренних напряжений и трещин в твердой оболочке. Вместе с
тем, скорость нарастания твердой корочки в кристаллизаторе
зависит от разнообразных факторов (температура разливки,
марка стали, форма, качество его кристаллизатора и пр.), что
затрудняет формулирование универсальных закономерностей
для описания поведения заготовки в кристаллизаторе.
Главной особенностью отливки, например, сортовых за-
готовок является близкое расположение струи жидкой стали
к стенкам кристаллизатора, что становится причиной значи-
тельной неравномерности распределения тепловых потоков
по высоте кристаллизатора из-за несимметричности движе-
ния струи относительно его стенок и кривизны кристаллиза-
тора в криволинейных и радиальных МНЛЗ.
При непрерывной разливке стали в жидкой фазе заготов-
ки происходит вынужденное и естественное движение пото-
ков жидкого металла. Вынужденное движение жидкой фазы
заготовки возникает при воздействии струи металла, посту-
пающей из промковша, или при приложении к расплаву
внешних динамических воздействий. Естественная конвек-
ция вызывается разностью температур металла у фронта за-
твердевания и в центре заготовки, разностью плотностей ме-
талла у фронта затвердевания вследствие обогащения жидко-
го металла зародышами твердой фазы, усадкой металла при
затвердевании, выделением газов в процессе кристаллизации,
изменением концентрации примесей у фронта затвердевания
и пр. На определенной стадии затвердевания заготовки есте-
ственная конвекция практически полностью прекращается
благодаря растущей вязкости расплава [229,242].
363
Таким образом, в затвердевающей заготовке можно вы-
делить три основные зоны с различными по характеру дви-
жения конвективными потоками. В верхней зоне поверхно-
стная корка заготовки затвердевает преимущественно в усло-
виях вынужденного движения жидкого металла, а затем кри-
сталлизация заготовки идет в условиях устойчивого естест-
венного конвективного течения металла. В самой нижней
части заготовки осевая зона затвердевает в условиях отсутст-
вия конвективного движения металла, а во многих случаях
даже в условиях недостаточной подпитки затвердевающего
каркаса жидкой фазой.
Обобщая многочисленные исследования, посвященные
изучению характера движения потоков металла в кристалли-
заторе, рассмотрим лишь основные положения, которые но-
сят фундаментальный характер с точки зрения формирования
заготовки.
При наполнении кристаллизаторов квадратного или
близкого к нему сечения интенсивность и распределение по-
токов в значительной степени зависят от расположения ме-
ниска жидкости относительно горизонтальной линии из цен-
тра кривизны, радиуса кривизны, размеров поперечного се-
чения, скорости разливки и пр. Независимо от размеров по-
перечного сечения кристаллизатора и скорости его наполне-
ния существует определенная асимметричность в распреде-
лении потоков в вертикальной плоскости. Эта асимметрия
усугубляется с увеличением расстояния от горизонтальной ли-
нии до мениска и уменьшением радиуса кривизны. Соответст-
венно меняется и расположение зон восходящих потоков.
Скорость потоков по оси струи при прочих равных усло-
виях снижается тем заметнее, чем меньше радиус кривизны
кристаллизатора. С увеличением размера поперечного сече-
ния область максимальных потоков располагается на боль-
ших расстояниях от мениска, т.е. в зонах с большей толщи-
ной корочки и меньшей температурой потоков. Более слабое
влияние на характер распределения потоков оказывает ско-
рость разливки.
Общую картину вынужденных конвективных потоков,
происходящих в жидкой лунке криволинейных слитков,
364
можно представить следующим образом (рис.6.1). При входе
в кристаллизатор струя раскрывается, поскольку увлекает за
собой окружающую жидкость. При этом возникает направ-
ленная циркуляция жидкости, характеризующаяся замкну-
тым полем конвективных потоков. По мере удаления от ме-
ниска основное раскрытие струи смещается в сторону боко-
вых (не радиальных) стенок, особенно в кристаллизаторах
прямоугольного сечения.
Рис.6.1. Распределение скоростей потоков жидкости в
радиальном кристаллизаторе (радиус 8 м):
а - контур затопленной струи;
б - стенка кристаллизатора
365
Восходящие потоки перемещаются к боковым стенкам. В
плоскости, проходящей через ось струи параллельно боко-
вым стенкам, в зависимости от расстояния между мениском и
горизонтальной осью из центра кривизны наблюдаются мак-
симальные нисходящие потоки около одной из криволиней-
ных стенок и восходящие - около другой. Уменьшение ра-
диуса кривизны усугубляет описанную картину асимметрич-
ности движения потоков.
Изменение центрального подвода струи на торцовый по-
зволяет создать в середине поперечного сечения слитка вос-
ходящие потоки вместо нисходящих, имеющих значительно
более высокие скорость и температуру, что весьма важно для
предупреждения образования продольных поверхностных
трещин.
Рассмотренные явления оказывают значительное влияние
на скорость формирования твердой корочки. Например, вы-
полненные экспериментальные исследования для разливки
блюма сечением 335x400 мм в радиальном кристаллизаторе
позволили получить следующие зависимости для нарастания
твердой корочки [193]:
по стороне большого радиуса ^ = 2,24 ^-694\
по стороне малого радиуса = 2,28 /,674.
Указанные явления, определяющие процессы тепло- и
массопереноса в жидкой фазе заготовки, оказывают наиболее
ощутимое влияние на возможность появления различных ви-
дов дефектов (рис.6.2).
В зависимости от технологических условий разливки и
марки разливаемой стали непрерывнолитая заготовка может
иметь большее или меньшее количество дефектов. Для опре-
деления основных направлений совершенствования техноло-
гического процесса непрерывной разливки стали рассмотрим
подробно основные условия и причины возникновения и раз-
вития наиболее важных (с точки зрения качества заготовки)
дефектов и возможности их предотвращения [41,231, 346-
355].
366
22
Рис.6.2. Схема основных видов дефектов
непрерывнолитой заготовки
К числу основных дефектов непрерывнолитых заготовок
следует отнести: поверхностные продольные, поперечные и
паукообразные трещины, внутренние трещины, дефекты
геометрической формы, дефекты в сердцевине слитка, поры
и участки шлаковых включений и т.п.
Продольные поверхностные трещины. Горячие трещи-
ны представляют собой нарушение сплошности в виде раз-
рывов металла. Они располагаются на одной или нескольких
гранях заготовки и обусловлены высокими внутренними на-
пряжениями, возникающими в процессе формирования и
движения непрерывно-литого слитка вдоль технологической
линии МНЛЗ. На образование внутренних напряжений влия-
ют ферростатическое давление, усадочные процессы, недос-
таточный, несимметричный и неравномерный теплоотвод в
кристаллизаторе и ЗВО и т.п.
Продольные трещины обычно появляются в кристалли-
заторе. В зоне вторичного охлаждения их возникновение свя-
зано только с грубыми нарушениями режимов охлаждения.
Однако может произойти дальнейшее распространение воз-
367
никших в кристаллизаторе продольных трещин, которые мо-
гут привести даже к прорывам заготовки. Склонность к обра-
зованию продольных трещин возрастает при следующих ус-
ловиях:
- увеличение соотношения между длинной и короткой гра-
нями заготовки;
- повышение температуры разливки (над линией ликвидуса);
- возрастание скорости разливки;
- увеличение содержания углерода (более 0,15%) или серы
(более 0,2%);
- низкое соотношение содержания марганца и серы (менее 20);
- недостаточное содержание алюминия (менее 0,02%).
Продольные трещины могут проявляться в различных
формах, которые имеют специфические особенности и легко
идентифицируются. Трещины, как правило, устранить невоз-
можно, поэтому заготовки с продольными трещинами браку-
ют, если после удаления их дефектной части длина оставшей-
ся части меньше минимально допустимой для прокатки.
Глубокие продольные трещины (1) на поверхности (см.
рис. 6.2). Чаще всего эти трещины распределяются по сере-
дине широкой грани заготовки и в зоне заворота корки. Эти
трещины могут с разрывами распространяться по всей длине
заготовки, причем после обрыва они продолжаются с некото-
рым боковым смещением. Глубина трещин может составлять
до 50 мм. Причинами их возникновения принято считать не-
равномерное охлаждение в кристаллизаторе, вследствие чего
по его периметру происходит неравномерный рост затверде-
вающей корки слитка с разнотолщинностью до 10... 15 мм на
выходе из кристаллизатора. Возникают поперечные напря-
жения, при недостаточной прочности корки слитка приводя-
щие к продольным трещинам. Другой причиной может быть
торможение усадки слитка в кристаллизаторе, например, из-
за плохой смазки между слитком и кристаллизатором, из-за
рисок на медных плитах и надрывающего действия посто-
ронних включений на поверхности заготовки (шлак), а также
окалины или шлака на роликах, расположенных у дна кри-
сталлизатора.
368
Чтобы предотвратить возникновение этой группы трещин
рекомендуется предусматривать следующие мероприятия.
Для стабильной разливки необходимо обеспечивать точ-
ную форму кристаллизатора без деформации пластин и точ-
ную выверку кристаллизатора по отношению к роликам, рас-
положенным у дна кристаллизатора, и поддерживающему
устройству (сегмент 0). В противном случае происходит не-
равномерный отход корки слитка от стенок кристаллизатора.
Предотвращению возникновения продольных трещин спо-
собствует отсутствие сильных повреждений плит кристалли-
затора надрывами или рисками, а также исключение наруше-
ний расхода охлаждающей воды из-за посторонних загрязне-
ний или воздушных пузырей.
Чтобы избежать одностороннего и неравномерного пото-
ка и связанного с этим неравномерного распространения теп-
ла или эрозию корочки заготовки, необходимо обеспечивать
точную установку погружного стакана по центру кристалли-
затора. Кроме того, шлакообразующие разливочные смеси
должны соответствовать марке разливаемой стали и скорости
разливки для того, чтобы между коркой слитка и стенкой
кристаллизатора возникал равномерный слой расплавленного
порошка, который обеспечивает регламентируемый теплоот-
вод и уменьшает силы трения между заготовкой и стенкой
кристаллизатора.
Продольные трещины в зоне кромок (2) (см. рис.6.2),
располагаются в зоне кромок на широкой или узкой грани за-
готовки. Их протяженность и глубина вырьируются в значи-
тельных пределах. Часто они сопровождаются одновремен-
ным раздутием узких граней слитка, а также внутренними
трещинами. Продольные трещины на кромке являются часто
предварительной ступенью для образования прорывов слит-
ка. Причины возникновения этих трещин - недостаточная ко-
нусность узких граней плит кристаллизатора, в результате
чего происходит слишком ранний отход корочки слитка; не-
достаточный отвод тепла в зоне вторичного охлаждения по
узкой грани; неправильно установленные поддерживающие
369
ролики, прежде всего по узкой грани; слишком высокая ско-
рость разливки; большой радиус закругления в углах кри-
сталлизатора и т.п.
Короткие продольные трещины (3) (см. рис.6.2) протя-
женностью, как правило, менее 100 мм и глубиной 5 мм рас-
пределяются беспорядочно по всей поверхности. Часто их
можно обнаружить лишь во время или после огневой зачист-
ки. Причинами их появления являются слишком высокая
температура разливки и вследствие этого малая толщина
корки слитка, а также внутренние термические напряжения
из-за неодинакового роста корочки слитка. Дополнительным
средством предотвращения этих трещин следует считать
применение шлакообразующих смесей с однородным хими-
ческим составом, температурой плавления, теплопроводно-
стью и пр. При этом шлакообразующая смесь должна пода-
ваться равномерно по времени и распределяться равномерно
по поверхности зеркала металла.
Поперечные поверхностные трещины. Они располагают-
ся поперек продольной оси заготовки, проходят по боковой
поверхности и выходят через ее ребро. Поперечные горячие
трещины появляются на поверхности заготовки при наличии
растягивающих напряжений вдоль оси слитка. Для возникно-
вения последних имеется ряд причин: термические напряже-
ния вследствие неравномерного затвердевания, трение слитка
в кристаллизаторе и в поддерживающем устройстве, дефор-
мация корки слитка при изгибе или выпрямлении и т.п. Об-
разованию поперечных трещин способствует надрывающее
действие циклических наплывов от качания кристаллизатора.
Склонность стали к появлению трещин зависит от ее состава.
Содержание углерода более 0,2%, легирующие добавки, на-
пример хрома, ванадия и ниобия, могут увеличить опасность
растрескивания. Поперечные трещины образуются преиму-
щественно в заготовках квадратного и плоского сечений.
Трещины, как правило, устранить невозможно. Поэтому
заготовки с продольными трещинами бракуют, если после
удаления их дефектной части длина оставшейся части мень-
ше минимально допустимой для прокатки.
370
Поперечные трещины по грани (4) (см. рис. 6.2) распре-
деляются по всей поверхности грани или в продольных до-
рожках. Зачастую эти трещины можно обнаружить только
при огневой зачистке или на зачищенной поверхности. При-
чинами таких трещин обычно являются: растягивающие на-
пряжения в результате повышенного трения, которое возни-
кает из-за не вращающихся по каким-то причинам роликов;
сгибающие деформации из-за раздутия и повторного сжатия
при плохой выверке поддерживающих роликов; переменное
расстояние прохода между противолежащими роликами и
слишком большой шаг роликов; местное переохлаждение
или разогрев корки слитка. Трещины распространяются по
межосевым пространствам дендритной структуры и заканчи-
ваются скоплениями ликватов. Вглубь слитка трещины рас-
пространяются прерывисто, и их развитие, как правило, пре-
кращается до выхода слитка из кристаллизатора.
Чтобы избежать таких трещин, необходимо точно со-
блюдать регламентированное содержание вредных примесей
в металле и заданный для данной марки температурный интер-
вал разливки, систематически контролировать состояние кри-
сталлизатора, точно выверять положение поддерживающих
роликов, следить за вращением всех роликов, правильно выби-
рать и распределять расход воды вторичного охлаждения и т.п.
Поперечные трещины в кромках (5) (см. рис. 6.2) непре-
рывнолитой заготовки образуются почти исключительно в
наплывах. Причины их возникновения - зависание слитка в
углах кристаллизатора, охлаждающие и усадочные напряже-
ния в продольном направлении при переохлаждении кромок
слитка, разрыв слишком холодной кромки слитка при его
выпрямлении и т.п. Предотвращению трещин способствуют:
хороший уход за кристаллизатором, равномерная подача раз-
ливочного порошка, правильная регулировка и равномерное
распределение воды вторичного охлаждения.
Поперечные трещины по складкам (см. рис. 6.2) пред-
ставляют собой нарушение сплошности (прерывистое или
сплошное) по складкам, образовавшимся в результате воз-
вратно-поступательного движения кристаллизатора. Трещи-
371
ны выявляются методом глубокого травления. Глубина их
проникновения в слиток составляет от 0,3 до 20 мм. У самой
поверхности и по мере углубления внутрь слитка трещины
пересекают дендритные оси. Предпосылки появления этих
трещин - снижение прочности металла по складкам вследст-
вие повышенной загрязненности ликватами и неметалличе-
скими включениями; наличие микротрещин, заполненных
ликватами. Поперечные трещины образуются под кристалли-
затором при возникновении в поверхностных слоях слитка
растягивающих напряжений, направленных вдоль слитка.
Для предупреждения образования рассматриваемых
должны строго соблюдаться заданные технологические па-
раметры: оптимальный режим возвратно-поступательного
движения, оптимальный состав шлакообразующей смеси,
режим вторичного охлаждения, регламентированное содер-
жание вредных примесей и пр.
Паукообразные (звездообразные) трещины. Трещины
сетчатого типа появляются в результате межзеренного раз-
рушения сплошности поверхности непрерывнолитых загото-
вок и представляют собой взаимно пересекающиеся неболь-
шие извилистые трещины, проникающие на глубину не-
скольких миллиметров.
Паукообразные (звездообразные) расходящиеся от цен-
тра тонкие трещины (6) (см. рис. 6.2) достаточно часто встре-
чаются при разливке перитектических сталей. Они могут
располагаться в любом месте поверхности заготовки и стано-
вятся видимыми только на свободной от окалины поверхно-
сти или во время огневой ее зачистки.
Причинами возникновения этих трещин принято считать
внутренние напряжения вследствие местного экстремального
периодического переохлаждения или местного разогрева по-
верхности заготовки. Дополнительной причиной может быть
омеднение поверхности заготовки из-за диффузионного про-
никновения меди и ослабления границ зерен. Для предот-
вращения возможности образования паукообразных трещин
необходимо использовать специальные шлакообразующие
смеси, которые обеспечивали бы равномерность толщины
372
шлаковой пленки между стенкой кристаллизатора и поверх-
ностью заготовки. В зоне вторичного охлаждения следует
обеспечить равномерную подачу газовоздушной смеси и оп-
тимальный расход воды в зависимости от скорости и темпе-
ратуры разливки. Дополнительный положительный эффект
дает применение кристаллизаторов с защитным покрытием
(например, напыление молибденом, гальваническое нанесе-
ние хрома и т.п.).
Подкорковые пузыри (поры) и участки шлаковых вклю-
чений. Поры и шлаковые включения появляются чаще всего
одновременно и беспорядочно на поверхности и непосредст-
венно под поверхностью непрерывнолитой заготовки.
Поры и участки шлаковых включений на поверхности
(13) (см. рис. 6.2) становятся заметными только на поверхно-
сти, свободной от окалины и обработанной огневой зачист-
кой. Причины их появления - неправильно выбранная шла-
кообразующая смесь (недостаточно жидкотекучая и
легкоплавкая), которая вызывает повреждение твердой
оболочки слитка; колебания уровня мениска в
кристаллизаторе; скопления неметаллических включений,
формирующихся в процессе разливки.
Поры и шлаковые включения в виде гнезд, расположен-
ных в продольных дорожках (14) (см. рис. 6.2) встречаются
при образовании перехватов в кристаллизаторе (частичное
затвердевание стали на зеркале металла). Перехват, постоян-
но наталкиваясь в мениске на корку слитка, оседает там. Для
устранения этого дефекта необходимо избегать слишком
низкой температуры стали и добиваться достаточной интен-
сивности потока в зоне зеркала металла (т. е. подавать в эту
зону горячие порции стали).
Поры по всей поверхности слябов (15) (см. рис. 6.2)
встречаются в тех случаях, когда сталь недостаточно раскис-
лена, а шлакообразующая смесь содержит большое количе-
ство влаги. Эти поры следует отличать от пор, которые рас-
положены под поверхностью заготовки на глубине 10-15 мм.
Подповерхностные поры обычно связываются с продувкой
стали аргоном через стопор-моноблок или погружной стакан.
373
Неметаллические включения в виде скоплений, пленок и
единичных вкраплений (16) (см. рис. 6.2) могут встречаться на
поверхности заготовки и в подповерхностных слоях. В боль-
шей степени они проявляются на радиальных и криволиней-
ных МНЛЗ на грани меньшего радиуса изгиба. Неметалличе-
ские включения при этом могут быть как экзогенного, так и
эндогенного происхождения. Источниками их появления мо-
гут быть шлакообразующая смесь, захватываемая в металл
быстро движущимися потоками металла из погружного ста-
кана (недостаточное заглубление погружного стакана в рас-
плав или трещина в нем в районе зеркала металла), отслоив-
шийся огнеупорный материал из разливочного и промежу-
точного ковшей, продукты реакции стали и содержащегося в
ней алюминия с огнеупорным материалом, продукты раскис-
ления и вторичного окисления металла, большая глубина
проникновения струи стали в жидкую ванну заготовки, за-
хват шлаковых отложений (на внутренней поверхности по-
гружного стакана) струей металла и пр.
Чтобы уменьшить загрязненность стали неметалличе-
скими включениями и порами, необходимо обеспечивать ра-
циональные режимы движения стали на участке «промковш -
кристаллизатор» и непосредственно в кристаллизаторе, по
возможности исключать ее вторичное окисление с помощью
использования защитных мероприятий и продувки аргоном,
использовать высококачественные огнеупорные материалы
для разливки, а также широко применять методы внепечной
обработки для раскисления, модифицирования и рафиниро-
вания металла.
Подкорковые пузыри (рис. 6.2) представляют собой
дефекты макроструктуры поверхностной зоны заготовки в
виде заполненных газом единичных или групповых пор и
небольших пустот округлой и вытянутой формы, иногда
выходящих на поверхность. Пузыри располагаются по
периметру непрерывнолитых заготовок в захоложенных
участках. Наибольшее количество пузырей наблюдается в
районе узких граней и углов, а также на стыке кристаллитов.
Возникновение подкорковых пузырей чаще всего связано с
недостаточным раскислением металла в процессе его довод-
374
кислением металла в процессе его доводки. Их образование
также может быть вызвано повышенным содержанием влаги
в шлакообразующей смеси, прожиганием стакана-дозатора и
заворотами окисленной корки вследствие резкого колебания
уровня металла в кристаллизаторе.
Внутренние дефекты в сердцевине заготовки. Основ-
ными дефектами этой группы являются осевая ликвация и
осевая пористость (20) (см. рис. 6.2), а также внутренние
трещины. Осевая ликвация представляет собой повышенную
концентрацию ликвирующих примесей в сердцевине, которая
легко обнаруживается по серному отпечатку. Осевая порис-
тость непрерывнолитой заготовки - крупные поры, сосредо-
точенные в осевой зоне, и мелкие поры, разбросанные по
ней. Обычно пористость сопровождается ликвацией.
Осевая неоднородность обусловлена двумя основными
явлениями: ликвационным обогащением центральных зон
примесями и усадкой осевой зоны при затвердевании. Под
действием усадочных перемещений металл осевой зоны, на-
ходящийся в двухфазном «кашеобразном» состоянии, опус-
кается вниз, в результате чего в осевой зоне слитка возникает
так называемая V-образная ликвация. Образование и степень
развития осевой неоднородности непрерывнолитой заготовки
связаны с особенностями ее формирования, температурой
разливки, протяженностью жидкой лунки и состоянием под-
держивающих систем зоны вторичного охлаждения.
При кристаллизации непрерывнолитой заготовки не-
больших сечений с ограниченной протяженностью зоны
двухфазного состояния образуется большая зона столбчатых
дендритов. Из-за различной скорости роста столбчатых кри-
сталлов, обусловленной неравномерностью фронта кристал-
лизации как по периметру, так и по высоте слитка, столбча-
тые дендриты периодически образуют перехваты (так назы-
ваемые «мосты»). Ниже «моста» кристаллизация происходит
при недостаточном питании жидким металлом, а нижний ко-
нусообразный участок лунки, отсеченный от верхних пи-
тающих слоев затвердевшим металлом, представляет собой
обособленную зону кристаллизации. В этой зоне могут воз-
375
никать крупные усадочные поры - вторичные усадочные ра-
ковины. Поступающий в данную зону жидкий металл обога-
щенный ликватами с пониженной температурой плавления,
образует грубую V-образную и шнуровую ликвации, связан-
ные, как правило, с наличием осевых трещин.
Одним из условий, усиливающих осевую ликвацию, яв-
ляется изменение геометрии сечения непрерывнолитой заго-
товки (раздутия) вследствие деформации слитка в поддержи-
вающей системе МНЛЗ. Раздутия вызывают специфические
потоки в жидкой фазе, которые приводят к перераспределе-
нию легирующих элементов и примесей, образуя осевую ли-
квацию, причем с увеличением раздутия непрерывнолитой
заготовки осевая ликвация возрастает.
Осевая ликвация и осевая пористость в непрерывнолитых
заготовках встречаются при разливке сталей практически
всех марок. Однако в большей степени они проявляются в
высокоуглеродистых сталях с высоким содержанием серы.
Уменьшать эти дефекты можно снижением температуры
разливки (величины перегрева над линией ликвидуса).
Внутренние трещины представляют собой междендрит-
ные пространства, которые в большей или меньшей степени
заполнены жидким остаточным расплавом, поскольку возни-
кают еще до полного затвердевания слитка. Внутренние
трещины могут иметь продольное направление (8,9)
(см. рис.6.2). Их появление связывают с переменным рас-
стоянием между верхними и нижними роликами тянущей
клети, излишним обжатием заготовки в тянущей клети, а
также с чрезмерным охлаждением более узких граней и углов
заготовки. Кроме того, следует выделить короткие диаго-
нально ориентированные трещины вблизи кромок, которые
располагаются вплотную к поверхности заготовки (10, 11)
(см. рис.6.2). Причины их возникновения - усадочные напря-
жения вследствие чрезмерного охлаждения кромок заготовки
непосредственно под кристаллизатором, слишком большой
сток воды у кромок, раздутие узких граней из-за неправильной
настройки поддерживающего устройства узких граней и т.п.
376
Трещины в осевой зоне заготовки (12) (см. рис.6.2) появ-
ляются из-за большого раскрытия роликов в зоне нижнего
конца жидкой фазы, изгиба роликов, переменного или слиш-
ком низкого прижимного усилия роликов.
Прочие поверхностные дефекты. Продольные ужими-
ны - это узкие мульдообразные углубления на поверхности
заготовки в продольном направлении, которые являются
предварительной ступенью для образования продольных
трещин. Причины образования ужимин: заворот корки слит-
ка из-за неравномерного охлаждения поверхности заготовки,
мульдообразное изменение корки слитка вследствие при-
липшей к стенке кристаллизатора шлакообразующей смеси,
дефекты геометрической формы кристаллизатора и т.п. Пре-
дотвратить продольные ужимины удается при равномерном
охлаждении кристаллизатора, применении оптимальной
шлакообразующей смеси, содержании в должной кондиции
стенок кристаллизатора и т.п.
Поперечные ужимины (пережимы) представляют собой
узкие углубления, располагающиеся в поперечном направле-
нии разливки, которые по направлению к оси разливки ста-
новятся плоскими. Достаточно часто они появляются почти
через равные промежутки длины заготовки, и сопровождают-
ся пленами и продольными трещинами. Причины возникно-
вения поперечных ужимин: отход корочки слитка от стенки
кристаллизатора в области зеркала металла вследствие чрез-
мерного охлаждения и перелива жидкого металла из мениска
в зазор при колебании уровня в кристаллизаторе. Предупре-
ждение этого дефекта достигается рациональным выбором
шлакообразующей смеси и повышением скорости разливки.
Разрывы проявляются в виде раскрытий на поверхности
заготовки, расширяющихся по направлению к внутренним
объемам. Также они наблюдаются в виде образования плен
на кромке сляба вследствие локальных прорывов и после-
дующего «залечивания» твердой корочки в кристаллизаторе.
Почти всегда этот дефект наблюдается в сочетании с про-
дольными трещинами. В случае усиления его развития про-
исходит прорыв металла под кристаллизатором. Причиной
377
пробивания металла является слабое охлаждение каких-либо
граней кристаллизатора из-за недостаточной их конусности.
Глубокие продольные трещины в начале разливки обра-
зуются сразу за головной частью и имеют протяженность
примерно до 3 м и глубину до 50 мм. Такие трещины возни-
кают из-за термических напряжений в результате чрезмерно
интенсивного и неравномерного охлаждения в кристаллиза-
торе во время наполнения, при препятствовании усадке на-
чальной части заготовки (ненадлежащая набивка головки за-
травки), медленном и рывкообразном вытягивании заготовки
и пр. Уменыпенить количество трещин можно при равно-
мерном (не слишком быстром или медленном) заполнении
кристаллизатора, правильно выбранном количестве, размере
и положении холодильников. Для того чтобы во время за-
полнения кристаллизатора иметь достаточный изолирующий
слой между кристаллизатором и коркой слитка, необходимо
в начале разливки применять быстро- и легкоплавкую шла-
кообразующую смесь.
Пояса и завороты корки (22) (см. рис. 6.2) - это дефекты
поверхности заготовки, имеющие практически одно и то же
происхождение. Они представляют собой углубления, распо-
ложенные перпендикулярно ребрам заготовки по всему пери-
метру. Различают широкие (поясное образование) и узкие (ус-
тупы заливки) углубления. Дефекты часто наблюдаются вме-
сте с локальным расположением шлака и скоплением пор. От-
личаются они степенью развития и являются следствием за-
лива металла за кристаллизовавшуюся и отошедшую от стен-
ки кристаллизатора оболочку слитка. Пояс - это грубый де-
фект, охватывающий практически весь периметр непрерывно-
литой заготовки. Он образуется из-за перерыва в подаче ме-
талла в кристаллизатор (например, при замене сталеразливоч-
ного ковша). Грубые пояса, как правило, не поддаются зачи-
стке, и приводят к браку. Поэтому на практике участок непре-
рывнолитой заготовки с поясом обычно просто вырезается.
Заливины представляют собой неплоскостность заготов-
ки в виде раковин на ее поверхности в совокупности с по-
верхностными трещинами. В процессе разливки жидкая
378
сталь заходит в воздушный зазор между стенкой кристалли-
затора и коркой заготовки и затвердевает при соприкоснове-
нии с поверхностью кристаллизатора. Дефект встречается
главным образом на гранях заготовки, но может также появ-
ляться и вблизи ребер. Причинами возникновения являются
внутренние напряжения в корке заготовки, вызванные нерав-
номерным затвердеванием в кристаллизаторе. Эти напряже-
ния могут развиваться в слабом сечении заготовки, то есть в
местах, где расположены включения шлака или окисленные
брызги. Дефекты можно устранить путем огневой зачистки.
Наплывы - неплоскостность типа заливин на поверхно-
сти, которая неотчетливо ориентирована поперек ее длины.
Причины их образования: проникновение преждевременно
затвердевшего на зеркале ванны металла к стенкам кристал-
лизатора за счет смывающего действия струи, которая пере-
мещает эти твердые куски к стенкам кристаллизатора; волно-
образные процессы на зеркале ванны. Обычно возникновение
наплывов связывают с низкой температурой разливки, недос-
таточной жидкотекучестью металла, образованием оксидной
пленки на зеркале вследствие плохой работы шлакообра-
зующей смеси и пр. В случае локального расположения де-
фект можно удалить огневой зачисткой.
Брызги наблюдаются в виде мелких неравномерно рас-
пределенных частичек металла, прочно связанных одним из
участков своего периметра с поверхностью заготовки. При-
чиной возникновения такого дефекта является неблагопри-
ятное формирование струи металла, вытекающей из пром-
ковша в кристаллизатор (распыление, колебание, отклоне-
ние от вертикальной оси и т.п.). Кроме того, при прогора-
нии погружного стакана отдельные порции металла вытал-
киваются вбок и располагаются между поверхностью заго-
товки и стенкой кристаллизатора. Брызги можно устранить
огневой зачисткой.
Волнистость представляет собой периодические, волно-
образные образования на поверхности заготовки, располо-
женные в поперечном оси направлении. Причина их появле-
379
ния - периодическое перехлестывание жидкой стали за мени-
скообразную затвердевшую у стенок кристаллизатора сталь-
ную корку. К волнистости также относят наслоения, возни-
кающие из-за колебательного движения кристаллизатора. В
определенной степени уменьшить волнистость можно при-
менением соответствующих шлакообразующих смесей. При
нормальной волнистости заготовки необходимость в устра-
нении этого дефекта отсутствует, поскольку при дальнейшей
прокатке он исчезает.
Дефекты отклонения геометрической формы. Разду-
тие заготовки происходит под влиянием ферростатического
давления металла, если поверхность еще не затвердевшей за-
готовки совсем не поддерживается или поддерживается не-
достаточно. Причинами этого являются: раздутие между ро-
ликами во время остановки машины, недостаточная длина
поддерживающего устройства МНЛЗ (глубина жидкой серд-
цевины превышает длину поддерживающего устройства) или
чрезмерная скорость разливки. Для предупреждения дефекта
рекомендуется интенсификация охлаждения в кристаллиза-
торе и ЗВО.
Ромбичностъ поперечного сечения заготовки представ-
ляет собой дефект геометрической формы, когда профиль
поперечного сечения приобретает форму ромба. Причины
возникновения ромбичности: внутренние напряжения в твер-
дой корочке, вызванные неравномерностью теплоотвода в
кристаллизаторе; изменение геометрических параметров
гильзы кристаллизатора вследствие износа или коробления;
неравномерное охлаждение во вторичной зоне; внецентрен-
ная подача струи металла в кристаллизатор и пр. Мерой диа-
гонального искажения является разность двух диагоналей.
Этот дефект очень часто сопровождается сужениями по се-
чению или продольными трещинами. В результате при даль-
нейшей прокатке могут возникать закаты, а также внутрен-
ние трещины в транскристаллитной зоне.
Вогнутость характеризуется вогнутой формой сечения
заготовки. Причинами вогнутости являются, как правило, не-
380
равномерное вторичное охлаждение или слишком высокое
прижимное усилие тянущих валков. Трещины, встречающие-
ся совместно с вогнутостями, приводят к браку.
Коробление - это дефект, при котором заготовка изогнута
в аксиальном направлении. Причинами коробления принято
считать неравномерное охлаждение заготовки с двух проти-
воположных сторон на участке вторичного охлаждения, а
также несовпадение оси струи металла из промковша с на-
правлением вытяжки заготовки. Правка изогнутых заготовок
невозможна.
Общая характеристика основных видов дефектов геомет-
рической формы и поверхности, а также макроструктуры не-
прерывнолитой сортовой заготовки приведена в табл.6.1 [41].
Обобщая выполненный нами феноменологический ана-
лиз наиболее распространенных видов дефектов, которые
могут формироваться на поверхности и внутри непрерывно-
литых заготовок, следует подчеркнуть, что практически все
дефекты не являются органическим пороком непрерывноли-
той заготовки, что позволяет предотвратить их возникнове-
ние при достижении рациональных режимов разливки и
функционирования МНЛЗ. С определенной степенью допу-
щений можно выделить три основные категории причин об-
разования дефектов:
• обусловленные технологическим процессом разливки
стали (слишком высокая или низкая температура разливки,
химическая неоднородность стали, загрязненность ее неме-
таллическими, шлаковыми и газовыми включениями и пр.);
• связанные с обслуживанием МНЛЗ в ходе разливки
(слишком сильные колебания зеркала металла, нарушения в
подаче шлакообразующей смеси, неравномерность охлажде-
ния в зоне вторичного охлаждения и пр.);
• вызванные неудовлетворительным содержанием
МНЛЗ (состояние внутренней поверхности кристаллизато-
ра, расположение поддерживающих роликов, усилие тяну-
щей клети и т.п.).
381
Таблица 6.1. Общая характеристика дефектов
непрерывнолитой заготовки
Дефект Описание „ . Причины возникновения дефекта 1 Способы предупреждения
Дефекты формы и поверхности
Ромбичность Профиль попе- речного сечения имеет форму ромба Напряжения в корке заготовки и 5-за неравномерного отвода тепла в кристаллизаторе, износ рабочих стенок и отклонения геометрических параметров кристаллизатора Равномерный теплоотвод, контроль геометрии гильзы кристаллизатора и работы форсунок в зоне вторичного охлаждения
Раздутие (выпук- лость) Бочкооб разность поперечного се- чения Высокая скорость или темпе- ратура разливки. недостаточ- ное охлаждение гильзы кри- сталлизатора, неудовлетвори- тельная настройка правильно- тянущей клети Соблюдение температур- ного и скоростного режимов разливки, охлаждения, кон- троль геометрических пара- метров кристаллизатора
Продольная угловая тре- щина Трещина, про- ходящая вдоль оси заготовки Износ донной части кристал- ли затора, неравномерное охлаждение заготовки в кри- сталлизаторе, повышенная температура стали в промков- ше, высокое содержание вред- ных примесей (S, Р, Sn, Pb, Sb) Контроль геометрических параметров крис- таллизатора, поддержание оптимальной температуры разливки, ограничение со- держания вредных приме- сей и пр
Поперечные трещины Трещина, про- ходящая по бо- ковой поверхно- сти граней попе- рек продольной оси заготовки Неравномерное затвердевание заготовки, повышенное тре- ние слитка в кристаллизаторе, действие циклических надры- вов оболочки при качании кристалли затора, зависание слитка в кристалли заторе Соблюдение темпера- турного интервала разлив- ки, контроль состояня кри- сталлизатора, соблюдение режимов вторичного охла- ждения смазки и пр
Поры Углубления или полые простран- ства на поверх- ности заготовки Избыточные влажность или количество смазочного масла с завышенным кислотным чис- лом, газовыделение из смазоч- ного материала у края кри- сталлизатора Регламентированное ис- пользование смазочного материала, обеспечение требуемой раскисленности стали
Следы кача- ния крис- таллизатора Надрывы обо- лочки заготовки в виде попереч- ных углублений Неправильный выбор режимов качания кристаллизатора, смаз- ки, температуры разливки, не- правильная настройка поддер- живающих роликов Соблюдение оптимального режима возвратно-поступа- тельного движения крис- таллизатора, контроль со- стояния кристалл и за гора
Загрязнения на поверх- ности заго- товки Скопление неме- таллических включений в ви- де частично за- литых металлом частиц шлака Размыв огнеупоров ковша, затя- гивание шлака и? промковша, всплывшие и? металла продук- ты вторичного окисления Соблюдение технологии внепечной обработки ста- ли, применение огнеупоров высокого качества и качест- венной шлакообразующей смеси для промковша и кристаллизатора
Паукообраз- ные трещины Расходящиеся от центра тон- кие трещины Внутренние напряжения вслед- ствие местного периодического переохлаждения или разогрева поверхности заготовки Использование специаль- ных ШОС в совокупности с равномерной подачей во довоздушной смеси в ЗВО
382
Продолжение таб. 6.1
Дефект Описание л , Причины возникновения дефекта Способы предупреждения
Дефекты макроструктуры
Осевая пористость Поры различного размера, локали- зованные вблизи теплового центра заготовки Неправильный выбор режи- мов разливки, в том числе высокий уровень перегрева стали в промковше и нерав- номерное охлаждение заго- товки Уменьшение перегрева ста- ли в промковше, обеспече- ние большей температурной однородности стали по длине промковша
Осевая химическая неоднород- ность На продольных темплетах наблю- дается в виде от- дельных точек, сплошного шнура или V-образных участков повышен- ной травимости Температурная усадка стали, высокий уровень перегрева стали в промковше, повы- шенное содержание ликви- рующих элементов (С, S, Р) Уменьшение перегрева ста- ли в промковше, обеспече- ние большей температурной однородности стали по длине промковша, сниже- ние содержания серы и фосфора в стали
Осевые тре- щины Чаще всего име- ют «паукообраз- ный» вид Вследствие термических напряжений, возникающих при неправильном выборе режимов в зоне вторичного охлаждения Оптимизация режимов по- дачи воды в зоне вторично- го охлаждения, повышение однородности водовоздуш- ной смеси
Трещины, перпендику- лярные гра- ням, угловые трещины Нитевидные по- темнения повы- шенной травимо- сти по контуру заготовки Вследствие термических напряжений, возникающих при неправильном выборе режимов в зоне вторичного охлаждения и искажения профиля заготовки Оптимизация режимов ох- лаждения заготовки, выбор рациональных смазок или шлакообразующих смесей
Деформаци- онные тре- щины В поперечном се- чении имеют вид гнездообразного скопления трещин или полос повы- шенной трави- мости, продоль- ном - слой трещин примерно одной длины Вследствие деформации заго- товки в 2-х фазном состоянии роликами зоны вторичного охлаждения и разгиба Контроль установки роли- ков зоны вторичного охла- ждения и разгиба
Точечная неоднород- ность Точечные скопле- ния ликватов вбли- зи поверхности преимущественно по стороне мень- шего радиуса Вследствие нарушения режи- мов раскисления стали, не- правильно выбранного расхо- да или состава шлакообра- зующей смеси, разрушения огнеупоров и пр Оптимизация условий рас- кисления стали, защита от вторичного окисления, про- дувка стали аргоном, ис- пользование качественных огнеупоров и смесей
Внеосевая химическая неоднород- ность Полоса более светлая, чем ос- новной фон сер- ного отпечатка или полоса пони- женной трави- мости Наблюдается при использо- вании электромагнитного пе- ремешивания металла или при нестабильной технологии литья Оптимизация режимов электромагнитного пере- мешивания и выбор места его приложения
383
6.2.КОНТРОЛБ КАЧЕСТВА И УПАКОВКА МЕТАЛЛОПРОДУКЦИИ
В современных условиях рыночной экономики и разви-
тия международной торговли понятие «качество продукции»
приобретает существенно новое значение. В настоящее время
невозможно добиться успеха в реализации продукции при
условии, что она не соответствует установленным государст-
вом или международными организациями стандартам. Стан-
дарты служат мерой качества, эталоном, регламентирующим
количественные показатели основных свойств, совокупность
которых позволяет установить соответствие продукции ос-
новному назначению. Стандарт и качество - взаимосвязанные
и взаимно влияющие понятия, поскольку уровень качества
продукции определяется уровнем требований стандартов.
Поэтому как потребитель, так и производитель заинтересова-
ны в повышении качества продукции [366-369].
К числу стандартизованной металлопродукции относят
заготовки, прокат сортовой и листовой, предназначенный для
строительства, судостроения, железнодорожного транспорта,
изготовления труб различного назначения, проволоки, сталь-
ных канатов, ряда других видов продукции.
Качественные показатели, обусловленные стандартами,
представляют собой совокупность основных потребитель-
ских свойств. Для заготовок и проката обязательными харак-
теристиками являются: внешний вид, форма, размеры и фи-
зико-химические свойства. Общий рост качества проката
обеспечивается, прежде всего, оптимальным расширением
ассортимента профилей, размеров и марок стали, а улучше-
ние качества одного конкретного вида продукции - путем
наибольшего приближения фактических размеров и свойств к
номиналу, установленному стандартом, т.е. повышением од-
нородности.
