Оптимальное количество вводимого кальция определяется на основе термодинамических расчетов, накопленного опыта в производстве стали и анализа данных опытно-промышленных исследований. Ввод кальция осуществляется, исходя из данных о расходе алюминия при внепечном рафинировании, начиная с минимального количества, определенного путем теоретических проработок.

Для большинства марок стали снижение содержания серы до 0,010% и менее существенно расширяет интервал благотворного влияния не только для обеспечения разливаемости, но и для более существенного влияния на свойства металлопродукции. При этом важным фактором становится низкая окисленность шлака (FeO < 0,5 - 1%) и металла.

Общим правилом при внепечной обработке стали кальцием является: ввод кальция в глубоко раскисленный металл на последнем этапе обработки; количество вводимого кальция определяется в зависимости от содержания алюминия и серы в стали; содержание алюминия и серы в стали предпочтительно ограничить нижним пределом нормативных требований.

Модифицирование неметаллических включений кальцием схематически представлено на рисунке 12.

Рисунок 12 - Схема модифицирования неметаллических включений кальцием

При рассмотрении вопроса модифицирования включений кальцием необходимо отметить следующее. Общий алюминий, который является параметром свойств металла, состоит, как известно, из растворимого и нерастворимого в кислоте алюминия. Нерастворимый алюминий состоит почти полностью из алюминия во включениях глинозема и, в отдельных случаях, нитридов.

При обработке расплава кальцием после раскисления алюминием увеличение концентрации общего алюминия создает предпосылки для выделения сульфидов кальция CaS, которые, имея высокую температуру плавления, ухудшают жидкотекучесть и не в меньшей степени, чем глинозем, закупоривают разливочные стаканы. Если при одном и том же содержании исходного кислорода провести раскисление алюмокальцием, то при большем расходе алюминия оксидные включения превратятся в AI₂O₃, с образованием CaS. По мере уменьшения содержания алюминия увеличивается количество оксидов кальция СаО и исчезает сульфид кальция. Из этого следует, что содержание алюминия в стали целесообразно ограничивать нижним пределом нормативных требований. Допускаемый разброс в концентрации алюминия свидетельствует об отсутствии контроля состояния расплава и нестабильном усвоении алюминия и приводит к усложнению процесса обработки.

Использование порошковой проволоки дает возможность регламентировать статочное содержание кальция в жидком и готовом металле для влияния на физико-химическое состояние расплава при охлаждении и затвердевании, а также на свойства металлопродукции.

Важным технологическим и экономическим аспектом является усвоение кальция из порошковой проволоки. Металлический кальций имеет температуру плавления 851°С, испарения - 1492°С. При температурах жидкой стали упругость паров кальция составляет 0.15 -0,20 МПа. Его ввод в чистом виде сопровождается бурной реакцией и, как следствие, низким усвоением. Для снижения давления паров кальция его вводят в виде сплавов, содержащих кремний или алюминий. Силикокальций марки СК30 - наиболее широко используемый сплав для ввода кальция в сталь. Это обусловлено тем, что такое соотношение компонентов в сплаве (30% Са и 60% Si) обеспечивает оптимальное сочетание основных теплофизических параметров, влияющих на усвоение кальция. Температура плавления такого сплава повышается до 1100°С, а упругость паров кальция снижается до уровня, близкого к давлению окружающей среды около поверхности расплава. Таким образом, расширяется область наиболее эффективного взаимодействия жидкого материала наполнителя с компонентами расплава. При регламентированной скорости ввода порошковой проволоки кальций растворяется в металле, не переходя в газообразное состояние. Это подтверждается отсутствием каких-либо выделений на поверхности расплава при вводе проволоки и обеспечением усвоения ввода кальция до 20% и выше.

Обработка расплава кальцием решает задачу разливаемости на МНЛЗ сталей, раскисленных алюминием. При этом устраняется отрицательное влияние глинозема в расплаве и готовой продукции, снижается содержание вредных примесей, оксидов и сульфидов, изменяется состав и сульфидов, изменяется состав и форма неметаллических включений, что приводит к повышению качества металла.

Основным фактором, наряду с другими технологическими приемами, явилось использование раскисляющей и десульфурирующей способности кальция. Иногда вводят проволоку целенаправленно для удаления серы. При этом расход кальция определяется исходя из конкретных условий, после его ввода необходимо активное перемешивание. Это позволяет увеличить степень десульфурации до 40 - 50%.

Содержание неметаллических включений в стали за 6 - 8 мин продувки инертным газом с интенсивностью 0,3 - 0,4 м /т-час после ввода проволоки уменьшается примерно в два раза (Рисунок 13).

Рисунок 13 - Изменение содержания неметаллических включений в стали по ходу продувки после обработки кальцийсодержащей проволокой

Интенсивная длительная продувка способствует эффективному удалению неметаллических включений, а для влияния на заданные свойства готовой продукции важно обеспечить определенный уровень остаточных алюмокальциевых включений и, соответственно, остаточного кальция. Иногда относительно низкое остаточное содержание кальция говорит о более высокой чистоте металла по неметаллическим включениям. Например, при одинаковом расходе кальция на обработку и одинаковом его содержании по вводу в разливочной пробе содержание кальция и, следовательно неметаллических включений, может различаться в 2 - 3 раза, что зависит от интенсивности, длительности и вида продувки.

Такое же снижение кальцийсодержащих неметаллических включений (40 - 50%) происходит во временном интервале от момента ввода проволоки и 2 - 3 мин легкого перемешивания до начала подачи плавки на МНЛЗ. Это учитывается при нормировании содержания кальция в затвердевшей стали.

При обработке стали кальцием превращение глинозема в жидкие алюминаты кальция типа 12СаО-7Аl₂О₃; 3СаОАl₂О₃ играет ключевую роль в воздействии на литейные свойства. При этом целью обработки, в конечном итоге, является трансформация кластеров глинозема в глобулярные, недеформируемые при прокатке включения. Применение кальцийсодержащей проволокой позволяет повысит ударную вязкость на 20 - 60%, снизить анизотропию свойств на 30 - 35%. В макроструктуре отсутствуют ликвационные полоски и внутренние трещины. Содержание сульфидов снижается в 2,3 раза, а их средняя протяженность-в 1,5 раза.

Вакуумирование. Процесс циркуляционного вакуумирования заключается в обработке вакуумом металла, непрерывно текущего через вакуум-камеру по двум патрубкам, опущенным в ковш с расплавом. Для обеспечения непрерывного подъема металла в камеру в один из патрубков подается аргон, пузырьки которого в результате большой разницы плотностей, поднимаясь с высокой скоростью вверх по патрубку, увлекают за собой расплав, выполняя функции транспортирующего газа. В камере металл дегазируется и, становясь более плотным и тяжелым, сливается по второму патрубку в ковш (Рисунок 14)

Рисунок 14 - Схема циркуляционного вакууматора

Обработка стали на установке "печь - ковш"

Перед обработкой металла на установке необходимо обеспечить: Заполнение бункеров необходимыми материалами, соответствующим требованиям настоящей инструкции. Заправку трайб-аппарата алюминиевой катанкой и порошковой проволокой с силикокальцием и другими наполнителями. Наличие средств отбора проб металла, измерения температуры и окисленности. Подачу воды на охлаждение элементов установки требуемых параметров. Готовность работы систем продувки металла инертным газом. Готовность работы гидравлики. Готовность работы газоотводящего тракта. Готовность работы всех механизмов, систем контроля, управления, сигнализации и блокировок. Готовность работы пневмопочты. Проверку длины электродов, по необходимости их нарастить.

Основные технологические операции. Плавки предназначенные для разливки на МНЛЗ продуваются аргоном. Плавки, предназначенные для обработки на установке печь-ковш, сливаются в сталеразливочный ковш, специально оборудованный для донной продувки. Быстроразъемные соединения должны иметь обратные клапана. Ковш должен иметь исправную сухую футеровку. Верхний край ковша должен быть очищен от шлака. Во время выпуска плавки из конвертера в сталеразливочный ковш должна быть проведена качественная отсечка конвертерного шлака.

Поступивший из конвертерного отделения сталеразливочный ковш устанавливается на сталевоз установки печь-ковш. Сталевоз передвигается под крышку установки, после чего крышку опускают. Крышка должна плотно прикрывать сталеразливочный ковш. К ковшу подсоединяется заземление. Подсоединение донных фурм стальковша к запорно-регулирующей арматуре производится с помощью быстроразъемных соединений, должно быть надежным и исключать утечки инертного газа.

Шлак в ковше при поступлении на печь-ковш должен быть жидкоподвижным. При наличии густого шлака в ковш присаживается плавиковошпатовый концентрат до 500 кг.

Раскисление ковшевого шлака на печи-ковше следует начинать до предварительной продувки инертным газом и разрешается проводить в течение всей внепечной обработки присадками гранулированного алюминия с общим расходом 65-250 кг в зависимости от количества шлака и его цвета.

Предварительная продувка инертным газом проводится в зависимости от исправности продувочных устройств по следующим вариантам:

-донные фурмы с расходом инертного газа 5ч60 м³/час на каждую фурму не менее четырех минут;

-донные фурмы с расходом инертного газа 5ч60 м³/час на обе фурмы + погружная фурма при максимальном заглублении в металл с расходом инертного газа до 100 м³/час не менее трех минут;

-одной погружной фурмой с расходом инертного газа до 100 м³/час не менее четырех минут при максимальном заглублении в металл.

После предварительной продувки производится замер температуры и отбор пробы металла и шлака на химический анализ. Металл - C, Si, Mn, S, P, Cr, Ni, Cu, Al_общ., Al_раств., Sn, As, V, Ti, B, Mo, Nb, Ca, N, Zr; шлак - CaO, SiO₂, FeO, Fe_общ., MnO, MgO, Al₂O₃, P₂O₅, S, TiO₂, V₂O₅, основность, при необходимости производится измерение окисленности металла. Измеряется толщина шлака в ковше. Шлак по высоте должен экранировать электрическую дугу и иметь толщину не менее 15 сантиметров (4,5-5,0 тонн).

В случае необходимости увеличения высоты слоя шлака в ковш присаживается шлакообразующая смесь из расчета 280 кг извести и 70 кг плавиковошпатового концентрата на 1 см шлака. Ввод шлакообразующих материалов рекомендуется производить во время нагрева разовыми порциями не более до 500 кг с интервалом 0,5 мин.