Существующие стандарты, разрабатываемые и утвер-
ждаемые государственными органами, условно можно разде-
лить на две основные группы: стандарты на продукцию (пре-
дусматривают требования ко всем видам промышленной про-
дукции) и стандарты на методы контроля (содержат требо-
384
вания, обеспечивающие получение заданных качественных
показателей изделий и их рациональное использование).
Основным видом товарной продукции черной металлур-
гии является заготовка (блюм, сляб, квадратная и круглая
сортовые заготовки), прокат и изделия четвертого передела
(труба, метизы, проволока). Эта продукция служит сырьем
или полуфабрикатом для большинства других отраслей на-
родного хозяйства, причем во многих случаях металл подвер-
гается дальнейшей переработке, резанию, сварке, гибке, тер-
мической обработке. Следовательно, помимо норм, которым
должен соответствовать металл в процессе эксплуатации де-
тали, агрегата или конструкции (конструктивная прочность,
коррозионная устойчивость, жаропрочность и т.д.), он дол-
жен обладать технологическими свойствами, необходимыми
в процессе изготовления деталей или конструкций. Эти свой-
ства также нуждаются в стандартизации.
Среди государственных стандартов на сталь и прокат бо-
льшая их доля относится к качественным сталям. Стандарты
качественных сталей делятся на четыре основных вида.
Классификационные стандарты регламентируют хими-
ческий состав и общие качественные характеристики стали
без отнесения их к конкретным видам проката.
Сортаментные стандарты устанавливают формы про-
ката, размерные ряды по толщине или диаметру, длине и ши-
рине проката и допуски на все нормируемые размеры. Сор-
таментные стандарты могут быть общими (без указания
групп марок, на которые они распространяются) и частными
(для определения марок или групп марок сталей и сплавов).
Стандарты на технические требования регламентируют
качественные характеристики на определенные и на несколь-
ко видов прокатов из конкретных марок сталей и сплавов.
Эта группа стандартов наиболее распространена и перспек-
тивна с точки зрения расширения объема стандартизируемых
объектов.
Общие стандарты устанавливают технические требова-
ния к одному или нескольким видам проката из определен-
385
ной группы марок стали и распространяются по химическому
составу на все другие виды проката из этих марок. К этой же
группе относятся стандарты, которые, кроме марок сталей и
технических требований к ним, содержат сортамент продук-
ции, размеры и допуски. Стандарты регламентируют кон-
кретные размеры и допуски для лент, листов и прутков, нор-
мы по магнитным свойствам для групп размеров каждого ви-
да продукции. Данная группа включает также стандарты, ус-
танавливающие не только технические требования к опреде-
ленным видам продукции, но и методы испытаний отдельных
показателей.
Необходимо отметить, что соответствие качества метал-
ла требованиям стандарта во многом зависит от совершенст-
ва системы контроля, надежности методик и средств, приме-
няемых для этой цели. Правильно поставленный технический
контроль должен охватывать технологический процесс в це-
лом и каждую операцию в отдельности. Контроль должен не
только не допустить попадание брака на последующие опе-
рации или потребителям, но и своевременно предотвратить
возможность возникновения брака. На металлургических за-
водах по производству качественных сталей применяют пол-
ный и выборочный контроль заготовок и проката из них.
Преимущества первого метода очевидны, однако трудоем-
кость, большие материальные затраты, связанные с его вы-
полнением, не всегда оправдываются.
Контроль качества осуществляется с целью предотвра-
щения прокатки слитков и заготовок, не соответствующих
стандарту или заказу (по химическому составу, имеющих де-
фекты браковочного характера или склонных к их развитию в
процессе прокатки).
При прокатке непрерывнолитых заготовок из качествен-
ных сталей производят плавочный контроль: от каждой плав-
ки прокатывают контрольные образцы и после тщательного
контроля качества проката разрешают в прокатку остальные
заготовки плавки. Плавочный контроль позволяет: устано-
вить пригодность металла данной плавки для выполнения за-
386
казов; выбрать рациональную технологию прокатки остав-
шихся заготовок с учетом особенностей плавки; предотвра-
тить возникновение брака при назначении плавки только по
данным плавительной карты и химического анализа.
Контроль основных технологических операций непо-
средственно на прокатном стане предусматривает проверку:
качества поверхности, маркировки блюмов, слябов и загото-
вок перед посадкой в нагревательные печи; режима нагрева
металла перед прокаткой и последовательности выдачи слит-
ков (заготовок) на стан; размеров поперечного сечения и ка-
чества поверхности промежуточного и чистового профилей;
правильности и качества маркировки проката; отбора проб
для технологических и сдаточных испытаний металла.
Последний, наиболее ответственный этап - проверка
свойств и качества готового проката перед отгрузкой потре-
бителям. Он включает: проверку режима охлаждения металла
после прокатки; контроль качества и испытание механиче-
ских свойств металла (соответствие требованиям стандарта и
заказа); сортировку проката по качеству поверхности, разме-
рам поперечного сечения и длине; неразрушающий контроль
металла с целью обнаружения внутренних и поверхностных
несплошностей; проверку комплектности плавки, соответст-
вия химического состава стали маркировке прутков, упаков-
ки, массы пакета; правильность расфасовки и отгрузки ме-
талла по заказам, оформления технической отгрузочной до-
кументации.
Качество готового проката оценивают по результатам
контроля образцов. Полный объем плавочного контроля
включает следующие испытания : химический анализ плавки;
проверку макро- и микроструктуры для выявления повышен-
ной центральной пористости, точечной неоднородности, лик-
вации, инородных металлических и неметаллических вклю-
чений, внутренних трещин и т. д.; контроль на волосовины
(ступенчатой обточкой), фазового состава (металлографиче-
ским и магнитным методами), величины зерна, глубины
обезуглероженного слоя, склонности нержавеющих сталей к
межкристаллитной коррозии.
387
К перечисленным методам относят также технологиче-
ские испытания на изгиб (для определения деформационной
способности и оценки предельной пластичности металла), на
осадку в холодном и горячем состояниях (для определения
способности металла к деформации, выявления дефектов по-
верхности на расплющивание, перегиб, навивание).
Одной их основных характеристик качества проката яв-
ляется точность размеров профиля, обусловленная правиль-
ностью калибровки и расточки прокатных валков, тщатель-
ностью настройки стана с учетом калибров и температуры
деформирования металла. Правильность профиля готового
проката определяют измерительными приборами и инстру-
ментами, специальными шаблонами и визуально.
Контроль в прокатных цехах выполняют отделы техни-
ческого контроля, заводские лаборатории, технические служ-
бы цеха и т.п. Металлопродукцию, подлежащую отгрузке по
заказам, проверяет служба технического контроля с оформ-
лением приемосдаточных документов и сертификатов. За-
бракованная на любом этапе производства продукция браку-
ется окончательно или отправляется на дополнительную об-
работку с тщательным контролем.
Одним из основных факторов, способствующих расши-
рению экспорта продукции черной металлургии, является
правильная и рациональная упаковка. Географическое распо-
ложение наших металлургических заводов, требующее, как
правило, длительной транспортировки продукции к ино-
странному потребителю, обязывает проявлять более внима-
тельное отношение к упаковке экспортной продукции.
В заказах на поставку отдельных видов металлопродук-
ции могут предусматриваться некоторые специальные до-
полнительные требования к таре, упаковке или предохране-
нию от повреждения и коррозии, не предусмотренные стан-
дартами или техническими условиями и вызванные требова-
ниями внешнего рынка или специфическими условиями по-
ставки в страны с влажным тропическим климатом.
388
Доброкачественность упаковки оценивается тем выше,
чем меньше убытков от повреждения продукции возникает
при его транспортировке.
При выборе упаковки необходимо учитывать следующие
факторы: целесообразность, экономичность и внешний вид.
Исходя из того, в каком виде поступила продукция, как она
упакована и замаркирована, покупатель делает вывод о том,
какое значение придают экспортируемым товарам на заводе-
изготовителе, а также в какой мере учитывают пожелания
покупателя. Упаковка наряду со своей основной функцией
защиты продукции должна обеспечивать удобство выполне-
ния погрузочно-разгрузочных работ и складирования меха-
низированным и ручным способами. При выборе упаковки
одним из основных критериев является ее экономичность.
Необходимая защитная функция упаковки должна быть
обеспечена с наименьшими затратами материалов и рабочей
силы. При этом должны учитываться и дополнительные рас-
ходы, которые могут возникнуть при транспортировке, скла-
дировании и таможенных сборах из-за чрезмерной массы
упаковки. В то же время действительная защитная функция
упаковки не может быть выполнена при затратах ниже опре-
деленного минимума. Затраты на упаковку и ее защитные
свойства должны находиться в правильном соотношении.
Смысл и цель экспортной упаковки заключается в пре-
дотвращении порчи товара во время его транспортировки.
Поступающая к покупателю в поврежденном состоянии ме-
таллопродукция влечет за собой уценку товара, а в некото-
рых случаях побуждает покупателя отказаться от последую-
щих закупок.
Повреждения экспортного товара могут иметь разнооб-
разный характер и вызываться различными причинами:
- ударами или толчками при маневрировании транспорт-
ных средств и погрузочно-разгрузочных работах;
- вибрацией при транспортировке железнодорожным или
автомобильным транспортом;
389
- нажимами при укладке в штабеля в вагонах, трюмах су-
дов и складах;
- переменой температуры и образованием конденсата при
смене климатических зон;
- сыростью (высокая относительная влажность воздуха,
дожди, снег и т.п.), при хранении в портах и при перевозках
железнодорожным и морским путем.
Таким образом, в зависимости от вида и свойств метал-
лопродукции, способа ее транспортировки необходимо под-
бирать такие упаковочные материалы и такую конструкцию
упаковки, которые бы противостояли всем факторам, вызы-
вающим повреждение товара.
Правильное исполнение упаковки требует проработки
всех ее деталей: защиты от коррозии (особенно от морской
воды и дождя), решения вопросов прочности и жесткости как
при укладке в штабеля одного груза на другой, так и при пе-
ремещении кранами, возможных толчков, ударов, качке при
транспортировке.
Защита изделий от влияния действующих на них факто-
ров включает такие последовательные процессы: консерва-
цию; обертывание в бумагу, ткань, пленку и т.п.; укладку в
тару (пакеты, контейнеры, коробки и т.п.).
Упаковка металлопродукции подразделяется на барьер-
ную (внутреннюю) и транспортную.
Барьерная упаковка кроме удобства мелкой расфасовки
для потребителей предназначена для предотвращения или
замедления доступа к изделию паров воды и агрессивных га-
зов, для замедления диффузии паров ингибитора во внешнее
пространство и для сохранения ингибитора, смазки или масла
на поверхности изделий. Упаковка изготавливается из поли-
мерных и комбинированных материалов, металла, картона,
ткани и других материалов в зависимости от особенностей
упаковываемой продукции.
В качестве жесткой тары для упаковки проката приме-
няются металлические пакеты или деревянные ящики; а в ка-
честве мягкой - тарная ткань, синтетические пленки или дру-
390
гие материалы. Масса металлической упаковки не должна
превышать 2,5% массы продукции. При массе пачек менее
2 т допускается масса металлической упаковки до 60 кг.
При выборе тары заводам-поставщикам всегда необхо-
димо учитывать постоянные качку и вибрацию, возникающие
при транспортировке и приводящую к уплотнению и смеще-
нию изделий, образованию пустот внутри тары и, как следст-
вие, к ее поломке. Поэтому укладку изделий в тару необхо-
димо производить таким образом, чтобы тара была заполнена
полностью, и изделия не могли перемещаться при изменении
положения тары и под воздействием инерционных сил при
транспортировке и погрузочно-разгрузочных работах.
Состояние упакованных изделий при транспортировке и
складировании зависит от микроклимата внутри упаковки.
Относительная влажность внутри тары более 40...50% при-
водит к коррозии металла при выпадении конденсата.
Упаковка экспортных изделий при поставках в районы с
умеренным климатом зависит от вида металлопродукции,
способа транспортировки и местных климатических условий.
С учетом этого выбираются и соответствующие способы
упаковки и консервации. При поставках металлопродукции в
районы умеренного климата, но с транспортировкой через
тропики упаковка должна обеспечивать защиту изделий от
воздействия тропического климата.
Нельзя отделять упаковку от изготовления продукции,
поскольку упаковка является последней стадией производст-
венного процесса экспортного товара и при разработке тех-
нологического процесса должна входить в него составной ча-
стью. Все лица, причастные к упаковке, должны быть озна-
комлены с ее образцами. Заводы-изготовители обязаны иметь
соответствующие инструкции по упаковке, необходимые
сведения об упаковочных материалах с особой оговоркой,
какими материалами или методами запрещается пользоваться
при упаковке продукции на экспорт.
Заготовка для переката и трубная заготовка размерами до
100 мм включительно поставляется упакованной в связки. За-
391
готовка более крупных размеров поставляется без упаковки.
В качестве увязочного материала рекомендуется применять
стальную ленту. Количество перевязок предопределяется
длиной заготовки.
В зависимости от вида сортового и фасонного проката,
его размеров и назначения применяются следующие виды
упаковки: 1) промасливание, обертка во влагонепроницае-
мую бумагу, укладка в тару и обвязка; 2) промасливание и
обвязка; 3) только обвязка; 4) поштучно (без обвязки).
Способы упаковки могут быть такими:
• сортовой и фасонный прокат сечением свыше 200 мм - по-
штучно без обвязки;
• прокат сечением свыше 100 и 200 мм - поштучно или в
связках;
• прокат сечением менее 100 мм - в связках;
• холодногнутые профили из холоднокатаной и травленой
горячекатаной заготовки - промасленными в связках;
• холодногнутые профили из горячекатаной нетравленной за-
готовки - в связках;
• сталь калиброванная, шлифованная и серебрянка - промас-
ленными, обернутыми во влагонепроницаемую бумагу в таре
с последующей обвязкой упаковочной лентой.
Экспортные грузы, поступающие в порт, как правило,
подвергаются промежуточному складированию. Это обу-
словливается следующими причинами: товар предназначен
для погрузки на несколько судов; товар для одного получате-
ля поступает в порт с различных заводов и в разные сроки;
ожидается отправка партии товаров на одном судне, но завод
поставляет продукцию в течение длительного периода.
При выгрузке и складировании в порту часто возникают
осложнения из-за того, что тяжеловесные грузы (металло-
продукция), были погружены в крытые вагоны или полува-
гоны небрежно и в недостаточно прочной упаковке.
При погрузке металлопродукции в трюм судна груз под-
вергается особому воздействию, поскольку для полного ис-
пользования вместимости трюмов необходимо заполнить ка-
392
ждое свободное место, а при этом невозможно избежать
толчков или нажимов. При морских перевозках следует учи-
тывать и такие факторы, как размеры судовых люков судна,
через которые производится погрузка, высоту загрузки трю-
мов до 7 м и более.
Упаковка металлопродукции, перевозимой в трюмах,
должна выдерживать давление грузов, расположенных на них.
В зависимости от размеров судна товары укладываются в 5-10
ярусов, что в 4-5 раз выше, чем при погрузке в железнодо-
рожные вагоны. Таким образом, товары при морских перевоз-
ках должны выдерживать значительно большее давление.
Перевозка морским транспортом более опасна, чем лю-
бым другим. Крупные порты некоторых стран имеют обору-
дованные причалы и краны различной грузоподъемности, по-
этому при отправке грузов в такие порты учитываются только
требования таможен данных стран к упаковке и маркировке.
Однако существуют порты, в которых крупные морские суда
не могут подойти к причалу и должны выгружаться на рейде,
на удалении от берега. В этом случае товары перегружаются
на лихтеры, доставляющие их к причалу. К тому же, в боль-
шинстве портов не хватает крытых складов, и продукция хра-
нится в течение длительного времени под открытым небом.
Транспортировка груза из порта страны - покупателя
производится железнодорожным или автомобильным
транспортом. Поэтому получатели предпочитают заказы-
вать металлопродукцию с более легким и удобным для них
развесом мест.
При отправке продукции в связках (сортовой прокат,
трубы и т.п.) целесообразно предварительно увязывать их
вначале в малые связки. А затем в большие, чтобы при необ-
ходимости последние можно было легко разделить.
Речные перевозки товара на малооборудованных судах
и баржах также требуют тщательной упаковки, поскольку
из-за мелей и порогов на реках приходится прибегать к не-
однократным перегрузкам и транспортировке другими
средствами.
393
При отгрузках продукции в страны Юго-Восточной Азии
следует обращать внимание на антикоррозийную защиту ме-
таллопродукции, так как при перегрузке грузы часто долго
хранятся под открытым небом в условиях необычно влажно-
го тропического климата. В тех случаях, когда груз должен
перевозиться через пустынные районы, упаковка должна в
достаточной мере защищать его от песка и пыли, проникаю-
щих через малейшие зазоры.
6.3.ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ СЕРТИФИКАЦИИ ПРОДУКЦИИ
Слово «сертификация» в переводе с латыни означает
«сделано верно». И в этом плане понимание идеи сертифика-
ции известно достаточно давно и уходит своими корнями к
различного рода заверениям продавца покупателю относи-
тельно качества своего товара. Развитием этой формы яви-
лось получившее широкое распространение в 17-19 в.в.
клеймение. Например, изображение соболя на металлопро-
дукции, которую производили на уральских металлургиче-
ских заводах, принадлежавших Демидовым. Продукцию с та-
ким клеймом охотно брали по всей Европе.
С развитием внешнеторговых и экономических отноше-
ний все более четко проявляется необходимость и целесооб-
разность проведения объективных испытаний и оценок каче-
ства продукции независимыми от покупателя и продавца
экспертами. Информация о соответствии стандартам необхо-
дима покупателю, конечному потребителю, инспектирую-
щим и контролирующим органам, страховым компаниям,
правительственным органам и др. Поэтому сертификация
считается основным достоверным способом доказательства
соответствия продукции (процесса, услуги) заданным требо-
ваниям [370-374]. В самой общей постановке для того чтобы
убедиться в том, что продукция «сделана верно», надо знать,
каким требованиям она должна соответствовать и каким об-
разом возможно получить достоверные доказательства этого
соответствия.
394
В стандарте ДСТУ 2462-94 под сертификацией понима-
ется процедура, посредством которой третья сторона (юри-
дическое лицо или орган, которые в рассматриваемом вопро-
се признаны независимыми и от поставщика, и от покупате-
ля) дает письменную гарантию, что продукция (процесс, ус-
луга) соответствует заданным требованиям. Общепризнан-
ным способом такого доказательства служит сертификация
соответствия (certificate of conformity) - документ, выдан-
ный согласно правилам системы сертификации, который
удостоверяет, что должным образом идентифицированная
продукция (процесс, услуга) соответствует конкретному
стандарту или другому нормативному документу.
Установление соответствия заданным требованиям со-
пряжено с испытаниями, которые заключаются в определе-
нии одной или нескольких характеристик данной продук-
ции по принятым правилам. Любая система сертификации
использует стандарты (международные, региональные, на-
циональные и т.п.), правила и нормы, на соответствие тре-
бованиям которых проводятся испытания. Их осуществля-
ют в специальных испытательных лабораториях. Система-
тическую проверку степени соответствия заданным требо-
ваниям принято называть оценкой соответствия. Более ча-
стным понятием этой оценки считают контроль, который
осуществляется путем измерения конкретных характери-
стик продукции.
В системах сертификации третьей стороной применяют-
ся два способа указания соответствия стандартам: сертифи-
кат соответствия и знак соответствия. Они и являются
способами информирования всех заинтересованных сторон о
сертифицированном товаре.
Сертификат соответствия - это документ, изданный по
правилам системы сертификации и указывающий, что долж-
ным образом идентифицированная продукция (процесс, ус-
луга) соответствует конкретному стандарту или другому
нормативному документу. Сертификат может относиться ко
395
всем требованиям стандарта, а также к отдельным разделам
или конкретным характеристикам продукта, что четко огова-
ривается в самом документе.
Знак соответствия - это защищенный в установленном
порядке знак, применяемый или выданный согласно прави-
лам системы сертификации и указывающий, что данная
продукция (процесс, услуга) соответствует конкретному
стандарту или другому нормативному документу. Знак со-
ответствия ограничен системой сертификации, что указы-
вает на обязанность этой системы (в лице органа по серти-
фикации) контролировать продукцию, маркированную этим
знаком. Обычно в системах сертификации действуют пра-
вила соответствия или национальные стандарты, регламен-
тирующие применение знака соответствия. Разрешение на
его использование выдается органом по сертификации.
Примеры изображения знаков соответствия национальным
стандартам некоторых стран СНГ и ведущих стран мира
приведены в табл.6.2.
С оценкой соответствия связаны такие процедуры. Про-
верка соответствия - подтверждение соответствия про-
дукции (процесса, услуги) установленным требованиям по-
средством изучения доказательств. Надзор за соответст-
вием - повторная оценка с целью убедиться в том, что про-
дукция (процесс, услуга) продолжает соответствовать уста-
новленным требованиям. Обеспечение соответствия -
процедура, результатом которой является заявление, даю-
щее уверенность в том, что продукция (процесс, услуга) со-
ответствует заданным требованиям. Применительно к про-
дукции это может быть заявление поставщика о соответ-
ствии (письменная гарантия в том, что продукция соответ-
ствует заданным требованиям), или сертификация. Заявле-
ние поставщика может быть напечатано в каталоге, наклад-
ной, руководстве по эксплуатации или другом сообщении,
относящемся к продукции, а также это может быть ярлык,
этикетка и т.п.
396
Таблица. 6.2. Знаки соответствия продукции
стандартам различных стран
Символ знака Страна применения Символ знака Страна применения
^0 Австрия NS Норвегия
БДСОН Болгария <Е> Пакистан
|О| Белоруссия ал из Польша
0 BENOR 1) Бельгия п°1 Португалия
Великобритания Россия
Cmsz) Венгрия <JS5> Сингапур
DIN Германия Таиланд
111 ст Q 111 Дания о Турция
/As Израиль Украина
J£—7Г Индия Ш Финляндия
<ж> Испания Франция
Италия sis Швеция
(Ш- Канада Япония
Корея сс Европейский Союз
Нидерланды
397
Термин “заявление поставщика о соответствии” означа-
ет: поставщик (изготовитель) под свою личную ответствен-
ность сообщает о том, что его продукция отвечает требова-
ниям конкретного нормативного документа. Заявление изго-
товителя обычно содержит следующие сведения: адрес изго-
товителя, представляющего заявление-декларацию; обозна-
чение изделия и дополнительную информацию о нем; наиме-
нование, номер и дату публикации стандарта, на который
ссылается изготовитель; указание о личной ответственности
изготовителя за содержание заявления и др. Ссылка на стан-
дарт в данном случае не означает утверждения изделия орга-
низацией, принявшей этот стандарт, а изготовитель не имеет
права пользоваться знаками соответствия стандартам.
Процедуры, правила, испытания и другие действия, ко-
торые можно рассматривать как составляющие самого про-
цесса (деятельности) сертификации, различаются в зависимо-
сти от ряда факторов. Среди них - законодательство, касаю-
щееся стандартизации, качества и непосредственно сертифи-
кации; особенности объекта сертификации, что, в свою оче-
редь, определяет выбор метода проведения испытаний, и т.д.
Другими словами, доказательство соответствия производится
по той или иной системе сертификации, относящейся к оп-
ределенной продукции (процессам, услугам), для которых
применяются одни и те же конкретные стандарты, правила и
процедуры.
Систему сертификации (в общем виде) составляют: цен-
тральный орган, который управляет системой, проводит над-
зор за ее деятельностью и может передавать право на прове-
дение сертификации другим органам; правила и порядок
проведения сертификации; нормативные документы, на соот-
ветствие которым осуществляется сертификация; процедуры
(схемы) сертификации; порядок инспекционного контроля.
Системы сертификации могут действовать на национальном,
региональном и международном уровнях. Если система сер-
тификации занимается доказательством соответствия опреде-
ленного вида продукции (процесса, услуг) - это система сер-
398
тификации однородной продукции, которая в своей практике
применяет стандарты, правила и процедуру, относящиеся
именно к данной продукции.
К стандартам, используемым для целей сертификации,
предъявляются определенные требования, которые учитыва-
ют технические комитеты организаций, занимающихся стан-
дартизацией. В стандарт включаются только те характери-
стики, которые могут быть объективно проверены. Если при
сертификации третьей стороной необходимо установить ме-
тоды контроля производственных процессов, то требования
включаются в специальные правила и программы сертифика-
ции, основанные на стандарте. Стандарт также должен опре-
делять последовательность проведения испытаний, если это
влияет на их результаты.
Сертификация может носить обязательный и доброволь-
ный характер.
Обязательная сертификация осуществляется на основа-
нии законов и законодательных положений и обеспечивает
доказательство соответствия товара (процесса, услуги) тре-
бованиям технических регламентов, обязательным требова-
ниям стандартов. Поскольку последние относятся к безопас-
ности, охране здоровья людей и окружающей среды, основ-
ным аспектом обязательной сертификации являются безо-
пасность и экологичность. Во многих странах действуют
прямые законы по безопасности изделий, поэтому обязатель-
ная сертификация проводится на соответствие указанным в
них требованиям (непосредственно или в виде ссылки на
стандарт). Номенклатура объектов обязательной сертифика-
ции устанавливается на государственном уровне управления.
Добровольная сертификация проводится по инициативе
юридических или физических лиц на договорных условиях
между заявителем и органом по сертификации в системах
добровольной сертификации. Допускается проведение доб-
ровольной сертификации в системах обязательной сертифи-
кации. Нормативный документ, на соответствие которому
осуществляются испытания при добровольной сертификации,
399
выбирается, как правило, заявителем. Заявителем может быть
изготовитель, поставщик, продавец, потребитель продукции.
Системы добровольной сертификации чаще всего объединя-
ют изготовителей и потребителей продукции, заинтересован-
ных в развитии торговли на основе долговременных партнер-
ских отношений.
В отличие от обязательной добровольная сертификация
касается видов продукции (процессов, услуг), не включенных
в обязательную номенклатуру и определяемых заявителем
(или в договорных отношениях). Правила и процедуры сис-
темы добровольной сертификации устанавливаются органом
по добровольной сертификации, но они базируются на реко-
мендациях международных и региональных организаций в
этой области.
Решение о добровольной сертификации, как правило,
связано с проблемами конкурентоспособности товара, про-
движением товаров на рынок (особенно зарубежный); с пред-
почтениями покупателей, все больше ориентирующихся в
своем выборе на сертифицированные изделия.
Если сертификация проводится с целью доказательства
безопасности изделия, то применяются стандарты, в которых
регламентируются характеристики и нормы безопасности.
Это могут быть и специально разработанные для данной цели
нормативные документы. Например, при сертификации на
безопасность изделий электронной техники и бытовых элек-
тротехнических товаров используются международные стан-
дарты по безопасности МЭК. Если изделие сертифицировано
на безопасность, то оно может маркироваться специальными
знаками соответствия, которые относятся к конкретным ви-
дам продукции, например электротехническим бытовым
приборам, или имеют более общий характер, т. е. информи-
руют потребителя о безопасности многих видов товаров.
Создание эффективной государственной системы серти-
фикации можно рассматривать как одну из первоочередных
проблем становления экономики Украины. Первые норма-
тивные документы системы сертификации УкрСЕПРО разра-
400
ботаны в 1993 г. Система устанавливает основные принципы,
структуру и правила Украинской государственной системы
сертификации продукции (процессов, услуг) и предназначена
для проведения обязательной и добровольной сертификации.
Система создана в соответствии с международными норма-
тивными документами ИСО/МЭК. Она предусматривает, что
сертификация на соответствие обязательным требованиям
нормативных документов и требованиям, предусмотренным
законодательством Украины, проводится исключительно в
рамках УкрСЕПРО. Общее руководство системой, организа-
цию и координацию работ по сертификации осуществляет
Госстандарт Украины - национальный орган по сертифика-
ции, а его функции непосредственно исполняет Управление
сертификации Госстандарта.
Организационную структуру УкрСЕПРО, кроме Гос-
стандарта Украины составляют: органы по сертификации
продукции; то же, систем качества; научно-техническая ко-
миссия; испытательные лаборатории (центры); эксперты-
аудиторы; научно-методический и информационный центр;
территориальные центры стандартизации, метрологии и сер-
тификации Госстандарта Украины; Украинский учебно-
научный центр стандартизации, метрологии и качества про-
дукции. На высокие темпы формирования системы сертифи-
кации в Украине оказывает влияние переход к рыночной
экономике.
В соответствии с соглашениями о взаимном признании
результатов сертификации выданные в системе УкрСЕПРО
сертификаты признаются в странах СНГ: Армении, Белару-
сии, Грузии, Казахстане, Киргизии, Молдове, России, Узбе-
кистане, Таджикистане и Туркменистане.
Установлены (стандарт ДСТУ 2296-93) два варианта изо-
бражения национального знака соответствия:
-для продукции, которая отвечает обязательным требова-
ниям нормативных документов и требованиям, предусмот-
ренным законодательными актами Украины (рис.6.3, а):
401
Рис.6.3. Национальный знак соответствия для продукции
-для продукции, удовлетворяющей всем требованиям
нормативных документов, которые распространяются на
данную продукцию (рис.6.3, б).
402
Предприятие (организация) имеет право использовать
знак соответствия только после получения зарегистрирован-
ного сертификата соответствия на продукцию. Знак наносят
на несъемную часть изделия и (или) тару, упаковку, эксплуа-
тационную и товаросопроводительную документацию в мес-
те, определяемом предприятием, получившим право на ис-
пользование знака.
Знак соответствия может проставляться исполнителем
сертификационной услуги (процесса) в рекламных материа-
лах об этой услуге (процессе).
Проведение сертификации продукции в системе УкрСепро
в общем случае производится по схеме, показанной на рис.6.4.
Для проведения испытаний заявитель предоставляет в
испытательную лабораторию образцы (пробы) продукции и
техническую документацию на нее. Срок действия сертифи-
ката соответствия на продукцию, выпускаемую предприяти-
ем серийно, определяется с учетом срока действия норматив-
ных документов на продукцию; срока, на который сертифи-
цирована система качества, но не больше, чем на три года. В
случае сертификации одиночного изделия или партии изде-
лий выданный сертификат соответствия распространяется
только на них.
Сертификация системы качества при производстве опре-
деленных видов продукции производится с целью подтвер-
ждения соответствия требованиям стандартов на системы ка-
чества (например, ИСО 9001 - ИСО 9003) и обеспечения уве-
ренности в том, что производитель способен постоянно вы-
пускать продукцию, отвечающую требованиям нормативных
документов. При этом продукция неудовлетворительного ка-
чества своевременно выявляется, а производитель применяет
все меры для предотвращения появления такой продукции на
постоянной основе.
В соответствии с действующим законодательством за
реализацию продукции, которая подлежит, но не прошла обя-
зательной сертификации, изготовитель (продавец) выплачива-
ет штраф в размере 25% от стоимости проданной продукции;
403
Рис.6.4. Порядок проведения сертификации
продукции в системе УкрСЕПРО
404
за реализацию импортных продовольственных и непродо-
вольственных товаров, не соответствующих требованиям ук-
раинских нормативных документов относительно безопасно-
сти для жизни, здоровья и собственности потребителей и ок-
ружающей среды, штраф составляет 50% стоимости реализо-
ванных товаров.
Одной из главных проблем в развитии системы сертифи-
кации в Украине являются вопросы признания или взаимного
признания результатов сертификации ведущими внешнеэко-
номическими партнерами. Эта проблема охватывает сле-
дующие направления развития: участие в международных
системах сертификации и в работе международных организа-
ций, занимающихся проблемами сертификации; заключение
соглашений с национальными органами зарубежных стран о
взаимном признании сертификатов и результатов испытаний;
создание технических центров Госстандарта за рубежом; ак-
кредитация зарубежных органов по сертификации и испыта-
тельных лабораторий в украинской системе сертификации и
заключение соглашений между отечественными и зарубеж-
ными испытательными лабораториями о взаимном призна-
нии протоколов испытаний.
Система сертификации в Украине строится на междуна-
родных принципах, что должно положительно сказаться на
проблеме признания зарубежными государствами украин-
ских испытательных лабораторий, полученных в них резуль-
татов, украинских сертификатов и знаков соответствия.
^МЕЖДУНАРОДНАЯ СЕРТИФИКАЦИЯ ПРОДУКЦИИ
Сертификация призвана содействовать развитию между-
народной торговли. Однако система сертификации может ока-
заться и техническим барьером. Устранению таких барьеров в
торговле способствуют соглашения о взаимном признании (со-
глашение по признанию - согласно терминологии Руководства 2
ИСО/МЭК), которые в зависимости от количества стран, при-
знающих результаты деятельности другой стороны, бывают
односторонние, двусторонние, многосторонние [375,376].
405
Европейская программа качества EQP (European Quality
Program). Ее цель - объединить усилия всей экономики Евро-
пейского Сообщества (ЕС), направленные на повышение кон-
курентоспособности в результате улучшения качества това-
ров, услуг и совершенствования производства. Начало разви-
тия этой программы, видимо, следует отнести к середине 90-х
г.г., когда в ЕС были приняты основы новой политики в об-
ласти качества продукции. Они отражены в документе КЕС
“Элементы политики Европейского Сообщества в области ка-
чества”. Этому предшествовало возрастающее насыщение ев-
ропейского рынка товарами и еще более явное усиление неце-
новой конкуренции, в том числе в области качества.
В то же время анализ деятельности основных мировых
конкурентов (японских и американских компаний) показыва-
ет, что в подходе к проблеме качества они значительно пре-
взошли европейцев. Так, на удовлетворение запросов потре-
бителей нацелено около 34% из опрошенных западноевро-
пейских фирм и почти 53% компаний США и Тихоокеанско-
го региона. Концепцию TQM применяют около 30% фирм
Европы, более 56% компаний США и свыше 53% Тихоокеан-
ского региона.
Цель политики по качеству как неотъемлемой состав-
ляющей общей экономической политики ЕС видит в сле-
дующем: согласование требований национальным и единому
рынкам для разработки общих целей в области качества;
обеспечение условий для постоянного его улучшения; сбли-
жение требований к качеству государственного и частного
секторов производства; изменение структуры производства в
соответствии с мировыми тенденциями для усиления влия-
ния на качество соответствующих организаций (институтов
качества) и т.д. Основные принципы европейской политики
по качеству сформулированы таким образом: кооперация и
взаимное дополнение; базовый подход; социальность; струк-
турирование; использование новой концепции качества и ин-
тернационализация.
406
Европейская программа качества состоит из пяти разде-
лов: повышение качества и осознание необходимости этого;
создание, развитие и демонстрация способов и методов по-
вышения качества; повышение роли “инфраструктур качест-
ва”; обучение и повышение квалификации; структурная ко-
ординация.
Задачи, поставленные в первом разделе, заключаются в
доведении до руководителей производственных и обслужи-
вающих подразделений информации о преимуществах, кото-
рые обеспечивают высокое качество продукции на внутрен-
нем рынке, проведении широкой рекламной кампании, про-
пагандирующей повышение качества, учреждении европей-
ской премии за качество для фирм, достигших в этой области
значительных успехов, расширении маркировки товаров зна-
ками соответствия и другими символами, несущими потреби-
телю необходимую информацию о товаре.
Задачи второго раздела - распространение передового
опыта по управлению качеством внутри ЕС, обеспечение
взаимопроникновения методов и организация обмена практи-
ческим опытом на национальном и на региональном уровнях.
Третий раздел направлен на выявление и реформирова-
ние тех составляющих инфраструктуры качества, которые
могут оказать негативное влияние на управление единым
рынком ЕС.
Цели четвертого раздела заключаются в усилении эффек-
тивности использования человеческого фактора путем обу-
чения персонала всех уровней, вовлечении каждого сотруд-
ника от высшего звена управления до рядового исполнителя
в процесс управления качеством.
Главная задача пятого раздела состоит в “подготовке Ев-
ропейской хартии качества для закрепления и повышения ро-
ли инфраструктуры качества”, для чего намечается более
тесное взаимодействие организаций по стандартизации, сер-
тификации и метрологии ЕС с общеевропейскими соответст-
вующими организациями. Наряду с этим, отмечается необхо-
димость поддержки национальных органов, которые руково-
407
дят испытательными центрами. Это связано с трудностями
периода гармонизации технических требований к продукции,
а также обязательной увязки методов, применяемых для по-
вышения качества, с требованиями безопасности для челове-
ка и окружающей среды.
С практическими действиями по реализации программ
сертификации систем качества связана работа целого ряда
международных организаций и объединений: EQNET,
IQNET, ПОС, IAF, IACS и пр.
Европейская сеть по оценке и сертификации систем
качества (EQNET). В настоящее время она объединяет 17 ев-
ропейских национальных организаций, занимающихся серти-
фикацией систем обеспечения качества (Австрия, Бельгия,
Великобритания, Германия, Греция, Дания, Испания, Ирлан-
дия, Италия, Нидерланды, Норвегия, Португалия, Финляндия,
Франция, Швеция, Швейцария и Словения). EQNET является
открытой организацией, к которой могут присоединиться ор-
ганы по сертификации систем качества любой страны. Дея-
тельность EQNET направлена на содействие широкому и вза-
имному признанию сертификатов соответствия систем каче-
ства международным стандартам ИСО серии 9000, выдавае-
мых национальными органами.
EQNET имеет единую форму сертификата, который при-
знается организациями-партнерами. Владелец такого серти-
фиката может получить сертификат от любого конкретного
органа, входящего в состав Сети, без дополнительной про-
верки системы качества и заявителя. Сеть предлагает некото-
рые дополнительные услуги: оказание помощи транснацио-
нальными корпорациями по признанию сертификатов прак-
тически в любой стране мира; дополнительная сертификация
товара на соответствие директивам ЕС; проведение добро-
вольной сертификации.
Основополагающими нормативными документами для
аудиторов EQNET служат стандарт ИСО 10011 “Руководя-
щие указания по проверке систем качества. Проверка, квали-
фикационные критерии для экспертов-аудиторов по проверке
408
систем качества” и европейский стандарт EN 45012 “Крите-
рии оценки органов по сертификации систем качества”.
Международная сеть по оценке и сертификации сис-
тем качества (IQNET). Созданная в 1990 г., она своими
главными целями декларирует обеспечение экспертизы и
сертификационных услуг для покупателей во всем мире,
удовлетворение нужд покупателей посредством гармониза-
ции и упорядочения уровней услуг на международном уровне
и т.п. Все участники должны способствовать тому, чтобы
система управления и сертификации IQNET была наиболее
предпочтительна для поставщиков во всем мире.
1QNET объединяет около 30 ведущих стран мира, к числу
которых кроме стран, входящих в EQNET, относятся Япония,
Корея, Гонконг, Сингапур, Аргентина, Австралия, Канада,
Израиль и т.д. На начало 2000 г. в этой системе было выдано
свыше 88 тысяч сертификатов, которые взаимно признаются
странами-участниками. Работа IQNET базируется, главным
образом, на стандартах ISO 9001, ISO 9002, ISO 9003, ISO
14001, BS 7799, QS 9000, EN 46001.
IQNET имеет единую форму сертификата, который при-
знается организациями-партнерами. Им присваивается соот-
ветствующий идентификационный код. Владелец такого сер-
тификата может получить сертификат от любого конкретного
органа, входящего в состав Сети, без дополнительной про-
верки системы качества и заявителя.
Международная независимая организация по сертифи-
кации (ПОС). Объединяет восемь крупных международных
фирм по сертификации продукции и систем качества: «Дет
Норске Веритас» (Det Norske Veritas), «Ллойд Регистр»
(Lloyd’s Register), «Германишер Ллойд» (Germanischer Lloyd),
«Бюро Веритас» (Bureau Veritas), «ТЮФ-СЕРТ» (TUV-CERT),
«ЭйБиСи Кволити Эвалуэйшнс Инк.» (ABS Quality Evalua-
tions, Inc.), «Бритиш Стандардс Инститьюшн» (British Stan-
dards Istitution BSI), «ЭсЖэЭс» (Societe Generale de Surveil-
lance SGS).
409
Каждая из этих фирм занимается сертификацией продук-
ции и услуг в очень широком диапазоне отраслей промыш-
ленности и сервисных услуг и имеет разветвленную сеть сво-
их подразделений, бюро и дочерних фирм. Например, фирма
«Дет Норске Веритас» осуществляет деятельность в судо-
строении, морских перевозках, нефтегазовой промышленно-
сти, нефтепереработке, химической промышленности, строи-
тельстве на морском шельфе, наземном транспорте, автомо-
бильной промышленности, электротехнической и электрон-
ной отраслях, пищевой промышленности, здравоохранении и
социальном обеспечении, банковском деле, финансовых ус-
лугах, страховании, информационных технологиях, связи и
коммуникации.
Фирма «ТЮФ-СЕРТ» акцентирует свое внимание на ме-
таллургической, машиностроительной, энергетической, хи-
мической, огнеупорной, керамической, электротехнической,
электронной, приборостроительной, автомобильной, транс-
портной промышленностях, железнодорожном транспорте,
медицинской технике, строительной продукции, сварочно-
технической поддержке изготовителей и пользователей, ин-
формационных и телематических системах, работе по экс-
пертизе новых материалов и т.п.
Фирма «Бюро Веритас» работает в очень широком спек-
тре областей, главными из которых являются судостроение и
морские перевозки, аэронавтика и космические аппараты, ав-
томобильный транспорт, нефтегазовое машиностроение,
нефтепереработка, химическая промышленность, строитель-
ство на морском шельфе, наземный транспорт, автомобиль-
ная, пищевая промышленность, сельскохозяйственная про-
дукция, здравоохранение и медицинская техника, социальное
обеспечение, страхование, информационные технологии, свя-
зи и коммуникации и пр.