Разрешается сталь охлаждать прокатной заготовкой 100х100 (80х80) мм из расчета, что ввод одной 5,5-метровой штанги приводит к снижению температуры стали на 3-4⁰С или, при концентрации фосфора в металле не более 0,03%, чушковым чугуном из расчета, что один подъем магнитом (900 кг) приводит к снижению температуры стали на 10⁰С и при этом вносится 0,015% углерода или рельсами марки Р-65, учитывая, что ввод одного рельса длиной 5-5,5 метра массой 325-360 кг, снижает температуру стали на 3⁰С.

Штанги (рельсы), используемые в качестве охладителя, устанавливают в пристеночную зону ковша (вне зоны гнездовых кирпичей), по возможности разделив их между собой.

Продувка инертным газом через донные фурмы продолжается в течение всего времени нахождения плавки на печи-ковше с расходом 5ч60 м³/час на каждую фурму без нарушения сплошности шлакового покрова в надфурменных зонах. Допускается прекращение подачи инертного газа во время выдержки ковша с металлом. При необходимости («закозление» или отсутствии подачи инертного газа через донные фурмы по какой либо другой причине) продувка металла производится через погружную футерованную фурму с расходом до 100 м³/час. Замена верхней продувочной фурмы производится при укорочении ее более чем на 0,6 м (два кольца).

Для проведения нагрева металла портал с электродами поворачивается в рабочую позицию и производится включение установки на расчетное время (параметры нагрева уточняется при отработке технологии). Если во время нагрева наблюдается повышенный шум от электродов, то необходимо снизить расход инертного газа или уменьшить рабочую ступень трансформатора или увеличить количество шлака в ковше.

Пробы металла и шлака для химического анализа стали в ковше отбираются:

-после предварительной продувки;

-перед выдачей на разливку;

-при необходимости после корректировки по химическому составу.

При получении химического анализа металла, при необходимости, производится корректировка его химического состава присадкой кусковых ферросплавов, либо порошковой проволокой с соответствующими наполнителями (с максимально возможной скоростью). Ввод кусковых ферросплавов рекомендуется производить разовыми порциями до 500 кг. После ввода последней порции ферросплавов металл перемешивается инертным газом не менее 5 мин. Запрещается производить ввод раскислителей и легирующих во время нагрева. Легкоокисляющиеся элементы вводятся в ковш только по окончании последнего цикла нагрева.

Количество кусковых ферросплавов и порошковой проволоки для увеличения содержания элемента на 0,01% определяется исходя из данных таблиц 8 и 9.

Таблица 8 - Расход порошковой проволоки для ввода 0,01% элемента

Наполнитель	Вводимый элемент	Наполнение, г/м	Расход наполнителя, кг	Расход порошковой проволоки, м
Углеродсодержащий материал-пыль УСТК	углерод	108-122	36	330-290
Ферросилиций ФС65	кремний	265-315	55	205-175
Ферросилиций ФС75	кремний	265-315	48	180-150
Ферромарганец ФМн70	марганец	485-540	46	95-85
Ферромарганец ФМн75	марганец	485-540	44	90-80
Окалина*	окислы Fe	350	130	370
Примечание * для снижения содержания кремния в металле на 0,01%

Таблица 9 -Расход кусковых ферросплавов и науглероживателя для ввода 0,01% элемента

Кусковые материалы и науглероживатель	Вводимый элемент	Расход, кг
Науглероживатель (коксовая мелочь)	углерод	50
Ферросилиций ФС65	кремний	60
Ферромарганец ФМн70	марганец	50

Корректировка металла по алюминию производится путем ввода в металл алюминиевой катанки. При этом допускается работа донных фурм. Если не работают донные фурмы, то после ввода алюминиевой катанки металл продувается верхней фурмой. Длительность продувки - не менее 3 мин;

Удаление серы из металла на установке ПК проводится с учетом анализа последней пробы металла в конвертере перед выпуском.

Начинать десульфурацию необходимо с раскисления ковшевого шлака гранулированным алюминием до состояния белого шлака. Допускается использование дробленного чушкового алюминия или обрези катанки алюминия. При обработке стали с содержанием кремния не более 0,03% для раскисления шлака использовать дробь первичного алюминия. Раскисление шлака допускается проводить в течение всей внепечной обработки с общим расходом гранулированного алюминия 65-250 кг.

При недостаточной интенсивности перемешивания металла донными фурмами произвести продувку металла верхней фурмой в течение 4ч5 минут. После усреднительной продувки включить нагрев и произвести наводку ковшевого шлака присадкой извести и плавиковошпатового концентрата в соотношении 4:1. Шлакообразующие присаживаются разовыми порциями не более 400ч500 кг. Расход ТШС определяется сталеваром УПК в зависимости от требуемой глубины десульфурации и при необходимости согласовывается со сменным мастером внепечной обработки. При присадке ТШС следует учитывать, что присадка 1 т ТШС снижает температуру металла на 7ч10⁰С.

После проведения нагрева и наведения шлака отобрать пробу шлака и визуально оценить его состав. Проба шлака берется с помощью металлической ложки или трубки-стержня через рабочее окно, охлаждается и анализируется визуально по цвету и поверхности. Цвет шлака меняется по степени его раскисленности (снижения содержания FeO) от черного к белому. Появление белого шлака в ковше означает, что шлак нормально подготовлен для проведения процесса десульфурации стали. При отклонении цвета и поверхности шлака от рекомендуемых необходимо принять меры по исправлению химического состава шлака. Для обеспечения наилучшего результата десульфурации стали в ковше содержание в шлаке (FeO)+(MnO) должно быть не более 1,5%.