Основная цель организации ПОС состоит в исключении
повторных сертификаций систем качества и придании боль-
шей весомости сертификации на соответствие стандартам
ИСО серии 9000. Однако нельзя не отметить, что реализация
данной цели во многом ограничивается требованиями веду-
410
щих страховых обществ, региональных соглашений и т.п.
Это наиболее ярко проявляется в судостроении, где страхо-
вая компания, страхующая судно, рекомендует организацию
по сертификации. Соответственно британское королевское
страховое агентство «Ллойд» отдает предпочтение сертифи-
катам фирмы «Ллойд Регистр», а, например, скандинавские
страховые компании - фирмы «Дет Норске Веритас». Такая
ситуация наблюдается и в других отраслях промышленности.
В настоящее время сертификаты Дет Норске Веритас,
Ллойд Регистр, Германишер Ллойд, Бюро Веритас и ТЮФ-
СЕРТ пользуются достаточно широкой популярностью у
экспортеров продукции во всем мире. Среди украинских экс-
портеров продукции можно выделить металлургические и
машиностроительные предприятия, которые в большинстве
своем стремятся достигнуть максимально возможной степени
аттестации по системе стандартов ИСО серии 9000, получив
сертификаты вышеупомянутых фирм. Учитывая тот факт,
что Украина экспортирует более 65% своей металлопродук-
ции (14-17 млн. т), роль такого рода сертификации трудно
переоценить.
Однако еще крайне мало предприятий сертифицировано
международными организациями по стандартам ИСО 9001,
ИСО 9002 и ИСО 9003. Например, на конец 2000 г. сертифи-
кат ТЮФ-СЕРТ был в наличии только у 18 предприятий,
среди них АО «Новокраматорский машиностроительный за-
вод» (ИСО 9001), АО «Днепротяжмаш» (ИСО 9001), АО
«Тяжпромкомплект» (ИСО 9001), АО «Азов» (ИСО 9001),
АО «Норд», АО «Силур» (ИСО 9002), ОАО «ИСТИЛ-ДМЗ»
(ИСО 9002), АО «Донецкий завод высоковольтных опор»
(ИСО 9002), АО «АЗОЦМ» (ИСО 9002), АО «Укргидромех»
(ИСО 9002) и др. При этом в мире общее число сертифика-
тов, выданных ТЮФ-СЕРТ, превышает уже 24 тыс. шт.
Международный форум по аккредитации (IAF). Объе-
диняет национальные органы по аккредитации 19 стран, в
том числе Австралии, Канады, США, Японии, Великобрита-
нии, Китая и др. Среди стран СНГ членом IAF является Рос-
сия, где она представлена Госстандартом РФ.
411
Идея создания и широкого распространения в мире еди-
ного сертификата, выдаваемого на основе результатов ауди-
торской проверки по единым правилам, концептуально сфор-
мулирована ИСО еще в 1994 г. и широко поддерживается ме-
ждународными и региональными организациями. Для этого в
структуре ИСО создано специализированное подразделение
для сертификации систем качества (QSAR). Система QSAR
является двухуровневой системой, а ее членами могут быть
как аккредитующие органы, так и органы по сертификации
систем качества. Фирмы (предприятия), системы качества ко-
торых сертифицированы органами-членами QSAR, имеют
право на применение знака QSAR. Поскольку МЭК пользует-
ся системой сертификации, которая применяет и стандарты
ИСО серии 9000, система QSAR совместима с ней.
Основным условием принятия в члены QSAR и IAF яв-
ляется соответствие заявителя положениям Руководства 61
ИСО/МЭК “Общие требования к оценке и аккредитации ор-
ганов по сертификации (регистрации)” и Руководства 62
ИСО/МЭК “Общие требования к органам, выполняющим
оценку и сертификацию (регистрацию) систем качества”,
принятым в 1995г.
Особое место в ряде международных организаций по
сертификации занимает Международная ассоциация по сер-
тификации морских и речных судов (IACS). Деятельность
этой организации направлена на гармонизацию требований к
качеству и надежности судов и других плавающих средств. В
состав ассоциации входит десять постоянных членов: Амери-
канское бюро перевозки грузов (American Bureau of shipping),
Бюро Веритас, Дет Норске Веритас, Германишер Ллойд,
Ллойд Регистр, Китайское классификационное общество,
Корейский регистр перевозок, Ниппон Кайджи Киокай (Nip-
pon Kaiji Kyokai), Регистре Итальяно Навале (Registro Italiano
Navale), Российский регистр морских перевозок.
Для практической реализации рекомендаций европейские
страны основали большое количество организаций по аккре-
дитации, сертификации и испытаниям: Европейская органи-
412
зация по испытаниям (EURO LAB), Европейская организация
по аналитической химии (EUROCHEM), Европейский коми-
тет по внедрению и сертификации систем обеспечения каче-
ства (EQS), Европейский комитет по испытаниям и сертифи-
кации в области информационных технологий (ECITS), Ев-
ропейский электротехнический комитет по испытаниям и
сертификации (ELSECOM), Европейский комитет по огнеза-
щите и пожарной безопасности (ESCIE), Европейская органи-
зация по испытаниям и сертификации (ЕОТС), Европейская
кооперация по аккредитации испытательных лабораторий и
органов по сертификации (ЕА) и т.д.
Видное место в деятельности сертификационных органов
и комиссий занимает экологическая сертификация. Ее дея-
тельность распространяется на объекты окружающей природ-
ной среды, источники ее загрязнения, продукцию природо-
охранного назначения и экологические информационные ре-
сурсы, продукты и технологии. Для многих видов продукции
экологический сертификат или соответствующий знак являет-
ся определяющим фактором их конкурентоспособности.
Цель экологической сертификации - стимулирование про-
изводителей к внедрению таких технологических процессов и
разработке продукции, которые в минимальной степени загряз-
няют природную среду и дают потребителю гарантию их безо-
пасности для жизни, здоровья, имущества и среды обитания.
В западноевропейских странах экологическая сертифика-
ция развита достаточно широко. На практике она дополняет
обычную сертификацию и почти всегда носит обязательный ха-
рактер. Принципы экологической сертификации состоят в обес-
печении безопасности продукции для потребителя и окружаю-
щей среды, соответствия европейской экосертификации и учета
экологической ситуации на рынках. Системы экосертификации
уже длительное время существуют во всех странах Западной
Европы. Большинство положений национальных систем эко-
сертификации этих стран весьма созвучны, однако имеются и
различия, которые определяются многими факторами, в том
числе географическим положением, удельным весом отраслей
промышленности, ситуацией на внутреннем рынке и пр.
413
В целом же для Западной Европы характерна развитая сеть
систем экологической сертификации, которые включают в себя
системы международной, региональной и национальной сер-
тификации. При этом для ее устойчивой работы должны со-
блюдаться следующие приоритеты: экономическая целесооб-
разность, социальное давление и охрана окружающей среды.
Для стимулирования процессов экологической сертификации
используется достаточно большое количество специальных
знаков, которыми маркируются продукция и упаковка.
Основные знаки экологической сертификации, широко
применяемые в настоящее время для маркировки продукции
и упаковки, можно условно разделить на три группы:
♦ знаки, информирующие о безопасности продукции для
жизни и здоровья, а также окружающей среды;
♦ знаки, информирующие о возможности вторичной пере-
работки или использования отходов упаковки или продукции;
♦ знаки, информирующие об опасности продукции для
окружающей среды в ходе транспортировки, хранения или
эксплуатации.
Наиболее представителен в области экологической сер-
тификации опыт Германии, которая является индустриально
развитой страной, расположенной в центре Европы. В Гер-
мании работы по экосертификации начались в 1974 г. Через
несколько лет был учрежден экознак - прообраз известного в
мире знака «Голубой ангел»,, информирующего о безопасно-
сти продукции для здоровья человека и окружающей среды.
Дальнейшее развитие системы экосертификации с присвое-
нием этого знака во многом связано с программой ООН по
защите окружающей среды. Продукция, маркированная им,
соответствует установленной группе критериев, гаранти-
рующих ее экологическую безопасность.
Что касается единой системы европейской экосертифи-
кации, то Европейское Сообщество подчеркивает ее добро-
вольность и открытый характер для всех стран, что также не
исключает и развития системы национальной экосертифика-
ции. Еще в 1993 г. была принята Директива ЕС, определяю-
щая преимущества экологически сертифицированной про-
414
дукции, поставляемой на единый рынок, в соответствии с ко-
торой цена ее может быть повышена в два раза. Решение о
присвоении экологической маркировки принимается компе-
тентными органами стран - членов ЕС, которые предвари-
тельно проводят оценку экологичности изделия - кандидата.
Принципы экосертификации ЕС базируются на превен-
тивных мерах: ущерб для окружающей среды надо предот-
вращать в первую очередь путем ликвидации источников за-
грязнения. Эффективность экосертификации напрямую зави-
сит от критериев безвредности продукции (услуги, процесса)
для окружающей среды. Критерии экосертификации должны
превосходить по своей сущности (всесторонности, охвату)
параметры экологичности, содержащиеся в стандартах. Оп-
ределить такие критерии можно на основе широких марке-
тинговых исследований, которые позволят установить крите-
рии для каждой конкретной группы товаров в зависимости от
степени их воздействия на окружающую среду. Официаль-
ный бюллетень Комиссии ЕС периодически публикует эколо-
гические критерии, которые соотносятся с каждой фазой
жизненного цикла объекта сертификации - от проектирова-
ния до утилизации отходов. Информация о критериях сопро-
вождается данными о сроках годности продукта и продолжи-
тельности периода применимости критерия.
Установление видов товаров, которые подлежат экосер-
тификации и маркировке экознаком ЕС, критериев их оценки
возложено на уполномоченные государственные органы
стран-членов ЕС с участием представителей промышленно-
сти, потребительских обществ, независимых ученых, эколо-
гических организаций, которые объединяются на региональ-
ном уровне в специальный консультативный форум. Практи-
ческая работа по присвоению европейского экологического
знака (экологические испытания на соответствие утвержден-
ным критериям, заключение о присвоении экознака) прово-
дится на национальном уровне.
В ЕС принята экомаркировка специальным знаком. Цели
его введения заключаются в достоверном информировании
потребителей об экологичности приобретаемого продукта и
415
стимулировании изготовителей к соблюдению норм и требо-
ваний по охране окружающей среды. Экознак широко ис-
пользуется в рекламе и способствует продвижению товара на
рынок, положительно влияя на конкурентные позиции про-
давца (изготовителя).
В развитии систем управления отходами, существующих
в различных странах Европы, наблюдается эволюционный
подход, решающий на первом этапе вопросы здравоохране-
ния и безопасности. Благодаря дальнейшей оптимизации сис-
тем управления отходами, все большее значение приобрета-
ют тенденции дополнения системы экономическими аспек-
тами. Это позволяет предположить, что в обозримом буду-
щем система управления отходами может стать частью сис-
темы управления ресурсами.
Для создания эффективных систем управления отхода-
ми важны роль и уровень законодательства в стране. На-
пример, согласно Европейской директиве по упаковке и
упаковочным отходам определенный процент конкретных
упаковочных материалов должен подвергаться рециркуля-
ции. Важное значение для работы по сбору отходов и для
развития инфраструктуры имеет поддержка общественных
организаций. Для упрощения идентификации упаковки, ко-
торая может быть повторно использована и (или) подверг-
нута вторичной переработке, на практике используется це-
лая группа специальных знаков.
В целом, в мире за последние годы престиж продукции,
прошедшей международную экосертификацию неуклонно
повышается. Это стимулирует деятельность фирм в направ-
лении развития мероприятий по экологической сертифика-
ции. Например, уже сейчас существует многочисленное ко-
личество знаков добровольной экосертификации, принятых
различного рода объединениями, союзами или просто фир-
мами. Реальную ценность таких сертификатов (знаков) оце-
нить достаточно трудно, тем более что часть из них может
быть имитирована или фальсифицирована.
416
6.5.СЕРТИФИКАЦИЯ В ВЕДУЩИХ ЗАРУБЕЖНЫХ СТРАНАХ
Порядок сертификации продукции в различных странах
может существенно отличаться, что, видимо, следует связы-
вать как с исторически сложившимися традициями, так и со
спецификой законодательства в области стандартизации и
сертификации этих стран [375-377]. Наибольший интерес,
конечно, представляют страны с мощно развитой и быстро
прогрессирующей системой сертификации (Германия, Фран-
ция, США, Япония), которые во многом определяют прогресс
в международных системах сертификации.
Сертификация в Германии. Правовой базой сертифи-
кации в Германии служат законы в области охраны здоровья
и жизни населения, защиты окружающей среды, безопасно-
сти труда, экономии ресурсов и зашиты интересов потреби-
телей. С 1990 г. в стране действует закон об ответственности
за изготовление недоброкачественной продукции, который
гармонизован с законодательством стран - членов ЕС и слу-
жит законодательной базой для сертификации в рамках еди-
ного рынка. Закон охватывает весьма широкий круг товаров
- от игрушек до некоторых видов оборудования. По данным
Германского информационного центра ГАТТ/ВТО, общена-
циональная система сертификации в стране включает не-
сколько систем. Потребности германской экономики на
80...90% удовлетворяют такие системы сертификации, со-
ставляющие общенациональную:
А - соответствия регламентам;
А1 - соответствия стандартам DIN;
А2 - VDE;
АЗ - DVGW;
В - Германского института гарантии качества и маркиров-
ки RAL;
С - система сертификации на знак GS промышленной тех-
нологии;
D - система надзора за соответствием строительных конст-
рукций федеральным нормам;
Е - система сертификации средств измерений и эталонов;
417
F - система сертификации соответствия разделу 24 Гер-
манского промышленного законодательства.
Система А1 носит добровольный характер и охватывает
все виды изделий, на которые установлены требования в
стандартах DIN. Руководит ею Германский институт стан-
дартизации. К системе А1 имеют одинаковый доступ герман-
ские и зарубежные организации, заинтересованные в серти-
фикации своей продукции. Непосредственные работы по сер-
тификации в этой системе осуществляет Общество по оценке
соответствия DIN CERTCO, которое участвует в нескольких
соглашениях по сертификации в рамках ЕС и сотрудничает с
международными организациями. Изделия, испытанные на
соответствие требованиям стандартов, маркируются знаком
DIN GEPRTUFT («испытано на соответствие требованиям
DIN»), который введен в 1972 г. и может использоваться
только для маркирования сертифицированных изделий.
Инспекционный надзор за соблюдением законов по безо-
пасности труда и технического оборудования проводят отде-
лы производственного надзора министерства труда и соци-
ального обеспечения всех земель. Цель инспекции заключа-
ется в том, чтобы максимально ограничить применение обо-
рудования, не прошедшего сертификационные испытания.
Техническую инспекцию осуществляют ассоциации изгото-
вителей оборудования, которые несут ответственность за
предотвращение несчастных случаев, страхование и возме-
щение ущерба работникам предприятий. Они также разраба-
тывают и издают требования по безопасности установок и
оборудования. Проверки оборудования ассоциации выпол-
няют по запросам предприятий (фирм) или после отрица-
тельных результатов сертификации.
Для выполнения проверок приглашаются профессио-
нальные технические инспекторы. Ассоциации состоят из
групп, организуемых по отраслевому признаку. Наиболее из-
вестные из них группа GBG (Gewerbliche Berufsgenossen-
ichaften) — Профессиональная ассоциация для промышлен-
ности, а также TUV (Technische Oberwachungs Verein e.v.) -
418
Организация технической инспекции. TUV также имеет право
проводить сертификацию от имени VDE.
Система А2 - это система Союза электротехников (VDE),
поддерживаемая Институтом сертификации и испытании (PZI).
В ней сертифицируют все виды электротехнических и элек-
тронных изделий, на которые распространяются правила VDE,
а иногда и стандарты DIN. Контроль за правильностью марки-
ровки знаками VDE осуществляет Центр по испытаниям и сер-
тификации VDE-Prufstelle. Сертификат, выданный этой орга-
низацией, гарантирует соответствие продукции требованиям
Закона о безопасности промышленного оборудования или За-
кона о защите от радиопомех. Использование знаков VDE без
лицензии этого Центра категорически запрещено. Изготовитель
оборудования, получивший сертификат и право маркировки
знаком VDE, обязан представить доказательства возможности
поддерживать соответствие своей продукции сертификацион-
ным требованиям в течение всего времени ее выпуска.
Система АЗ - система сертификации Ассоциации фирм
по газо- и водоснабжению Германии - DVGW. Газовое обору-
дование согласно Закону "Об обеспечении безопасности тех-
нических устройств" подлежит обязательной сертификации
на соответствие стандартам DIN. Не сертифицированное га-
зовое оборудование местные газовые компании отказывают-
ся подключать к системе газоснабжения. Особенностью тре-
бований к газовому оборудованию в Германии является то,
что оно должно отвечать типу газа, который применяется в
конкретной области страны, что учитывают изготовители
оборудования. В отношении сертификации других видов то-
варов, применяемых в сфере газо- и водоснабжения, серти-
фикация носит добровольный характер, но потребители все-
гда предпочитают сертифицированный товар.
Сертификация газового бытового оборудования на соот-
ветствие зарубежным или международным стандартам в сис-
теме DVGW проводится только на основе соглашений между
изготовителем, покупателем и органом власти Германии. Все
поставляемое на рынок Германии газовое оборудование
419
должно иметь знак соответствия DVGW. За сертифицирован-
ным оборудованием проводится инспекционный контроль со
стороны DVGW в форме периодических испытаний образцов,
отбираемых на заводе - изготовителе.
Система В, называемая системой RAL, работает под ру-
ководством Германского института гарантии качества и мар-
кировки, в состав которого входит около 150 обществ по ка-
честву. Каждое их них организует свою деятельность по од-
ному виду продукции. Область распространения системы
RAL - сельскохозяйственные товары и строительные мате-
риалы. Несмотря на то, что в системе проводят доброволь-
ную сертификацию, ее правила основаны на стандартах DIN.
RAL - член европейских и международных организаций по
испытаниям и сертификации, и участник соглашений о вза-
имном признании, что способствует признанию сертифика-
тов и знака RAL за рубежом.
Система С подтверждает соответствие изделий требова-
ниям Закона о безопасности приборов (GSG}, что удостове-
ряется маркировкой знаком GS. В Германии действует около
100 органов по сертификации, которые проводят испытания
приборов на соответствие знаку GS. Система носит добро-
вольный характер, но испытания проводятся на соответствие
требованиям стандартов DIN, а также техническим правилам,
которые являются общепризнанными и внесены в специаль-
ный перечень.
Система D в отличие от предыдущих является обяза-
тельной и распространяется на продукцию строительного
профиля, на которую действуют законодательные предписа-
ния и распоряжения. Общее руководство находится в веде-
нии Германского института строительной техники (DIBT), а
основные нормативные документы - стандарты DIN.
Система Е действует в рамках законодательной метро-
логии. В Германии основным федеральным органом в облас-
ти метрологии является Федеральный физико-технический
институт. В системе также задействованы соответствующие
организации федеральных земель и аккредитованные испы-
420
тательные центры, которым предоставлено право подтвер-
ждать соответствие измерительных приборов, подлежащих
обязательной сертификации по Закону о поверке. В системе
существует несколько знаков соответствия: знак о допуске
(выдает Федеральный физико-технический институт); знак
проверки (органы по проверке); удостоверяющий знак (ак-
кредитованные на федеральном уровне испытательные цен-
тры). В системе Е может осуществляться как обязательная,
так и добровольная поверка приборов. Правила системы гар-
монизованы с международными и европейскими. Федераль-
ный физико-технический институт использует рекомендации
Международной организации законодательной метрологии и
директивы ЕС (как обязательные).
Система F занимается сертификацией паровых котлов,
баллонов высокого давления, средств транспортировки горю-
чих жидкостей, взрывозащищенного электрооборудования,
подъемных устройств. Согласно распоряжению Федерального
правительства установлен строгий режим инспекционного
контроля за указанными товарами, которые определены как
потенциально опасные: соответствие требованиям проверяет-
ся до начала эксплуатации и в процессе эксплуатации с пе-
риодичностью согласно ведомственным правилам.
Практическую работу по сертификации в Германии ведет
Общество по сертификации систем качества (DQS), создан-
ное еще до выхода в свет стандартов ИСО серии 9000. Это
некоммерческая структура, которая осуществляет оценку
систем качества и выдает сертификат и лицензию на исполь-
зование знака соответствия, аккредитует организации, в том
числе и коммерческие, на право проведения сертификации
систем качества от имени DQS, обучает инспекторов, пред-
ставляет Германию в международных организациях в рамках
своей компетенции. С 1989 г. работы по сертификации сис-
тем качества регламентирует TUV CERT - организация, кото-
рая официально зарегистрирована на европейском уровне и в
своей деятельности руководствуется стандартами ИСО серии
421
9000. Продукция, прошедшая контроль TUV маркируется
специальными знаками.
Немецкий совет по аккредитации (DAR) занимается ак-
кредитацией в регламентируемых законодательством облас-
тях, а . шовное общество по аккредитации (TGA) - в нерег-
ламентируемой сфере. Аккредитация испытательных лабора-
торий и органов по сертификации проводится в соответствии
с европейскими стандартами EN серии 45000.
Процедура экосертификации в Германии включает в себя
несколько этапов. Вначале публично представляется продук-
ция, претендующая на экознак, а федеральное бюро по окру-
жающей среде создает компетентную комиссию, которая
анализирует отзывы и дает заказ Немецкому институту га-
рантии качества и сертификации на рассмотрение заявки.
Кроме указанного института в рассмотрении заявки участву-
ют Федеральное бюро по охране окружающей среды, Конфе-
ренция немецкой промышленности, Ассоциация потребите-
лей, Ассоциация торговли и эксперты, которые вырабатывают
рекомендации для жюри. Результаты по всем вышеперечис-
ленным этапам, доказательства соответствия изготовителя и
отзывы организаций, назначенных для участия в процедуре,
жюри выносит окончательное решение. Получив сертификат
и право на использование экознака, предприятие-изготовитель
может заключить контракт с Немецким институтом гарантии
качества на рекламирование своего предприятия.
Сертификация во Франции. Она существует с 1939 г.
Первым документом в этой области был закон о знаке соот-
ветствия национальным стандартам NF, который с после-
дующими изменениями и дополнениями действует и сегодня.
Ответственность за сертификацию возложена на Француз-
скую ассоциацию по стандартизации (AFNOR). Организаци-
онно сертификация построена по отраслевому принципу и
постоянно взаимодействует с системой стандартизации в
плане как соответствия требованиям национальных стандар-
тов, так и разработки новых требований и норм. Кроме AF-
NOR, сертификацией управляют органы государственного и
422
отраслевого уровня: Французский центр внешней торговли
(CNCE), Центр информации о нормах и технических регла-
ментах (CINR), Союз электротехников (UTE).
AFNOR определяет полномочия испытательных центров
и лабораторий, отвечает за их аккредитацию, присвоение и
отмену знака NF, координирует работу национальных орга-
нов по сертификации и международных организаций. CNCE
отвечает за сертификацию экспортируемых и импортируе-
мых товаров. CINR осуществляет информационное обеспе-
чение национальной системы сертификации и отраслей эко-
номики, располагая банком данных о более чем 400 тыс.
стандартов, о правилах и системах сертификации, процеду-
рах аккредитации многих стран мира, международных и ре-
гиональных организаций. UTE разрабатывает нормативные
требования для сертификации электронной и электротехни-
ческой продукции, являясь не только уполномоченным AF-
NOR отраслевым органом по сертификации, но и националь-
ной организацией по стандартизации в области электроники,
электротехники и связи.
Оценка соответствия во Франции имеет несколько форм:
подтверждение соответствия европейским директивам; заяв-
ление-декларация изготовителя о соответствии продукта ев-
ропейскому стандарту; добровольная сертификация на соот-
ветствие национальным стандартам Франции; контроль безо-
пасности продукции, находящейся в продаже.
Добровольная сертификация на соответствие националь-
ным стандартам Франции проводится AFNOR, причем обыч-
но используется самая строгая схема сертификации (№5).
Сертифицированная продукция маркируется знаком - NF.
Добровольной сертификации подвергается до 75% выпус-
каемой продукции, в этом случае требуется доказать соответ-
ствие товара всем требованиям национального стандарта, в
том числе безопасности.
Национальной системой является система сертификации
на соответствие государственному стандарту, что удостове-
ряется знаком NF, который применяется для всех видов това-
ров. Но для электротоваров существуют свои знаки, напри-
423
мер для бытовых электроприборов - NF ELECTRICITE. Знак
CONTROLE NF LIMITE A LA SECURITE означает только
безопасность электроприбора, но не соответствие его техни-
ческих характеристик стандарту.
Право применения знака NF изготовитель может полу-
чить на основе контракта и лицензии в том случае, если в нем
заинтересована значительная часть изготовителей данного
вида продукции. По каждому виду продукции AFNOR ут-
верждает постановления о правилах применения знака, видах
обязательного контроля и субъектах, осуществляющих его,
об ответственности и порядке апелляций. При маркировке
товара знаком NF лицензиат берет на себя обязательства не
только по отношению к AFNOR, но и к потребителю. AFNOR
имеет право применить преследование по закону за неправо-
мерную маркировку товаров, ложную рекламу или мошенни-
чество. Во Франции знаком NF маркируется более 100 тысяч
видов продукции, он имеет НО модификаций для различных
отраслей. Продукция зарубежного производства также может
маркироваться этим знаком, если она соответствует установ-
ленным требованиям.
С целью большей доступности для заявителей AFNOR
утвердила сеть уполномоченных органов, имеющих право на
сертификацию для получения знака NF. Они выполняют все
функции, связанные с сертификацией (управление, испыта-
ние, контроль). Продукция медицинского направления (мате-
риалы, лекарства, оборудование), проходит испытания, в том
числе и клинические, в обязательном порядке. Такие товары
маркируются знаком NF-MEDICAL. В то же время фирмы —
изготовители любого вида изделий стремятся получить право
маркировки знаком NF, поскольку это обеспечивает доверие
потребителей к качеству товара.
Испытательные лаборатории во Франции можно подраз-
делить на четыре группы: государственные, общественные,
частные и лаборатории фирм. Кроме AFNOR добровольной
аккредитацией занимается Национальная сеть испытатель-
ных лабораторий (RNE), программа которых дотируется го-
сударством. Срок действия аккредитации не превышает трех
424
лет, первая проверка обычно назначается через год. В рамках
RNE работают крупнейшие испытательные центры Франции:
Национальная лаборатория по испытаниям (LNE); Централь-
ная электротехническая лаборатория (LCIE), которая также
является хранителем эталонов и государственных стандартов
на электротехническую продукцию. Аккредитацию лабора-
тории по поверке измерительных приборов проводит Нацио-
нальное бюро метрологии BNM.
Существует также особый вид аккредитации, который
носит обязательный характер, обычно связанный с конкрет-
ным министерством. Например, Министерство по охране ок-
ружающей среды аккредитует испытательные лаборатории,
которые проверяют химическую продукцию на соответствие
национальным и международным стандартам. Срок такой ак-
кредитации обычно не превышает двух лет.
Сертификация в Японии. В стране действуют три фор-
мы сертификации:
-обязательная, подтверждающая соответствие законода-
тельным требованиям;
-добровольная сертификация на соответствие националь-
ным стандартам JIS, которую проводят уполномоченные пра-
вительством органы;
-добровольная, которую осуществляют частные органы
по сертификации.
Обязательная сертификация регламентируется дейст-
вующими законами (их около 30), в которых устанавливают-
ся: перечень продукции, подлежащей обязательной сертифи-
кации, и требования к ней; схемы сертификации; знаки соот-
ветствия; органы управления, ответственные за организацию
сертификации и контроль. Уполномоченные органы разраба-
тывают технические регламенты, в соответствии с которыми
проводятся сертификационные испытания, а утверждает их
Кабинет министров страны. Обеспечение исполнения зако-
нодательных положений по сертификации распределяется
между министерствами и другими государственными орга-
нами управления. Например, за Министерством внешней
425
торговли и промышленности закреплено десять законов. По
некоторым видам продукции в законах вводятся категории,
характеризующие степень их опасности для пользователя.
Особенность обязательной сертификации в Японии со-
стоит в необходимости получить разрешение на серийное
производство продукции, подлежащей обязательной серти-
фикации, а также в том, что экспортируемые товары подле-
жат обязательной сертификации.
Добровольная сертификация на соответствие стандарту
JIS не всегда подтверждает соответствие требованиям безо-
пасности, поскольку обязательные требования включаются в
технические регламенты. Этот вид сертификации находится в
ведении Министерства внешней торговли и промышленно-
сти. Как правило, схема сертификации включает оценку дей-
ствующей системы качества на соответствие стандартам
ИСО 9000 и инспекционный контроль, который в плановом
порядке проводится один раз в 4-5 лет, а внеплановый - в
любое время.
Действуют также различные добровольные знаки. Их ус-
танавливают ассоциации и другие общества для информиро-
вания потребителей о соответствии товара определенным
требованиям. Особенно характерно применение таких знаков
для продовольственных товаров.
Таким образом, для экспортеров продукции на японский
рынок созданы крайне сложные условия и правила обяза-
тельной сертификации, что защищает внутренний рынок. В
свою очередь, иностранные поставщики на рынок Японии
пытаются различными путями преодолеть или хотя бы сни-
зить жесткие барьеры. Так, США удалось добиться соглаше-
ния японской стороны на проведение испытаний некоторых
товаров, предназначенных для экспорта в Японию, в своих
лабораториях под наблюдением японского Министерства
внешней торговли и промышленности. Это соглашение кос-
нулось лишь пяти американских лабораторий. Однако для
них остался еще непреодолимым языковый барьер, посколь-
ку японская сторона принимает к рассмотрению только пере-
веденные на японский язык документы.
426
Для проведения сертификации систем качества создана
Японская ассоциация по сертификации систем качества (JAB).
Деятельность JAB базируется на документах ИСО/МЭК. Ос-
новные функции JAB:
-аккредитация органов по сертификации продукции и
систем качества и организаций, занимающихся обучением
аудиторов; аттестация аудиторов, а также регистрация по-
ставщиков;
-проведение исследований и осуществление практиче-
ских действий по взаимному признанию аккредитации орга-
нов сертификации систем качества за рубежом, по координа-
ции усилий в этой области с национальными и зарубежными
организациями;
-выполнение других работ, направленных на достижение
целей JAB.
Аккредитацию органов сертификации и организаций, за-
нимающихся подготовкой аудиторов, проводят специалисты
JAB, которые назначаются ее генеральным директором. По
линии JAB аккредитованы такие крупные центры, как Центр
сертификации систем качества Японской ассоциации по
стандартизации (JSA-Q), Центр по контролю газового обору-
дования (ЛА-ОА), Центр сертификации систем качества Ас-
социации безопасности сосудов, работающих под давлением
(KHK-QA) и др.Сертификация в США. В стране действуют
многочисленные законы по безопасности различных видов
продукции, которые и служат правовой основой сертифика-
ции соответствия. Наиболее широким диапазоном действия
отличается Закон о безопасности потребительских товаров.
Обязательной сертификации подлежит продукция, на кото-
рую принят государственный стандарт, а также закупаемая
государством на внутреннем и внешнем рынках. Обязатель-
ная сертификация контролируется государственными орга-
нами. Добровольная сертификация проводится по заявлению
потребителей или изготовителей продукции на соответствие
предлагаемым ими нормативным документам.
427
В стране действуют три основные категории программ
сертификации, которые утверждает Федеральное прави-
тельство:
1-я категория - обязательная сертификация товаров и ус-
луг на безопасность;
2-я категория - программы по проверке образцов про-
дукции и производств, заменяющие сплошной контроль;
3-я категория - программы оценки качества и условий
производства до поступления продукции в торговлю.
По 1-й категории сертифицируется такая продукция как
автомобили, контейнеры, суда, магистральные трубопрово-
ды, по 2-й категории - товары, которые потребляются в госу-
дарственных учреждениях (Департамент обороны, Департа-
мент торговли, Управление сельской электрификации и пр.).
При этом сертификация обязательна, если продукция закупа-
ется правительственными организациями на государственные
средства. Программы 3-й категории в основном доброволь-
ные, за исключением тех, которые предусматривают серти-
фикацию отдельных видов продовольствия. По результатам
сертификации пищевых продуктов их подразделяют на "от-
борные" (Choice) и "сорт A" (Trade А).
В США существуют также программы сертификации, ко-
торые организуются частным сектором. Их услугами пользу-
ются не только фирмы США, но и экспортеры из других стран.
Нормативной базой сертификации являются стандарты,
которые разрабатываются:
- Американским обществом по испытаниям материалов
ASTM (для широкого диапазона потребительских товаров);
- Национальной ассоциацией изготовителей электрообо-
рудования NEMA;
- Комиссией по безопасности товаров широкого потреб-
ления CPSC’,
- Федеральным агентством по защите окружающей среды
ЕРА (для сертификации различных производств, двигателей
внутреннего сгорания, наземного, водного и воздушного
транспорта и т.п.);
428
-Национальным институтом стандартов и технологий
NIST, который разрабатывает обязательные стандарты.
Общее руководство в стране осуществляет Сертифика-
ционный комитет, действующий в составе NIST, который ко-
ординирует и работы по стандартизации, а также представля-
ет США в ИСО/МЭК и других международных организаци-
ях. В функции Сертификационного комитета входит одобре-
ние и регистрация программ по сертификации, правил ее
проведения, проверка компетентности органов по сертифи-
кации (наличие надлежащего оборудования, уровень квали-
фикации персонала и т.п.).
В сертификационных работах участвует более 2000 ис-
пытательных лабораторий. В их число входят крупные лабо-
ратории общенационального значения, лаборатории научно-
исследовательских институтов и страховых компаний и неза-
висимые лаборатории институтов и университетов. Наиболее
известны общенациональные лаборатории - Национальной
ассоциации изготовителей электрооборудования, Американ-
ской ассоциации по газу, Американского института нефти,
Национальной ассоциации по защите от пожаров, Американ-
ского бюро судоходства, Управления по безопасности пище-
вых продуктов и медикаментов и др.
В США нет единой системы аккредитации испытатель-
ных лабораторий, их действует около 100. Самыми автори-
тетными считаются система Американской ассоциации по
аккредитации лабораторий (AALA) и Национальная добро-
вольная программа аккредитации лабораторий (NUIAP).
AALA проводит аккредитацию лабораторий, которые испы-
тывают оптику и фотометрию, проводят такие виды испыта-
ний, как акустические, вибрационные, биологические, хими-
ческие, тепловые, механические, электрические и неразру-
шающие. Критериями аккредитации служат положения руко-
водств ИСО/МЭК. Бюджет организации складывается из
вкладов частных лиц, взносов организаций-членов и оплаты
испытаний заявителем. NULAP была организована под эги-
дой Министерства торговли, которое и дотирует ее работу. В
429
этой системе проводится аккредитация лабораторий, которые
испытывают текстиль, стекло, цемент, инструменты для на-
учных исследований.
Сертификация в Китайской Народной Республике. В
КНР ответственность за сертификацию возложена на Китай-
ский центр качества (CQC). Организационно сертификация
построена по отраслевому принципу и постоянно взаимодей-
ствует с системой стандартизации как в области соответствия
требованиям национальных стандартов, так и при разработке
новых требований и норм. В КНР широко применяется меж-
дународная система стандартов качества ИСО и элементы
систем стандартов на продукцию США, Японии, Голландии,
Сингапура и пр.
Все импортируемые товары должны в обязательном по-
рядке быть сертифицированы и иметь соответствующее под-
тверждение. Сертификацию импортируемых товаров осуще-
ствляет специальный комитет: CCIB (Chine Committee Import
Buyer). В его функции входит также защита товаров от подде-
лок. Для импортируемой продукции применяют четыре вида
сертификатов (и соответствующих разного цвета этикеток):
- безопасности (желтый);
- отношения к здоровью человека (синий);
- качества продукции (красный);
- экономии энергии (белый).
В рамках китайского законодательства допускается про-
верка качества ввозимой в Китай продукции непосредствен-
но у производителя (импортера). Экспертная процедура вы-
полняется китайским представителем, уполномоченным от
CCIB. В этом случае постановка знака сертификата осущест-
вляется непосредственно на месте.
Для экспортируемых товаров предусматривается опреде-
ленная обязательная процедура, которая начинается с серти-
фикации продукции на безопасность, а затем на качество.
Для всех иностранных фирм, производящих продукцию
внутри КНР, также предусматривается процедура сертифи-
кации. При этом продукция может получить так называемый
разовый сертификат.
430
Глава 7.
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
КОМПЛЕКСЫ С НЕПРЕРЫВНОЙ
РАЗЛИВКОЙ СТАЛИ
7.1. ПРОГНОЗ ЭНЕРГО- И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ
ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАЗЛИВКЕ СТАЛИ
Учитывая ситуацию, которая складывается в последние
годы в Украине (дефицит и рост цен на энергоносители, рост
цен на сырье и огнеупорные материалы и т.п.) проблема оп-
тимизации технологической схемы получения стального про-
ката становится все более актуальной. Сложившаяся в на-
стоящее время высокая энергоемкость на получение 1 т гото-
вого проката в Украине в значительной мере обусловлена ус-
таревшей и несовершенной структурой сталеплавильного
производства. Низкая, относительно развитых стран, доля
производства стали прогрессивными способами: конвертер-
ного, электропечного, комплексной внепечной обработки и
непрерывной разливки обусловили производство наиболее
массовых видов проката с использованием слитков непре-
рывно заготовочных станов, блюмингов и слябингов вместо
эффективной прокатки из непрерывнолитой заготовки.
Общеизвестно, что непрерывная разливка стали имеет
ряд экономических преимуществ по сравнению с разливкой
стали в слитки. В результате повышения выхода годного при
разливке стали на МНЛЗ по сравнению с разливкой в излож-
ницы расход чугуна на 1 т непрерывнолитых заготовок ока-
зывается ниже, что соответственно снижает расход кокса.
Кроме того, вместо этого чугуна можно использовать метал-
лолом, что примерно на 9% снижает расход первичных энер-
гоносителей. Поскольку при непрерывной разливке отпадает
необходимость в использовании нагревательных колодцев,
соответственно экономится и топливо, используемое для
обогрева этих колодцев. В общем, с учетом всех этапов, рас-
ход первичных энергоносителей на 1 т заготовок снижается
2,5...2,8 ГДж [383].
В 2001г. и 2000 г. в Украине на МНЛЗ было разлито со-
ответственно 6,37 млн. т и 4,55 млн. т стали, из которой
большая часть представляет собой сляб. В 2002 г. объем не-
прерывной разливки стали в Украине, видимо, еще возрастет
за счет увеличения объемов производства непрерывнолитого
433
блюма на Днепровском металлургическом комбинате и сор-
товой квадратной и круглой заготовки на ЗАО «ММЗ-
ИСТИЛ (Украина)».
По самым скромным оценкам, энергетические затраты на
производство 1 т стали в Украине в 1,5-1,8 раза выше, чем в
ведущих промышленно развитых странах мира (США, Япо-
ния, Германия и пр.). Например, удельная энергоемкость 1 т
готового проката в настоящее время составляет примерно 1,8
тонны условного топлива в среднем для основных металлур-
гических предприятий Украины. Поэтому перевод ведущих
сталеплавильных цехов Украины на 100% разливку с помо-
щью МНЛЗ позволит уменьшить удельные энергетические
затраты, по меньшей мере, на 30-35%. При этом наибольший
энергосберегающий эффект может быть достигнут на основе
оптимизации всего сталеплавильного цикла и его сопряжения
с прокатными станами в рамках конкретного металлургиче-
ского предприятия.
Основной концепцией такой оптимизации, видимо, сле-
дует считать обеспечение максимально возможного энерго-
сберегающего эффекта, достигаемого на основе совершенст-
вования технологического процесса производства чугуна и
стали, механизма управления, повышения качества продук-
ции и уровня ее полезного использования.
Общая схема современного производства стальной заго-
товки, которая включает в себя технологические этапы под-
готовки шихтовых материалов, выплавки стали в кислород-
ных конвертерах, мартеновских или электродуговых печах,
выпуска и доводки стали в ковше (коррекция химического
состава и температуры стали), а также разливку на машинах
непрерывного литья заготовки (МНЛЗ) или в слитки, в обоб-
щенном виде представляет собой технологический цикл на-
грева исходных шихтовых и вспомогательных материалов и
последующего охлаждения конечной заготовки. Это связано
с большими потерями теплоты технологических полупродук-
тов в окружающую среду в ходе процесса выплавки и техно-
логических переливов металла.
434
Не останавливаясь на подробном анализе технологиче-
ских и экономических преимуществ и недостатков современ-
ных способов производства и разливки стали, отметим лишь,
что по оценкам большинства зарубежных и отечественных
экспертов энергетические затраты на производство 1 тонны
стальной заготовки в конвертерном цехе с непрерывной раз-
ливкой стали составляют примерно 40-45% от энергетиче-
ских затрат на производство при выплавке стали в мартенов-
ском цехе с разливкой в слитки и последующим обжатием на
блюминге или слябинге.
Такое различие в энергозатратах на производство сталь-
ной заготовки в целом предопределяет стратегические осо-
бенности трансформации металлургических предприятий
Украины: скорейшее уменьшение доли производства стали в
мартеновских цехах за счет реконструкции существующих
конвертерных цехов и оснащения их современными МНЛЗ.