Если шлак имеет темный цвет, дополнительно произвести раскисление шлака гранулированным алюминием в количестве 50ч100 кг. После наведения белого шлака установить максимально возможный расход аргона на донные фурмы. Если донная продувка не обеспечивает интенсивное перемешивание металла и шлака, то необходимо произвести продувку через верхнюю фурму. Расход аргона должен обеспечивать интенсивное перемешивание шлака и металла без нарушения сплошности шлакового покрова. Продолжительность продувки после наведения шлака определяется требуемой глубиной десульфурации.

При необходимости модифицирования металла, вводится порошковая проволока с наполнителем из сплава кальция (силикокальций, алюмокальций, металлический кальций), из расчета получения соотношения Ca/Al_общ?0,08 (уточняется при отработке технологии).

Расстояние от зеркала ванны до торца направляющей трубы трайб-аппарата должно быть не более 500 мм.

Во время ввода проволоки со сплавом кальция разрешается одновременная продувка через донные фурмы при минимальном расходе инертного газа без нарушения сплошности шлакового покрова в надфурменных зонах.

При вводе порошковой проволоки необходимо учитывать, что введение 1 кг/т силикокальция повышает массовую долю кремния в металле на 0,04ч0,06%. Допускается отдача кусковых ферросплавов во время ввода проволоки.

По окончании ввода порошковой проволоки для удаления неметаллических включений производится усреднительная продувка через донные фурмы при минимальном расходе инертного газа без нарушения сплошности шлакового покрова не менее 5 мин. Замеряется температура и при необходимости окисленность стали, производится отбор проб металла и шлака. Металл - C, Si, Mn, S, P, Cr, Ni, Cu, Al_общ., Al_раств., Sn, As, V, Ti, B, Mo, Nb, Ca, N; шлак - CaO, SiO₂, Fe_xO, Fe_общ., MnO, MgO, Al₂O₃, P₂O₅, S, TiO₂, V₂O₅, основность.

После достижения необходимого химического состава и заданной температуры портал с электродами поворачивается в ниппельную позицию. Крышка установки поднимается, отсоединяются шланги и заземление, сталевоз с ковшом выдвигается из-под установки и передается на циркуляционный вакууматор.

Вакуумирование металла

Улучшение металлургических показателей. Преимущества металлургического характера, обусловлены более продолжительным временем обработки глубоким вакуумом, представлены ниже в виде моделирующих расчетов содержания в стали таких элементов, как водород, азот, углерод, сера и общий кислород.

Конечное содержание водорода при вакуумировании зависит в значительной степени от времени обработки стали глубоким вакуумом [26]. Исходное содержание водорода при вакуумной обработке имеет очень незначительное влияние на его конечное содержание. Продолжительность обработкиглубоким вакуумом в течении 10 минут позволяет достичь в конце процесса вакуумирования содержание водорода 0,00013%.

При увеличении времени обработки глубоким вакуумом до 20 минут можно добиться в конце процесса вакуумирования содержания водорода 0,00006%.

Как и в случае с водородом, конечное содержание азота в конце процесса вакуумирования определяется продолжительностью стали глубоким вакуумом [24,26]. Кроме того, конечное содержание азота зависит от его начального содержания, а также от содержания серы в расплаве. После обработке в течении 10 минут содержание азота при исходном его уровне равным 0,006% становится ниже 0,004%. Если увеличить продолжительность вакуумирования до 20 минут, содержание азота уменьшается до значения ниже 0,003%. При низком исходном содержании азота можно достичь значения 0,002%.

Удаление серы из стали происходит в результате реакции между металлом и шлаком. Кинетика процесса десульфурации определяется в основном количеством аргона, подводимого через домнную фурму [24,26]. Через 10 минут в зависимости от исходного уровня содержание серы достигает конечного равновесного значения. Увеличение продолжительности вакуумирования не приводит к повышению степени десульфурации стали.

Результаты моделирования свидетельствуют о том, что благодаря увеличению продолжительности обработки глубоким вакуумом можно добиться снижения уровня содержания водорода, азота. Уменьшение содержание серы за счет увеличения времени вакуумирования не удается.

Технологически этот процесс начинается с погружения обоих патрубков в расплав, находящийся в ковше, на глубину, предотвращающую подсосы воздуха и ковшевого шлака в камеру. Затем включается вакуум-насос, и металл вследствие разности давлений между камерой и атмосферой поднимается по обоим патрубкам в камеру на барометрическую высоту. Одновременно в нижнюю часть всасывающего патрубка подается аргон, который, поднимаясь вверх и увеличиваясь постепенно в объеме, образует газометаллическую эмульсию с соотношением газа к металлу 10: 1. Со скоростью больше 5 м/с такая эмульсия врывается в камеру, образуя высокий бурун над всасывающим патрубком. Наличие большого количества транспортирующего газа способствует созданию огромной дополнительной реакционной поверхности, интенсифицируя процесс дегазации металла. Этим объясняется то обстоятельство, что, несмотря на сравнительно небольшое время пребывания расплава в камере, металл поступает в сливной патрубок практически полностью дегазированным. Из сливного патрубка дегазированный металл, попадая снова в ковш, смешивается с находящимся в нем расплавом, несколько разбавляя в нем содержание газов. Поэтому для более глубокой дегазации весь металл ковша необходимо пропустить через камеру не менее 2,5.. 5 раз в зависимости от степени раскисления. Далее обработанный металл в ковше передают на МНЛЗ.

4.4 Технология разливки стали на МНЛЗ

Подготовка МНЛЗ к разливке

После окончания разливки предыдущей серии плавок при разливке методом "плавка на плавку" (или одной плавки) МНЛЗ готовят к следующей разливке. В эту подготовку входят следующие операции:

-выведение из машины конца отливавшегося слитка; проверка стенок кристаллизатора и положения кристаллизатора относительно оси МНЛЗ. Незначительные дефекты в виде задиров, царапин, заусенцев зачищаются мелкой наждачной бумагой. После этого производится сушка стенок протиркой или обдувом сжатым воздухом;

-проверка форсунок вторичного охлаждения и расстояния между роликами и брусьями зоны вторичного охлаждения и тянуще-правильных устройств. Проверяют отсутствие течи воды из-под этих устройств;

-осмотр и проверка газовой резки, механо- и электрооборудования, систем водо- и энергоснабжения, смазки;

-введение затравки в кристаллизатор, которая к нему транспортируется по ручьям. Головки затравок вводят в кристаллизатор на расстояние 40 - 50 мм от нижней кромки гильз кристаллизатора, контролируя установочный размер мерным стержнем. При этом должен быть равномерный зазор между головкой и стенками кристаллизатора по всему периметру (2 - 3 мм). Производится осмотр тросов зацепления затравок на предмет их целостности и надежности. Подготовка затравок проводится за 40 мин. до начала разливки.

-разогрев промковша (температура поверхности футеровки перед разливкой должна быть не менее 1200°С, а температура кожуха - не менее 60°С). Предварительно подготовленный промежуточный ковш устанавливается на тележки в резервной позиции. Разогрев ковша начинается за два часа до начала разливки.

-разогрев погружных стаканов (40 - 60 минут) осуществляется в специальном камине, а защитных труб в печи, разогрев защитных труб. Перед началом разливки должно быть не менее 10 разогретых стаканов.

Сталеразливочный ковш после внепечной обработки и контрольного замера температуры металла в нем перед рабочей площадкой МНЛЗ подается на подъемно-поворотный стенд. Устанавливаются гидроцилиндры шиберных затворов и ковш накрывается крышкой. В это время подается вода на охлаждение кристаллизаторов; на охлаждение МНЛЗ и индуктора; промежуточный ковш подается в рабочую позицию; открывается затвор экранирующего контейнера датчика контроля уровня металла; включается автоматический режим управления устройством отделения и устройством возврата затравки; задается режим качания кристаллизатора; сталеразливочный ковш поворачивается в положение разливки.

Разливка стали

В начале разливки открывается шиберный затвор сталеразливочного ковша под промежуточным ковшом. В случае не поступления металла при открытом шиберном затворе канал стакана прожигается кислородом. В промежуточный ковш с началом его наполнения присаживается шлакообразующая смесь в количестве не менее 100 кг.

После наполнения металлом промежуточного ковша на высоту 750 - 800 мм открываются наиболее удаленные от точки подачи металла стопора, а затем и остальные. Защитная труба устанавливается в рабочее положение. Длительность заполнения кристаллизатора до начала вытягивания слитка должна обеспечить образование достаточно толстой корки затвердевшего металла и ее прочное сцепление с затравкой. Вес жидкой стали в промковше доводится до рабочего-18 тонн и производится замер температуры у второго и седьмого ручьях. В течение всей разливки уровень металла в промковше поддерживается постоянным. По достижении уровня металла в кристаллизаторе 200 мм от верхней кромки производится пуск машины, одновременно включается механизм качания кристаллизатора и подача воды в ЗВО. Режим качания кристаллизатора и вторичного охлаждения задаются автоматически ЭВМ.

Первая присадка шлакообразующей смеси в кристаллизатор производится после некоторого времени наполнения кристаллизатора. Признаком достаточного количества смеси является ее темный цвет без проблесков металла или расплавленного шлака. В кристаллизатор вводят шлаковые смеси, которые, соприкасаясь с жидким металлом, расплавляются, образуя слой жидкого шлака. Смеси должны быть легкоплавкими с температурой плавления 1050 - 1300°С. При разливке со шлаковым покрытием смазку в кристаллизатор не подают, роль смазки выполняет тонкий слой шлака, налипающий на стенки кристаллизатора.

Для предотвращения зависания и разрывов корки слитка, вследствие ее трения о стенки кристаллизатора, последнему сообщают возвратно-поступательное движение (механизм качания кристаллизатора). При совместном движении вниз трение отсутствует, и корка упрочняется, при подъеме кристаллизатора становятся доступными для смазки те участки стенок, которые затем оказываются залитыми жидким металлом. При выходе на рабочую скорость разливки включается автоматическая система регулирования расхода, и поддержания уровня стали в кристаллизаторе. Колебания уровня не должны превышать ±3 мм.

Распределение по ручьям металла, оставшегося в промежуточном ковше, осуществляется из расчета получения последней полномерной заготовки с учетом величины хвостовой обрези и остатков металла в промковше после разливки путем последовательного закрытия ручьев в автоматическом режиме.