Кроме того, определенный резерв в сокращении энерге-
тических затрат для металлургического комплекса Украины
может быть реализован при проведении реконструкции
имеющихся электросталеплавильных цехов по схеме «мини
металлургический завод». Объективная предпосылка успеш-
ного функционирования мини заводов имеется, поскольку
ежегодно на рынке Украины продается на экспорт несколько
миллионов тонн металлолома. Практика функционирования
современных мини металлургических заводов показывает,
что энергетические затраты при производстве стальной заго-
товки сокращаются примерно на 30% в сравнении с кисло-
родно-конвертерным цехом, оснащенным МНЛЗ. Вместе с
тем следует считать, что в ближайшее десятилетие кислород-
но-конвертерный способ производства стали станет главенст-
вующим в структуре металлургического комплекса Украины.
Системный анализ энергетической эффективности ос-
новных технологических этапов выплавки стали и получения
стальной заготовки в условиях конвертерного цеха, выпол-
ненный на основе сравнения реальных данных и результатов
расчетов для термодинамически идеализированной системы,
однозначно подтверждает наличие широких потенциальных
435
резервов для энергосбережения [378-383]. При этом одним из
ключевых элементов системы энергосбережения в рамках
сталеплавильного цеха является этап разливки стали на
МНЛЗ. Это объясняется тем, что именно цикличность раз-
ливки стали на МНЛЗ во многом определяет ритмичность ра-
боты цеха в целом. Любые простои оборудования и дополни-
тельная выдержка металла в ковше или сталеплавильном аг-
регате, по сути, сопровождаются потерей определенного
энергетического потенциала.
Сравнение показателей работы известных в мире произ-
водителей стали показывает, что существенного снижения
потребления энергоносителей и уменьшения удельного рас-
хода сырья и вспомогательных материалов удается достиг-
нуть в случае обеспечения высокой удельной производитель-
ности сталеплавильных агрегатов при условии достижения
максимального согласования ритма их работы с ритмом ра-
боты МНЛЗ. Вместе с тем для большинства отечественных
МНЛЗ средний показатель их производительности представ-
ляется достаточно низким, поскольку он в 1,5-2,0 раза ниже,
чем у лучших западных аналогов. Это негативно сказывается
на количественных показателях выхода годного металла, а
также удельного расхода огнеупоров и потребляемой энергии.
Учитывая этот факт, можно утверждать, что одной из
главных задач развития технологии разливки и конструкций
МНЛЗ (наряду с повышением качества заготовки) является
проведение комплекса мероприятий по организационному и
эксплуатационно-технологическому совершенствованию и
технической модернизации элементов действующих устано-
вок, позволяющих существенно повысить их производитель-
ность с целью использования резервов энерго- и ресурсосбе-
режения, имеющегося в действующей системе сталеплавиль-
ного цеха.
Повышение производительности МНЛЗ и выхода годной
заготовки может быть достигнуто, главным образом, при
увеличении серийности разливки с возможным увеличением
длительности эксплуатации каждого промежуточного ковша
436
[384,385]. Основным лимитирующим звеном при эксплуата-
ции промковшей является стойкость рабочего слоя их футе-
ровки (зона прямого воздействия падающей струи и шлако-
вый пояс), а также работоспособность стопоров-моноблоков
и стаканов-дозаторов в части обеспечения режима дозирова-
ния стали в течение всей разливки [416,417].
В настоящее время, например, на Днепровском метал-
лургическом комбинате, металлургическом комбинате им.
Ильича и Череповецком металлургическом комбинате «Се-
версталь» разливка стали из одного промковша осуществля-
ется в течение 18-20 часов и более, что следует считать дос-
таточно высоким показателем.
В условиях ДМК переход на промышленную разливку
металла длинными сериями обеспечил целый ряд технологи-
ческих и экономических преимуществ, существо которых
сводится к заметному энерго- и ресурсосбережению в стале-
плавильном переделе [384,386]. Так, на рис.7.1 представлена
диаграмма изменения требуемой температуры стали на вы-
пуске при разливке на МНЛЗ. В целом увеличение серийно-
сти разливки, например, до 12 плавок позволяет стабилизи-
ровать работу конвертеров за счет уменьшения в 2-3 раза
числа плавок, перегретых на 10-15°С. Необходимость таких
перегретых плавок, как известно, определяется потребностью
в прогреве футеровки промковша на первой и второй плав-
ках. Установлено, что увеличение серийности разливки до
12-14 плавок позволяет снизить удельный расход энергии в
среднем на 2,5-3,0 кг условного топлива на тонну стали.
Снижение тепловой нагрузки на футеровку конвертера по-
зволило повысить длительность ее эксплуатации в среднем
на 60-80 плавок, что эквивалентно снижению удельного рас-
хода огнеупоров в среднем на 0,08-0,10 кг на тонну стали.
С другой стороны, увеличение серийности разливки до
12-14 плавок позволяет значительно снизить удельный рас-
ход огнеупоров на тонну разливаемой стали (рис.7.2) и
уменьшить затраты природного газа на подогрев промковшей
перед разливкой.
437
Рис. 7.1. Сравнение изменения температуры стали на выпуске из
конвертера при разливке серии 12 плавок из одного пром-
ковша (1) с серией 12 плавок при разливке 4 плавок из од-
ного промковша с заменой без остановки МНЛЗ (2)
Рис. 7.2. Зависимость удельного расхода огнеупоров от числа
разливаемых плавок: 1 - кирпичная шамотная футеровка;
2 - комбинированная футеровка шамотный кирпич и тор-
крет - покрытие; 3 - комбинированная футеровка: налив-
ной высокоглиноземистый бетон и торкрет-покрытие
438
Динамика роста объемов непрерывной разливки стали на
Днепровском металлургическом комбинате в течение по-
следних лет и реальное число использованных промковшей
представлено на рис.7.3.
б
в
Рис. 7.3. Динамика изменения объемов разливки стали на
МНЛЗ (а), числа использованных для этого пром-
ковилей (б), удельного расхода огнеупоров (в)
Переход на разливку стали сериями по 12-14 плавок (из
одного промковша) позволил уменьшить расход природного
газа на подготовку промковшей в среднем на 1,45-1,55 нм3 на
тонну разливаемой стали (при экономии расхода энергии в
439
целом на 21-25 кг у.т./т стали), снизить расхода огнеупоров в
среднем на 6,2-6,4 кг/т стали (для шамотной футеровки),
обеспечить выход годной заготовки в пределах 98,5-99,3%.
Дальнейшее снижение удельного расхода огнеупоров
может быть достигнуто при применении технологии нанесе-
ния специального торкрет-покрытия на основе MgO либо на
шамотный кирпич, либо на наливную высокоглиноземистую
бетонную футеровку. В обоих случаях торкрет-покрытие ис-
пользуется только в течение одной серии, а кирпичный или
бетонный слой используется многократно.
При этом следует иметь в виду, что использование на-
ливных бетонных футеровок обеспечивает низкий удельный
расход огнеупоров только при условии систематического
проведения ремонтов футеровки, что требует дополнитель-
ных затрат дорогостоящих ремонтных материалов и затрат
рабочего времени. Кроме того, высокая стоимость высоко-
глиноземистых наливных бетонов, которая в 3-4 раза превы-
шает стоимость шамотного кирпича, во многом ограничивает
область их применения для промковшей МНЛЗ. Вместе с
тем, использование в качестве рабочего слоя дешевого отече-
ственного шамотного кирпича совместно с торкрет -
покрытием позволяет снизить удельные затраты на огнеупо-
ры в среднем в 1,7-2,5 раза.
В целом же полученные результаты доказывают, что со-
вершенствование технологии непрерывной разливки стали и
повышение производительности МНЛЗ являются ключевыми
элементами при разработке комплекса энерго- и ресурсосбе-
регающих мероприятий в рамках современного конвертерно-
го цеха.
7.2.КОМБИНИРОВАННОЕ ЛИТЬЕ ЗАГОТОВОК
РАЗЛИЧНОГО ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ
В условиях динамично меняющегося рынка металло-
продукции одним из условий загрузки МНЛЗ является воз-
можность получения заготовки различного сечения. Извест-
но, что при определенных условиях непрерывное литье мел-
440
ких заготовок обеспечивает снижение отходов металла, по-
вышение производительности сортовых прокатных станов,
исключает передел на заготовочном стане, позволяет произ-
водить продукцию более широкого сортамента небольшими
партиями, что удовлетворяет большее число потребителей
металлопродукции [386,387].
На Днепровском металлургическом комбинате (ДМК)
впервые в практике стран СНГ освоен новый способ одно-
временного непрерывного литья заготовок сечением 160x160
мм и 335x400 мм для производства сортового проката и
трубной заготовки на шестиручьевой МНЛЗ [193,388,389].
С целью получения и непосредственного использования
мелких непрерывнолитых заготовок для производства сорто-
вого проката на стане «350» была проведена реконструкция
МНЛЗ № 2 на одновременную непрерывную отливку загото-
вок сечением 160x160 мм и 355x400 мм.
Оценка объемов производства непрерывнолитых заго-
товок разных сечений для различных соотношений числа
ручьев на комбинированной МНЛЗ приведена в табл.7.1.
Таблица 7.1. Производство непрерывнолитых заготовок
сечением 160 х 160 мм и 335 х 400 мм
(при расчетной производительности
МНЛЗ - 847277т/год)
№ п/п Комбинация сечений при комбинирован- ном литье заготовок сечением 160 х 160 мм и 335 х 400 мм Скорость разливки, м / мин Среднее расчетное производство, т/год
160x160 335x400 160x160 335x400
1 5 ручьев 160 х 160 + 1 ручей 335 х400 2,00-2,20 0,5-0,6 625480 221797
2 4 ручья 160 х 160 + 2 ручья 335 х400 1,90-2,00 0,5-0,6 444266 403011
3 3 ручья 160 х 160 +3 ручья 335 х400 1,70-1,50 0,5-0,6 264806 582471
4 2 ручья 160 х 160+4 ручья 335 х400 1,00-1,50 0,5-0.6 85344 761933
441
Из приведенных в табл.7.1 данных видно, что одновре-
менное литье на 4-х ручьях заготовок сечением 160x160 мм и
2-х ручьях заготовок сечением 335x400 мм является наиболее
целесообразным. Вместе с тем, на первом этапе реконструк-
ции из-за отсутствия разработанной технологии комбиниро-
ванного литья было принято решение вначале реконструиро-
вать только два ручья МНЛЗ № 2 на отливку мелких загото-
вок. При этом, учитывая значительную протяженность про-
межуточного ковша, расположенного над шестью кристалли-
заторами, а также имеющийся значительный перепад темпе-
ратуры металла от середины к периферии ковша, что вызыва-
ет необходимость в начальный период разливки обеспечить
повышенный расход металла в единицу времени на крайних
ручьях, кристаллизаторы сечением 335x400 м установили на
двух крайних ручьях, а сечением 160x160 мм - только на 2-м
и 3-м ручьях МНЛЗ № 2.
В период проведения реконструкции МНЛЗ № 2 измене-
нию подвергалось следующее основное оборудование: пром-
ковш; кристаллизаторы; секции вторичного охлаждения; тя-
нущие клети. Расположение основного оборудования МНЛЗ
№ 2 для организации комбинированной отливки заготовок
приведено на рис 7.4.
Сущность реконструкции заключалась в следующем. В
существующем промежуточном ковше (7) отверстия для ус-
тановки стаканов-дозаторов на реконструированных ручьях
сместили в сторону базовой стенки кристаллизатора на 90
мм. Это позволило установить на одной оси стаканы для от-
ливки заготовок сечением 160x160 мм и 335x400 мм. Внутри
промковша установили стаканы-дозаторы (2), по окружности
которых выполнили выступ (3), высотой 0,06...0,34 высоты
промежуточного ковша и уровня металла в нем.
Радиальные кристаллизаторы с большим и малым попе-
речным сечением {4} установили на одном уровне, при кото-
ром большие радиусы кривизны всех кристаллизаторов
МНЛЗ № 2 совмещены между собой и имеют одинаковый
радиус - 14 м. На реконструированных ручьях были установ-
лены кристаллизаторы новой конструкции - веерного типа,
442
обеспечивающие сохранение первоначальных размеров ра-
бочей полости кристаллизатора после механической обра-
ботки медных плит во время очередного ремонта.
Рис. 7.4. Схема комбинированной шестиручьевой МНЛЗ для од-
новременной разливки блюма и сортовой заготовки:
1 - промковш; 2 - стакан-дозатор; 3 - выступ вокруг
стопора; 4 -кристаллизаторы; 5 - тянущие клети;
6 - газовая резка
443
В нижней части кристаллизаторов сечением 335x400 мм
подвешивали по четыре центрирующих цилиндрических ро-
лика, а на кристаллизаторы сечением 160x160 мм подвесили
по восемь центрирующих цилиндрических роликов для более
жесткого крепления заготовок под кристаллизатором по тех-
нологической оси (табл.7.2). Между роликами установлены
воздушные спиралевидные коллекторы для подачи охлаж-
дающей водовоздушной смеси на поверхность литой заго-
товки. Эти коллекторы образуют первую зону вторичного
охлаждения.
Таблица 7.2. Общая характеристика кристаллизаторов
Параметры Базовый ручей Реконструиро- ванный ручей
Сечение отливаемой заготовки, мм 335x400 160x160
Длина кристаллизатора, мм 1000 800
Радиус базовой стенки, м 14 14
Диаметр центрирующих роликов, мм 140 110
Количество центрирующих роли- ков, шт. 4 8
Таблица 7.3. Общая характеристика секций
вторичного охлаждения
Параметры Базовый ручей Реконструиро- ванный ручей
Длина секции, мм 3300 3300
Количество четырехроликовых рамок, шт 6 3
Количество однороликовых рамок, шт. - 4
Диаметр роликов, мм 140 110
Расстояние между осями роликов по хорде со стороны базового радиуса, мм 320 320
Вторая и третья зоны охлаждения заготовок сечением
335x400 мм были смонтированы на шестирамочную роли-
ковую секцию вторичного охлаждения, четвертая зона ох-
444
лаждения монтируется на секции поддерживающих роли-
ков, при этом кольцевые воздушные коллекторы с форсун-
ками заменены на спиралевидные коллекторы типа «труба в
трубе». Секции вторичного охлаждения на реконструиро-
ванных ручьях используются не только для охлаждения за-
готовок, выходящих из кристаллизатора и удержания их от
раздутия стенок, но и для центрирования на технологиче-
ской оси (табл.7.3).
Тянущие клети (5) предназначены для вытягивания за-
готовок из кристаллизатора и продвижения ее через ролико-
вые секции вторичного охлаждения, секции поддерживаю-
щих роликов и правильные устройства (табл.7.4). Тянущие
клети также предусматривают возможность удержания за-
травки, введенной в кристаллизатор. Станина клети, балан-
сир, валки и экраны имеют внутреннее водяное охлаждение.
При реконструкции тянущих клетей предусмотрено, что ба-
зовый ручей оборудован четырьмя валками с групповым
приводом (на пару верхних и пару нижних валков). Верхние
прижимные валки установлены на балансире, который при-
соединен к гидравлическому цилиндру прижима. Реконст-
руированный ручей оборудован тянущей клетью с четырьмя
валками, имеющими групповой привод на нижние валки.
Верхние прижимные валки установлены на балансире, при-
соединенном к гидравлическому цилиндру прижима.
Таблица 7.4. Технические характеристики тянущей клети
Параметры Базовый ручей Реконструиро- ванный ручей
Количество приводных валков, шт. 4 2
Раствор валков, мм 250...460 145...270
Диаметр валка, мм 400 400
Максимальный крутящий момент на клети, Нм 42x10 24x10
Давление рабочей жидкости в гидроцилиндре прижима, МПа 8...9 8...9
445
Машина газовой резки МГР (6) предназначена для резки
заготовок, поступающих с МНЛЗ, на мерные длины. На ре-
конструированных ручьях изменили механизм захвата МГР
для обеспечения возможности его смыкания до величины
130-150 мм. Это было достигнуто путем увеличения длины
штока цилиндра и замены механизма захватов. Кроме этого,
дополнительно были выполнены все предусмотренные про-
ектом необходимые изменения узлов, механизмов и систем
на реконструируемых ручьях.
Одним из главных факторов, обеспечивающих стабиль-
ность процесса литья и качество заготовок, является опти-
мальный температурно-скоростной режим разливки металла
на МНЛЗ. Диапазон допустимой температуры стали в пром-
ковше является достаточно узким и зависит от температуры
кристаллизации, определяемой марки стали, ее химического
состава. Температура металла в промежуточном ковше с уче-
том его конфигурации и теплопотерь в процессе непрерыв-
ной разливки определялась из условия превышения темпе-
ратуры ликвидус на 30-50°С.
Для достижения указанных пределов температур с уче-
том оптимальных условий работы конвертеров, установки
комплексной доводки стали (УКДС) и комбинированной
МНЛЗ был проведен анализ изменения температуры различ-
ных групп марок сталей в период выпуска металла из конвер-
тера, транспортировки, внепечной обработки и непрерывной
разливки. Установлено, что для успешной разливки всей се-
рии, состоящей не менее, чем из 8 плавок, на комбинирован-
ной МНЛЗ необходимо обеспечить температуру металла в
промежуточном ковше первой плавки в серии на 10-15°С
выше последующих, выплавляемых по обычной технологии.
Снижение температуры металла в процессе выпуска и
транспортировки сталеразливочного ковша на УКДС соста-
вило в среднем 50...55°C при длительности осуществления
этих операций в течение 10-ти мин. Снижение температуры в
процессе внепечной обработки на УКДС, средняя длитель-
ность которой была 30 мин., составила 2О...25°С. Снижение
температуры металла за время его транспортировки от УКДС
446
до начала разливки - 5 °C при длительности предусмотренных
операций подготовки сталеразливочного ковша 10 минут. В
процессе перелива металла из сталеразливочного ковша в
промковш снижение температуры составило в среднем
50-60 °C. Средняя продолжительность разливки плавки на
шести ручьях МНЛЗ № 2 при скорости вытягивания загото-
вок 335x400 мм - 0,6...0,7 м/мин и 160x160 мм - 1,3... 1,4
м/мин составила 100 мин.
При установлении рабочей скорости разливки на МНЛЗ
№2 порядка 0,6 м/мин для заготовок сечением 335-400 мм и
1,2-1,3 м /мин для заготовок сечением 160x160 мм темпера-
тура металла в сталеразливочном ковше перед выпуском из
конвертера, после усреднительной продувки на УКДС, перед
установкой на подъемно-поворотный стенд (ППС) и в про-
межуточном ковше по ходу разливки находилась в пределах,
приведенных в табл.7.5.
Таблица 7.5. Температура металла в сталеразливочном и
промежуточном ковшах по ходу разливки
Группы марок сталей Температура металла, °C
Перед выпуском из кон- вертера После усредн. продувки в ковше После доводки на УКДС Перед ППС МНЛЗ В п/ковше по ходу разливки
10,10тр 1690-1700 1630-1640 1610-1620 1605-1615 1550+15-5
Зсп,20,20тр, 20к 1680-1690 1620-1530 1600-1610 1595-1605 1540+15-5
35,35тр,40, 45тр,45 1670-1690 1610-1620 1590-1600 1580-1595 1530+15-5
09Г2С,09Г2 1680-1690 1620-1630 1610-1620 1605-1615 1550+15-5
17ГС 1680-1690 1620-1630 1600-1610 1590-1600 1535+15-5
Зпс 1685-1695 1625-1635 1600-1610 1595-1605 1540+15-5
5 пс 1680-1690 1620-1630 1590-1600 1585-1695 1535+15-5
бпс 1670-1680 1610-1620 1580-1590 1575-1585 1530+15-5
Анализ причин образования прорывов и переливов металла
через кристаллизатор показал, что в основном это явилось
следствием некрытая стопоров-моноблоков во время разлив-
ки металла на МНЛЗ из-за нарушения температурно-
447
скоростного режима литья заготовок. По мере стабилизации
температурного режима плавок, подаваемых на МНЛЗ в со-
ответствии с установленными пределами, увеличилась ско-
рость одновременного непрерывного литья и достигла
0,6...0,7 м/ мин и 1,3... 1,5 м /мин при отливке заготовок се-
чением 335x400 мм и 160x160 мм соответственно.
Более 54% плавок отливали в заготовки сечением
335x400 мм со скоростью 0,6 м/мин и 36,3% плавок отливали
в заготовки сечением 160x160 мм со скоростью 1,3 м/мин.
Низкую скорость непрерывного литья имели 10,6% плавок и
15,6% плавок при отливке заготовок сечением 335x400 мм и
160x160 мм соответственно из-за повышенной температуры
или запаздывания очередной плавки на разливку.
В результате физического моделирования и опытно-
промышленных исследований установлено, что при выборе
диаметра внутренней полости стакана-дозатора целесообраз-
но руководствоваться соображениями обеспечения стабиль-
ности истечения металла максимально длительное время
[390,391]. С этой точки зрения предпочтительно иметь по
возможности больший диаметр, поскольку с его увеличением
время зарастания (затягивания) внутренней полости стакана-
дозатора существенно увеличивается, а налипание крупных
фракций неметаллических включений и частиц шлака в
меньшей степени влияет на стабильность процесса разливки.
Вместе с тем, как показало физическое моделирование, уве-
личение диаметра внутренней полости погружного стакана
имеет свои ограничения в части снижения стабильности ре-
гулирования величины расхода жидкости за счет изменения
положения стопора относительно стакана-дозатора. На прак-
тике этот эффект проявляется еще более четко в силу эрози-
онного износа головки стопора в ходе разливки.
Установлено, что диаметр внутреннего сечения стакана-
дозатора может быть увеличен примерно в 1,6-1,8 раза от
расчетного диаметра, необходимого для истечения заданного
расхода металла. При этом достаточно большое влияние на
результаты регулирования расхода стали оказывает диаметр
головки стопора и геометрическая форма сопрягающейся с
448
ней поверхности стакана-дозатора. С уменьшением диаметра
головки стопора точность регулирования расхода металла не-
сколько повышается, однако в процессе разливки стопора с
меньшим диаметром более быстро теряют свою исходную
геометрическую форму, что нарушает стабильность процесса
разливки в целом.
Рис. 7.5. Общий вид стакана-дозатора 1 и головки стопора-
моноблока 2 для непрерывной разливки стали на сечение
160x160 мм (плотной штриховкой обозначены области огне-
упорного материала с повышенной эрозионной прочностью)
449
На практике были исследованы несколько конфигураций
корундографитовых стопоров-моноблоков и стаканов-дозато-
ров, выполненных методом изостатического прессования. На
рис.7.5 приведены основные параметры геометрической
формы стакана-дозатора и головки стопора-моноблока, обес-
печившие наиболее стабильные результаты разливки.
Геометрическая форма погружного стакана для разливки
стали на сортовую заготовку в целом не отличается от тради-
ционной. Определяющими размерами при этом являются
диаметр его внутренней полости и внешний диаметр стакана
в зоне погружения в металл. Как показали эксперименталь-
ные наблюдения, расстояние между внешней поверхностью
стакан-дозатора и стенками кристаллизатора не должно быть
меньше 25-30 мм.
В противном случае происходит «подмерзание» мениска
металла в кристаллизаторе на ранней стадии охлаждения с
образованием твердой корочки в виде различного рода пере-
мычек. По мере вовлечения корочки твердого металла вглубь
жидкой ванны происходит нарушение сплошности литой за-
готовки, что приводит к прорывам или повышенной дефект-
ности готовой металлопродукции. Конструкция погружного
стакана для разливки стали на непрерывнолитую квадратную
заготовку сечением 150x150 мм и 160x160 мм представлена
на рис.7.6.
В качестве огнеупорного материала для стакана-
дозатора, стопора-моноблока и погружного стакана исполь-
зовали материал, содержащий 60-80% Л12О3 и 15-20% угле-
рода. Для повышения эксплуатационной стойкости в местах
максимального эрозионного износа (головка стопора и верх-
няя часть стакана-дозатора) содержание Л12О3 для этой части
изделий было несколько выше, чем для остального изделия.
В результате опытно-промышленного опробования уста-
новлено, что использование стаканов-дозаторов диаметром
24 мм в промковше при литье через погружные стаканы диа-
метром 40 мм, заглубленные под уровень металла в кристал-
лизаторе на 110-120 мм, обеспечивает более равномерную
толщину формирующей оболочки и отливку заготовок без
горячих поверхностных трещин.
450
Рис. 7.6. Общий вид погружного стакана для непрерывной раз-
ливки стали на сечение 160x160 мм (плотной штри-
ховкой обозначены область из диоксида циркония с
повышенной эрозионной прочностью от воздействия
шлакообразующей смеси)
Наполнение кристаллизаторов сечением 160x160 мм на-
чинали после стабилизации температуры металла в промежу-
точном ковше и отливки не менее 25-50 тонн металла в кри-
сталлизаторы сечением 335x400 мм. В процессе наполнения
кристаллизатора сечением 160x160 мм металлом в первые
3-5 с присаживали мелкую металлическую стружку «холо-
дильник» в количестве 4-5 кг и 1-2 кг шлакообразующей сме-
си. После достижения в течение 40-45 секунд уровня метал-
451
ла, равного 100 мм от верхнего края кристаллизатора произ-
водили запуск ручья в режиме ручного управления при плав-
ном увеличении вытягивания заготовок до 0,3-0,4 м/мин.
После выхода заготовки из кристаллизатора разгон осуще-
ствляли по следующему режиму:
0.5 м/мин до 0.3 м;
0.6 м/мин до 0.4 м;
0.7 м/мин до 0.5 м;
0.8 м/мин до 0.6 м;
0.9 м/мин до 0.7 м;
1.0 м/мин до 0.8 м.
Затем показатели скорости разливки в зависимости от
температуры металла в промковше в период освоения техно-
логии производили в соответствии с данными табл.7.6.
Таблица 7.6. Зависимость скорости разливки от
температуры металла в промковше
Группы марок сталей Скорость разливки, м/мин (сечение заготовок, мм)
0,4(335x400) 1,1(160x160) 0,5(335x400) 1,2(160x160) 0,6(335x400) 13(160x160) 0,7(335x400) 1,5(160x160)
10,1 Отр 1566-1575 1556-1565 1541-1555 1530-1540
Зсп,20,20тр,20к 1561-1570 1551-1560 1536-1550 1525-1535
35,35тр 1546-1555 1536-1545 1521-1535 1510-1520
45,Дтр,40,45тр 1536-1545 1526-1535 1511-1525 1500-1510
09Г2С,09Г2 1561-1570 1551-1560 1536-1550 1525-1535
17ГС 1561-1570 1551-1560 1536-1550 1525-1535
зпс 1561-1570 1551-1560 1541-1550 1530-1540
5ПС,6ПС 1556-1560 1546-1555 1536-1545 1620-1535
Проведенными исследованиями установлено, что ста-
бильную разливку металла на МНЛЗ №2 и удовлетворитель-
ное качество заготовок достигают при соответствии темпера-
туры металла в промковше скоростям разливки, равным 0,6
м/мин для заготовок сечением 335x400 мм и 1,3 м/мин для
заготовок сечением 160x160 мм.
452
Качество поверхности и макроструктуры блюмов и заго-
товок оценивали по результатам осмотра и топографии на-
ружных дефектов, а также изучения травленных темплетов,
отобранных от заготовок в начале, середине и конце плавок.
Установлено, что при отсутствии нарушений технологии вы-
плавки, внепечной обработки и непрерывной разливки, по-
верхностных дефектов практически нет по всей длине отли-
ваемых блюмов и квадратных заготовок. Макроструктура ли-
тых заготовок сечением 335x400 мм соответствует требова-
ниям технических условий ТУУ-322-00190319-1138-94, раз-
работанных УКРНИИМетом и характеризуется показателя-
ми, приведенными в табл.7.7.
Макроструктура литых квадратных заготовок сечением
160x160 мм соответствует требованиям технических усло-
вий ТУУ -322-00190319-94, также разработанными УКР-
НИИМетом и характеризуется показателями, приведенными
в табл.7.8.
Непрерывнолитые заготовки сечением 335x400 мм про-
катывали на трубозаготовочном стане (ТЗС) 900/750x3. Ко-
личество трубных заготовок, направленных потребителю без
зачистки, по сравнению с трубными заготовками из слитков,
увеличилось на 32%, а количество брака снизилось в 2,2 раза.
Полученные после прокатки на ТЗС квадратные заготовки
были направлены для дальнейшего передела на прокатных
станах комбината, а трубная заготовка в виде товарной про-
дукции круг 120, 130, 150, 180, 230, 250 и 270 мм - на трубо-
прокатные заводы Украины и в зарубежные страны. Анализ
макроструктуры заготовок, прокатанных на трубозаготовоч-
ном стане, показал, что на более чем 500 протравленных тем-
плетах нормы допустимых дефектов, предусмотренных соот-
ветствующими техническими условиями, в основном выпол-
няются как для круглой, так и для квадратной заготовок.
Исследование макроструктуры трубных заготовок диа-
метром 130, 150, 180, 230 и 270 мм показало, что для данных
профилеразмеров кругов центральная пористость оценивает-
ся в пределах 1,5 балла, и только на отдельных плавках стали
марки Ст20тр она возрастает до 2,0 баллов.
453
Таблица 7.7. Макроструктура литых заготовок сечением
335 х 400 мм
Виды дефектов Макроструктура в баллах
Центральная пористость 1УЗ
Осевая ликвация 1У2
Трещины и ликвационные полоски, перпендикулярные широким граням 0У2.5
Трещины и ликвационные полоски осевые 0У2
Трещины и ликвационные полоски угловые 0
Краевая точечная загрязненность 0У1
Светлая полоска 0-1
Таблица 7.8. Макроструктура литых заготовок сечением
160 х 160 мм
Виды дефектов Макроструктура в баллах
Углеродистая низколегированная сталь Углеродистая качественная и легированная
Центральная осевая пористость 0-3,0 сталь 0-3,0
Осевая ликвация 0-3,0 0-3,0
Ликвационные полоски угловые 0-2,0 0-2,0
Ликвационные полоски в промежуточной зоне 0-3,0 0-2,0
Ликвационные полоски и трещины осевые 0-3,0 0-2,0
Краевые точечные загрязнения 0-2,0 0-2,0
Светлая полоска 0-3,0 0-3,0
Осевая химическая неоднородность на заготовках диа-
метром 150 мм имеет более высокий балл в пределах 1-2, а на
отдельных плавках достигает 3 баллов, при 1,0-1,5 баллах на
заготовках диаметром 130 мм ликвационные полоски и тре-
454
щины квалифицируются средним баллом 1,0-1,5, хотя на от-
дельных заготовках отмечается и более высокий балл - 2,0-
2,5. Краевые точечные загрязнения оцениваются средним
баллом 0,5-1,0, светлая полоса 0,5-1,0 баллом.
Непрерывнолитые заготовки сечением 160x160 мм про-
катывали на среднесортовом стане «350» на круглые заготов-
ки и утолки. Макроструктура круглого проката, полученного
непосредственно из литых заготовок сечением 160x160 мм,
соответствует требованиям технических условий ТУУ-322-
00190319-1137-94, разработанных также УКРНИИМетом и
приведена в табл.7.9.
Установлено, что прокатка непрерывнолитых заготовок
сечением 160x160 мм на стане «350» на круглые заготовки
диаметром 36...60 мм и утолки различных размеров обеспе-
чивает снижение расходного коэффициента металла на 0,047
т/т стали.
Таблица 7.9. Макроструктура круглого проката излитых
заготовок сечением 160x160 мм
Виды дефектов Макроструктура в баллах
Углеродистая низ- колегированная сталь Углеродистая качественная и легированная
Центральная осевая пористость 0-3,0 сталь 0-3,0
Осевая ликвация 0-3,0 0-3,0
Ликвационные полоски и трещины - -
Радиальные 0-2,0 0-2,0
Осевые 0-2,0 0-2,0
Краевые точечные загрязнения 0-2,0 0-2,0
Светлая полоска 0-3,0 0-3,0
В целом внедрение нового способа комбинированного
непрерывного литья заготовок, включающего разработку и
освоение основных узлов оборудования машины, темпера-
455
турно-скоростного режима одновременного литья, режимов
вторичного охлаждения, способа подвода металла в кристал-
лизатор позволило резко улучшить качество поверхности ли-
тых блюмов и квадратных заготовок, существенно улучшить
качество макроструктуры литого металла. При производстве
сортового проката, круглого профиля, трубных заготовок и
труб из непрерывнолитых заготовок, полученных в результа-
те внедрения способа комбинированного литья, отмечается
высокое качество поверхности проката, а качество макро-
структуры удовлетворяет требованиям стандартов.
Механические свойства трубных заготовок и труб, полу-
ченных из металла непрерывной разливки стали марки 10, 20,
35, 45 и определенные по ГОСТ 1050-91 показали, что их
прочностные и пластические свойства превышают требова-
ния ГОСТ: по пределу прочности для стали 10 и 20 - на 4-6
кгс/мм2, для 35-45 - на 9 кгс/ мм2, по относительному удли-
нению для стали 10, 20 и 35 - на 2-4%, для стали 45 - на 8%.
7.3.ОСОБЕННОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛОСОБУЛЬБОВЫХ
ПРОФИЛЕЙ ИЗ НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ ЗАГОТОВОК
Непрерывнолитые заготовки сечением от 150x150 мм до
200x200 мм представляют большой интерес для производства
целой гаммы фасонных профилей ответственного назначения
на крупносортных и среднесортных прокатных станах и в
первую очередь таких, как полособульбовые профили (ГОСТ
21937-76, ГОСТ 9235-76), широко используемые в судо-
строении. В металлургическом комплексе бывшего СССР
Украина фактически являлась монополистом в производстве
данного вида продукции, сосредоточив на 6 прокатных ста-
нах примерно 90% всего выпускаемого сортамента. Вместе с
тем, до сегодняшнего дня весь объем отечественного полосо-
бульбового проката производится из заготовки, полученной в
результате перекатки слитков.
Первые опыты по производству полособульбового про-
ката из непрерывнолитой стали были проведены в середине
456
80-х годов на Донецком металлургическом заводе [391].
Сталь выплавляли в мартеновской печи и разливали на вер-
тикальной МНЛЗ в слябы толщиной 1204-140 мм, которые за-
тем разрезали вдоль на заготовки. Полученные заготовки пе-
рекатывали в несимметричные полособульбовые профили №
8-10 на стане 400. Выход годного по качеству поверхности
увеличился, механические свойства полособульбовых про-
филей соответствовали требованиям стандартов.
Однако макроструктура как полученной заготовки
(рис.7.7), так и готовых полособульбовых профилей (рис.7.8)
была неудовлетворительной. Практически на всех раскатах
наблюдались осевые дефекты (ликвации), которые распро-
странялись в область головки (рис.7.8 а) или вытягивались на
всю ширину раската (рис.7.8 б). Данное обстоятельство не
позволило получить продукцию пригодную для эксплуатации
и выдерживающую все требования стандартов.
Условия эксплуатации полособульбовых профилей в
конструкциях кораблей выдвигают определенные требования
к их качеству, и в первую очередь металл полособульбового
профиля должен обладать высокой пластичностью и вязко-
стью, гарантирующей прочность и сопротивляемость разви-
тию дефектов под действием мультициклических динамиче-
ских и тепловых нагрузок. Получение изделий с таким соче-
танием свойств возможно при правильном выборе материала
и технологии их производства, включающей выплавку и раз-
ливку стали, деформирование и термическое упрочнение го-
товой продукции.
Исследования по оценке качества полособульбовых про-
филей, прокатанных из непрерывнолитого металла, выпол-
нили в условиях стана 620 ОАО “Краматорский металлурги-
ческий завод”. Специфика стана заключается в том, что в его
сортаменте предусмотрено производство 10 из 19 профиле-
размеров (т.е. 52,6%) несимметричных полособульб по ГОСТ
21937-76, а наличие правильного оборудования и комплекса
термической обработки делает стан практически уникальным
с точки зрения возможности производства всех категорий
судовой стали от А до Е.
457
Рис 7 7 Макроструктура (серный отпечаток) поперечного темплета
заготовки, полученной поперечным разрезанием непрерывно-
литого сляба (а - из кромки сляба, б-из середины сляба)
458
Рис. 7.8 Макроструктура (серный отпечаток) поперечного
темплета полособульбового профиля №10
(а - заготовка из кромки сляба;
б - заготовка из середины сляба)
В качестве исходной использовались два типа заготовок,
изготовленных в условиях ОАО “Днепровский металлурги-
ческий комбинат” по следующим вариантам технологических
процессов
1-й вариант - отливка на криволинейной МНЛЗ блюмов се-
чением 335x400 мм с последующей перекаткой послед-
них на стане 950/750 в заготовку квадратного сечения
170x170 мм,
2-й вариант - отливка на криволинейной машине непрерыв-
ного литья непосредственно квадратной заготовки сече-
нием 160x160 мм
459
Выплавку опытно-промышленной партии судовой стали
категории А32 - D32 (ГОСТ 5521-93) в количестве более 900
тонн, соответствующей Правилам Регистра морского судо-
ходства в части химического состава, осуществляли в 250-
тонном конвертере комбината в соответствии с действующи-
ми технологическими инструкциями на выплавку, доводку и
непрерывную разливку.
Макроструктура сортового проката зависит от макро-
структуры исходной заготовки и режима прокатки. Оценку
качества полученных заготовок производили в соответствии
с ОСТ 14-1-235-91 [392]. Основными дефектами макрострук-
туры литых заготовок являются осевая физико-химическая
неоднородность, ликвационные полоски и трещины, точеч-
ная неоднородность. Ни один их этих дефектов не устраняет-
ся в процессе горячей деформации, при любой степени обжа-
тия эти дефекты сохраняются в готовом прокате.
Для получения сортового проката с удовлетворительной
макроструктурой необходимо, чтобы в макроструктуре ис-
ходной литой заготовки точечная неоднородность и ликваци-
онные полоски имели характеристики (в баллах), практиче-
ски не превышающие требования ГОСТ к макроструктуре
готового проката.
Исследование особенностей структуры опытно-
промышленной партии квадратных заготовок сечением
170x170 мм, полученных по первому варианту технологиче-
ского процесса показало, что качество их поверхности очень
хорошее, без видимых дефектов металлургического проис-
хождения, характерных для заготовки, полученной в резуль-
тате перекатки слитков. Заготовки характеризуются равно-
мерным химическим составом, меньшим (по сравнению со
слитком) количеством усадочных и ликвационных дефектов,
однородной и плотной макроструктурой (рис.7.9 а), за ис-
ключением узкой осевой зоны. В этой зоне видны остатки
исходной дендритной структуры непрерывнолитого блюма,
а также осевая ликвация (осевая химическая неоднород-
ность) 0-1 балла.
460
a
б
Рис.7.9. Макроструктура (серный отпечаток) поперечного
темплетазаготовок: а - 160x160мм; 6-170x170мм
461
Дисперсность дендритной и зернистой структуры более
чем в 3 раза превышает исходную в блюме, уменьшена при-
мерно в 4 раза загрязненность металла неметаллическими
включениями по сравнению с металлом серийного производ-
ства ОАО “Енакиевский металлургический завод” (выплавка
стали в кислородном конвертере - разливка в слитки - про-
катка заготовки).
Для макроструктуры заготовки, полученной по данному
варианту технологического процесса, характерно также на-
личие плотной светлотравящейся окантовки толщиной 5-ь8
мм по контуру сечения, наследуемой от корковой зоны блю-
ма и слабо выраженного теплового центра.
В отличие от структуры заготовок сечением 170x170 мм,
макроструктура непрерывнолитых заготовок опытной пар-
тии, полученных по второму варианту технологического
процесса (рис.7.9 б), свидетельствует об их более низком ка-
честве, выражающемся в пониженной дисперсности денд-
ритной и зеренной структур, наличии осевой ликвации 0-2
балла с четко очерченным тепловым центром. Вместе с тем,
загрязненность металла неметаллическими включениями
примерно такая же, как и в заготовках, полученных по пер-
вой технологической схеме.
С точки зрения сопротивляемости готовых изделий раз-
витию дефектов под действием многоциклических и тепло-
вых нагрузок, наибольшую опасность представляют ликва-
ционные полоски и трещины (надрывы), располагающиеся по
межосным пространствам дендритной структуры, а также
трещины напряжения, пересекающие оси дендритов в денд-
ритной структуре и распространяющиеся по сечению тем-
плета в виде ломаных линий.
Аналогичное влияние оказывают и краевые точечные за-
грязнения, представляющие собой неметаллические включе-
ния эндогенного и экзогенного происхождения, располагаю-
щиеся разрозненно, группами и в виде строчек по попереч-
ному сечению темплета. Произведенная оценка качества по-
лученной заготовки с точки зрения наличия дефектов данно-
го вида показала, что в исследуемом металле ликвационные
полоски отсутствуют, а краевая точечная загрязненность
462
присутствует только в раскатах сечением 160x160 мм и не
превышает 1 балла.
Наличие в непрерывнолитых заготовках осевой зоны
низкого качества поставило вопрос о всесторонней оценке
качества готовых полособульбовых профилей. Для оценки
качества макроструктуры приняли за основу метод контроля,
регламентированный ОСТ 14-1-235-91. Однако ввиду того,
что полособульбовые профили из непрерывнолитого металла
были получены впервые в Украине и странах СНГ, а литера-
турные данные об аналогичных работах, проведенных в про-
мышленно развитых странах мира, отсутствуют, за основу
методологии исследований по оценке качества был принят
подход, примененный автором работы [393] к оценке качест-
ва рельсов из НЛЗ. Правомерность такого подхода доказыва-
ется, с одной стороны, сходными условиями эксплуатации
прокатных изделий (циклические, динамические и тепловые
нагрузки), а, с другой стороны, повышенными требованиями
к вязкостным характеристикам, гарантирующим прочность и
сопротивляемость развитию дефектов под действием внеш-
них воздействий.
Оценку уровня служебных характеристик опытно-про-
мышленных партий несимметричных полособульбовых про-
филей №24А, 22А, 20А, 20Б по ГОСТ 21973-76 (исходное се-
чение заготовки 170x170 мм) и опытных партий: №22А, 20А,
18А по ГОСТ 21973-76, 18А, В, С, Е по DIN EN 10067 (ис-
ходное сечение заготовки 160x160 мм), производили в соот-
ветствии с требованиями действующих стандартов.
Контроль качества поверхности как исходных заготовок,
так и готовых полособульбовых профилей осуществляли в
ходе 100% визуального осмотра каждой штанги на стелла-
жах осмотра и контроля. Передела по дефектам поверхности
(плена, раскатанные пузыри, рванины, трещины и т.д.) заго-
товок и готовых полособульбовых профилей из непрерыв-
нолитого металла не было в связи с их отсутствием. Удель-
ный вес дефектов поверхности прокатного происхождения
не превышал среднестатистических величин, характерных
для реализуемого уровня технологии и состояния оборудо-
вания стана.
463
Анализ результатов сдаточных испытаний металла от ка-
ждой партии проката в ходе текущего контроля, а также при
проведении сдаточных испытаний в присутствии представи-
теля Морского Регистра, показал полное соответствие произ-
веденной продукции требованиям ГОСТ 21937-76 (табл.7.10).
Исследования распределения механических свойств в полотне
полособульбовых профилей (место отбора проб) показали, что
свойства распределены практически равномерно в прокате
разных профилеразмеров внутри одной плавки. В отдельных
случаях отмечается снижение прочностных характеристик на
20-30 Н/мм2 из-за зональной ликвации углерода и серы (об-
разцы вырезаны из зоны теплового центра).
Средний уровень нормируемых характеристик механиче-
ских свойств полособульбовых профилей соответствует тре-
бованиям стандарта и превышает уровень, предусмотренный
для данного вида проката из заготовки текущего производст-
ва ОАО «Енакиевский металлургический завод», по относи-
тельному удлинению и ударной вязкости на продольных об-
разцах. Данное обстоятельство позволило, в первом прибли-
жении, сделать вывод о большей однородности металла по-
лособульбовых профилей из непрерывнолитой заготовки.
Для макроструктуры полособульбовых профилей из непре-
рывнолитого металла, полученного по обеим схемам техноло-
гического процесса, также характерна плотная светлотравящая-
ся окантовка толщиной 1-1,5 мм (рис.7.10) по контуру сечения.
При этом на готовом прокате, произведенном из заготовки
160x160 мм, она имеет более ярко выраженное проявление.
Дефекты макроструктуры проката из непрерывнолитой
стали, как известно, относят в основном к трем типам: осевая
химическая неоднородность; краевое точечное загрязнение;
ликвационные полоски. При этом, как свидетельствуют про-
веденные исследования, степень осевой химической неодно-
родности может служить одним из главных критериев оценки
макроструктуры полособульбовых профилей, прокатанных
из непрерывнолитой заготовки.
В прокате данный дефект проявляется, прежде всего, в по-
лосчатости макро- и микроструктуры (рис.7.11), что связано с
типичной для осевой зоны ликвацией серы, углерода и фосфо-
464
ра. Проведенный контроль качества макроструктуры готового
проката различных профилеразмеров (12 серных отпечатков)
по данному признаку показал, что в полособульбовых профи-
лях он присутствует только на определенном участке внутри
полки. Выходов на поверхность, в головку, а также зону, к ней
прилегающую, не наблюдалось. Местом его концентрации мо-
жет считаться область, удаленная на расстояние (0,65-0,70) b от
края полки (Ь - ширина полособульбового профиля).
Рис. 7.10. Макроструктура поперечного темплета
полособульбовых профилей из непрерывнолитой стали:
а) п/б№20А, исходное сечение заготовки 170x170 мм;
б) п/б№22А, исходная заготовка 160x160 мм
Проведенные исследования по оценке качества и уровня
служебных свойств полособульбовых профилей опытно-
промышленной и опытной партий позволяют утверждать, что
произведенный прокат в полной мере отвечает самым высо-
ким требованиям, предъявляемым к данного вида продукции
со стороны ведущих морских регистров (табл.7.11). Кроме
того, дополнительный анализ представленных в табл.7.11
данных, касающихся регламентации процентного содержа-
465
ния элементов в стали в свете химического состава опытно-
промышленных плавок, произведенных в ККЦ ОАО «ДМК»
(пл.№Р924213: С - 0,15%; Мп - 1,30%; Si - 0,30%; S -
0,023%; Р- 0,028%; пл.№914488: С - 0,12%; Мп - 1,30%; Si -
0,33%; S - 0,020%; Р - 0,012%) позволяет сделать вывод о
том, что достигнутый уровень технологии выплавки, доводки
и непрерывной разливки стали на ведущих металлургических
предприятиях Украины в состоянии обеспечить производство
продукции (заготовки для переката) мирового уровня.
Рис. 7.11. Макроструктура поперечного темплета полособуль-
бового профиля из непрерывнолитой стали опытной
партии с осевой химической неоднородностью (п/б№20А,
исходная заготовка 160x160 мм)
Таким образом, исследования технологии производства и
качества крупносортных симметричных полособульбовых
профилей из непрерывнолитых заготовок показали, что дос-
тигнутый в Украине уровень в состоянии обеспечить показате-
ли служебных свойств проката в соответствии с требованиями
ведущих мировых регистров судоходства. Впервые произве-
денные в Украине опытно-промышленная и опытная партии
полособульбовых профилей из непрерывнолитой заготовки в
сравнении с традиционной технологией (разливка в слитки и
последующее производство заготовки) характеризуются боль-
шей однородностью механических свойств, высокой вязкостью
и пластичностью. Это позволяет скорректировать перспектив-
ную программу реконструкции и модернизации сортопрокат-
ного производства страны в ракурсе возможного использова-
ния высококачественной непрерывнолитой заготовки для про-
изводства крупно- и среднесортных профилей.
466
467
Таблица 7.10. Механические свойства металла симметричных полособульбовых профилей из НПЗ
Номер профиля Тип за- готовки, мм Характеристика механических свойств **
ав От §5, % Изгиб в холод- ном состоянии Работа удара, Дж *
Н/мм2 0°С - 20°С
Опытно-промышленная партия
20 А, Б ГОСТ 21937-76 170x170 481-525 334-363 29,0-33,0 31,5 удовл. 37,3-63,8 46,1 23,5 - 49,1 31,2
504 344
22 А, Б ГОСТ 21937-76 170x170 490-540 324-363 26,0-32,0 29,3 удовл. 39,2-110,0 67,1 25,5 - 70,6 38,9
509 341
24 А, Б *** 170x170 491 334 32,3 удовл. 40,2-59,0 44,1 25,5-31,4 29,4
Опытная партия
22А, 20А, 18А*** ГОСТ 21937-76 18 А, В, С, D EN 10067:1996 160x160 475-520 325-370 28,0 - 34,5 31,1 удовл. 39,2-98,1 61,2 29,4-63,8 45,8
499 349
* - образцы продольные;
* * - в числителе - минимальное и максимальное значения, в знаменателе - средние значения;
* ** - малый объем исследуемой партии.
468 469
Таблица 7.11. Требования, предъявляемые морскими регистрами к полособульбовой стали нормальной прочности
Категория стали Химический состав, % Механические свойства Работа удара, Дж продольные образцы/ поперечные образцы
С max Мп min Si max S max P max Al Временное сопротив- ление Rmin, МПа (н/мм2) Предел текучести Rmin, МПа, (н/мм2) Относи- тельное уд- линение A5min %
0°С -20°С -40°С
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Морской Регистр судо- ходства России РСА 0,21 2,5хС 0,50 0,035 0,035 400-490 235 22
РСВ 0,21 0,80 0,35 0,035 0,035 - 400-490 235 22 27/20 - -
PCD 0,21 0,60 0,35 0,035 0,035 0,015 400-490 235 22 - 27/20 -
РСЕ 0,18 0,70 0,35 0,035 0,035 0,015 400-490 235 22 - - 27/20
Ллойд Регистр LRA 0,21 2,5хС 0,50 0,040 0,040 - 400-490 235 22 - - -
LRB 0,21 0,80 0,35 0,040 0,040 - 400-490 235 22 27/- - -
LRD 0,21 0,60 0,10-0,35 0,040 0,040 0,015 400-490 235 22 - 27/- -
LRE 0,18 0,70 0,10-0,35 0,040 0,040 0,015 400-490 235 22 - - 27/-
Германский Ллойд GLA 0,21 2,5хС 0,35 0,040 0,040 общ. 400-490 235 22
GLB 0,21 0,80 0,35 0,040 0,040 - 400-490 235 22 27/20 - -
GLD 0,21 0,60 0,35 0,040 0,040 0,020 400-490 235 22 - 27/20 -
GLE 0,18 0,70 0,35 0,040 0,040 0,020 235 22 - - 27/20
Продолжение табл. 7.11
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Американское бюро судоход- ства
АВ/А 0,23 2,5хС 0,50 0,040 0,040 - 400-490 235 22 - - -
АВ/В 0,21 0,80-1,10 0,35 0,040 0,040 - 400-490 235 22 27/20 - -
AB/D 0,21 0,70-1,35 0,10-0,35 0,040 0,040 0,020 400-490 235 22 - 27/20 -
АВ/Е Норвежский Веритас 0,18 0,70-1,35 0,100,35 0,040 0,040 0,020 400-490 235 22 - - 27/20
NVA 0,21 2,5хС 0,50 0,040 0,040 - 400-490 235 22 - - -
NVB 0,21 0,80 0,35 0,040 0,040 - 400-490 235 22 27/20 - -
NVD 0,21 0,60 0,10-0,35 0,040 0,040 0,015 400-490 235 22 - 27/20 -
NVE Французский Веритас 0,18 0,70 0,10-0,35 0,040 0,040 0,015 400-490 235 22 - - 27/20
А 0,23 2,5хС - 0,040 0,040 - 400-490 235 22 - - -
В 0,21 0,80-1,40 0,35 0,040 0,040 - 400-490 235 22 27/- - -
D 0,21 0,60-1,40 0,35 0,040 0,040 400-490 235 22 27/-
Е 0,18 0,70-1,50 0,10-0,35 0,040 0,040 0,015- 0,060 400-490 235 22 - (-10°С) 27/-
7.4. МНОГОРУЧБЕВАЯ СОРТОВАЯ МНЛЗ
ЕНАКИЕВСКОГО МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ЗАВОДА
Технология непрерывной разливки стали в сортовые
заготовки, близкие по сечению к готовому прокату,
приобретает все большее значение, поскольку в этом случае
получение готовой металлопродукции будет достигаться с
наименьшими затратами при условии обеспечения мини-
мального числа производственных операций без ухудшения
качества конечной продукции. Особый экономический и ре-
сурсосберегающий эффект, как было показано ранее, дости-
гается в результате использования непрерывнолитых загото-
вок малых сечений (круг и квадрат).
Поэтому металлурги стремятся все больше использовать
сортовые МНЛЗ в крупных сталеплавильных цехах с высо-
кой единичной производительностью сталеплавильных агре-
гатов и широкими возможностями применения современных
методов внепечной доводки стали.
В целом при разливке плавок большой массы на
заготовки малого сечения возможны два основных пути
дальнейшего развития традиционной технологии непрерыв-
ной разливки:
-увеличение скорости разливки путем применения
специальных конструктивных и технологических мероприя-
тий в части геометрической формы кристаллизатора и подачи
металла в него;
-увеличение числа ручьев МНЛЗ.
При этом конструкторам МНЛЗ приходится решать дос-
таточно сложную техническую задачу обеспечения рацио-
нального выбора числа ручьев МНЛЗ, оптимальной скорости
разливки в зависимости от требований, а также согласования
работы МНЛЗ и сталеплавильного агрегата. Особую актуаль-
ность приобретает переоснащение сортовыми МНЛЗ круп-
ных кислородно-конвертерных цехов. Основные данные от-
носительно применения сортовых МНЛЗ в крупных ККЦ
приведены в табл.7.12.
470
Таблица 7,12. Основные данные о сортовых многоручьевых
МНЛЗ, установленных в крупных ККЦ
Наименование завода Фирма- произво- дитель МНЛЗ Год строи- тельства или ре- конструк- ции Базо- вый радиус, м Число ручьев Емкость конвер- тера, т Се- че- ние, мм Вне- печная обра- ботка
ВНР Integral Steel (Австралия) Concast 1999 9 5 130 127- 175 LF
Acominas Garais S.A., Бразилия Danieli 1999 9 6 230 100- 180 LF VD
ISRGISPAT Stahl (Германия) Danieli 1998 9 6 140 130- 160 LF VD
British Steel Corp. (Великобри- тания) Concast 1998 8 8 300 120- 180 LF VD
Acciaierie di comigliano (Италия) Concast 1993 8 8 240 120- 160 • 120
Pakistan Steel Mills (Пакистан) VAI 1989 6 6 130 80- 150
Huta Katowice (Польша) Concast 1997 9 6 330 100 190- 220 LF VD
Siderurgica Nacinal Fabrica, (Португалия) oncast/ VAI 1990 6 6 120 80- 150
Trinecke Zelezamy, Чехия Concast 1996 9 8 180 108- 200 LF VD
NKK Corporation (Япония) Sumi- tomo 1998 6 6 245 135- 150 VD
471
В странах СНГ опыт реализации концепции разливки
стали на сортовые заготовки в условиях мощных кислородно-
конвертерных цехов практически полностью отсутствует.
Более того, как показывает практика, основные произво-
дители непрерывнолитой сортовой заготовки (Молдавский и
Белорусский металлургические заводы, ЗАО “ММЗ-Истил-
ДМЗ”) ориентированы на электросталеплавильное производ-
ство по схеме мини металлургического завода.
При разработке оборудования для реконструкции кисло-
родно-конвертерного цеха Енакиевского металлургического
завода, которая выполнена на базе технологического обору-
дования, спроектированного и произведенного Новокра-
маторским машиностроительным заводом (НКМЗ) были
приняты ряд решений, позволяющих производить рекон-
струкцию в несколько этапов без остановки текущего
производства.
Новая высокопроизводительная шестиручьевая сортовая
МНЛЗ конструкции НКМЗ имеет ряд отличительных особен-
ностей [395]. Конструкция промежуточного ковша спроекти-
рована с учетом рациональной формы внутренней поверхно-
сти, обеспечения всплытия примесей и включений. Результа-
ты проведенного на базе специальной установки АО НКМЗ
жидкостно-динамического моделирования позволили обес-
печить оптимальные потоки расплава в промежуточном ков-
ше и термостабильность процесса, что дает возможность дос-
тичь высокого качества разливаемых заготовок и снижения
образования настылей в промковше с увеличением выхода
годного.
Для стабилизации температурного режима разливки, наря-
ду с применением утеплительной засыпки, предусмотрено на-
крывание сталеразливочного ковша футерованной крышкой.
Разливка металла может производиться открытой стру-
ей или с применением погружных стаканов (при малых се-
чениях - сильфонной защиты струи в среде инертного газа).
При разливке низколегированных, легированных и спе-
циальных марок сталей предусмотрена система электромаг-
нитного перемешивания (ЭМП), устанавливаемая в зоне
472
формирования непрерывнолитого слитка. Применение дан-
ной конструкции ЭМП обеспечит уменьшение пузырей при
открытой разливке, количества неметаллических включений
на участках, близких к поверхности, при разливке с погруж-
ным стаканом, трещин по всему сечению заготовок, умень-
шенную пористость центральной зоны, меньшую глубину
следов качания и ряд других улучшений заготовки.
Масса металла в стальковше и промковше непрерывно
измеряется взвешивающими устройствами. Уровень металла
в кристаллизаторе в процессе разливки измеряется современ-
ной системой контроля уровня металла в кристаллизаторе с
использованием источника на базе СобО. МНЛЗ оснащена
системой автоматического запуска ручьев и регулирования
скорости разливки скоростью вытяжки заготовки. На случай
потери ручья предусмотрена возможность перезапуска ручья
в процессе разливки.
На МНЛЗ применено 4-х зонное вторичное водоструйное
охлаждение непрерывнолитого слитка. Правка слитка произ-
водится в двухфазном состоянии. Оптимальные режимы ох-
лаждения и правки, направленные на достижение требуемого
качества заготовок, определены с широким применением
собственных компьютерных расчетов.
Разливка стали с повышенными скоростями обычно
обусловливается технологическими ограничениями длитель-
ности разливки одного ковша большой емкости (60-70
минут) при фиксированном числе ручьев МНЛЗ. Для опре-
деления рациональных скоростей разливки на заготовки
мелких сечений были рассмотрены условия формирования
корочки заготовки в кристаллизаторе при повышенных
скоростях разливки. Известно, что нарушение условий
формирования твердой корочки в кристаллизаторе приводит
к увеличению опасности прорыва металла, что, в конечном
счете, снижает выход годного металла и понижает произво-
дительность МНЛЗ.
Установлено, что при скоростной разливке величина
перегрева металла в промковше оказывает значительно
большее влияние на характер разливки, чем при разливке с
473
обычными скоростями (порядка 2,0-2,5 м/мин). Это связано с
тем, что толщина твердой оболочки формирующейся
заготовки на выходе из кристаллизатора уменьшается, что
повышает вероятность прорывов. Поэтому перегрев стали
должен быть по возможности небольшим и тем меньше, чем
выше скорость разливки. Однако, как уже было показано
нами в разд.З, для многоручьевых МНЛЗ необходимо
использовать промковши достаточно большой длины, что
приводит к значительной разнице температуры металла
между центральными и крайними ручьями. Для уменьшения
этой разницы расстояние между ручьями МНЛЗ ЕМЗ было
принято 1,1 м. Дальнейшее уменьшение этого расстояния
представляется досточно затруднительным по конструк-
тивным соображениям (размещение оборудования).
Другой характерной особенностью скоростной разливки
является увеличение диаметра стакана-дозатора в среднем на
25-35% по сравнению с разливкой с обычными скоростями.
Это обусловливает высокий момент количества движения
расплава на входе в кристаллизатор и соответственно более
интенсивное движение жидкости в кристаллизаторе. Кроме
того, установлено также, что даже при незначительном
(порядка 7-8 мм) отклонении струи от оси симметрии
происходит существенное нарушение симметрии движения
потоков в кристаллизаторе. В совокупности с наложением
колебаний кристаллизатора это приводит к частым “срывам”
стабильной картины движения циркуляционных потоков в
жидкой ванне. В процессе таких динамических “срывов”
интенсивность перемешивания расплава в отдельных зонах
кристаллизатора (прилегающих к стенке заготовки)
возрастает в 5-10 раз, что, видимо, служит одной из основных
причин неравномерного (или замедленного) роста твердой
корочки по отдельным граням и прорывов металла под
кристаллизатором.
Экспериментально установлено, что при разливке заго-
товок малого сечения с повышенной скоростью необходимо
поддерживать заготовку непосредственно под кристалли-
затором. Соответственно, в конструкции МНЛЗ предусмот-
474
рен нулевой сегмент роликовой проводки ручья, позво-
ляющий в некоторой степени компенсировать изменение
условий охлаждения заготовки в кристаллизаторе.
Система качания кристаллизатора была разработана с
учетом достижения следующих результатов: обеспечение ка-
чества поверхности заготовки в соответствии с требованиями
общепринятых на мировом рынке стандартов, максимальное
ограничение глубины проникновения следов качания кри-
сталлизатора вглубь заготовки; обеспечение рациональных
режимов подачи смазки между стенкой кристаллизатора и
формирующейся коркой и т.п. При скоростной разливке воз-
никают и определенные требования в отношении режима ка-
чания кристаллизатора. Известно, что качание кристаллиза-
тора способствует снижению силы трения между форми-
рующейся заготовкой и кристаллизатором во время вытяги-
вания заготовки, и уменьшению растягивающих напряжений
в ее поверхностном слое, вызывающих образование трещин.
Кроме того, при изменении направления движения кристал-
лизатора в твердой оболочке возникают напряжения сжатия,
что обеспечивает эффект самозаваривания трещин.
Выполненный анализ теплофизических и кинематиче-
ских условий формирования твердой корочки металла в кри-
сталлизаторе позволяет принять условие, что глубина следов
качания поверхности заготовки во многом определяется вре-
менем фазы сжатия (то есть времени, в течение которого
кристаллизатор движется в направлении разливки). Известно,
что неглубокие отметины возникают тогда, когда кристалли-
затор колеблется с высокой частотой и относительно корот-
ким ходом, чтобы дать короткий промежуток времени на от-
рицательную реакцию срыва.
На практике оптимальное значение этого промежутка
времени принимается на уровне 0,12-0,15 с. При этом вели-
чина амплитуды качания кристаллизатора должна находиться
в пределах 3-10 мм. Соответственно соотношение изменения
частоты качания в зависимости от скорости разливки опреде-
ляется из условия поддержания постоянного значения време-
ни отрицательной реакции срыва.
475
Выбор режимов скоростной разливки на МНЛЗ также
накладывает определенные условия на требования к конус-
ности внутренней поверхности кристаллизатора. Коническая
форма кристаллизатора обусловлена необходимостью ком-
пенсации сжатия заготовки в процессе усадки стали и для
поддержания контакта между стенкой кристаллизатора и по-
верхностью заготовки с целью обеспечения стабильного от-
вода тепла. Правильно выбранная конусность кристаллизато-
ра увеличивает контакт между заготовкой и поверхностью
кристаллизатора по всей его длине. Это способствует форми-
рованию прочной оболочки заготовки и уменьшает вероят-
ность образования трещин и дефектов формы (ромбичность,
раздутие и т.п.).
Как показали выполненные расчеты, хорошего контакта
между заготовкой и поверхностью кристаллизатора при ско-
ростной разливке можно добиться только при условии при-
менения схемы ступенчатой конусности. Эта схема в макси-
мальной мере позволяет приблизиться к имитации параболи-
ческого закона кристаллизации. На практике эта схема дости-
гается обеспечением 4-6 уровней конусности кристаллизато-
ра по его высоте.
Вместе с тем скоростная разливка с таким типом кри-
сталлизатора накладывает дополнительные требования к ре-
жимам разливки и учету температуры перегрева, марки стали
и скорости разливки, поскольку конусность отдельных зон
кристаллизатора рассчитывается для вполне конкретных па-
раметров разливки. При отклонении от этих параметров про-
исходит изменение режимов затвердевания заготовки и либо
дополнительный износ стенок кристаллизатора, либо проры-
вы металла из-за недостаточно хорошего контакта между за-
готовкой и стенками кристаллизатора. Следовательно, для
стабилизации условий разливки в качестве управляющего
фактора следует рекомендовать коррекцию положения уров-
ня зеркала металла в кристаллизаторе.
Основные технические параметры сортовой МНЛЗ для
ЕМЗ приведены в табл.7.13.
476
Таблица 7.13. Основные технические параметры
сортовой МНЛЗ
Тип: Радиальная
Производительность, тыс. т/год: 900... 1000
Масса жидкого металла в сталь- ковше, т: 145
Масса жидкого металла в пром- ковше, т: 27
Типы разливаемых марок сталей: Низкоуглеродистые, углероди- стые, низколегированные, леги- рованные, специальные
Сечение заготовок, мм2: 100x100, 120x120, 150x150
Длина заготовок, м: 6; 9. ..12
Скорость разливки средняя, м/мин, для сечений 100x100 мм2 120x120 мм2 150x150 мм2 5,0 3,8 2,5
Количество ручьев, шт: 6
Радиус машины, м: 7
Металлургическая длина, м: 22
Расстояние между ручьями, мм: 1100
Количество точек разгиба, шт 2
Способы разливки: Открытой струей С погружной трубой (сильфон)
Количество плавок в серии, шт: 5...10
Кристаллизатор: Параболическая конусность Электромагнитное перемешивание
Длина кристаллизатора, мм 1000
Тип затравки: Цепная полужесткая
Вторичное охлаждение: 4-х зонное водоструйное
477
Расположение оборудования МНЛЗ и продольный разрез
показаны соответственно на рис.7.12 и 7.13.
Рис. 7.12. Вид в плане сортовой МНЛЗ
Основное механическое оборудование МНЛЗ располо-
жено на участках разливочной площадки, формирования и
охлаждения непрерывнолитого слитка, резки, правки и
478
транспортировки, выдачи заготовок и передачи заготовок в
адъюстажный пролет, и включает:
• двухпозиционный сталеразливочный стенд подъемно-
поворотного типа с индивидуальным приводом подъема ры-
чагов и гидроприводом аварийного поворота; стенд оснащен
системой непрерывного взвешивания металла в стальковше;
конструкция стенда обеспечивает свободный доступ к его
основным механизмам;
• две тележки промковшей полупортального типа, обес-
печивающие перемещение и точное центрирование пром-
ковшей с целью проведения необходимых технологических
операций, непрерывное взвешивание металла в промковше;
тележки снабжены эффективной тепловой защитой оборудо-
вания и обслуживающего персонала;
Рис. 7.13. Продольный разрез сортовой МНЛЗ
• установка механизмов качания рычажного типа с кри-
сталлизаторами;
• разливочная дуга зоны вторичного охлаждения, осна-
щенная 4-х зонным водоструйным вторичным охлаждением с
479
секционированием камер по ручьям и эффективной системой
пароудаления;
• тянуще-правильная машина блочной конструкции,
обеспечивающая двухточечный разгиб и пропорциональное
обжатие слитка в двухфазном состоянии;
• гидравлические ножницы с системой мерного реза за-
готовок;
• оборудование участков выдачи заготовок и передачи
в адъюстажный пролет, включающее: транспортные роль-
ганги; разгрузочный стеллаж; сталкиватель; кантующий
холодильник; клеймители; пакетирующее устройство,
обеспечивающие передачу, равномерное охлаждение,
формирование пакетов заготовок, клеймение, взвешивание,
обвязку и упаковку с целью их дальнейшей транспорти-
ровки.
Многофункциональная АСУ ТП контролирует работу
оборудования всех участков МНЛЗ от сталеразливочного
ковша до участка выдачи заготовок, что гарантирует ста-
бильность всего технологического цикла, а следовательно, и
стабильность получения продукции.
Освоение технологии непрерывной разливки стали на
Енакиевском металлургическом заводе позволит получить
высококачественную сортовую непрерывнолитую заготов-
ку, в которой будут отсутствовать поперечные и про-
дольные трещины, влияющих на качество конечной про-
дукции, с толщиной гомогенного поверхностного слоя не
менее 10 мм. Глубина проникновения следов от качания
кристаллизатора будет не более 0,6 мм для низкоугле-
родистых сталей и не более 0,4 мм для высокоуглеродистых
сталей. Регламентируемая ромбичность заготовки менее
1,25% и боковой серповидности менее 1,0%.
480
7.5. МИНИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ЗАВОДЫ -
СТРАТЕГИИ РАЗВИТИЯ
По мнению многих специалистов, в XXI веке при созда-
нии новых и модернизации действующих металлургических
производств должен реализовываться принцип трех «Э»
(энергия + экономия + экология), что, по сути, означает при-
оритет выбора, разработки или совершенствования наименее
энергоемкой, экономически эффективной и экологически чис-
той системы металлургических технологий с соответствую-
щим уровнем конструктивных решений.
Поэтому на практике все большее внимание уделяется
стратегическому управлению металлургическим предприяти-
ем, с целью оперативного поиска эффективных направлений
развития и реструктуризации, выбора целевь1х рынков и ниш,
оптимизации технологии и объемов производства, а также ка-
чества продукции. Учитывая частые изменения в спросе, по-
вышение требований к качеству продукции при выборе стра-
тегии крупного металлургического завода в основном оста-
навливаются на минимизации издержек, за счет эффекта мас-
штаба. Однако эта стратегия дает все меньший положитель-
ный результат из-за негативного проявления различного рода
технологических и рыночных факторов [396,397].
Между тем, благодаря колоссальному прогрессу в области
технологии электросталеплавильного производства, техноло-
гии внепечной обработки стали, созданию высокопроизводи-
тельных криволинейных машин непрерывного литья сортовых
заготовок и высокоскоростных сортовых прокатных станов,
образованию избытка лома, удорожанию основных видов топ-
лива, все большую популярность приобретает концепция так
называемого металлургического мини-завода (производитель-
ностью от 0,1 до 2,2 млн. т в год).
Современное содержание понятия «мини-завод» включает
в себя: минимальные затраты на производство, минимальные
выбросы технологических отходов в окружающую среду, ми-
нимальные простои оборудования и агрегатов, минимальный
производственный цикл при максимальной производительно-
му
сти, продажах и рентабельности. Мини-завод, как правило,
включает в себя следующие технологические агрегаты
(рис.7.14): электродуговая печь - установка доводки стали в
ковше (гомогенизация, подогрев металла, а также его рафини-
рование) - машина непрерывной разливки - прокатные станы.
Рис. 7.14. Схема современного металлургического мини-завода
В целом такое оформление мини металлургических заво-
дов обеспечивает им следующие основные преимущества пе-
ред металлургическими комбинатами с полным циклом:
•небольшие площади, требуемые для размещения обору-
дования (18-20 га на 1 млн. т выплавляемой стали в год), ве-
личина которых примерно в 8-15 раз ниже, чем для традици-
онных металлургических комбинатов; это обеспечивается ра-
циональным выбором типоразмеров основного оборудования,
а также его рациональной компоновкой;
•сравнительно малые сроки проектирования и строитель-
ства мини-завода и ориентация капитальных вложений на ми-
нимальные сроки окупаемости;
482
•сравнительно низкая стоимость завода (капиталовложе-
ния на 1 т готовой продукции в год по разным источникам
обычно оцениваются на уровне 150-300 долларов США для
мини-заводов и 650-1000 долларов США для завода с полным
циклом);
•возможность оперативной реконструкции цеха и отдель-
ных его агрегатов с целью повышения эффективности произ-
водства в целом (затраты на модернизацию существующего
завода с полным циклом оцениваются на уровне 100-200 дол-
ларов США на 1 т стали годового производства, а мини завода
с электродутовыми печами - только 50 долларов);
• возможность согласования работы основных технологи-
ческих агрегатов «электродуговая печь» - «установка для вне-
печной обработки» - «машина непрерывной разливки» в дос-
таточно широком диапазоне годовой производительности;
• использование высокопроизводительных механизиро-
ванных мелкосортных и мелкосортно-проволочных станов с
небольшой численностью обслуживающего персонала;
• применение литейно-прокатных модулей для производ-
ства плоского проката;
• производство проката небольшими партиями в зависи-
мости от нужд потребителей внутри региона, а также на
внешнем рынке;
• исключение нерациональных перевозок сырья и продук-
ции на большие расстояния, что позволяет использовать ме-
таллолом и сырье данного экономического района;
• потребление значительной части проката (или заготовки)
непосредственно в районе его производства (то есть в индуст-
риально-территориальном комплексе).
По разным оценкам, в настоящее время в мире насчитыва-
ется около тысячи металлургических производств, которые
можно рассматривать в качестве мини-заводов. Безусловно,
эти заводы различаются по технологическому уровню, страте-
гии развития, объемам производства, положению на рынке
продукции и т.п.
Подавляющее число мини-заводов производит длинно-
мерную заготовку и длинномерный прокат. Только в послед-
483
нее время стали появляться мини-заводы по выпуску плоского
проката [398]. В таблице представлены оценочные данные о
количестве мини-заводов в странах с развитой металлургией.
В табл.7.14 представлены оценочные данные о количестве
мини-заводов в наиболее развитых металлургических странах
мира.
Таблица 7.14. Число и мощность мини-заводов
в различных странах мира
Страна Интервалы мощности, тыс.т / год Итого
0-230 230- 600 600- 2200
Индия 89 И 2 102
США 20 40 28 88
Япония 19 41 7 67
Китай 32 12 3 47
Тайвань 20 14 2 36
Италия 20 12 1 33
СНГ 12 7 9 28
Бразилия 10 13 3 26
Испания 5 И 8 24
Мексика 11 7 5 23
Г ермания 4 13 4 21
Корея 2 И 5 18
Индонезия 9 4 3 16
Турция 2 12 2 16
Франция 6 6 3 15
Канада 6 5 3 14
Таиланд 6 5 2 13
Австралия 2 6 4 12
Египет 5 3 1 9
Великобритания 2 5 1 8
Венесуэла 2 3 3 8
Аргентина 2 3 2 7
Бельгия 0 3 4 7
Основу успешного функционирования мини металлурги-
ческих заводов составляет высокая экономическая эффектив-
484
ность работы основных технологических агрегатов, входящих
в их состав, а также высокая степень их функциональной со-
вместимости между собой в едином технологическом цикле.
Можно с уверенностью говорить о том, что в последнее деся-
тилетие сформировалось и развивается целое стратегическое
направление совершенствования металлургических агрегатов
и технологических процессов применительно к обеспечению
развития концепции мини металлургического завода с целью
повышения его конкурентоспособности. Главной особенно-
стью этих тенденций развития является стремление конструк-
торов и технологов обеспечить максимально высокую удель-
ную производительность плавильных агрегатов и МНЛЗ.
Электродуговые печи (ЭДП) являются основным элемен-
том любого мини металлургического завода, поскольку имен-
но они обеспечивают выплавку стали и непосредственно
влияют на технологические и технико-экономические показа-
тели его работы. Благодаря целому комплексу новшеств,
предложенных в последнее десятилетие, выплавка в электро-
дуговых печах в настоящее время считается самым прогрес-
сивным методом производства стали. Среди основных соци-
альных преимуществ современных электродуговых печей не-
обходимо отметить рациональное использование энергоресур-
сов, способность перерабатывать железосодержащие отходы,
значительно более низкие выбросы СО2 на 1 тонну стали в ат-
мосферу (выбросы в атмосферу ЭДП составляют примерно
треть от выбросов при кислородно-конвертерном способе
производства стали).
За последние 10 лет средняя масса металла, выплавляемо-
го в одной ЭДП, увеличилась с86тдо 110 т, а продолжитель-
ность плавки от выпуска к выпуску сократилась со 105 до 70
минут [407]. При этом на ведущих металлургических пред-
приятиях мира эти показатели имеют, как правило, еще более
высокий уровень. Так, самая крупная ЭДП, запущенная в экс-
плуатацию на заводе Northwestern Steel & Wire Corp. (США)
имеет объем 415 т при длительности плавки 94 минуты.
Как показывает анализ известных в мировой практике ре-
шений, основные усилия при совершенствовании технологи-
455
ческого процесса выплавки стали в ЭДП направляются на по-
вышение производительности плавильного агрегата и сниже-
ние себестоимости одной тонны жидкой стали. Ведущие ком-
пании мира предложили производственникам следующие но-
вые технические и технологические решения:
•увеличение расхода кислорода во время плавки до 30-40
нм3/т стали;
•использование более мощных и длинных дуг за счет приме-
нения мощных трансформаторов (приближенно можно гово-
рить о том, что рекомендуемая мощность трансформатора в
MBA обычно эквивалентна объему ЭДП в тоннах);
•использование тепла отходящих газов для подогрева метал-
лолома, подаваемого ЭДП;
•применение конструкции сдвоенной электродуговой печи с
одним или двумя комплектами электродов;
•конструктивные решения по донному сливу металла, обеспе-
чивающие быстрый бесшлаковый выпуск плавки;
•комбинацию применения в сталеплавильном производстве
технологии продувки жидкой ванны кислородом и углеро-
дом в ЭДП.
Сейчас на практике имеется достаточно широкий спектр
оригинальных решений, которые в силу своего конструктивно-
го разнообразия позволяют говорить о возможности рацио-
нального технологического построения ЭДП в структуре мини
металлургического завода в зависимости от его конкретных
условий. Вероятно, для обеспечения оптимального выбора
конструкции ЭДП необходимо принимать во внимание реаль-
ные возможности реконструируемого цеха (обеспечение грузо-
потоков, требования экологии и пр.) и его стратегические зада-
чи, а также инфраструктуру региона (наличие запасов металло-
лома, транспортных средств для его подачи к заводу, предпри-
ятий по подготовке металлолома, обеспеченность электроэнер-
гией и пр.), в котором функционирует данный завод.
В целом же, обобщая основные тенденции развития кон-
струкции электродуговых печей и технологии выплавки в них
стали, необходимо выделить следующие основные моменты:
486
•повышается удельная производительность ЭДП за счет
уменьшения периода (от выпуска к выпуску) выплавки ста-
ли в печи (достигнутые показатели уже сегодня позволяют
говорить о цикле плавки в 45-50 минут с возможным
уменьшением этой величины уже в недалеком будущем);
•выносится из печи в ковш значительную часть технологиче-
ских операций по доводке стали (такая схема по существу
определила обязательное применение агрегата по доводке
стали типа «печь-ковш»);
•уменьшаются затраты электроэнергии на производство 1 тон-
ны жидкой стали, что стимулирует развитие систем вдувания
кислорода в жидкую ванну, систем утилизации отходящего
тепла и подогрева металлолома и пр.
К наиболее значимым параметрам мини-завода относятся
номинальный объем годового производства, единичная мощ-
ность плавильных агрегатов, их количество. По нашему мне-
нию, для современных мини-заводов выбор оптимальных зна-
чений этих параметров во многом определяется стратегией
поведения конкретного предприятия на рынке металлопро-
дукции с учетом региональной ситуации на рынке сырья (в
первую очередь, металлолома), энергетических и сырьевых
ресурсов, географического положения (с точки зрения транс-
портных затрат), условий для эффективной работы на внут-
реннем рынке (наличие льгот или ограничений со стороны го-
сударства) и перспектив развития предприятия в будущем.
Для идентификации стратегий мини-заводов с учетом
специфики металлургической отрасли использована методика
оценки, которая предполагает классификацию объектов по
конкурентному преимуществу [399]. На основе этого подхода
стратегию можно формировать в следующих направлениях:
минимизация издержек, специализация в производстве про-
дукции, фиксация определенного сегмента рынка.
Стратегия минимизации издержек производства и реали-
зации продукции направлена на достижение конкурентных
преимуществ за счет низких затрат по некоторым важным
статьям себестоимости продукции. Доминирующую роль в
этом играют технологические аспекты производства, что под-
457
разумевает строгий контроль за постоянными расходами, ин-
вестиции в производство, тщательную проработку новой про-
дукции, пониженные сбытовые и рекламные издержки. Зало-
гом успешной работы таких заводов становятся постоянный
поиск новых технологий, направленный на улучшение качест-
ва и товарного вида продукции, непрерывная модернизация
основных агрегатов.
Мини-завод может использовать эту стратегию при сле-
дующих условиях:
преобладает ценовая конкуренция;
различия в принадлежности металлопродукции к конкрет-
ному заводу малозначимы для покупателей;
металлопродукция стандартизована и сертифицирована в
соответствии с международно признанными нормами, и поку-
патель может приобретать ее у различных производителей;
имеется доступ к дешевым источникам сырья, рабочей силы
или другим источникам снижения себестоимости продукции.
Стратегия специализации в производстве продукции
предполагает концентрацию усилий предприятия на опреде-
ленном сегменте рынка. В отличие от стратегии минимизации
издержек здесь нет стремления охватить весь рынок. Специа-
лизация в производстве заключается в придании выпускаемой
продукции определенной совокупности свойств. Соответст-
венно упор делается на качество, срок эксплуатации продук-
ции, каналы продвижения на рынок и т.п. В этом случае по-
требитель готов платить больше, чем за рядовую продукцию.
Хотя себестоимость продукции обычно повышается, затраты
имеют второстепенную роль, так как компенсируются более
высокой ценой. Тем самым стратегия специализации позволя-
ет уклониться от широкой ценовой конкуренции. Возможные
источники специализации продукции мини-завода:
технические приоритеты и инновации;
высокий технологический уровень, обеспечиваемый луч-
шими образцами оборудования и автоматики;
высокое качество металлопродукции ответственного на-
значения;
отдельные маркетинговые функции (каналы распределения);
488
квалификация и опыт работников;
выгодное географическое положение.
Стратегия фиксации определенного сегмента рынка и
концентрации на нем усилий мини-завода соответствует си-
туации монополистической конкуренции, в которой он благо-
даря своим особенностям обладает значительной рыночной
силой (преимущество в отношении приемлемой максимальной
цены товара). Данная стратегия предполагает концентрацию
деятельности на относительно небольшой целевой группе по-
требителей. Радикальное отличие от предыдущих стратегий —
ориентация на узкую область конкуренции внутри отрасли
(сегмента рынка), которая может быть определена с точки зре-
ния географического положения. Мини-завод использует дан-
ную стратегию, если наблюдается дефицит ресурсов, а также
для преодоления барьеров вхождения в отрасль или на рынок.
Поэтому эта стратегия характерна для мини-заводов
небольшой емкости. Возможные источники фокусирования
продукции для мини-завода:
рыночные ниши, на которых можно сконцентрировать
свою деятельность;
стабильный спрос на продукцию в рамках отрасли или ре-
гиона;
дешевые сырьевые ресурсы (металлолом);
значительные законодательные и экономические барьеры
для конкурентов;
ресурсы мини-завода (объемы производства) не позволяют
обслуживать весь рынок, однако позволяют качественно об-
служивать потребителей в пределах рыночной ниши.
С учетом изложенного, в настоящей монографии выпол-
нен статистический анализ тенденций развития концепции
мини-завода путем идентификации однотипных групп пред-
приятий с последующим анализом особенностей генезиса их
развития. Проводилось не только выявление классов однотип-
ных металлургических предприятий, работающих по схеме
мини-завода, но и описание полученных классов с характер-
ными стратегиями по принятым критериям оценки.