При разливке методом «плавка на плавку» сталеразливочный ковш с очередной плавкой должен быть подан в резервную позицию на поворотный стенд не позднее, чем за 10 минут до окончания разливки предыдущей плавки. В резервной позиции устанавливаются гидроцилиндры шиберных затворов и ковш накрывается крышкой. Поворотным стендом сталь-ковш с очередной плавкой перемещается в рабочую позицию. Время перерыва в подаче металла в промковш не должно превысить три минуты. После стабилизации струи металла из сталеразливочного ковша устанавливаются защитные трубы, и уровень металла в промежуточном ковше доводится до рабочего - 18 т.

Порезка заготовок на мерные длины производится в линии на МНЛЗ газовыми резаками. Температура заготовок на выходе к резакам 850 - 900°С. Заготовки маркируются с помощью маркировочной машины. Заготовки охлаждаются в линии транспортно-отделочного оборудования (ТОО) на «шагающих» холодильниках с вращением заготовок. Температура заготовок на выходе из холодильника 350°С.

С холодильника заготовки поступают на стеллаж - накопитель заготовки, откуда мостовым магнитным краном отгружаются на железнодорожные платформы для дальнейшей передачи на прокатные станы или укладываются в штабели на участке складирования заготовок. Осмотр, зачистка и увязка в пакеты сортовых заготовок, предназначенных для отправки на экспорт, а также для нужд машиностроения предусматривается на специальном участке, организованном в цехе изложниц.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенной реконструкции производительность цеха может быть увеличена до 4 млн. тонн стали в год. Двухпозиционная установка печь-ковша, работающего в одной технологической линии с конвертерами №4; №5, позволит повысить качество выпускаемой металлопродукции.

Использование имеющегося трансформатора мощностью 45 МВА позволит нагревать металл со скоростью до 4⁰С/мин, и при включении на максимальную мощность осуществлять нагрев металла до заданной температуры за 9 минут. Использование обработки металла твердошлаковой смесью позволит получать металл с содержанием серы не более 0,005%. За счет вакуумной обработки возможно получение металла устойчивого к флокенообразованию с содержанием водорода не более 210^-4%.

Разработанная технология выплавки и внепечной обработки стали показало, что эта технология позволяет значительно улучшить качество металла и может быть реализован для условий реконструируемого цеха.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Кудрин А.В. Металлургия стали: Учеб. для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. / Кудрин А.В. - М.: Металлургия, 1989 - 560 с..

2. Разливка стали/ под общ. ред. В.И. Баптизманского, Киев - Донецк, Вища школа, 1977-200 с.

3. Тематический сборник научных трудов. Влияние внепечной обработки на неметаллические включения. М. Металлургия. 1985 г. 72 с.

4. Процессы непрерывной разливки:/ А.Н. Смирнов, В.Л. Плющенко, А.А. Минаев и др. - Донецк: ДонНТУ, 2002. - 536 с.

5. Поволоцкий Д.Я. Внепечная обработка стали: Учеб. для вузов /Д.Я. Поволоцкий, В.А. Кудрин, Н.Ф. Вишкарев. - М.: МИСиС,1995.-256 с.

6. Хлопонин В. Зинковский И. Шумахер Э. Способ интенсификации перемешивания стали во внепечных агрегатах. / Сталь. - 2003. №5 - с.20-25.

7. Пористая керамика третьего поколения для сталеразливочных ковшей/ Ф.Кестер, Я.Люкхоф, Х.Веткамп и др.// МРТ. 1995. - С.22-27.

8. Щерба В. Максимов Е. Сарафанов И. и др. Улучшение перемешивания металла в ковше при продувке аргоном/ Сталь. - 2000. №3 - с.31-32.

9. Металлургия стали/ В.И. Явойский, С.Л. Левин, В.И. Баптизманский и др. - М.: Металлургия, 1973. - 816с.

10. Охотский В.В. Гидродинамика процесса перемешивания металла в ковше инертным газом // Изв. Вузов. Черная металлургия 1990. №12. с. 7-9.

11. Сизов А.М. Газодинамика и теплообмен газовых струй в металлургический процессах. - М.: Металлургия, 1987. - 256 с.

12. Максимиов Е.В., Торговцев А.К., Изместьева О.А., Продувка жидкой ванны турбулентными закрученными струями. - Алмата Гылым, 1992. - 92 с.

13. Способ интенсификации перемешивания металла в ковше./В.Н. Холопонин, И.В. Зинковский, Э.А. Шумахер // Патент России №2197540 РФ. Опубликован 20.4.2003.

14.Турчак Л.И. Основы численных методов. - М.: Наука, 1987. - 320 c.

Самарский А.А., Гулин В.А. Численные методы. - М.: Наука, 1989. - 432с.

15. Бахвалов Н.С. Численные методы. - М.: Наука. 1986. 584 с.

Кутателадзе С.С., Стырикович М.А., Гидродинамика газожидкостных систем. - М.: Энергия, 1975. - 296 с.

16. Перемешивание и теплообмен в конвертерной ванне при донной продувке/ Чернятевич А.Г., Наливайко А.П., Приходько А.А. и др.// Изв. АН СССР. Металлы. 1988. №2. - с.13-18

17.Раскисление и легирование стали: Метод. указ./ Е.В. Протопопов, Г.И. Веревкин, К.М. Шакиров: СибГИУ.-Новокузнецк, 2001.-20 с.

18. Расчет процессов внепечной обработки стали: Метод. указ./ Е.В. Протопопов, Л.А. Ганзер: СибГИУ. - Новокузнецк, 2000. - 21 с.