489
В анализ включено 200 современных мини-заводов по
разным регионам мира, производящих длинномерные заготов-
ки и прокат, построенных или реконструированных за послед-
ние 10-15 лет, по которым собрано достаточно технико-
экономической информации. Более старые заводы были ис-
ключены из анализа по соображениям их определенной тех-
нической отсталости. Для классификации мини-заводов ис-
пользовались показатели, характеризующие их технический и
технологический уровень: потенциальная (номинальная)
мощность завода; количество, емкость электродуговых печей,
часовая производительность одной печи; время плавки; нали-
чие внепечной обработки (в том числе агрегатов типа ковш-
печь); тип и количество МНЛЗ, а также число ручьев в них.
Было принято, что на первом этапе исследования экономиче-
ские показатели в качестве доминирующих вводить в модель
нецелесообразно в силу несопоставимости цен на сырье и
энергию в зависимости от местоположения заводов, конъюнк-
турных цен на металлопродукцию, условий функционирова-
ния региональных рынков и т.п.
В исследовании использовали комбинацию методов мно-
гомерного анализа данных: факторного — для определения
уровня значимости характеристик объектов, и кластерного —
для детализированной классификации. Установлено сущест-
венное сходство между результатами, полученными по этим
двум методикам, что свидетельствует о надежности выпол-
ненного преобразования [400] и возможности использования
этих данных при построении классификации мини-заводов.
Группировку металлургических мини-заводов в кластеры
выполняли методом Уорда с использованием для определения
расстояния формулы (метрики) Чебышева (рис.7.15). На денд-
рограмме в виде иерархического "дерева" ветвями вниз отра-
жены результаты процесса кластеризации, который протекал
без непосредственного участия исследователя. Такое "дерево"
позволяет судить о структуре групп мини-заводов в заданном
массиве данных.
Каждый из прямоугольников соответствует кластеру, при-
чем основание пропорционально количеству мини-заводов,
490
попавших в кластер, а высота — его габариту и показывает
межкластерное расстояние. Очевидно, наибольший интерес
представляют кластеры одновременно широкие (многочис-
ленные) и низкие (однородные). Можно выделить три основ-
ных кластера, различающихся по степени однородности и
численности, с годовой мощностью заводов, тыс. т:
кластер 1 (микро-завод) — 40 - 230;
кластер 2 (миди-завод) — 230 - 600;
кластер 3 (мини-завод) — 600 - 2200.
Рис. 7.15. Группировка металлургических мини-заводов в
кластеры (указанные цифры в кластерах показы-
вают годовую мощность мини-заводов в тыс.т.)
Для оценки корректности выполненной классификации
проводили анализ устойчивости математической модели пу-
тем поочередного исключения одного из показателей, исполь-
зуемых для характеристики мини-заводов при их классифика-
ции. Наиболее значимыми классификационными показателя-
ми оказались: годовая производительность завода, количество
плавильных агрегатов и длительность плавки.
491
Кластер 1, объединяющий заводы мощностью 40-230 тыс. т
в год (микро-заводы), представляет наиболее многочисленную
по количеству предприятий группу и составляет около 23 % вы-
борки. В целом для мини-заводов кластера 1 характерно пре-
имущественное использование двух стратегий — специализа-
ция в производстве и фиксация определенного сегмента рынка.
Специализация в производстве для заводов с малым объе-
мом производства предполагает наличие уникальных характе-
ристик продукции, которые выделяются и ценятся потребите-
лями; наличие ниши рынка, которая признает выделенные ха-
рактеристики ценными для себя; преобладание неценовой
конкуренции. В этом случае объемы производства зависят
главным образом от емкости рынка. Типичным примером реа-
лизации этой стратегии является Завод утяжеленных буриль-
ных и ведущих труб (УБиВТ) Сумского машиностроительного
НПО с номинальным годовым объемом производства около
100 тыс. т стали. Завод введен в эксплуатацию в 1988 г., и его
продукция соответствует международным стандартам систе-
мы качества и сертифицирована Американским нефтяным ин-
ститутом. Завод изготавливает восемь типов (177 типоразме-
ров) труб из низколегированной стали, которые пользуются
спросом на мировом рынке.
Мини-заводы, использующие стратегию фиксации опре-
деленного сегмента рынка в кластере 1, главным образом ори-
ентированы на производство продукции для определенного
региона. Например, во Франции со стратегией фиксации рын-
ка работают четыре завода производительностью 130 - 230
тыс. т в год [401]. Все они сосредоточены вблизи Парижа, так
как там находится треть всего лома, образующегося в стране.
Подобный завод "Manchester Steel Ltd" годовой производи-
тельностью 120- 130 тыс. т сортового проката функционирует
в Великобритании и в качестве металлошихты использует ме-
стный лом. Другим вариантом мини-заводов, использующих
стратегию фиксации определенного сегмента рынка, являются
сталелитейные цеха крупных машиностроительных предпри-
ятий и концернов, которые призваны обеспечить кузнечной
заготовкой главным образом собственное производство. Сле-
492
дует отметить, что такая практика имеет место на многих
крупных машиностроительных предприятиях Украины и Рос-
сии, а также в ряде других стран.
Кластер 2, объединяющий заводы мощностью 230 - 600
тыс. т в год (миди-заводы), представляет многочисленную
группу предприятий, которые ориентируются либо на страте-
гию фиксации определенного сегмента рынка (иногда в ком-
бинации со специализацией производства), либо на стратегию
минимизации издержек производства. Для этого кластера вы-
борка составляет 54 %.
Большая доля мини-заводов, использующих стратегию
фиксации определенного сегмента рынка в кластере 2, нахо-
дится в нижней части интервала годовых объемов производст-
ва. В этом случае должны быть эффективно задействованы
функциональные стратегии, особенно в области передовых
научно-исследовательских разработок и гибкого производст-
ва, позволяющие успешно модифицировать продукцию в со-
ответствии с меняющимися требованиями рынка. Примером
такого предприятия служит вторая очередь Белорусского ме-
таллургического завода, ориентированная на производство
высококачественных высокоуглеродистых (кордовых) и низ-
колегированных сталей [402], и Волжский трубный завод
[403], выпускающий широкий спектр труб из высококачест-
венных низколегированных сталей.
На верхней границе кластера 2 формируется самостоя-
тельная подгруппа заводов с годовым объемом производства
500-600 тыс. т, которая, видимо, в основном представлена
предприятиями со стратегией минимизации издержек произ-
водства и реализации в сочетании с качеством продукции.
Благодаря новым энерго- и ресурсосберегающим технологиям
при реализации стратегии минимизации издержек основная
цель таких предприятий заключается в удержании рынка вы-
сококачественного длинномерного проката. Для этой под-
группы возможно развитие тенденции наращивания объемов
производства и расширения сортамента, что обусловливает их
переход в кластер 3. Примером такого предприятия является
ММ3 "ИСТИЛ (Украина)" [404].
493
Основное оборудование электросталеплавильного цеха
ММ3 "ИСТИЛ (Украина)" включает две электродуговые печи,
установку ковш-печь, вакууматор VD/VOD и шестиручьевую
МНЛЗ годовой производительностью около 1 млн т. Электро-
дуговая печь № 1 емкостью ПО т реконструирована в 1999 г.и
имеет цикл плавки 120-130 минут. Электродуговая печь № 2
фирмы "Даниэли" емкостью 120 т с эркерным выпуском вве-
дена в эксплуатацию в 2000 г. и имеет цикл плавки менее 60
минут. Для улучшения качества сложных марок стали, повы-
шения производительности электропечи и согласования рабо-
ты комплекса электропечь — МНЛЗ в мае 1999 г. введена в
эксплуатацию установка ковш-печь. Для вакуумной дегазации
(VD), вакуум-кислородного обезуглероживания (VOD) и уда-
ления неметаллических включений из жидкой стали в декабре
2001 г. введена в действие установка камерного вакуумирова-
ния. Вдувание кислорода в условиях вакуума позволяет дос-
тичь содержания углерода менее 0,03%. Выплавляемую сталь
разливают на высокоскоростной шестиручьевой МНЛЗ в
квадратную заготовку со стороной 100, 120, 125, и 150 мм и
круглую трубную заготовку диаметром 120, 130, 150, 180 мм.
Сталь также разливают в слитки массой от 3,45 до 8,7 т. В об-
жимном цехе из слитков в основном прокатывают круглую за-
готовку из шарикоподшипниковой, котельной сталей, а также
заготовки из трубных, легированных и углеродистых сталей.
Диаметр прокатываемых заготовок составляет 80-275 мм.
Объединенные в кластере 3 заводы мощностью 600-2200
тыс. т. в год (мини-заводы) ориентированы преимущественно
на стратегию минимизации издержек за счет факторов эконо-
мии на масштабе, географическом положении (например, дос-
тупность водного транспорта), большей производительности,
поиске новых рынков сбыта, автоматизации и упрощении вы-
полняемых операций, стандартизации и регламентации вы-
полняемых процедур и технологических операций; наличии
жесткой системы управления и контроля и др. Стремление
производить с наименьшими в отрасли издержками представ-
ляет собой эффективный способ конкуренции на рынках, где
большинство покупателей чувствительны к ценам на продук-
494
цию. Эффективность рассмотренной стратегии находится в
жесткой зависимости от рыночной цены на металлолом, кото-
рая может колебаться в значительных пределах в зависимости
от рыночной конъюнктуры, цикличности спроса, положения в
металлопотребляющих отраслях.
Обычно мини-заводы этого кластера имеют в своей струк-
туре технологический модуль, состоящий из мощной дуговой
сталеплавильной печи с массой плавки 100 т и более (цикл
плавки 55-70 мин), агрегат ковш-печь для доводки стали (ино-
гда и вакууматор), а также многоручьевую (4-6 ручьев) высо-
коскоростную сортовую МНЛЗ. Типичным примером такого
мини-завода является Молдавский металлургический завод
[405]. Следует иметь в виду, что в рассматриваемый диапазон
годовой мощности входят также мини-заводы, которые имеют
в своей структуре несколько технологических модулей, на-
пример 1-я очередь Белорусского металлургического завода.
Кроме стратегии минимизации издержек, мини-заводы
кластера 3 достаточно часто используют комбинированную
стратегию в зависимости от динамики развития мирового
рынка продукции, что значительно повышает стратегическую
гибкость предприятия. Например, мини-завод "Badische
Stahlwerke GmbH" (г. Кельн, Германия) имеет в своем составе
две 80-т сверхмощные электродуговые печи, две установки
ковш-печь, две пятиручьевые МНЛЗ, один проволочный стан,
один сортопрокатный стан и один цех изготовления сетки. Он
специализируется на производстве арматуры, проволочной
сетки и др., удерживая значительную долю рынка в ФРГ. В
силу специфики продукции завод имеет комбинированную
стратегию: фиксация сегмента рынка с минимизацией издер-
жек производства. Видимо, объем годового производства на
заводах с комбинированной стратегией зависит от успешного
продвижения металлопродукции на рынок, что и подтвержда-
ется наличием на верхней границе кластера 3 небольшой
группы заводов с объемом производства 1,2-2,2 млн т в год и
более. Примером служит Оскольский электрометаллургиче-
ский комбинат, располагающий четырьмя мощными дуговыми
495
электропечами, агрегатами ковш-печь, вакууматорами, че-
тырьмя блюмовыми МНЛЗ и группой прокатных станов [406].
В последнее десятилетие большое развитие получили ми-
ни-заводы для производства плоского проката (в том числе
тонкого листа) с применением литейно-прокатных модулей.
Эта сравнительно немногочисленная группа заводов (25-30
шт.) не учитывалась в выполненном анализе в силу специфики
производимой продукции. Тем не менее, эти заводы могут
быть классифицированы как мини-заводы с фокусированной
специализацией. В целом эта стратегия применима для мини-
заводов, специализирующихся на поставках горячего и холод-
ного листа на внутренний рынок под целевые программы
(развитие рынка автолиста или штрипса для трубной про-
мышленности), при условии наличия близкого источника
сравнительно недорогого первородного сырья (например, вос-
становленных окатышей или брикетов). Примерами предпри-
ятий данной стратегии могут быть мини-завод "Трико" в
США, на котором работает всего 600 чел., а производится
около 2 млн т стали в виде плоского проката, или завод "Коке-
риль-Шамбре С.А." в Бельгии с мощностью 1,2 млн т тонких
слябов в год.
Таким образом, с помощью кластерного анализа представ-
ляется возможным сформировать однородные группы мини-
заводов, что позволяет классифицировать их по объемам про-
изводства и выявить общие закономерности в использовании
стратегий развития. Это создает благоприятные условия для
оценки перспективы реконструкции существующих металлур-
гических предприятий в Украине и России в мини-заводы и
обосновать технико-экономические альтернативы их развития
в зависимости от имеющегося потенциала. Рассмотрение взаи-
мосвязи стратегий мини-завода с особенностями макросреды,
спецификой его подхода к стратегическому управлению, кон-
курентными преимуществами, результатами маркетинговой
деятельности позволяет определить наиболее эффективную
стратегию, подходящую непосредственно под ситуацию, в ко-
торой будет функционировать конкретный мини-завод.
496
7.6.ВОЗМОЖНОСТИ ТЕХНОЛОГИЙ СОВМЕЩЕНИЯ НЕ-
ПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ И ПРОКАТКИ
Производство непрерывнолитой заготовки для получения
листа традиционно является одной из актуальных технологи-
ческих задач. Известно, что до последнего времени ведущие
мировые производители горячекатаного плоского проката
отдавали предпочтение традиционной технологии: производ-
ство стали в конвертере —► доводка стали в ковше (в т.ч. про-
дувка аргоном) —> разливка на МНЛЗ на толстый сляб. Сле-
дует отметить, что более двух третей мирового производства
горячекатаного проката сосредоточено в шести странах
(Япония, США, КНР, Германия, Корея, Россия), что свиде-
тельствует о высокой концентрации и монополизации произ-
водства.
В последнее десятилетие во многих странах мира широко
исследуются новые концепции агрегатов для производства
горячекатаных листов и полос на основе непрерывнолитых
тонких слябов. Это оборудование удовлетворяет требованиям
особо высокой экономичности, даже при небольших произ-
водственных агрегатах с годовой производительностью ме-
нее 1 млн. т. Благодаря таким свойствам эти агрегаты стано-
вятся реальной альтернативой обычному производству горя-
чекатаной полосы на широкополосных станах из непрерыв-
нолитых "толстых" слябов с холодным или горячим посадом.
Полный производственный комплекс для производства
горячекатаного листа может быть самостоятельным заводом,
причем его производительность определяется потребностью
региона. Такие технологии представляют интерес и для про-
мышленно развитых стран, и для стран с переходной эконо-
микой, и для развивающихся стран.
Принято считать, что современный этап развития мини
металлургических заводов для производства плоской про-
дукции начался в 1989 г., когда компания «Ньюкор» ввела в
эксплуатацию завод с электропечами и машинами непрерыв-
ной разливки на тонкие слябы (толщина 50 мм) для произ-
водства полосовой стали (г.Крофордсвилл, США). Этот про-
497
цесс получил название CSP (Compact Strip Production). На
тонкослябовой МНЛЗ следующего поколения (например, за-
вод в г. Хикмен, компания «Ньюкор») была реализована раз-
ливка с обжатием заготовки с жидкой сердцевиной и после-
дующей горячей прокаткой ее на лист толщиной менее 1 мм
[408]. Опыт эксплуатации этого агрегата подтвердил основ-
ные преимущества совмещения процесса непрерывного литья
тонких слябов и прокатки: в 1,5-2 раза сократились капи-
тальные затраты, на 30-40% уменьшились энергозатраты,
уменьшилась себестоимость продукции.
Известны и другие процессы подобного рода, например,
процесс ISP (Inline Strip Production), заключающийся в от-
ливке сляба толщиной 50 мм с деформацией его в трех клетях
до толщины 13,5-20 мм и горячей прокаткой на лист толщи-
ной 1,0-1,5 мм [409]. Фирма “Sumitomo Metal Industries”
(Япония) разработала процесс производства плоского прока-
та для мини заводов, отличающийся технологией высокоско-
ростного литья сляба средней толщины, который получил
наименование QSP (Quality Slab Production). Процесс вне-
дрен промышленно на двух металлургических заводах в
США и на одном заводе в Таиланде [413].
Можно считать, что в настоящее время двумя наиболее
перспективными вариантами компактного производства по-
лосы являются получение и дальнейшая прокатка слябов
толщиной около 50 мм и 100-150 мм [410,414]. Основными
преимуществами процессов получения слябов средней тол-
щины по сравнению с процессами получения тонких слябов
являются [411,412]:
•высокое качество продукции (особенно качество поверхности);
•возможности получения слябов шириной более 2500 мм;
•более высокая производительность комплекса.
Однако получение слябов средней толщины требует более
высоких удельных капитальных затрат, что ограничивает рас-
пространение этой технологии. В настоящее время в мире бо-
лее 70% всех слябовых МНЛЗ на мини заводах производят
тонкий сляб. Основное производство тонких слябов и средней
толщины распределено следующим образом (данные на конец
498
1999 г.): США - 16,7 млн. т в год (14 машин), Западная Европа
- 5,7 млн. т в год (6 машин), КНР - 4,1 млн. т в год (3 машины);
развивающиеся страны - 14,0 млн. т в год (И машин). Лишь
одна МНЛЗ для отливки слябов средней толщины введена в
эксплуатацию в странах Восточной Европы (Чехия).
Основными принципами, которые позволили концепту-
ально оформить процесс CSP (рис.7.16), являются: сокраще-
ние до абсолютного минимума числа этапов технологическо-
го процесса, снижение до минимума затрат энергии и под-
держание строгого постоянства температуры тонкого сляба.
Рис. 7.16. Принципиальная схема агрегата CSP
с двухручьевой МНЛЗ
Сокращение до абсолютного минимума числа этапов
технологического процесса достигается за счет того, что на
пути от жидкой стали до готового смотанного рулона приме-
няются только те технологические этапы, которые, безуслов-
но, необходимы в физическом отношении. Среди них следует
выделить следующие этапы:
• процесс литья на МНЛЗ для получения тонких слябов;
• выравнивание температуры по сечению сляба в печи с роли-
ковым подом для получения одинаковой температуры по
всему сечению;
• процесс прокатки на стане для получения желательного ко-
нечного размера продукции;
• охлаждение на выходном рольганге для получения требуе-
мых металлургических свойств;
• смотка на приемной моталке для обеспечения транспорта-
бельности рулона.
499
Каждый из названных технологических этапов осущест-
вляется в одном производственном агрегате, что позволяет
сократить до минимума затраты на обслуживающий и ре-
монтный персонал.
Сокращение до минимума затрат энергии (рис.7.17) по-
средством сведения к минимуму числа этапов технологиче-
ского процесса позволяет покрыть потребности в энергии для
всего производственного процесса без какого-либо повторно-
го нагрева, только за счет поступающего тепла расплавлен-
ного металла.
Печь
для выравнивания
температуры
Прокатная
группа
Участок
охлаждения Моталка
□ □□□ООП
1600
600
900
800
700
1500
1400
1300
Я1200
§1100
1*1000
Температура
поверхности
Температура
ликвидус
Температура
солидус
Температура
сердцевины
1100 °C
500
О 20 40 60
J____L
80 100
I I I I I I I
Толщина тонкого сляба 50 мм
Ширина тонкого сляба 1600 мм
Скорость лнтья 5,5 м/мнн
Марка стали St45
Расстояние от зеркала металла, м
120 140 160 180 200 220 240
Рис. 7.17. Изменение температуры сляба по длине агрегата CSP
Расход энергии при совмещении литья и прокатки явля-
ется, насколько известно, самым низким среди всех процес-
сов литья и прокатки тонких слябов. Не считая неизбежного
перепада температур 20°К на входе в печь, необходимо толь-
ко компенсировать потери тепла холостого хода в печи с ро-
ликовым подом, которые составляют около 25 кВт час/т и
могут быть покрыты при помощи дешевого природного газа,
а иногда и бесплатно с использованием имеющегося домен-
500
ного газа или газа, получаемого в процессе прямого восста-
новления при процессе «Корэкс».
Поддержание строгого постоянства температуры
тонкого сляба представляется наиболее сложной задачей.
Длительность пребывания тонкого сляба в печи с роликовым
подом от 15 до 20 мин обеспечивает практически полную
равномерность температуры по ширине, толщине и длине
сляба. Поэтому следующие этапы процесса (прокатку и ох-
лаждение) можно вести при постоянной скорости, а коррек-
тировочные мероприятия типа нагрева кромок, температур-
ного разгона или промежуточного охлаждения раската между
клетями полностью отпадают. Формирование структуры в
продукте неизбежно достигается с особо высокой равномер-
ностью. Геометрическая точность обеспечивается без про-
блем с минимальными допусками, которые на обычных ши-
рокополосных станах горячей прокатки пока невозможны.
Реализация концепции агрегата, объединяющей в себе
все три вышеназванные принципа, стала, бесспорно, возмож-
ной только в результате успешной разработки известных
кристаллизаторов CSP с воронкообразным устройством для
заливки. Новые научно обоснованные знания о механических
свойствах стали сразу же после затвердевания привели к пе-
реосмыслению оценки влияния напряжений в корке непре-
рывнолитой заготовки. По мнению разработчиков процесса
CSP корка может растягиваться, и при правильном определе-
нии геометрических размеров кристаллизатора, а также с
учетом процессов усадки, она без труда допускает переход от
воронкообразной области к прямоугольной в нижней части
кристаллизатора.
Среди переменных факторов процесса непрерывного ли-
тья особое место занимает геометрия погружного стакана.
Наружная форма стакана определяет сечение для потока ме-
талла в верхней части кристаллизатора. Верхний контур и в
особенности расположение и форма выходных отверстий оп-
ределяют картину сечения в полости кристаллизатора и, тем
самым, распределение подводимой кинетической энергии.
501
Возможности сформировать потоки металла в кристалли-
заторе менее турбулизированными путем изменения конст-
рукции погружного стакана довольно таки ограничены
(рис.7.18).
Рис. 7.18 Характер течения металла
в кристаллизаторе МНЛЗ
Основной поток металла всегда остается направленным
на узкие стенки и там распределяется: около 80% металла
стекает вниз, а около 20% металла направляется вверх. Оба
этих частичных потока затем соединяются в обратное тече-
ние к центру кристаллизатора в нижнем его участке. Причем
это движение в нижней части, ввиду избытка металла, даже
направлено вверх. Равномерная низкая скорость стекания
стали вниз для сокращения до минимума содержания неме-
таллических включений не достигается.
502
Ряд исследователей считает, что требуемый эффект мо-
жет создать электромагнитное торможение потока. Электро-
магнитный тормоз создает в верхней части кристаллизатора
регулируемое по напряженности магнитное поле. Втекающая
жидкая сталь пересекает это поле и в ней наводится силовое
поле, а, следовательно, и токи, которые закорачиваются в
жидкой стали. Вызываемые этим силы тормозят потоки стали
и в идеальном случае обеспечивают желательное равномерно
распределенное стекание металла вниз.
Эффективность электромагнитного торможения видна по
степени его влияния на плоскостность зеркала металла в
кристаллизаторе (рис.7.19).
Расстояние точек измерения от узкой стороны, мм
Рис. 7.19. Сравнение положения поверхности металла при на-
ложении электромагнитного торможения и без него
При отключенном электромагнитном тормозе наблюда-
ется выпучивание зеркала металла в области узкой стенки
кристаллизатора под влиянием потока стали, направленного
вверх. Это выпучивание при включенном тормозе заметно
уменьшается, на основании чего можно сделать вывод, что и
направленный вниз ненаблюдаемый частичный поток тоже
заметно успокаивается. Однако непосредственно видно по-
503
ложительное влияние в сглаживании зеркала металла, что
обусловливает получающуюся равномерность слоя литейно-
го шлака, расположенного на поверхности металла. Положи-
тельное влияние достигаемого успокоения течения в полости
кристаллизатора проявляется не только в дальнейшем
уменьшении числа включений, но и в постепенном повыше-
нии возможной скорости литья.
Еще одной возможностью успокоения жидкой стали в
полости кристаллизатора является применение метода так на-
зываемого уменьшения толщины жидкой сердцевины (LCR)
[415]. При этом способе применяется известный кристалли-
затор CSP с воронкообразным расширением входной облас-
ти, но с увеличением толщины на выходе, например, с 50 до
70 мм. За кристаллизатором корки непрерывного сляба
сближаются известным образом с 70 до 50 мм, вследствие че-
го между обеими корками остается зона жидкого металла.
Ширина этого жидкого участка при дальнейшем движении
непрерывного слитка уменьшается, пока не завершится
сквозное затвердевание. Основным преимуществом способа
LCR является повышенная гибкость по приспосабливанию
толщины непрерывнолитой заготовки к желательной готовой
толщине проката.
Положительное воздействие на процесс ожидается и от
увеличения объема полости кристаллизатора. При расшире-
нии кристаллизатора с 50 до 70 мм увеличивается количество
стали, содержащейся в кристаллизаторе. Скорости течения в
кристаллизаторе при том же расходе соответственно умень-
шаются, что и проявляется в успокоении металла (уменьше-
нии бурления). В принципе метод LCR имеет ту же цель, что
и усовершенствование конструкции погружного стакана или
применение электромагнитного тормоза, а именно, сокраще-
ние до минимума количества неметаллических включений в
готовом продукте или повышение скорости литья.
Развитие технологии непрерывной разливки стали на
тонкие слябы во многом определяется возможностями их по-
следующей прокатки. На практике достаточно часто МНЛЗ и
участок прокатки сляба принято считать единым литейно-
прокатным агрегатом (ЛПА).
В последнее время получает развитие технология так на-
зываемой «полубесконечной прокатки» на ЛПА и прокатки на
станах с печными моталками [418-421]. Многие металлургиче-
ские комбинаты за рубежом и в странах СНГ пытаются осваи-
вать на станах горячей прокатки производство полос толщиной
до 1,0 мм и менее. Это связано с тем, что горячекатаный ме-
талл указанных толщин применяется в областях, где ранее ис-
пользовалась продукция станов холодной прокатки (например,
в автомобилестроении). Однако при производстве тончайших
полос (1,4-1,0 мм и менее), прокатываемых по традиционной
технологии, возникают целый ряд проблем, негативно влияю-
щих на качество и точность полос. Эти проблемы определяют-
ся, главным образом, тем, что «голова» и «хвост» каждой по-
лосы прокатываются в условиях нестабильного состояния, оп-
ределяемого отсутствием натяжения полосы.
Следует иметь в виду, что для обеспечения окончания
чистовой прокатки тончайших полос в области аустенитных
температур (что необходимо для получения качественных
полос из низкоуглеродистых сталей, предназначенных для
глубокой вытяжки) на обычном стане горячей прокатки тре-
буются скорости прокатки порядка 20 м/с. Применение таких
скоростей до момента «захвата» переднего конца полосы мо-
талкой и после выхода заднего конца полосы из последней
чистовой клети невозможно, так как из-за высокой скорости
прокатки и малой толщины при выходе из последней чисто-
вой клети наблюдается «взлет» головной и хвостовой части
полос, что способствует возникновению нештатных ситуа-
ций, приводящих к браку и значительным простоям стана.
Особенностью технологического процесса «полунепре-
рывной прокатки» является то, что для обеспечения стабиль-
ной прокатки как можно большей части полосы в прокатку
подаются сверхдлинные слябы, длина которых соответствует
массе четырех-шести рулонов, а деление «бесконечной» по-
лосы на мерные длины происходит непосредственно перед
смоткой в рулоны.
Концепцию «полубесконечной прокатки» от техноло-
гии «бесконечной прокатки», реализованной на меткомби-
505
нате Kawasaki Steel (Япония), выгодно отличают следую-
щие факторы:
•нет необходимости сваривать смежные полосы перед про-
каткой;
•температура начала прокатки на 100-150°С выше, благодаря
максимальному использованию тепла разливаемого сляба и
отсутствию тепловых потерь при прокатке в черновых клетях;
•полное отсутствие температурного клина по длине и шири-
не сляба, задаваемого в прокатку;
•нет необходимости в подогреве кромок подката;
•благоприятные температурные условия прокатки способст-
вуют уменьшению скорости прокатки, которая на ЛПА
может быть значительно ниже, чем на обычном стане горя-
чей прокатки.
В состав оборудования ЛПА обычно входят (продукция -
горячекатаные полосы толщиной 0,8-ь2,5мм):
•машина для непрерывной разливки тонких слябов (Н =
50...90 мм);
•туннельная нагревательная печь, в которой может быть раз-
мещен сляб, длина которого равна длине четырех-шести
слябов обычной длины, соответствующей максимальной
относительной массе рулона (для сляба толщиной 50 мм
длина туннельной нагревательной печи составляет 200 -
300 метров);
•стан горячей прокатки в составе шести-семиклетевой непре-
рывной группы, отводящего рольганга с системой регла-
ментированного охлаждения полосы и карусельной двух-
барабанной моталки, расположенной в непосредственной
близости (порядка 35-40 метров) от чистовых клетей.
Отлитый на МНЛЗ тонкий сляб разрезается на мерные
длины из расчета получения из одного сляба четырех-шести
рулонов требуемого развеса (удельной массой 20 кг/мм и бо-
лее). Удлиненный сляб направляется в туннельную ролико-
вую подогревательную печь. При входе в печь сляб толщи-
ной 50 мм имеет температуру сердцевины 1180-1200°С, тем-
пературу поверхности - 900-950°С. В печи происходит вы-
506
равнивание температуры сляба по толщине и ширине, в ре-
зультате чего на выходе из печи сляб имеет равномерную по
сечению температуру 1150°С.
В прокатку удлиненные слябы подаются с интервалом,
возникающим из-за несоответствия скоростей разливки и
прокатки. По этой причине рассматриваемый процесс и на-
зывается «полунепрерывная прокатка». Перед прокаткой с
поверхностей сляба происходит сбив окалины водой высоко-
го давления (порядка 400 кг/см2).
С учетом невозможности транспортировки переднего и
заднего концов полосы при повышенных скоростях, техноло-
гия «полубесконечной прокатки» особо тонких полос преду-
сматривает:
•прокатку первого рулона до конечной толщины полосы по-
рядка 1,2-1,5 мм с обеспечением надежного транспортиро-
вания переднего конца по рольгангу и безопасной заправки
в моталку со скоростью 10-12 м/с;
•перенастройку во время прокатки клетей чистовой группы и
прокатку последующих рулонов (кроме последнего) до ко-
нечной толщины 0,8-1,0 мм в неизменных условиях с на-
тяжением на участке между чистовой клетью и моталкой
(прокатка и смотка полос ведется на повышенной скоро-
сти);
•перенастройку во время прокатки клетей чистовой группы с
восстановлением первоначальных параметров прокатки до
конечной толщины 1,2-1,5 мм для обеспечения безопасных
условий выхода заднего конца полосы и прокатка послед-
него рулона со скоростью 10-12 м/с.
Разделение прокатанной полосы на длины, соответст-
вующие требуемому развесу рулона, происходит непосредст-
венно перед смоткой и осуществляется специальными высо-
коскоростными ножницами. Смотка полос в рулоны проис-
ходит с помощью ротационно-карусельной двухбарабанной
моталки, расположенной в непосредственной близости от
чистовых клетей, после чего рулоны обвязываются, взвеши-
ваются, маркируются и транспортируются на склад.
507
В отличие от «полубесконечной» при «бесконечной про-
катке» на ЛПА процесс разливки и прокатки должен быть
полностью непрерывен. Для реализации непрерывности про-
цесса разливки и прокатки необходимо усовершенствование
технологии и оборудования разливки с целью увеличения
скорости разливки металла в тонкий сляб до величины, при
которой скорость разливки может быть согласована со скоро-
стью прокатки сляба в полосу. В этой связи все ЛПА, предна-
значенные для реализации «полубесконечной прокатки», по-
сле усовершенствования технологии и оборудования разливки
тонких слябов могут осуществлять «бесконечную прокатку».
Следует также иметь в виду, что увеличение скорости
разливки приведет к возможности увеличения объема произ-
водства ЛПА, в результате чего на ЛПА с одноручьевой
МНЛЗ можно буде производить порядка 2,0-2,5 млн. тонн
горячекатаных полос в год. Это еще более повысит экономи-
ческую эффективность производства полос на ЛПА.
Динамически развивающейся областью металлургиче-
ского машиностроения является создание оборудования для
ЛПА, оснащенных станами с печными моталками (станы
Стеккеля). Это объясняется тем, что станы Стеккеля характе-
ризуются высокой производственной гибкостью, а требуемые
для их постройки капитальные вложения заметно ниже тех,
которые необходимы для сооружения обычных станов горя-
чей прокатки с непрерывной чистовой группой. С 1991 по
2000 г.г. введено в мире в эксплуатацию более чем 20 новых
или принципиально обновленных станов Стеккеля с общим
производством около 11 млн. тонн проката в год, что харак-
теризует высокий спрос на станы такого типа.
В состав оборудования такого стана входят: печь для по-
догрева непрерывно-литых слябов; транспортные и рабочие
рольганги; универсальная реверсивная черновая клеть; устрой-
ства для гидросбива окалины; ножницы для обрезки переднего
и заднего концов подката; реверсивная чистовая клеть, перед и
за которой установлены моталки в печах; отводящий рольганг
с системой охлаждения полосы; моталка горячей полосы; обо-
рудование для транспортировки рулонов на склад.
508
Последние разработки АО «НКМЗ» по станам Стеккеля,
учитывающие собственный накопленный опыт при создании
таких станов, а также основные тенденции создания станов
Стеккеля в мире за последние годы, позволяют сделать вы-
вод, что эти станы имеют следующие преимущества:
•компактное расположение оборудования стана;
•повышенная заправочная скорость полосы в печных моталках;
•автоматическое регулирование толщины, профиля и формы
полосы;
•автоматическое регулирование температур конца прокатки
и смотки полосы.
Особенностью такого стана является то, что расстояние
между черновой и чистовой клетями выбрано из условия, что
оно меньше длины подката, получаемого при последнем чер-
новом пропуске. При этом скорость прокатки в черновой
клети при последнем черновом пропуске и скорость прокатки
в чистовой клети при первом чистовом пропуске согласуются
по принципу непрерывной группы клетей. В стане преду-
сматривается повышенная скорость заправки полос, что
уменьшает перепад между передним (задним) концом полосы
и ее основной частью и увеличивает выход годного.
На стане из слябов толщиной 150-250 мм могут быть по-
лучены полосы толщиной 1,8 (1,5)-12 мм, свернутые в руло-
ны относительной массой около 18 кг/мм. Годовая произво-
дительность стана до 700 тыс. тонн проката. Технологическая
длина стана составляет 140-150 м, что на 50-70 м меньше,
чем стана с традиционным расположением клетей.
В целом технология совмещения непрерывного литья и
прокатки благодаря своей простой и четкой концепции, а
также обеспечиваемых этим экономических преимуществ,
хорошо зарекомендовала себя на практике. Дальнейшие на-
правления разработок, видимо, будут сосредотачиваться на
оптимизации отдельных этапов процесса с целью постепен-
ного повышения экономичности и качества продукции.
509
ЛИТЕРАТУРА
1 .Tanner А.Н. Continuous casting: A revolution in steel. - Fort Lauderdale:
Write Stuff Enterprises, 1999. - 238 p.
2 .Kontinuirano livenja celika u svetu / Privredna komora Jugoslavije. - Beograd:
1988.-397 s.
З .Рутес B.C., Катомин Б.Н. Непрерывная разливка стали.-М.: Трудрезерв-
издат,1957. - 84 с.
4 .World Survey: Continuous Casting Machines for Steel. - Zurich: Concast
Standard, 1999.-201 p.
5 .Непрерывная разливка стали в сортовые заготовки/ В.С.Рутес, Н.Н. Гуг-
лин, Д.П.Евтеев и др. - М.: Металлургия, 1967. - 144 с.
6 .Исследование непрерывной разливки стали. / Под ред. Дж.Б.Лина. Пер. с
англ. - М.: Металлургия, 1982. - 200 с.
7 .Бойченко М.С. Непрерывная разливка стали. - М.: ГНТИ по черной и
цветной металлургии, 1957. - 238 с.
8 .Германн Э. Непрерывное литье - М.:ГНТИ по черной и цветной метал-
лургии, 1961. - 814 с.
9 .Основные направления развития процесса непрерывного литья/ Ф.Н. Та-
вадзе, М.Я.Бровман, Ш.Д.Рамишвили и др. - М.: Наука, 1982 - 165 с.
lO .Wolf М. Bloom and billet casting overview. //3rd European Conf, on Continu-
ous Casting, Madrid-Spain, October 20-23, 1998. - Madrid: 1998.-P.515-524.
11 .Development in mould oscillation/ T.Yamashita, J.Radot, I.McNeil, M.Wolf//
Proc. 4‘" Int. Conf. Cont. Casting. - Brussell: CRM/VDEh, 1988. - P.329-340.
12 .Horbach U., Kockentiedt J., Jung W. High speed billet casting with paraboli-
cal mould taper// Stahl und Eisen. 1997. No.12. - P.95-101.
13 .Stilli A. Hot processing of billets// Concast Standard News. 1997. No 1 (36).-
Р.ЗЛ.
14 .Improvement of internal quality of blooms continuously cast at Sollac
Florange/ J.Bastian, P.Chapellier, L.Sosin ea.// La Rew. Metalurgie. 1997.
No.94. - P.497-505.
15 .Improvement of segregation of continuously cast billet by soft reduction/
K.lsobe, Y.Kusano, S.Noguchi ea.// Proc. Near-Net-Shape Casting in the
Minimills. - Vancouver: CIM, 1995. - P.179-192.
16 .Sivesson Р.» Wass S., Rogberg B. Improvement of Center Porosity in Con-
tinuously Casting Blooms by Mechanical Soft Reduction at the End of the
Solidification Process // 3rd European Conf, on Continuous Casting, Madrid-
Spain, October 20-23, 1998. - Madrid: 1998. - P.213-223.
17 .0’Malley R. Casting Technologies for Direct Hot Charging at Armco, Mans-
field// Steel Times Int., 1998, No 1. - P.12-19.
18 .Resonans Mould System in Continues Casting/ E.H.Becker, H. van Wyl,
D.A. Lohse ea.// Ironmaking & Steelmaking. 1997. VoL24. - P.174-179.
19 .Control of early solidification in continuous casting by horizontal oscillation in
synchronization with vertical oscillation of the mould/ T.Moshida, S. Itoyama,
H.Tozawa ea. //3rd European Conf, on Continuous Casting, Madrid-Spain,
October 20-23, 1998. - Madrid: 1998. - P.515-524.
510
20 .Robinson Q., Gerstl D. High performance Submerged Nozzles for Thin Slab
Casting// 3rd European Conf, on Continuous Casting, Madrid-Spain, October
20-23, 1998. - Madrid: 1998. - P.1050-1052.
21 .Control of Immersion Nozzle Outlet Flow Pattern Through the Use of Swirl-
ing Flow in Continuous Casting/ S.Yokoya, Y.Asako, S.Hara ea. //ISIJ Inter-
national. 1994. No.11 (Vol.34). - P.883-888.
22 .Thomas B., Huang X. Effect of argon gas on fluid in a continuous slab cast-
ing mold// Steelmaking Conference Proceedings. 1993. Vol. 76. - P.273-389.
23 .Electromagnetic shaping for control of initial solidification in continuous cast-
ing/ M.Tani, T.Toh, E.Takeuchi ea.// Proceding Conference on Electromag-
netic Orocessing of Materials. - Centre Francais de L’Electricite, 1997. -
P.527-532.
24 .Construction of a new vertical caster at Dillinger Huttenwerke/ K.Harste,
J.KIingbeil, W.Schmitz ea.//Stahl und Eisen, 1997, No.11 (Vol. 117).-P.73-79.
25 .Letzel D., Weyer A., Zajber A. Innovations and their implementation in the
field of continuous slab casting// 3rd European Conf, on Continuous Casting,
Madrid-Spain, October 20-23, 1998. - Madrid: 1998. - P.855-865.
26 .Линдорфер Б., Хедль X., Мервальд К. Технологические модульные узлы
для высокоэффективного литья слябов// МРТ. 1999. - С.32-41.
27 .Нилль П., Этьен А. Непрерывное литье-состояние и перспективы//МРТ.
1992.-С.50-64.
28 .Литье и обжатие с разливки тонких слябов на заводе фирмы Маннес-
маннререн-Верке АГ/ X.Эренберг, Л.Паршат, Ф.Плешиутшнигг и др.//
МРТ. 1990.-С.46-59.
29 .New technology to tackle centerline segregation/ M.Hattori, S.Nagata,
A.lhaba ea.// Steel technology international. 1990/91. - P. 189-193.
30 .Hogan W. Thin slab casting - progress and potential// Steel technology in-
ternational. 1990/91. - P.195-197.
31 .Коассин Дж., Мерони У. Гибкая машина для непрерывного литья тонких
слябов// МРТ. 1995. - С.40-53.
32 .Плешиутшнигг Ф. Первый мини-завод с технологий производства поло-
сы в линии (LS.P.) в сопоставлениях с другими схемами производства
горячекатанной полосы// МРТ. 1993. - С.64-83.
33 .Сталь на рубеже столетий /Под научн. ред. Ю.С.Карабасова. -
М.:МИСИС, 2001.-664 с.
34 .Тенденции развития производства сортовых заготовок / А.А.Минаев,
А.Н.Смирнов, М.Захур, Момот С.В. // Металлургическая и горнорудная
промышленность. 2001. №6. - С.25-28.
35 .Многоручьевая прокатка-разделение / В.М.Клименко, С.П.Ефименко,
В.Ф.Губайдулин, Г.М.Шульгин. - М.: Металлургия, 1987. - 168 с.
36 .Metallurgie des StranggieBens / Herausgeber K.Schwerdtfeger. - Dussel-
dorf: Stahl und Eisen. 1992. - 655 s.
37 .Nove poznatky z vyzkumu plynuldho odlevani oceli / M.Pfihoda, J.Bazan,
J.Dobrovska e.a. - Ostrava: VSB, 2001. - 177 s.
38 .Минаев A.A., Смирнов А.Н. Тенденции развития концепции металлур-
гических мини-заводов и комплексов // Науков! прац! ДонДТУ. Вип. 31.
Металлурпя. Донецьк: ДонДТУ, 2001. - С.5-17.
ЗЭ .Теория и практика непрерывного литья заготовок / А.Н.Смирнов,
А.Я.Глазков, В.Л.Пилюшенко и др. - Донецк: ДонГТУ, 2000. - 371 с.
511
40 .Исследование процесса непрерывной разливки на сортовые заготовки с
защитой стали от вторичного окисления / А.Н.Смирнов, С.С.Бродский,
А.Я.Глазков, В.В.Несвет// Процессы литья. 2001. №2. - С.10-17.
41 .Систематизация критериев комплексной оценки качества непрерывно-
литой сортовой заготовки / А.Н.Смирнов, В.В.Несвет, А.Я.Глазков и др.
// Металлы и литье Украины. 2001. №7-9. - С.32-36.
42 .Смирнов Е.Н. Свойства и структура заготовок из непрерывнолитого ме-
талла для производства проката ответственного назначения // Металлы
и литье Украины. 2001. №3-4. - С.17-20.
43 .Гордон Я., Маклейн Л., Торгашев А. Новые технологии: стратегии их ус-
пешного внедрения в черную металлургию // Металлург. 2002. №1. -
С.26-31.
44 .Стасовский Ю. Экономические основы организации и функционирова-
ния мини-заводов в металлургии // Экономика Украины. 2001. №9. -
С.24-29.
45 .Plynule odldv^ni oceli / Z.Bohm, Z.Dolejsi, J.Kudera e.a. - Praha: SNTL,
1992.-446 s.
46 .Бахтинов Ю.В. О путях усовершенствования производства сортовых за-
готовок И Производство проката. 2000. №2. - С.14-19.
47 .Хабл Д.Х., Вессел Р.Л. Конструкция промежуточного ковша и выбор ог-
неупоров для непрерывной разливки стали // Непрерывное литье стали.
- М.: Металлургия, 1982. - С.15-31.
48 .Cai Ning. Mesures for high efficiency continuous slab casting - a review //
Steel Millenium. - London: 2002. - P.120-122.
49 .Кащеев И.Д. Оксидно-углеродистые огнеупоры. M.: Интермет Инжини-
ринг, 2000. - 265 с.
50 .Optimization continuous casting rounds technology on the billet CCM /
A.A.Minayev, A.N.Smirnov, Kovalenko I.P., Smirnov E.N. // Proceedings of
11 International Metallurgical & Materials Conference 14-16.05.2002, Hradec
nad Moravici. - Ostrava: TANGER, 2002.
51.Технология производства труб / И.H.Потапов, А.П.Коликов,
В.Н.Данченко м др. - М.: Металургия, 1994. - 528 с.
52.Чикалов С.Г. производство бесшовных труб из непрерывнолитой заго-
товки. - Волгоград: 1999. - 415 с.
бЗ.Тенденции производства трубной заготовки и повышения ее качества/
А.Е.Когнев, Л.Н.Скоробогатская, Ю.Р.Ярославцев и др.//Черная метал-
лургия. Бюл. ин-та Черметинформация. 1990. Вып.З. - С.17-31.
54.Никами К., Сума М., Матсуо К. Непрерывная разливка стали на мини-
заводах Японии// Достижения в области непрерывной разливки стали. -
М.: Металлургия, 1987. - С. 128-138.
55.Novicka-Skowron М. Technology and Organization of Continuous Steel
Casting Production Costs on Example of Polish Ironworks// 7-th International
Metallurgical Symposium “Metal-98". 12-14 May, 1998. - Ostrawa: 1998.
Part 2.-P. 10-15.
56.Raab J. Czech Iron Metallurgy industry - transformation process is going
on// 7-th International Metallurgical Symposium “Metal-98”. 12-14 May,
1998.- Ostrawa: 1998. Part 1. - P.27-41.
57.Освоение производства непрерывнолитых трубных заготовок на Волж-
ском трубном заводе/ В.В.Фролочкин, А.Я.Харламов, В.Я.Генкин и др.//
Сталь. 1993. №1,-С.31-33.
572
58.Особенности подготовки трубной стали к разливке МНЛЗ/
Р.С.Айзатулов, С.С.Галочкин, Е.В.Протопопов и др.// Сталь. 1996. №.9. -
С.32-33.
59 .Tomoho Н. Blooms in Blossom at Wakayama // Concast Technology News.
1986. V.25. No.2. - 2 p.
60 .Разработка технологии получения непрерывнолитой заготовки диамет-
ром 430 мм для производства железнодорожных колес/ Л.К.Федоров,
М.А.Стамбульчик, А.А.Фетисов и др.// Тр. Четвертого конгр. сталепла-
вильщиков. - М.: Черметинформация, 1997. - С.342-344.
61 .Непрерывнолитые круглые заготовки/ В.Я.Генкин, А.Г.Есаулов,
М.И.Староселецкий и др. - М.: Металлургия, 1984. - 143 с.
62 .Tranchant J.L., Boussard Р., Szezecny R. The Rotary Continuous Casting of
rounds at St-Saulve, France// 25-th Mechanical Working and Street Process-
ing Conference. October, 1983. Philadelphia. - P.128-140.
63 .Мола М.Ф. Центробежная непрерывная разливка // Непрерывное литье
стали. - М.: Металлургия, 1982. - С.292-297.
64 .Смирнов Н.А., Кудрин В.А. Рафинирование стали продувкой порошками
в печи и ковше. - М.: Металлургия, 1994. - 168 с.
65-Внепечная обработка расплава порошковыми проволоками /
Д.А.Дюдкин, С.Ю.Бать, С.Е.Гринберг и др. - Донецк: Юго-Восток, 2002. -
296 с.
бб .Кудрин В.А. Внепечная обработка чугуна и стали. - М.: Металлургия.
1992.-336 с.
67 .Кнюппель Г. Раскисление и вакуумная обработка стали. -М.: Металлур-
гия. 1984.-414 с.
68 .Смирнов А.Н. Конструктивное оформление агрегатов для пульсацион-
ного перемешивания металла И Сб.научн.тр. ДонГТУ. Вып.14. - Донецк:
ДонГТУ, 1999.-С. 107-113.
69 .Fruehan R.J. Ladle Metallurgy Principles and Practics.-Chelsea: Book
Chafters, 1985. - 53 p.
7O .Szekely J., Carlsson G., Helle L. Ladle Metallurgy. - New York: Springer-
Verlag, 1989,-166 p.
71 .Пилюшенко В.Л., Смирнов A.H., Еронько С.П. Способы вдувания газа
при внепечной обработке стали //Черные металлы. Бюл. Ин-та «Черме-
тинформация». 1988. Вып.20. - С.2-13.
72 .Туркдоган Е.Т. Технологические усовершенствования в инжекционной
металлургии и процессах рафинирования металла в 80-х годах И Ин-
жекционная металлургия'86. Тр. конф. - М.:Металлургия, 1990.-С. 10-44.
73 .Barthel Н., Hammerer W., Suppaner М. Segment Purging Plugs for Steel
Treatment in Ladles// Taikabutsu. 1998. V.50. No.3. - P.128-136.
74 .Пористая керамика третьего поколения для сталеразливочных ковшей/
Ф.Кестер, Я.Люкхоф, Х.Веткамп и др.// МРТ. 1995. - С.22-27.
75 .Турчак Л.И. Основы численных методов. - М.: Наука, 1987. - 320 с.
76 .Самарский А.А., Гулин В.А. Численные методы. - М.: Наука, 1989. -432с.
77 .Бахвалов Н.С. Численные методы. - М.: Наука, 1986. - 584 с.
78 .Самарский А.А. Теория разностных схем. - М.: Наука, 1983. - 616 с.
79 .Марчук Г.И. Методы вычислительной математики.- М.: Наука, 1989. -
608 с.
80 .Самарский А.А., Попов Ю.П. Разностные схемы газовой динамики. - М.:
Наука, 1975. - 352 с.
513
81 .Пирумов У.Г., Росляков Г.С. Численные методы газовой динамики. - М.:
Наука, 1975. - 352 с.
82 .Огурцов А.П., Недопекин Ф.В., Белоусов В.В. Процессы формирования
стального слитка. Математическое моделирование заполнения и за-
твердевания. - Днепродзержинск: ДГТУ, 1994. -180 с.
83 .Андерсон Д., Таннехилл Дж., Плетчер Р. Вычислительная гидромехани-
ка и теплообмен. - М.: Мир, 1990.Т.1. -384 с.; Т.2. - С. 385-728.
84 .Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей.-М.: Мир,
1991 .-Т.1-504 с., Т.2-552 с.
85 .Кутателадзе С.С., Стырикович М.А. Гидродинамика газожидкостных
систем. - М.: Энергия, 1975. - 296 с.
86 .Федоровский А.Д., Никифоровиич Е.И., Приходько Н.А. Процессы пере-
носа в системах газ-жидкость. - К.: Наукова думка, 1988. - 256 с.
87 .Сизов А.М. Газодинамика и теплообмен газовых струй в металлургиче-
ских процессах. - М.: Металлургия, 1987. - 256 с.
88 .Сборщиков Г. С. Механика двухфазных систем газ-жидкость И Итоги
науки и техники. Металлургическая теплотехника.-М.: ВИНТИ, 1986.-
Т.7.-С. 3-47
89 .3акономерности распространения газовой струи в жидкости / Белов
И.В., Белов Б.Т., Носков А.С. и др. // Изв. вузов. Черная металлургия. .-
1983. №2. - С. 119-123; №4. - С. 90-92; №8 - С.83-85
90 .Охотский В.Б., Войтюк К.В., Шибко А.В. Исследование процесса продув-
ки металла в ковше аргоном // Изв. вузов. Черная металлургия. -1991.
№1. - С.17-19
91 .Охотский В.Б. Температурный режим металла при продувке в ковше
элементы И Изв. АН СССР. Металлы. 1991. №5. - С.34-37.
92 .Перемешивание и теплообмен в конвертерной ванне при донной про-
дувке / Чернятевич А.Г., Наливайко А.П., Приходько А.А. и др.// Изв. АН
СССР. Металлы. 1988. №2. - С.13-18
93 .Чернятевич А.Г., Бродский А.С., Наливайко А.П. Перемешивание кон-
вертерной ванны при комбинированной продувке встречными струями И
Технология производства стали в конвертерных и мартеновских цехах,-
М.: Металлургия, 1989. - С.35-38.
94 .Потапов А.В., Коваль В.П. К расчету циркуляционного движения рас-
плава в кислородном конвертере И Изв. вузов. Черная металлургия.
1981. №1. - С.24-27.
95 .Чернятевич А.Г., Наливайко А.П., Приходько А.А. О математическом
описании взаимодействия кислородной струи с металлической ванной //
Изв.вузов. Черная металлургия. 1982. №10. - С. 155-156.
Эб .Чернятевич А.Г., Наливайко А.П., Приходько А.А. Численное моделиро-
вания перемешивания и теплообмена в конвертерной ванне // Изв. ву-
зов. Черная металлургия. 1984. №5. - С.44-48.
97 .Ботвинский В.Я., Потапов А.В. Гидродинамика расплавов в ковше при
продувке его нейтральным газом И Гидроаэромех. и теория упругости.-
1980. №26-С.78-82.
98 .Бакакин А.В., Хорошилов В.О., Кельманов В.Е. Математическое моде-
лирование течения металла в сталеразливочном ковше при продувке
инертным газом // Изв. вузов. Черная металлургия. 1981. №4. - С.52-56.
514
9 9.3екели Дж., Эль-Кодах Н.Х., Гревет Дж.А. Анализ гидродинамических
явлений в ковшах при холодном моделировании И Инжекционная ме-
таллургия'80. - М.: Металлургия, 1972. - С. 65-75.
100-Sahai Y., Guthrie R.LL, Hydrodynamics of gas stirred melts. Axisymmetric
Flows. // Metallurgical Transactions. 1982. 13B - P.203-211.
1О1 .Гутри Р.И.Л. Физико-химические и гидродинамические аспекты леги-
рования расплавов методом вдувания порошков // Инжекционная ме-
таллургия'80. - М.: Металлургия, 1982. - С.75-92.
102 .Белоцерковский О.М. Вычислительный эксперимент: прямое числен-
ное моделирование сложных течений газовой динамики на основе урав-
нений Эйлера, Навье-Стокса и Больцмана. И Численные методы в ди-
намике жидкостей. - М.: Мир, 1981. - С.348-398.
ЮЗ.Гершуни Г.З., Жуховицкий Е.М., Непомнящий А.А. Устойчивость кон-
вективных течений - М.: Наука, 1989. - 320 с.
104 .Белоцерковский О.М. Численное моделирование в механике сплош-
ных сред. - М.: Наука, 1984. - 520 с.
105 .Разработка технологии химического подогрева стали в ковше /
Д.В.Захаров, М.К.Филяшин, А.И.Дагман и др. И Труды Шестого конгресса
сталеплавильщиков. Череповец, 17-19 октября 2000 г. - М.: Черметинфор-
мация, 2001.- С.80-81.
Юб.Установка HALT в сталеплавильном цехе фирмы Krupp Hoesch Stahl
AG: конструкция и результаты эксплуатации / В.А.Разим, Р.Кесслер,
Г.Зайфферт и др. // Черные металлы. 1997. №10. - С.15-22.
107 .Повышение качества трубных заготовок из непрерывнолитого метал-
ла, отлитого на криволинейных МНЛЗ конвертерного цеха Днепровского
металлургического комбината / В.В.Несвет, М.И.Пикус, А.Н.Смирнов и
др. // Труды Шестого конгресса сталеплавильщиков. Череповец, 17-19
октября 2000 г. - М.: Черметинформация, 2001.- С.494-506.
108 .Разработка технологии внепечной обработки стали в условиях конвер-
терного цеха / Э.Н.Шебаниц, А.А.Ларионов, Б.В.Небога и др. // Метал-
лургическая и горнорудная промышленность. 2001. №3. - С.17-18.
109 .Смирнов А.Н., Минц А.Я., Гиниятуллин Р.В. Исследование характера
износа футеровки агрегата ковш-печь в условиях современного метал-
лургического мини-завода И Электрометаллургия. 2001. №3. - С.26-35.
ИО.Тенденции развития концепции современных мини металлургических
заводов и комплексов и их целесообразность для Украины/ А.Н. Смир-
нов, В.Л.Пилюшенко, Т.С. Панфилова и др. //Менеджер. Вестник Дон-
ГАУ. 1999.№1 .-С.35-41.
111 .Классификация мини металлургических заводов с помощью методов
многомерного факторного анализа / Смирнов А.Н., Панфилова Т.С., До-
рохова Л.В., Зуб В.В. // Металлургическая и горнорудная промышлен-
ность. 2001. №2. - С.115-118.
112 .Шалимов Ал. Г. Современный мини-завод «Huta Czestochova» (Поль-
ша) - Металлург. 1998. №7. - С.39.
ИЗ.Захур М. Мини-металлургический завод «ИСТИЛ (Украина)» - флагман
ISTIL GROUP И Металлургическая и горнорудная промышленность.
2001. №6.-С.48-50.
515
114 .Книтель И.В. Эффективность внедрения новых технологических про-
цессов на Молдавском металлургическом заводе И Металлург. 1999.
№2. - С.25-26.
115 .Цуканов В.И. Основные технические решения реконструкции стале-
плавильного комплекса ОАО «Енакиевский металлургический завод» //
Сталь. 2002. №8. - С.25-27.
116 .Минаев А.А., Смирнов А.Н., Пилюшенко В.Л. и др. Высокоэффектив-
ные технологические модули - основа реструктуризации сталеплавиль-
ных комплексов // Металлы и литье Украины. 2001. №5-6. - С.7-10.
117 . Бродов А.А. Состояние и проблемы развития черной металлургии И
Черная металлургия. 2000. №1-2. - С.9-13.
118 .Реструктуризация сталеплавильного производства / И.Ю.Зинуров,
В.С.Галян, В.С.Немытое и др. И Электрометаллургия.2000. №11- С.2-3.
119 .Основные технические решения реконструкции электросталеплавиль-
ного цеха №2 ОЭМК / Л.М.Савинов, Б.М.Шапиро, А.В.Хвощинский и др.
И Сталь. 1998. №9. - С.21-25.
120.Феоктистов Ю.В. Белорусский металлургический завод: приоритеты
качественных преобразований II Сталь. 1998. №11. - С.1-3.
121.Бутаков А.В., Кузнецов А.В., Рецлер Я. Выбор огнеупоров для обеспе-
чения высокоинтенсивной технологии производства электростали// Ме-
таллург. 1999. №2. - С.26-28.
122.Опыт использования различных огнеупоров в сталеплавильном про-
изводстве ОЭМК / С.Н.Просвиров, Е.И.Гонтарук, Ю.А.Затаковой и др.//
Металлург. 1999. №3. - С.47-48.
123.Shibata Т., Yamamoto К., Tashiro С. Free water in castable and its Electri-
cal Conductivity// Stahl und Eisen. 1996. October (Special). -P. 192-195.
124.Routschka G. Refractory Materials. - Essen: Vulkan-Eriag, 1997. - P.443.
125.Шабанов В.Б., Зема В.И., Игнатенко Г.В. Создание и опыт эксплуата-
ции комплекса внепечной обработки мартеновской стали в АО НКМЗ //
Сталь. 2002. №8. - С.33-35.
126.Оптимизация работы ковшей для агрегата «печь ковш» в условиях ДП
«УБиВТ» / А.Н.Смирнов, А.Ю.Цупрун, В.А.Пимоненко, В.В.Панов И Нау-
ков1 прац! ДонДТУ. Металурпя. Вип. 40.-Донецк:ДонДТУ, 2002. - С.118-
124.
127.Berg В., Carlsson G., Bramming М. Ladle Metallurgy - Influence of Differ-
ent Stirring Methods // Scandinavian J. of Metallurgy. 1985. No14. - P.299-
305.
128.Messing W. Clean steel metallurgy // Steel Millenium. - London: 2002. -
P.96-100.
129.Optimization of Molten Steel Flow in Billet Continuous Casting Tundish at
Trinecke Zelezarny/ K.Michalek, J.Pindor, R.Lebeda e.a. // Continuous cast-
ing of Billets. 2-nd International Conf. Trinec (Czech rep.). 1997. - P.59-69.
130.Pindor J., Michalek K. Application of tundish metallurgy for improvement of
steel quality and increasing of continuous casting operational parameters//
3rd European Conf, on Continuous Casting, Madrid-Spain, October 20-23,
1998. - Madrid: 1998. - P.1025-1028.
131.Расчет температуры ликвидус стали / А.Н.Смирнов, Л.Неделькович,
М.Джурджевич и др. И Сталь. 1996. № 3. - С. 15-19.
132.Howe A.A. Estimation of liquidus temperatures for steels // Ironmaking and
Steelmaking. 1988. VoL15. No3. - P.134-142.
516
133.Sugden A., Bhadeshia H. Thermodinamic estimation of liquidus, solidus,
Ae3 temperatures, and phase compositions for low alloy multicomponent
steels 11 Material Science and technology. 1989. Vol.5. No10. - P.977-984.
134 .Исследование непрерывной разливки стали / Под ред. Дж.Б.Лина. -
М.: Металлургия, 1982. - 200 с.
135 .Зубарев А.Г. Теория и технология производства стали для МНЛЗ. - М.:
Металлургия, 1986. - 232 с.
136.Chapellier Р., Jacquot J.-L, Sosin L. Twin-bloom casting of high carbon
steels at Sollac: 4 years of continuous improvement // 3rd European Conf, on
Continuous Casting. Madrid-Spain, October 20-23, 1998. - Madrid: 1998. -
P.583-593.
137.Troniman J., Comacho D. Plasma tundish heating at Nucor Steel Ne-
braska// Iron and Steel Engineer. 1995. V.73. No.11. - P.39-44.
138.Обработка в ковше раскисленной алюминием стали AISI 1018 каль-
циевой проволокой арминированной стальной оболочкой / Чоу С.Л.,
Шир Ф.С., Янг П.С. и др. И Инжекционная металлургия’86. - М.: Метал-
лургия, 1990. - С.363-372.
139.Новое применение проволоки с сердечником в непрерывной разливке/
В. Карузо, А. Коперчини, А. Джакони и др. // Инжекционная метал-
лургия’83. - М.: Металлургия. 1986. - С. 190-202.
140.Освоение промышленной технологии производства порошковых про-
волок для внепечной обработки металлургических расплавов / В.М. Ти-
тиевский, Ю.Т.Шевченко, В.П.Жабкин и др. // Металлы и литье Украины.
2000. №1-2.-С.7-9.
141.Оптимизация режима ввода порошковой проволоки в жидкую сталь /
В.В.Кисиленко, В.П.Онищук, Д.А.Дюдкин и.др. // Металлы и литье Украи-
ны. 2000. №1-2.-С. 17-20.
142.Faulring G. Steel flow through nozzles - influence of Calcium // Iron and
Steelmaker. 1980. №2. - P.14-20.
143.Ефимов Г.В. Управление процессом рафинирования стали в промежу-
точном ковше // Сталь. 2001. №4. - С.24-27.
144.Влияние защитных покрытий футеровки промежуточных ковшей на ка-
чество стали / Г.А.Воронов, Р.И.Мячин, А.Б.Антипова и др. II Сталь.
1991. №8.-С.30-31.
145.Состояние производства огнеупоров, применяемых при непрерывной
разливке стали, и перспективы его развития/ П.Ешке, Э.Люрсен,
М.Обербах и др.// Огнеупоры для МНЛЗ. - М.: Металлургия, 1986. -
С.15-37.
146.Служба огнеупоров / Л.М.Аксельрод, Г.И.Антонов, Е.Е.Гришенко и др.
- М.: Интермет Инжиниринг, 2002. - С.656 с.
147.Bannenberg N., Lachmund Н. Reactions between tundish lining and steel
and their influence on steel cleaness / Proc. 2nd European Continuous Cast-
ing Conf. Dusseldorf, 1994. - Dusseldorf: 1994. - P.25-31.
148 .Харди C.B. Защита футеровки промежуточных ковшей / Непрерывное
литье стали. - М.: Металлургия, 1982. - С.31-52.
149 .Bajpai В. Tundish refractories and practice in steel making I Stahl und
Eisen. 2001. September. Special. - P.138-145.
150 .Applications of engineered castable systems to refractory linings in the
steel industry I k. Hey, S. J. Gregory, G. S. Hutchesson e.a. // International
Colloquium on Refractories.-Aachen:Eurogress Aachen, 1996. - P.104-107.
517
151 .Sayler К., Bolger D. Preventing turbulence in the tundish // Steel Technol-
ogy International. 1995/96. - P. 187-191.
152 .Nippon steel type tundish plasma heater “NS-Plasma I” for continuous
caster I S.Kittaka, S.Wakida, T.Kanki ea И SEAISI Quarterly. 2001. No.2. -
P.38-46.
153 .Оптимизация выбора огнеупоров при разливке стали на МНЛЗ/
С.С.Бродский, А.Н.Смирнов, В.В.Несвет, М.И.Пикус// Металл и литье
Украины. 1999. №3-4. - С.40-42.
154 .Alavanja М., Grass R.T., Kittridge R.W., Tsai Н.Т. Advanced made against
tundish nozzle clogging // Steel technology international, 1997/98. - P.93-97.
155 .Nam S.H., Kim J.I. Production of clean steel in Pohang Works. // 3rd Euro-
pean Conf, on Continuous Casting. Madrid-Spain, October 20-23, 1998. -
Madrid: 1998. - P.635-644.
156 .Nozzle deposiys in Titanium treated stainless steels / R.Maddalena,
R.Rastogi, S.Bassem ea // Iron and Steelmaker. 2000. No.12. - P.71-79.
157 .Технология изостатического прессования крупногабаритных огнеупор-
ных изделий / Б.А.Дородный, Я.М.Гринберг, Э.В.Дегтярева и др. // Экс-
пресс-информация. Серия 11. Огнеупорное производство. Вып.1. - М.:
Черметинормация, 1976. - 24 с.
158 .Свойства изостатически прессованных стаканов и их испытание при
непрерывной разливке стали / Э.В.Дегтярева, Я.М.Гринберг,
Б.А.Дородный и др. // Экспресс-информация. Серия 11. Огнеупорное
производство. Вып.2. - М.: Черметинормация, 1976. - 9 с.
159 .Аксельрод Л.М. Корундографитовые стопор-моноблоки для МНЛЗ //
Огнеупоры. 1991. №9. - С.31-34.
160 .Poirier J. Recent tendencies in refractories in relation with service condi-
tions in the steel industry// XXXIXth International Colloquium jn Refractories.
24-25 September 1996. Eurogress Aachen. - Stahl und Eisen. October.
1996.-P.6-16.
161 .Пригоровский Н.И. Методы и средства определения полей деформа-
ций и напряжений: Справочник. М.: Машиностроение, 1983. 248 с.
162 .Смирнов А.Н., Еронько С.П., Абакумов Д.В. О причинах выхода из
строя стопоров промковшей МНЛЗ // Современная металлургия начала
третьего тысячелетия. Сб.научн. тр. Том 2. - Липецк:2001. - С.43-47.
163 .0 влиянии инжектирования через стопор-моноблок / К. Оки, К. Койдэ,
Е. Ито и др. // Тайкабуцу, 1975. Т.27. №203(3). - С.119-121.
164 .Pfyl A., Fernandez J., Nieto J. Opperation of a 3-plate tundish gate for slab
casters with non-stop SN-change at ISPAT Mexicana in Lazaro Cardenas,
Mexico II 3td European Conf, on Continuous Casting. Madrid-Spain, October
20-23, 1998. - Madrid: 1998. - P.667-676.
165 .Анюхин M.H., Ярыгин Ю.В., Гаркуша B.M. Эффективность разливки
стали на МНЛЗ при использовании промежуточных ковшей с шиберны-
ми затворами // Сталь. - 1995. - №9. - С.25-30.
166 .Огнеупорные строительные материалы для непрерывной разливки
стали / М.Обербах, Э.Люрзен, Г.Добнер и др.// Техническая информация
фирмы «Дидьер Верке». - Дуйсбург: 1993. - 45 с
167 .Аксельрод Л.М. Повышение стойкости графитсодержащих погружных
стаканов для МНЛЗ И Огнеупоры. 1996. №6. - С.27-30.
168 .Шоу Дж. Требования качества к погружным разливочным стаканам И
Непрерывное литье стали. - М.: Металлургия, 1982. - С.63-76.
518
169 .Takeshita S., Hasegawa S., Agatani K., Kawakami T. Development of
highly corrosion resistance submerged nozzle for continuous casting. 11
XXIX-th International Colloquium on Refractories. Refractory for continuous
casting. Aachen, Aix-la-Chapelle 09-10 October, 1986. - P.311-339.
17O .Naitih Sh., Muroi T., Oguri K. Clogging resistant materials for immersion
nozzle. // XXXIX-th International Colloquium on Refractories. Eurogress
Aachen. 24-25 September 1996. - Stahl und Eisen. Special. October, 1996.
-P.131-135.
171 .Смирнов A.H., Фоменко А.П., Орлов И.А. Совершенствование зашиты
стали от вторичного окисления при разливке стали на МНЛЗ// Сталь.
1998. №11. - С. 19-24.
172 .Разработка, производство и служба кварцевых погружаемых стаканов
повышенной стойкости/ Рожков Е.В., Пивинский Ю.Е., Хабарова В.И. и
др.// Огнеупоры и техническая керамика. 1997. №12. - С.22-25.
173 .Катаока С. Развитие огнеупоров для сталеплавильного производства в
Японии//Тайкабуцу. 1996. Т.48. №5. - С. 132-140.
174 .Гаук Ф., Петшке Ю. Износ погружных стаканов и образование отложе-
ний глинозема при непрерывной разливке стали// Огнеупоры для МНЛЗ:
Тр. конф. - М.: Металлургия, 1986. - С.62-75.
175 .Prevention of Nozzle During Clogging the Continuous Casting of Al-Killed
Steels / V.Yves, C.Bert, B.Bart ea. // Steelmaking Conference Proceedings. -
2000.-C.175-181.
176 .Затягивание графитосодержащих погружных стаканов при разливке
стали на МНЛЗ/ Л.М.Аксельрод, М.Р.Барановский, Г.Г.Мельникова и
др.// Огнеупоры. 1991. №12.-С.29-33.
177 .Смирнов А.Н., Орлов И.А., Ордин В.Г. Причины зарастания погружных
стаканов и методы повышения их эксплуатационной стойкости при раз-
ливке на МНЛЗ// Процессы литья. 2000. №2. - С.9-16.
178 .Faulring G. Steel flow through nozzles - influence of Calcium // Iron and
Steelmaker. 1980. №2. - P. 14-20.
179 .Обработка стали порошковой силикокальциевой лентой в промежу-
точном ковше МНЛЗ / О.В.Носоченко, Б.Ф.Белов, А.И.Троцан и др. И
Черная металлургия. Бюл. Ин-та «Черметинформация». 1985. Вып.8. -
С.54-55.
180 .0 влиянии ввода кальция на разливку и свойства непрерывнолитой
трубной заготовки / О.В.Носоченко, В.В.Емельянов, А.И.Троцан и др. И
Сталь. 1985. №5. - С.32-33.
181 .Осанаи X., Кояма У., Хасунума Д. Разработка безуглеродистого по-
гружного стакана для предотвращения глиноземистых отложений// Но-
вости черной металлургии за рубежом. - М.: 1997. №4. С. 136.
182 .The application of non-carbon material for CC nozzle to prevent carbon
pick-up content/ Y.Wakao, M.Andou, Sh.Takahashi e.a.// X)O<1Xth Interna-
tional Colloquium on Refractories, 24-25 September, 1996. - Stahl und
Eisen. 1996. October (special). - P.122-135.
183 .Снижение содержания неметаллических включений в непрерывноли-
тых блюмах / А. Либерман, И. Дубовин, В. Коржавин и др. // Сталь. -
1993.-№1.-С.35-36.
184 .Исследование влияния способов внепечной обработки на загрязнен-
ность стали неметаллическими включениями / С. Мельник, И. Бродец-
кий, О. Носоченко и др. // Сталь. - 1996. - №9. - С.35-37.
519
185 .Meadowcroft T.R., Milbourne R.J. A new process for continuously casting
aluminium killed steel. - J. of Metals. 1971. №6. - P.11-17.
186 .Повышение степени чистоты стали при непрерывной разливке / Б.Хо,
Х.Якоби, Х.А.Вимер и др. // Черные металлы. 1989. №2. - С.22-29.
187 .Металлургическая обработка металла при непрерывной разливке с
целью повышения степени чистоты / Р.Яух, Х.Якоби, Г.Литтершайдт и
др. II Черные металлы. 1989. №6. - С.3-11.
188 .Пилюшенко В.Л., Еронько С.П., Шестопалов В.Н. Бесстопорная раз-
ливка стали. Киев: Техника, 1991. - 179 с.
189 .Пат. 4667858 США, МКИ В22Д 41/00. Материал, предназначенный для
заполнения выпускного отверстия заливочного ковша.
19О .Сакулин В.Я., Мигаль В.П., Скурихин В.В. Основные направления
развития производства перспективных видов огнеупоров на
Боровичском комбинате огнеупоров И Черная металлургия. Бюл. Ин-та
«Черметинформация». №6. 2001. - С.75-77.
191 .Chen K.-J. Comparison of packing sands for sliding gates // Steel Techno-
logy International. 1990/91. - P.157-160.
192 .Matsui T., Miura K., Hanagiri S. Improvement of Silica Fillers at service for
Sliding Gate in ladle // Taikabutsu. 1998. 50. No. 10. - P.513-516.
193 .Бродский C.C. Новые технологические процессы и оборудование мно-
горучьевых сортовых МНЛЗ. - Минск: Беларуская навука, 1998. - 128 с.
194 .Нестеров Д.К. Производство и качество рельсовой стали. - Харьков:
Основа, 1997. - 212 с.
195 .Непрерывная разливка стали / А.П.Огурцов, А.Г.Величко, Е.И.Исаев и
др. - Днепродзержинск: 1999. - 306 с.
196 .Лейтес А.В. Защита стали в процессе непрерывной разливки. - М.: Ме-
таллургия, 1984. - 200 с.
197 .Лидефельд X., Хассельстром П. Характеристика рабочих свойств шла-
кообразующих смесей для непрерывной разливки стали И Достижения в
области непрерывной разливки стали.-М..Металлургия, 1987.-С. 90-98.
198 .Очагова И., Паршин В. Огнеупорные изделия для защиты струи ме-
талла от вторичного окисления при непрерывной разливке за рубежом.
И Черная металлургия: Бюл. НТИ. №7. 1989. - С.32-41.
199 .Сокращение количества включений с помощью пористого стакана про-
межуточного ковша / У. Риндзи, X. Моринори и др. - Тэцу то хаганэ.
1975. т.61. №12.-С.47.
200 .Пире Ж. Разработки в области огнеупоров, применяемых при непре-
рывной разливке стали И Огнеупоры для МНЛЗ. - М.: Металлургия,
1985.-С.58-62.
2O1 .Sansby В. Effect of Argon Injection and Sub-entry Nozzle Exit Port Des-
ignon Slab Machine Operation and Quality Using Graphitized Alumina Re-
fractories. // Continuous Casting Steel Proceedings International Conference.
London. 1976. - London: Biarits, 1977. - P.47-62.
202 .Refractory components and modern flow control aspects to avoid nitrogen
and oxygen pick-up during casting of steel I K.Rietmann, V.Muschner,
A.Kursfeld. e.a. // Steel Technology International. 199211993. - P.122-128.
203 .Инжектирование газа в процессе непрерывной разливки стали / С.М.
Эпштейн, Ю.В.Материкин, Л.М.Аксельрод и др. // Черная металлургия:
Бюл. НТИ. №5. 1985,-С.3-8.
520
204 .Периклазоуглеродистые трубы для защиты струи металла от вторич-
ного окисления / Г.И.Антонов, В.Г.Корчаков, В.П.Недосвитый и др. // Ог-
неупоры. 1991. №2. - С.34-35.
205 .Муллитографитовые погружные стаканы для разливки стали /
Л.М.Аксельрод, Е.Г.Стрижак, А.О.Лебедев и др. II Огнеупоры. 1990. №5.
- С.53-56.
2О6 .Эффективная защита струи при разливке металла на МНЛЗ /
С.М.Чумаков, А.М.Ламухин, О.В. Попов и др. // Металлург. 2000. №7. -
С.46.
207 .Осанаи X., Кояма У., Хасунума Д.. Разработка безуглеродистого по-
гружного стакана для предотвращения глиноземистых отложений// Но-
вости черной металлургии за рубежом. - 1997. №4. - С. 136.
208 .Эффективность использования керамических изделий для защиты
струи при разливке стали на МНЛЗ/ Б.А.Чумарин, А.Н.Смирнов,
И.А.Орлов и др. // Сталь.1996. №7. - С.19-21.
2O9 .Kazuma О., Masanao К., Toshio N. Development of alumina - graphite
immersion nozzle for continuous casting. - Iron and Steel Ingineer, 1982.
V.59, №12.-P.47-52.
21O .Mc Lean A. The tundish - transmitter of signals of quality// Steel technology
international. 1990/91. - P. 165-169.
211 .Secondary cooling systems for slab caster, from air mist to dry casting /
Pleschiutschnigg F.P., Parchat L., Rahmfeld W. ea // Iron and Steel Engi-
neer. 1987. No.1.-P.51-55.
212.Ефимов B.A., Эльдарханов A.C. Современные технологии разливки и
кристаллизации сплавов. - М/. Машиностроение, 1998. - 360 с.
213.Рудой Л.С., Баптизманский В.И. Производительность машин непре-
рывного литья заготовок. - К.: Тэхника, 1982. - 150 с.
214.Евтеев Д.П., Колыбалов И.Н. Непрерывное литье стали. - М.: Метал-
лургия, 1984. - 200 с.
215.Скворцов А.А., Акименко А.Д. Теплопередача и затвердевание стали в
установках непрерывной разливки. М.: Металлургия, 1966. -184 с.
216.Емельянов В.А. Тепловая работа машин непрерывного литья загото-
вок. - М.: Металлургия, 1988. - 143 с.
217.Ефимов В.А. Разливка и кристаллизация стали. - М.: Металлургия,
1976.-552 с.
218 .Соболев В.В., Трефилов П.М. Теплофизика затвердевания металла
при непрерывном литье. - М.: Металлургия, 1988. - 160 с.
219 .Kurz W., Fisher D.J. Fundamentals of Solidification. - Switherland-
Germany-UK-USA: Trans. Tech. Publications, 1984. -248 p.
220 .Hebert L., Gilles T. Development of thermal solidification models for Be-
thelem’s slab caster// Steelmaking Conf. Proceedings. Vol.76. Dallas, TX,
1993.-P.315-328.
221 .Mustafa R. Thermal analysis of the burns harbor No.2 slab caster mold//
Steelmaking Conf. Proceedings. Vol.76. Dallas, TX, 1993. - P.304-315.
222 .Control of Oscillation Mark Formation during Continuous Casting/
Y.Takeuchi, Y.Miki, G.Kobayashi ea.// Steelmaking Conf. Proceedings.
Vol.75. 1991.-P.104-115.
223 .Birat J.P. Etude experimentale des irs confines dans le. c. de Tint reduction
d’acier liquide en lingotiere de coulee continubrames// Seme Congres de
Mechanique Francais, Grenoble, 6-9 May 1977. - P. 124-137.
521
224.Moitra A., Brian G., Hong Zhit T. Application of a termo-mechanical Model
for Steel Behavior in Continuous slab casting/ZSteelmaking Conf. Proceed-
ings. Vol.76.Dallas,TX, 1993. - P.663-668.
225.Хорбах У., Коккентидт Й., Юнг В. Литье сортовых заготовок с высокой
скоростью через кристаллизатор параболического профиля// МРТ.
1998.-С.42-51.
226.Высокоскоростное литье мелкосортовых заготовок на МНЛЗ с кри-
сталлизатором «Дайэмоулд»/ Ф.Виммер, Х.Тене, Л.Пекштайнер и др.//
Сталь. 1999. №6.-С.22-26.
227.Bohnenberger J., Stilli A. High Speed casting with CONVEX Technology//
Concast Standard News. Vol.35. May. 1996. - 11 p.
228 .Rischka B., Rushforth M., Tercelli C. Special Bar Quality (SBQ) Production
on High Productivity Billet Casters// Continuous casting of Billets. 2-nd
International Conf. Trinec (Czech rep.). 1997. - P.15-32.
229 .Непрерывная разливка стали на радиальных установках/ В.Т. Слад-
коштеев, Р.В.Потанин, О.Н.Суладзе и др.-М.: Металлургия, 1974.-288 с.
230 .Лапотышкин Н.М., Лейтес А.В. Трещины в стальных слитках. - М.: Ме-
таллургия, 1969. - 112 с.
231 .Дюдкин Д.А. Качество непрерывнолитой стальной заготовки. - Киев:
Техника, 1988. - 253 с.
232 .Флендер Р., Вюнненберг К. Образование внутренних трещин в непре-
рывнолитых заготовках / Черные металлы. 1982. №23. - С.24-32.
233 .Третьяков А.В., Трофимов Г.К., Гурьянова М.К. Механические свойства
сталей и сплавов при пластическом деформировании. - М.: Машино-
строение, 1971. - 64 с.
234 .Van Drunen G., Brimacombe J.К., Weinberg F. Internal cracks in strand-
cast billets// Ironmaking and Steelmaking. 1975. No.10. - P.125-133.
235 .Гуляев Б.Б., Лупырев И.И., Постнов Л.М. Образование горячих трещин
в стальных отливках // Горячие трещины в сварных соединениях, слит-
ках и отливках. - М.: Изд. АН СССР, 1959. - С.51-67.
236 .Lankford W.T. Some Considerations of Strength and Ductility in the Con-
tinuous-Casting Process / Metallurgical Transactions. 1972. VoL3, June. -
P.1331-1359.
237 .Florchak J.V. Straight-v.curved-mould continuous casters for slab produc-
tion // Ironmaking and Steelmaking. 1979. V.6. No.3. - P.123-130.
238 .Hiebler H., Zirngast J., Bernhard Ch. Inner crack formation in continuous
casting: strain or criterion? // 77-th Steelmaking conference proceedings,
Chicago Meeting. Vol. 77. 1994. - P.405-415.
239 .New design to prevent internal cracking in continuous casting / Yamanaka
A., Okamura K., Kumakura S. e.a. // 3rd European Conf, on Continuous
Casting. Madrid-Spain, October 20-23, 1998. - Madrid: 1998. - P.415-424.
24O .Tzavaras A.A. Solidification control by Electromagnetic Stirring-State of the
art // Continuous Casting. Vol. 3. - Michigan: Book Crafters, 1984. - P.47-67.
241 .Теория непрерывной разливки/ В.С.Рутес, В.И.Аскольдов, Д.П.Евтеев
и др. - М.: Металлургия, 1971. - 296 с.
242 .Шмрга Л. Затвердевание и кристаллизация стальных слитков. - М.:
Металлургия, 1985. - 342 с.
243 .Иванцов Г.П. Теплотехника слитка и изложницы. - М.: Металлургиз-
дат, 1956. - 322 с.