19. Расчет раскисления и дегазации стали при вакуумировании в ковше: Метод. указ./ Е.В. Протопопов, Л.А. Ганзер: СибГИУ.-Новокузнецк, 2000.-30 с.

20. Проект кислородно-конвертерного цеха: Метод. указ./ П.Е. Ефремов: СМИ.- Новокузнецк, 1981. - 20 с.

21. Лузгин В.П., Казаков С.В. Внепечная обработка стали: Учеб. пособие. - М.: МИСиС, 2003. - 47 с.

22. Лузгин В.П., Вишкарев А.Ф. Производство стали и ферросплавов: Учеб. пособие для курсового проектирования. - М.: МИСиС, 2000, 102 с.

23. Перемешивание и дегазация металла газом при внепечной обрабртке стали: Учеб. пособие / А.г. Величко. Днепропетровск: ДМетИ, 1993. - 64 с.

24. Банненберг Н.Р. Ввод в эксплуатацию нового центра внепечной обработки/ Черные металлы. - 2001. №2 - с.37-42.

25. Harse, K.; Klingbeil, J.; Schmitz W.; Weyer, A.: Hartmann, R.: stahl u. eisen 117(1997) Nr. 11, S. 73-79.

26. Bannenberg, N.: Gaye. H: steel res. 63 (1992) Nr. 10, S. 431-37/

ПРИЛОЖЕНИЕ

Мероприятия при чрезвычайных ситуациях

Проектные решения составлены на основе требований СНиП 2.01.51 - 90, в котором содержатся требования по размещению объектов, планированию и застройки территорий, проектированию и строительству зданий и сооружений, сетей водо-, газо-, тепло-, электроснабжения.

Вероятность и последствия воздействия на человека и среду его обитания опасных и вредных факторов как природного, так и техногенного происхождения резко повышаются при возникновении чрезвычайных ситуаций.

Развитие промышленного производства сопровождается постоянным увеличением риска возникновения аварий и катастроф и возрастанием масштабов их последствий. Это связано с увеличением количества энергоносителей, обращающихся в производстве, с повышением концентрации производства и расположением предприятий вблизи густонаселенных районов, увеличением емкости отдельных агрегатов и хранилищ, расширением производства и транспортировки высокотоксичных и взрывоопасных материалов.

По своим последствиям технологические катастрофы соизмеримы с природными бедствиями и военными конфликтами.

Потенциальная взрывоопасность металлургического производства связана с его специфическими особенностями: использование большого количества газообразного, жидкого и твердого дисперсного топлива, широкое распространение высокотемпературных технологических процессов, наличие значительного количества расплавленного металла, образование взрывоопасных газов в ходе металлургических процессов, широкое использование разных взрывоопасных материалов, приготовляемых иногда на этих предприятиях.

В настоящее время в металлургической промышленности основными причинами крупных техногенных аварий являются: отказы технических систем из-за дефектов изготовления и нарушений режимов эксплуатации; ошибочные действия, операторов технических систем, статистические данные показывают более 60% аварий произошло в результате ошибок обслуживающего персонала; высокий энергетический уровень технических систем; концентрация разных производств в промышленных зонах без должного изучения их взаимовлияния.

Наиболее характерными для объекта проектирования чрезвычайными ситуациями техногенного характера на предприятии являются аварии представленные далее.

1. Уход металла из конвертера через днище

Аварийная ситуация может возникнуть при следующих условиях: преждевременный износ футеровки; неудовлетворительное качество огнеупоров; нарушение схемы кладки футеровки конвертера; неудовлетворительный уход за футеровкой.

В результате аварии могут возникнуть следующие последствия: повреждение расплавленным металлом и шлаком электрооборудования привода конвертера; при попадании продуктов плавки на влагу возможны взрывы различной силы; возникновение пожара в машзале конвертера; возникновение пожара на маслостанции привода конвертера; травмирование обслуживающего персонала и персонала подрядных организаций; задымленность, запарованность, загазованность территории.

В случае возникновения аварии следует: прекратить продувку металла, вывести фурму из конвертера, подать звуковой сигнал об аварии (частые короткие гудки) и повернуть конвертер в сторону, противоположную прогару конвертера.

Для ликвидации аварии необходимо: произвести отключение электропитания привода конвертера, маслостанции машзала в соответствии с ПТИ по производству оперативных переключений и ликвидации аварийных положений в электроустановках до и выше 1000 В; подать воду на пожарохозяйственный водовод (сухотруб); приступить к ликвидации очагов возгорания; после ликвидации очагов пожара приступить к восстановительным работам; убрать металл и шлак с путей сталевоза; заделать прогар конвертера; восстановить электрооборудование, механическое оборудование, пути сталевоза; произвести горячий ремонт футеровки конвертера (подварка, торкретирование).

Способы и средства предотвращения аварии: аттестация огнеупорного кирпича перед кладкой футеровки конвертера; соблюдение технологии продувки во время эксплуатации конвертера; ежесуточный замер положения фурмы над уровнем ванны; своевременное проведение горячих ремонтом футеровки конвертера; соблюдение мер безопасности в районе желоба - копильника и привода конвертера (отсутствие воды, подтеков масла).