522
244 .Шатагин О.А., Сладкоштеев В.Т. Непрерывное литье на горизонталь-
ных машинах. - М.: Металлургия, 1976. - 178 с.
245 .Machingawuta N.C., Bagha S., Grieveson P. Heat transfer simulation for
continuous casting // 74-th Steelmaking conference proceedings. Vol.74. -
Washington: 1991. - P. 163-170.
246 .A comparison of the mould powders used to cast slabs, billets and blooms /
S.Sridhar, K.S.Mills, V.Ludlow ea // 3rd European Conf, on Continuous Cast-
ing, Madrid-Spain, October 20-23, 1998. - Madrid:1998.-P.807-816.
247 .Einsatz von unterschiedlichen Geippulveren beim Stranggiepen von Vor-
blocken und Knuppeln / H.Abratis, F.Hoffer, M.Junneman ea // Stahl und
Eisen. 1996. Nr.4. - S.85-91.
248 .Mould fluxes for high speed thin-slab casting / F.Neumann, J.Neal,
A.H.Pedrosa ea // Advanced Steel. 1997-1998. - P.148-152.
249 .Snowdon B., Cooper G. Developments in continuous flux feed systems for
continuous casters // AISE Steel Technology. 2000. No.5. - P.40-42.
250 .Kwong A., O’Brien S„ Zinni M. The design and Start-up of the Granular
Mold Flux Feeder at Stelco Hiton Works Slab and Bloom Casters // 2000
Steel Conference Proceedings. - P.263-267.
251 .Schrewe H. F., Pleschiutschnig F. P. 20 years supper low head continuous
casting at Mannesmann II World Steel & Metalworking. - Dusseldorf: V.7,
1985.-P.81-96.
252 .Production of super clean steel by slab continuous casting process/
S.Uchida, T.Masaoka, H.Uchibori e.a.// Nippon Kokan Technical Rehort.
№36.1982.-P.42-55.
253 .Параметры, влияющие на чистоту стали в непрерывнолитых заготов-
ках/ А. Пальмаерс, П. Дауби, П. Рюссе и др.// Чистая сталь. - М.: Метал-
лургия, 1987.-С. 109-128.
254 .Лидефельт X., Хассельстром П. Характеристики рабочих свойств шла-
кообразующих смесей для непрерывной разливки стали // Достижения в
области непрерывной разливки стали. - М.: Металлургия, 1967. - С.90-
98.
255 .Gasspuler in Tundish/ W. Hogler, К. Riepl, A. Klapka. e.a.// Stahl und Eisen
114. №2. 1994.-P.65-67.
256 .Тепловые процессы при непрерывном литье стали / Ю.А.Самойлович,
С.А.Крулевецкий, В.А.Горяинов и др. - М.: Металлургия, 1982. - 152 с.
257 .Нисковский В., Карпинский С., Беренов А. Машины непрерывного ли-
тья слябовых заготовок. - М.: Металлургия, 1991. - 272 с.
258 .Бенуа П., Пито Ф. Охлаждение слябов или сортовых заготовк водой,
распыляемой струей сжатого воздуха // Непрерывное литье стали. - М.:
Металлургия, 1982. - С.157-164.
259 .Bendig L., Raudensky М., Horsky J. Heat Transfer of Twin Fluid Nozzles
for Continuous Casting at different Test Conditions // 13th International Con-
ference of Liquid Atomisation and Spray Systems July 9-11, 1997, Florence.
- Florence: ILASS, 1998. - P.230-244.
260 .Frick J., Haap R. Improved Secondary Cooling in Continuous casting /
XXXII Seminario de Fusao, Refino e Solidificao dos Metals on May 7th & 8th,
2001 in Salvador. - Salvador: 2001. - P.36-49.
261.Willim F. Air mist cooling on slab casters / Concast Technology News.
1984. V.23. No1.-C.5-6.
523
262 Mizikar E A Mathematical heat transfer model for solidification of continu-
ously cast steel slabs// Trans TMS-AIME - 1967 - V 239 - P 1747-1753
263 Бауман Г Г Расчет температурных профилей заготовок УН PC// Чер-
ные металлы - 1969 - №26 - С 41-47
264 Fundamental research on solidification involved in continuous casting of
steel/K Kawakami, T Kitagawa, К Murakami// Nippon Kokan Technical Re-
port - 1982 -N 36 -P 26-41
265 Thomas В G Mathematical modeling of the continuous slab casting mold a
state of the art review// SteelMakmg Conference Proceedings, 1991 -
P 105-118
266 Szekely J , Ewans W , Bnmacombe J К Design of continuous casting ma-
chines based on heat-flow analysis state-of-the-art review // Mathematical
and Physical Modeling of Metals processing operations Dubrovnik, June 23-
26,1980 -Belgrad 1980 - P 350-362
267 Kubo К , Penkle R D Mathematical Modelling of Porosity Formation in So-
lidification//Metallurgical Transaction В 1985 Vol 16B No6 -P 359-366
268 Улучшение технологии непрерывной разливки крупных заготовок на
основе результатов математического моделирования / ДТруафонтен,
Ф Беланже, Ф Виммер, М Штифтингер // Сталь 2001 №10 - С 23-26
269 Thomas В G Mathematical modeling of the continuous slab casting mold a
state of the art review// SteelMakmg Conference Proceedings, 1991 -
P 105-118
270 Gilles H G Development of thermal solidification models for Bethleim's slab
casters// SteelMakmg Conference Proceedings, 1993 - P 315-328
271 Choudary S К , Mazumdar D Mathematical modelling of transport phe-
nomena m continuous casting of steel// ISIJ International - 1994 - V 34 -
N 7 - P 584-592
272 Mathematical Simulation of Steel Shell Formation in Slab Casting/ G Xia,
R Martinelli, Ch Furst, H Preslmger// Innovation Session - Lmz (Austria),
May 1996 Paper N 6 -P1-10
273 Расчетно-экспериментальное исследование тепловых режимов фор-
мирования непрерывного слитка стали/А Н Черепанов, В Н Попов,
Р С Айзатулов и др // Изв ВУЗов Черная металлургия - 1997 - № 8 -
С 43-47
274 Thomas В G The importance of numerical simulations for furter improve-
ments of the CC process// Innovation Session - Lmz (Austria), June 2000
Paper N 7 - P 1-11
275 Смирнов AHO влиянии виброимпульсных воздействий на процессы,
сопровождающие затвердевание слитков и отливок// Процессы литья
1999 №3 - С 53-62
276 Эльдарханов А С Процессы кристаллизации в поле упругих волн -
М Металлургия, 1996 - 256 с
277 Campbell J Effects of Vibration During Solidification// International Metals
Reviews 1981 No 2 -P 71-107
278 Баландин Г Ф Формирование кристаллического строения отливок -
М Машиностроение, 1973 - 288 с
279 Оно А Затвердевание металлов - М Металлургия, 1980 - 152 с
280 Воздействие мощного ультразвука на межфазную поверхность метал-
лов / О В Абрамов, В И Добаткин, В Ф Казанцев и др - М Наука, 1986 -
278 с
524
281 О некоторых возможностях измельчения зерна металла отливки при
внешнем воздействии на затвердевающий расплав/ А М Скребцов, Л А
Дан, АО Секачев и др//Металл и литье Украины 1996 №1-2-0 30-34
282 Flemings М S Keynote Address New Solidification Processes and Prod-
ucts// Proc of Int Conf On Solidification, Sheffield, July 18-21, 1977 - Lon-
don The Metals Society, 1979 - P 479-485
283 Аята К , Фудзимото T , Мори Т Влияние перемешивания на заключи-
тельной стадии затвердевания на центральную ликвацию непрерывных
слитков высокоуглеродистой стали// Тэцу то Хаганэ 1985 №12 (Том
71) - С 214-218
284 Скворцов А А , Акименко А Д , Ульянов В А Влияние внешних воздей-
ствий на процесс формирования слитков и заготовок - М Металлур-
гия, 1991 -216с
285 Vodel А , Doherty R D , Cantor В Stir-cast Microstructure and Slow Crack
Growth// Solidification and Casting of Metals 1979 No 192 (Vol 41) -
P 518-525
286 Смирнов A H , Бычков Ю Б , Чернобаева T В Качество кузнечных
слитков из низколегированной стали, подвергнутых пульсационной об-
работке при затвердевании // Металловедение и термическая обработка
металлов 1991 №7 - С 21-22
287 Управление процессом формирования слитков путем пульсационного
воздействия / В Л Пилюшенко, А Н Смирнов, Л Неделькович и др //
Сталь 1991 №2 - С 27-29
288 lancis S J , Grootscholten Р A Industrial Crystallization// Defft University
Press - Holland 1984 -P 158-181
289 Гершуни Г 3 , Жуховицкий E M Об устойчивости конвективного тече-
ния в вибрационном поле относительно пространственных возмуще-
ний// Механика жидкости и газа - 1988 №2 - С 116-122
290 Зварыкин М П , Зорин С В , Путин Г Ф Экспериментальное исследова-
ние вибрационной конвекции// Доклады АН СССР - 1985 Т 81 №4 -
С 815-816
291 Baxi С В , Arpaci V S , Vest С М Stability of natural convection in oscillat-
ing vertical slot// Proc 1974 Heat Transfer and Fluid Mechanical Inst - Cor-
vallis Ore Stanford (California) Univer Press , 1974 -P 171-183
292 Лайтхилл Дж Волны в жидкостях -М Мир, 1981 -598 с
293 Влияние вибромеханического воздействия при затвердевании на усад-
ку и свойства алюминиевого слитка/ В Л Пилюшенко, А Н Смирнов,
А Л Редько и др //Изв вузов Черная металлургия 1988 №12 -29-32
294 Немчин А Ф Новые технологические эффекты тепломассопереноса
при использовании кавитации// Промышленная теплотехника 1997
Т 19 №6 - С 39-47
295 Соболев В В Влияние кавитации на кристаллизацию металла при
ультразвуковом воздействии на расплав// Металлы 1989 №5 - С 52-59
296 Чернышев И А О режиме вибрации сплавов при затвердевании// Ли-
тейное производство 1953 №10 - С 13-18
297 Исследование особенностей затвердевания слитка при пульсаци-
онном перемешивании жидкой фазы/ В Л Пилюшенко, А Н Смирнов,
СВ Пильгук, И А Орлов//Процессы литья 1994 №2 - С 20-27
525
2 98.Влияние перегрева, конвективного движения и вибрации на кристал-
лическую структуру сплавов/ А.С.Нурадинов, С.Е.Кондратюк, Е.Д. Тара-
нов, А.С.Эльдарханов// Процессы литья. 1998. №2. С.28-36.
299 .Wojciechovski S., Chalmers В. The Influence of Mechanical Stirring on the
Columnar to Equiaxed Transition in Aluminum-Copper Alloys// Trans. AIME.
1968. Vol.242. - P.690-698.
300 .Johnston M.H., Parr R.A. The influence of Acceleration Forces on Dendritic
Growts and Grain Structure/ZMetallurgical Transaction B. 1982.Vol.13B-
P.85-90.
301 .Stewart M.J., MacAulay L.C., Weinberg F. Macrosegregation in Casting
Rotated and Oscillated During Solidification// Metallurgical Transactions.
1971. Vol.2. - P.169-173.
302 .Смирнов A.H., Пилюшенко В.Л., Редько Г.А. Оценка эффекта роста
частиц твердой фазы в переохлажденном расплаве на процессы фор-
мирования слитков// Процессы литья. 1999. №2. - С.14-20.
303 .Иванцов Г.П. Температурное поле вокруг шарообразного, цилиндри-
ческого и иглообразного кристалла, растущего в переохлажденном рас-
плаве// Доклады АН СССР. 1947. Т.58. - С.567-569.
3O4 .Trivedi R. Growth of Dendritic Needles from Supercooled Melt// Acta Me-
allurgica. 1970. V.18. No 3. - P.267-296.
305 .Электромагнитное перемешивание жидкой стали в металлургии/ Р.С.
Айзатулов, А.Г. Кузьменко, В.Г Грачев и др. - М.: Металлургия, 1996. -
184 с.
306 .Смирнов А.Н. Эффективность электромагнитного перемешивания при
затвердевании непрерывнолитых заготовок // Металлургическая и гор-
норудная промышленность. 2001. №5. - С.21-23.
307 .Самойлович Ю.А. Кристаллизация слитка в электромагнитном поле. -
М.: Металлургия, 1986. - 168 с.
ЗОв.Бират Ж.-П., Шоне Ж. Электромагнитное перемешивание при непре-
рывной разливке заготовок, блумов и слябов // Достижения в области
непрерывной разливки стали. Тр. Международного конгресса. - М.: Ме-
таллургия, 1987. - С.98-116.
309 .Смирнов А.Н. Влияние динамических воздействий на формирование
структуры и развитие ликвационных дефектов в непрерывнолитых заго-
товках// Сб. научн. трудов ДонГТУ. 1999. Вып.14. - С.42-52.
310 .Пилюшенко В.Л., Смирнов А.Н., Петтик Ю.В. Эффективность виброме-
ханического воздействия на жидкий и затвердевающий металл// Черная
металлургия. Бюл. ин-та “Черметинформация”. - 1990. Вып.1. - С.18-29
311 .Смирнов А.Н. Улучшение качества слитков и заготовок путем вибро-
импульсного воздействия при затвердевании//Сталь.1997.№4.-С. 14-21.
312 .Henderson S., Allan G.K. Structural refinement of ingot and continuously
cast by application of vibration energy// Conf. “Solidification Processing”. -
London: 1987.-P.143-146.
313 .ltojama S., Tozawa H., Sorimachi K. Control of early solidification of strand
cast slabs by horizontal mold oscillation synchronized with vertical mold oscil-
lation// Conference proceedings. 1994. - P.366-368.
314 . Gilles L., Dejesus M., Rosso T. Design and analyses of slab mold oscillator
leaf-spring guide// Steelmaking conference proceeding. 1992. - P.912-925.
315 .Селянинов Ю.А., Мангасаров Б.Н. Новый способ введения инокулято-
ров и его влияние на гидродинамику и затвердевание непрерывного
526
слитка// Сб. научн. тр. «Влияние внешних воздействий на жидкий и кри-
сталлизующийся металл». - Киев: ИПЛ АН УССР, 1983. - С. 136-138.
316 .Виброобработка стали в кристаллизаторе МНЛЗ - перспективный спо-
соб улучшения качества заготовок/ В.А. Денисов, А.С. Беседин, Г.З. За-
славский и др.// Сталь. 1993. №4. - С.32-34.
31/.Непрерывная разливка стали с использованием нерасходуемых холо-
дильников/ О.В.Носоченко, Е.А.Казачков, Н.И.Ревтов и др.// Черная ме-
таллургия. 1985. №.23. - С.307.
318 .ltoh Y., Okajama Т., Tashiko К. On refining of solidification of Ferritic
Stainless Steel by Vibration Method// Transaction of ISM. 1981. Vol.21 -
P.397-404.
319 .Добаткин В.И., Эскин Г.И., Боровикова С.И. Особенности ультразвуко-
вого воздействия на процесс кристаллизации при непрерывном литье//
Физика и химия обработки материалов. 1973. Вып.6. - С.37-41.
320 .Абрамов О.В. Кристаллизация металлов в ультразвуковом поле. - М.:
Металлургия, 1972. - 256 с.
321 .Управление качеством структуры сортовых и трубных заготовок при
элекгрогидроимпульсной обработке/ А.Я.Глазков, Б.В.Добровольский,
Г.В. Кашакашвили и др.// Сталь. 1988. №11,- С.68-70.
322 .Электрогидроразрядные генераторы упругих колебаний/ В.А.Поздеев,
П.И.Царенко, Б.И.Бутаков и др. - Киев: Наукова думка, 1985. - 176 с.
323 .Ефименко С.П., Пилюшенко В.Л., Смирнов А.Н. Пульсационное пере-
мешивание металлургических расплавов. - М.: Металлургия, 1989. -
168 с.
324 .Nedeljkovic L, Piljushenko V., Smirnov A. Effect of Pulsating Stirring of
Liquid Core on Solidification of Large Steel Ingots// Ironmaking and Steel-
making. 1990. No.6 (Vol. 17). - P.415-423.
325 .Разработка процесса с пульсирующим перемешиванием для рафини-
рования жидкой стали в ковше/ Т.Фудзии, Ю.Огучи, Н.Сумида и др.// Сб.
научн. тр. «Чистая сталь». - М.: Металлургия, 1987. - С.191-205.
326 .Эффективность газоимпульсного перемешивания стали в процессе
формирования слитка/ Р.Я.Якобше, О.В.Носоченко, В.Н.Баранова и др.//
Процессы литья. 1992. №3. - С.42-47.
327 .Widdowson R., Marr Y.S. Metallurgical aspects of electromagnetic stirring
during the solidification of low-carbon steels// Solidification Casting Metals.
1979. Vol.192.- P.541-552.
328 .Metallurgie des Strangiepens: Giepen und Erstarren von Stahl/ Herausge-
ber Prof. K. Schwerdtfeger. - Dusseldorf: Stahl und Eisen, 1992. - 655 s.
329 .Lipton J., Kurz W., Heinemann L. Modelling Columnar to Equiaxed Transi-
tion // J. Concast Technology News. V.22. No2.1983. - P.4-6.
33O .Tzavaras A.A. Solidification control by Electromagnetic Stirring-State of the
art // Continuous Casting. Vol. 3. - Michigan: Book Crafters, 1984. - P.47-67.
331 .Контроль качества при непрерывной разливке блюмов /М. Накатани, Т.
Адачи, Ш. Кимия и др. // Чистая сталь. Сб. научн. тр. - М.: Металлургия,
1987.-С.271-285.
332 .Смирнов А.Н. Исследование механизмов влияния пульсационного пе-
ремешивания жидкой фазы на характер затвердевания слитков// Изв.
вузов. Черная металлургия. 1998. №3. - С. 15-19.
ЗЗЗ .Альбом течений жидкости и газа/ Сост. и авт. текст М. Ван-Дайк. - М.:
Металлургия, 1986. - 184 с.
527
334 .Гидродинамика жидкой фазы непрерывного слитка при пульсационной
обработке/ Ю.И.Шиш, Ю.Н.Борисов, С.С.Бродский и др.// Сталь. 1995.
№3. - С.22-26.
ЗЗб.Пилюшенко В.Л., Смирнов А.Н., Чернобаева Т.В. Влияние пульсаци-
онного перемешивания жидкой фазы слитков на состав, количество и
распределение неметаллических включений// Сталь.1994.№3,- С.31-36.
336 .Смирнов А.Н., Чернобаева Т.В, Пилыук С.В. Особенности влияния
пульсационного перемешивания на природу и характер распределения
неметаллических включений в кузнечном слитке// Известия вузов. Чер-
ная металлургия. 1992. №6. - С.52-55.
337 .Симс К., Форгенг В. Неметаллические включения// Производство стали
в электропечах. Сб. статей. - М.: Металлургия, 1965. - С.349-374.
3 38.Ito Y., Masumitsu N., Matsubara К. Formation of Manganese Sulfide in
Steel// Trans. ISIJ. 1981. Vol.21. - P.477-484.
339 .Hayakawa S., Shinkai M., Kashima T. Improvement of center quality of
continuous cast round bloom with soft reduction// 3rd European Conf, on Con-
tinuous Casting. Madrid-Spain, October 20-23, 1998. - Madrid: 1998. -
P.225-233.
34O .Chapeller P., Jacquot J.-L, Sosin L. Twin-bloom casting of high carbon
steels at SOLLAC: 4 years of continuous improvement// 3rd European Con-
ference on Continuous Casting. Madrid-Spain, October 20-23, 1998. - Ma-
drid: 1998.-P.283-293.
341 .Легкое обжатие непрерывного слитка валками с разной длиной бочки/
К.Цуцуми, К.Фукумура.С.Нисиока и др.//Новости черной металлургии за
рубежом. 1996. №1. - С.52.
342 .Яахола М., Хаарала М. Последние результаты динамического мягкого
обжатия заготовок на слябовой установке непрерывной разливки // Но-
вости черной металлургии за рубежом. 2001. №2. - С.64-66.
343 .Глазков А.Я., Мажан А.Л., Фоменко К.П. Влияние электрогидро-
импульсной обработки на структурную и химическую однородность не-
прерывнолитых сортовых заготовок // Совершенствование процессов
непрерывной разливки стали. Сб. научн. тр. - Киев: ИПЛ АН УССР,
1985.-С.126-130.
344 .Корытов В.А. Высоковольтный разряд жидкости - мощный источник
виброимпульсного воздействия на жидкий и кристаллизующийся металл
// Влияние внешних воздействий на жидкий и кристаллизующийся ме-
талл. Сб. научн. тр. - Киев: ИПЛ АН УССР, 1983. - С.56-61.
345 .Непрерывная разливка стали с электрогидроимпульсным воздействи-
ем на затвердевающий слиток / В.Т.Сладкоштеев, П.И.Царенко, А.Я.
Глазков и др. // Влияние внешних воздействий на жидкий и кристалли-
зующийся металл. Сб. научн. тр. - Киев: ИПЛ АН УССР, 1983. - С.61-67.
346 .Контроль качества при непрерывной разливке стали / М.Нвакатани,
Т.Адачи, Ш.Кимия и др. // Чистая сталь: Сб. научн. тр. - М.: Металлур-
гия, 1987.-С.271-285.
347 . Производство мелких непрерывнолитых заготовок/ А.Я.Глазков,
Б.Н.Моргалев, М.Г.Чигринов и др. - М.: Металлургия, 1975. - 104 с.
348 .Атлас дефектов стали / Пер. с нем. - М.: Металлургия, 1979. - 188 с.
349 .Корольков А.М. Усадочные явления в сплавах и образование трещин
при затвердевании. - М.: Изд-во АН СССР, 1957. - 124 с.
350 .Нотт Дж. Основы механики разрушения.-М.: Металлургия, 1978.-256с.
528
351 .Финкель В.М. Физические основы торможения разрушения - М.: Ме-
таллургия, 1977.-360 с.
352 .Дефекты стали/ С.М.Новокщенова, М.И.Виноград, Б.А.Клыпин и др. -
М.: Металлургия, 1984. - 199 с.
ЗбЗ.Буряковский Г.А., Минизон Р.Д. Поверхностные дефекты легирован-
ных сталей. - М.: Металлургия, 1987. - 246 с.
354.Строганов А.И. Качество поверхности металла. - М.: Металлургия,
1985. - 156 с.
355.ДСТУ 4061-2001. «Заготовки непрерывнолитые. Метод оценки макро-
структуры». - Киев: Госстандарт Украины, 2002. -28 с.
366.ДСТУ 3230-95 «Управл(ння яюстю та забезпечення якостю: Термин та
визначення» - КиТв: Держстандарт УкраТни, 1996.-37 с.
367 .Управление качеством: Уч. пособие для вузов/ С.Д. Ильенкова,
Н.Д.Ильенкова, В.С.Мхитарян и др. - М.: Банки и биржи, ЮНИТИ, 1998.
-199 с.
368 .Система качества: Сборник нормативно-технических документов. - М.:
Издательство стандартов, 1992. - 116 с.
ЗбЭ.Неруш Ю.М. Коммерческая логистика: Учебник. - М.: Банки и биржи,
ЮНИТИ, 1997.-271 с.
370 .Шаповал M.I. Основи стандартизацП’, управлння яюстю i сертифжацп:
Пщручник. - Ки'|’в:1997. - 150 с.
371 .Державна система сертифжацп УкраТни: методи, правила, орган!зац!я
д|яльносл: Довщник/ Койфман Ю.1., Кальман 1.Г., Сердюков О.Я. та 1нш.
- Кц1в-Льв1в: 1995. - 282 с.
372 .Федько В.П., Альбеков А.У. Маркировка и сертификация товаров и ус-
луг: Уч. пособие для вузов. - Ростов-на-Дону: Феникс, 1998. - 640 с.
373 .Фомин В.Н., Чиннов И.Н. Сертификация продукции: принципы и их
реализация. - М.: Центр экономики и маркетинга, 1998. - 168 с.
374 .Сергеев А.Г., Латышев М.В. Сертификация: Уч. пособие для вузов.- М:
Логос, 2000. - 248 с.
375 .Крылова Г.Д. Основы стандартизации, сертификации, метрологии: Уч.
пособие для вузов. - М.: Аудит, ЮНИТИ, 1998. - 479 с.
376 .Маркетинг во внешнеэкономической деятельности предприятия/ П.С.
Завьялов, В.Е.Демидов, Н.С.Карпова и др. -М.: Внешторгиздат, 1989.-
151 с.
377 .Сберегаев Н.А. Справочник по внешнеэкономической деятельности
предприятий. - Калинград: Янтарный сказ, 1997. - 224 с.
378 .Хеддерих И., Югхоф В., Терлаак Д. Экономия энергии при непрерыв-
ной разливке стали // Черные металлы. 1984. №2. - С.13-20.
379 .Смирнов А.Н., Несвет В.В. Непрерывная разливка стали - основа ком-
плекса энерго- и ресурсосберегающих технологий современного кон-
вертерного цеха // Металлы и литье Украины. №3-4. 2001. - С.13-16.
38О .Визингер X. Тенденции и потенциал развития черной металлургии //
Черные металлы. 2000. №7. - С.90-95.
381 .Казакова Т.И., Кольцова А.П., Степанова Н.В. Направления снижения
энергоемкости производства черных металлов // Сталь. 2000. №2. -
С.79-81.
382 .Сперкач И.Е. Проблемы энергосбережения на предприятиях черной
металлургии России // Сталь. 1996. №4. - С.73-77.
529
3 83-Хендрикс К., А., Айхингер Х.М., Йокш М. Энергетические аспекты и со-
временное потребление энергоносителей в черной металлургии // Чер-
ные металлы. 1998. №7-8. - С. 108-118.
384 .Смирнов А.Н., Несвет В.В. Опыт непрерывной разливки стали длин-
ными сериями на многоручьевой МНЛЗ // Сталь. 2002. №8. - С.36.-39.
385 .Повышение производительности МНЛЗ за счет увеличения количества
серийно разливаемых плавок / М.Берге, К.Фишер, В.Рудак и др. // Чер-
ные металлы. 1984. №1 .-С.25-31.
386 .Бродов А.А., Скпокин Н.Ф., Полосина З.С. Экономические аспекты
управления качеством металлопродукции в черной металлургии. - М.:
Металлургия, 1986. - 168 с.
387 .Непрерывная разливка стали в сортовые заготовки/ В.С.Рутес,
Н.Н.Гуглин, Д.П.Евтеев и др. - М.: Металлургия, 1967. - 144 с.
388 .Новый способ комбинированного непрерывного литья сортовых и
трубных заготовок различного поперечного сечения на шестиручьевой
криволинейной МНЛЗ Днепровского металлургического комбината / С.С.
Бродский, М.И.Пикус, Л.М.Учитель и др. // Металлы и литье Украины.
1999. №3-4. -С. 13-19.
389 .Разработка способа подвода металла в кристаллизаторы сечением
160x160 мм и 335x400 мм для комбинированного литья заготовок на
шестиручьевой криволинейной МНЛЗ Днепровского металлургического
комбината / С.С.Бродский, М.И.Пикус, Л.М. Учитель и др. // Металл и ли-
тье Украины. 1999. №3-4. - С.26-27.
390 .Исследование процесса непрерывной разливки на сортовые заготовки
с защитой стали от вторичного окисления / А.Н.Смирнов, С.С.Бродский,
А.Я.Глазков, В.В.Несвет // Процессы литья. 2001. №2. - С.10-17.
391 .Повышение эффективности непрерывной разливки сортовой заготовки
/ А.А.Минаев, А.Н.Смирнов, В.Л.Пилюшенко и др. // Металл и литье Ук-
раины. 2001. №5-6. - С.22-25.
392 .Исследование особенностей производства полособульбовых профи-
лей из непрерывнолитых заготовок / А.А.Минаев, А.Н.Лубенец,
Е.Н.Смирнов и др. // Науков) пращ Донату. Металурпя. Вип.. 18. - До-
нецьк: Донату, 2000. - С.6-17.
393 .Кан Ю.Е., Кугушин А.Л. Проблемы производства сортового проката из
непрерывнолитых заготовок. Сб. трудов Второго Конгресса прокатчиков.
- М: 1998.-С.17-24.
394 .Нестеров Д.К. Производство и качество рельсовой стали. - Харьков:
Основа, 1997. - 212 с.
395 .Сусь Ю.В., Плугатарь В.С., Матвейков С.В. Современное отечествен-
ное оборудование для реконструкции сталеплавильных цехов // Сталь.
2002. №8. - С.
396 .Паршин В., Рапопорт И. Стратегия и тупики обновления // Металлы
Евразии. 1999. № 1. С. 44 - 78.
3 97.Ефименко С.П. Концептуальные подходы к реконструкции прокатных
станов // Сб.тр. Второго Конгресса прокатчиков. - Москва: 1998.- С.17-24.
398 .Юзов О. В., Седых А. М. Мировые тенденции развития мини-заводов //
Электрометаллургия. 2000. № 6. - С.2-6.
399 .Портер М. Е. Стратепя конкуренцп. — К: Основи, 1998. — 398 с.
400 .Смирнов А. Н., Панфилова Т. С., Дорохова Л. В. Классификация ме-
таллургических заводов с помощью многомерного факторного анализа //
Металлургическая и горнорудная промышленность. 2001. № 2. - С.115-118.
530
401 .Нестеров Д. К., Сапрыгин X. М., Клеланда В. В. Малые металлургиче-
ские заводы. — Харьков: Стас, 1999. — 207 с.
402 .Феокгистов Ю. В. Белорусский металлургический завод: приоритеты
качественных преобразований // Сталь. 1998. №11,- С.1-3.
403 .Садыков В. В. В новый век с новой продукцией // Сталь. 2000. № 2. -
С.1-2.
4О4 .Миниметаллургический завод "ИСТИЛ (Украина)" — флагман ISTIL
GROUP // Металлы и литье Украины. 2001. № 5 - 6. - С.3-4.
405 .Кутаков А. В. Развитие электросталеплавильного производства в ус-
ловиях Молдавского металлургического завода // Сталь. 2000. № 1. С.
21-27.
406 .Кац Я. Л., Шеденков О. С., Шеховцов Н. О. Оскольский электрометал-
лургический комбинат // Металлург. 1999. № 3. С. 15 - 20.
407 .3айцев О. Настоящее и будущее электродуговых печей // Металлы
мира. Международное обозрение. 2000. №5. - С.13-19.
408 .Поляков В.В., Шевцов А.З. Черная металлургия: состояние и перспек-
тивы. - М.: Черметинформация, 1998. - 395 с.
4 09.Еланский Г.Н. Неделя высоких металлургических технологий // Вест-
ник «Ассоциации сталеплавильщиков». 1999. №2. - С.1-13.
410 .Роде В., Флеминг Г. Современный уровень развития технологии со-
вмещения непрерывного литья и прокатки (CSP) // Черные металлы.
1996. №2.-S.57-68.
411 .Перспективы развития мини-заводов // Новости черной металлургии за
рубежом. 1996. №4. - С. 15-17.
412 .TSP - новый способ отливки и прокатки тонких слябов // Новости чер-
ной металлургии за рубежом. 1995. №2. - С.69-73.
413 .Minamimura Y., Kanazawa Т., Tsujita К. Latest technology for cost and
productivity of QSP process // SEAISI Quarterly. 2001.30. No2. - P.10-15.
414 .Штеффен P., Такке K.-X. Современный уровень литья стальной поло-
сы // Черные металлы. 1999. №12. - С.41-45.
415 .Штройбель X. Процесс непрерывного литья тонких слябов с обжатием
жидкой сердцевины - концепции и результаты эксплуатации // Черные
металлы. №12. - С.37-40.
416 .Влияние остатка металла и шлака в промежуточном ковше на его ис-
пользование в режиме горячего оборота/ Х.Накатао, К.Мацуо, М.Кимура
и др.// Тэцу то хаганэ. 1995. Т.81. №7. - С.709-714.
417 .Tabata К. The Latest Trends for Continuous Casting Refractories in Japan
// Shinagawa Technical Report. 1993. No36. - P.1-46.
418 . Раз работки АО НКМЗ в области модернизации действующих станов и
создания новых современных высокоэффективных прокатных комплек-
сов / Ю.Н.Белобров, А.В.Барабаш, В.С.Стеч и др. // Тр. IV конгресса
пркатчиков. - Магнитогорск: 2001. - С.
419 .Научно-технический прогресс в черной металлургии / А.В.Третьяков,
Е.Н.Тихомиров, В.Н.Голятин и др. - М.:Металлургия, 1991. - 80 с.
420 .Тарасов Б.Е., Емельянов А.Н. Экономический анализ непрерывной
разливки стали. - М.: Металлургия, 1982. - 80 с.
421 .Чижиков Ю.М. Редуцирование и прокатка металла непрерывной раз-
ливки. - М.: Металлургия, 1974 - 112 с.
531
ПРИЛОЖЕНИЕ
Перечень промышленных МНЛЗ металлургических заводов
стран СНГ
Наименова- ние завода Тип пла- вильно- го агре- гата Вне- печная обра- ботка Год пуска МНЛЗ Число машин и ручьев Тип МНЛЗ Сечение за- готовки, мм Произво- дитель МНЛЗ
1 2 3 4 5 6 7 8
«Азовсталь», металлургиче- ский комбинат (г. Мариуполь) кк (350т) УДМ 1977 3x2 крив. 200x1200- 315x1900 Уралмаш, Россия
«Амурсталь», металлургиче- ский завод (г. Комсомольск- на Амуре) МП (175т) 1968 2x2 верт. 160x750- 200x1550 Россия
Дсп (100т) 1970 2x6 рад. 150- 200 Уралмаш, Россия
1974 1x1 крив. 180x1020 Уралмаш, Россия
1985 2x6 рад. 125/130 ЮУМЗ, Россия
Белорецкий металлургиче- ский завод (г. Белорецк) Дсп (100т) 1984 2x6 рад. 125 ЮУМЗ, Россия
1987 1x6 рад. 125 ЮУМЗ, Россия
Белорусский металлургиче- ский завод (г. Жлобин) дсп (100т) LF, RH, VD 1984 2x6 рад. 100- 140 Даниели, Италия
1987 1x4 крив. (200-300)х 400 Фест- Альпине (Австрия)
Волжский трубный завод (г. Волжский) дсп (150т) LF, VD/ VOD 1989 1992 2x4 1x4 крив, крив. 240-360 Ф156х360 Италли- пьянти /ИННСЕ
Горьковский металлургиче- ский завод (г.Нижний Новгород) МП 1959 1x2 верт. 150x400 180x550 Россия
532
1 2 3 4 5 6 7 8
Днепровский металлургиче- ский комбинат (г.Днепродзер жинск) кк (250т) УДМ 1994 1994 1x6 1x6 крив. крив. 335x400 335x400 160 (2 р.) ЮУМЗ, Россия ЮУМЗ, Россия
Донецкий ме- таллургичес- кий завод (г. Донецк) МП (150т) 1960 1x4 верт. 150x600- 200x1200 Россия
ДСП (120т) LF VD 1999 1x6 рад. 100-150 Ф120-180 Даниели, Италия
Западносибир- ский металлур- гический ком- бинат (г. Ново- кузнецк) КК (350т) УДМ 1994 2002 1x8 крив. Ф150-300 150x200 Даниели, Италия
Енакиевский металлургичес- кий завод (г. Енакиево) КК (160т) УДМ 2002 1x6 рад. 120-160 НКМЗ, Украина
Кузнецкий ме- таллургичес- кий комбинат (г. Новокуз- нецк) ДСП (100т) 1988 2x4 крив. 250; 300x350 ЮУМЗ, Россия
кк (100т) VD 2003- 2004 2x5 крив. 335x400 Дэви- Дистинг- тон
Магнитогор- ский металлур- гический ком- бинат (г. Маг- нитогорск) кк УДМ 1990 1996 1x2 1x4 крив. крив. 250х(750- 2350) 250х(750- 1000) Уралмаш, Россия Уралмаш, Россия
Мариуполь- ский металлур- гический ком- бинат им. Иль- ича (г. Мариу- поль) кк (160т) УДМ 1993 2x1 крив. 200x900 - 315x1900 Уралмаш, Россия
Молдавский металлургиче- ский завод (г. Рыбница) ДСП (100т) LF 1985 2x6 рад. 125 ЮУМЗ, Россия
Новолипецкий металлургиче- ский комбинат (г. Липецк) ДСП (110т) 1959 2x2 верт. (150x650)- 170x1020 Россия
КК-1 (160т) LF RH 1966 4x2 верт. (175-900)- (315x1850) Уралмаш, Россия
1997 2002 1x2 1x2 крив, крив. (200x950)- (260x1850) Фест- Альпине
533
1 2 3 4 5 6 7 8
Новолипецкий металлургиче- ский комбинат (г. Липецк) КК-2 (350т) УДМ 1975 1976 4x2 1x2 крив. крив. (220x1200) (250x1800) (200x900)- (300x1900) Уралмаш, Россия Маннес- ман- Демаг (Герма- ния)
Нижнетагиль- ский металлур- гический ком- бинат (г. Ниж- ний Тагил) МП (160т) 1968 1x1 рад. 200x1500- 250x1800 Россия
кк (175т) LF VD 1995 2002 1x4 1x2 крив. крив. Ф430; 300 300х(330- 360) (160x620)- (200x520) Фест- Альпине (Австрия)
Орско-Хали- ловский ме- таллургиче- ский комбинат «Носта» (г. Но- вотроицк) ДСП (100т) LF VD 1985 1x4 крив. 300x450 ЮУМЗ, Россия
2003 1x1 крив. (190- 270)х1200 Маннесман- Демаг (Германия)
Оскольский электрометал- лургический комбинат (г. Старый Оскол) дсп LF DH 1984- 1986 4x4 Крив. 300x360 ЮУМЗ, Россия
ПО «Ижорский завод» (г. Кол- пино) МП (140т) LF 1992 1x1 Крив. 250x1800 350x260 Уралмаш, Россия
«Серп и мо- лот» металлур- гический завод (г.Москва) дсп (10т) 1987 1x2 Верт. 125 140x400 Даниели, Италия
СМНПО им. Фрунзе, завод УбиВТ (г. Су- мы) ДСП (18т) ASEA -SKF VOD 1987 1x2 Верт. 200-500 Даниели, Италия
Сулинский ме- таллургиче- ский завод (г. Красный Су- лин) ДСП (25т) LF 1995 1x4 Рад- 100 125 Конкаст, Швейца- рия
«Тулачермет», НПО (г.Тула) дсп (10т) 1979 1x2 Гор. Ф110-150 80/120 Тулачер- мет, Россия
534
1 2 3 4 5 6 7 8
Узбекский ме- таллургиче- ский завод (г.Бекабад) МП (75т) 1962 1x4 Верт. 200 Россия
ДСП (100т) LF 1978 1987 2x4 1x4 Крив. Рад. 250x320 100 ЮУМЗ, Россия ЮУМЗ, Россия
Челябинский металлургиче- ский завод (г. Челябинск) ДСП (130г) LF AOD 1996 2x1 Крив. (150x700) - (170x1550) Уралмаш, Россия
Череповецкий металлургиче- ский комбинат «Северсталь» (г. Череповец) ДСП (130г) LF VOD 1970 2x2 Верт. (150x650)- (250x1400) Уралмаш, Россия
2002 1x6 Рад. 140-160 Rokop- Tecint, США
КК (380т) УДМ 1980 1985 1990 3x2 1x2 1x2 Крив. Крив. (200x1400)- (250x1910) 200x1400)- (250x1910) (200x1250)- 250x1910 Уралмаш, Россия Уралмаш, Россия Уралмаш, Россия
Электрометал- лургический завод «Сибэ- лектросталь» (г. Красноярск) ДСП (15т) 1965 1x2 Верт. 82 ЮУМЗ, Россия
Электрометал- лургический завод (г. Элек- тросталь) ДСП (25т) 1968 1x1 Рад. 55x270 Россия
Закавказский металлургиче- ский завод (г. Рустави) МП (200г) 1965 1x4 Крив. 220x280 Россия
Условные обозначения'. ДСП - дуговая сталеплавильная печь; КК - кислородный
конвертер; МП - мартеновская печь; УДМ - установка доводки металла (продувка
стали в ковше аргоном и вдувание порошкообразных материалов); LF - установка
«печь-ковш; VD - вакуумирование стали в ковше в камере; VOD - вакуумно-
кислородное обезуглероживание; AOD - аргонно-кислородное обезуглерожива-
ние; DH - порционное вакуумирование стали; RH - циркуляционное вакуумирова-
ние стали.
535
НАУЧНОЕ ИЗДАНИЕ
Смирнов Алексей Николаевич
Пилюшенко Виталий Лаврентьевич
Минаев Александр Анатольевич
Момот Сергей Васильевич
Белобров Юрий Николаевич
ПРОЦЕССЫ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ
ПРОЦЕСИ БЕЗПЕРЕРВНОГО ЛИТТЯ
CONTINIOUS CASTING PROCESSES
Ответственный за выпуск А.А. Пантюхов
Научная редакция
Редактирование
Макет
А.Н. Смирнов
И.К. Михайлова
Н.А. Морозович
Подписано к печати 10.10.2002. Формат 60x84 1/16. ,
Усл. печ. л. 34,5. Печать лазерная. Заказ № 1808. Тираж 500 экз.
Цена договорная.
Отпечатано в типографии ООО «Норд Компьютер»
на цифровом лазерном издательском комплексе
Rank Xerox DocuTech 135.
Адрес: г. Донецк, б. Пушкина, 23.
Телефон: (062) 342-14-82.