2. Выход из строя фурмы

Наиболее серьезные аварии в конвертерных цехах связаны с повреждениями фурм. Часто происходит обрыв рукавов подвода воды на охлаждение фурмы. Это происходит из-за протирания оплетки при задевании, о какой - либо предмет, или передавливания другими рукавами во время опускания фурмы в конвертер, если они пересекают друг друга, попадания на них брызг металла и шлака. При появлении течи воды из шланга (это определяется визуально, а также разрыв шланга сопровождается «хлопком») следует немедленно прекратить продувку, вывести фурму из конвертера и закрыть задвижку на трубопроводе подвода воды. Заменить водяной шланг.

Также может произойти и порыв кислородоподводящего шланга. В случае попадания на него брызг металла и шлака он может воспламениться. В любом случае необходимо перекрыть кислород отсечкой и регулирующие клапаны подачи кислорода и вывести фурму из конвертера. Заменить кислородподводящий шланг.

Во время продувки возможен прогар сопла фурмы и попадания воды в конвертер. При обнаружении прогара сопла головки фурмы следует немедленно прекратить продувку, удалить людей от опасной зоны, вывести фурму в крайнее верхнее положение, закрыть задвижку на трубопроводе подвода воды и переехать платформой на другую фурму. При значительном попадании воды в конвертер не поворачивать его до полного ее испарения. Причиной прогара может быть некачественная проварка сопел головки, либо соприкосновение головки с расплавленным металлом при низком положении фурмы.

Несоблюдение обслуживающим персоналом технологической инструкции может привести к падению фурмы в конвертер. Подобное бывает при нарушениях в работе систем обдува фурменного окна, когда вырывающееся оттуда пламя распаляет несущие цепи, в результате чего они теряют свою прочность и рвутся. Когда во время продувки обрывается головка фурмы из-за плохо проваренных сварных швов и чрезмерного закозления фурмы. Закозление фурмы происходит из-за нарушения режима продувки (позднее наведение шлака, сухая продувка, нарушение режима минутного расхода кислорода). Происходит попадание воды в жидкий металл, сильный взрыв с выбросами шлака и металла из конвертера.

3. Затягивание стакана промковша

При затягивании стакана-дозатора промковша необходимо перейти на ручное управление стопором, отсоединить погружной стакан и промыть кислородом канал стакана при открытом положении стопора. При этом допускается снижение уровня металла в кристаллизаторе не более чем на 150мм. Во время этой операции скорость разливки снижается до 0,2 м/мин. После промывки стакана-дозатора устанавливается погружной стакан и скорость разливки увеличивается до рабочей.

4. Выход из строя погружного стакана

Основные причины: растрескивание; подтекание металла в стыке между стаканом промковша и погружным стаканом; отрыв нижней части стакана.

При выходе из строя погружного стакана производится его замена на мерной длине заготовки. Перед заменой стопор промковша закрывается. Во время смены стакана скорость разливки снижается до 0,2 м/мин. При этом допускается снижение уровня металла в кристаллизаторе не более 150мм. Во время смены погружного стакана разрешается кратковременная промывка стакана промковша открытой струей при скорости вытягивания заготовки 0,2 м/мин.

5. Прорыв азотоподводящего шланга на погружной фурме

На установке печь - ковш происходит обрыв рукавов подвода азота на продувку металла. Это происходит из-за протирания оплетки при задевании, о какой - либо предмет, или передавливания другими рукавами во время опускания фурмы в агрегат печь - ковш, если они пересекают друг друга, попадания на них брызг металла и шлака. Разрыв шланга сопровождается «хлопком», при этом следует немедленно прекратить продувку, вывести фурму из агрегата печь - ковш и закрыть задвижку на трубопроводе подвода азота. Заменить азотоподводящий шланг.

Возможен облом фурмы. При этом необходимо отключить подачу азота, затем вывести фурму из агрегата и заменить ее.

6. Прекращение подачи воды на водоохлаждаемые панели

В случае возникновения такой аварии необходимо: отключить печь-ковш на пульте управления (снять напряжение с электродов); прекратить подачу сыпучих; доложить об аварии диспетчеру ККЦ - 2; сообщить об аварии начальнику смены; открыть заслонку рабочего окна; поднять электроды и крышку печи - ковша в верхнее положение; сталевоз с металлом вывести из-под крышки установки; вызвать дежурных электриков для выявления причин аварии; устранить аварию.

Меры безопасности и ликвидация аварийных ституаций.

1. Все работы на установке печь-ковш производятся в соответствии с требованиями действующих инструкций по охране труда:

-ИОТ-ККЦ-2-10-2004 «Инструкция по охране труда для сталеваров участка

-внепечной обработки стали»;

-общие правила по ОТ для работающих на ОАО «ЗСМК»;

-инструкция по пожарной безопасности;

-инструкция по бирочной системе в ККЦ-2;

-инструкция по ОТ для стропальщиков.

2. При выбросе металла из ковша в процессе продувки аргоном, поднять продувочные фурмы из ковша, для предотвращения приваривания колес сталевоза к рельсам с пульта управления сталевозом, «прокатать» ковш под УПК.

3. При проходе металла через кладку ковша, а также при покраснении корпуса ковша немедленно прекратить обработку металла, вывести ковш из под УПК и действовать согласно плану ликвидации аварий.

4. При прогаре сталеразливочного ковша выше ребер жесткости (по шлаковому поясу) прекратить обработку металла, вывести ковш из под УПК и передать в разливочный пролет для принятия мер в соответствии с планом ликвидации аварий.

5. При возникновении короткого замыкания на электродах или короткой сети сталевар отключает напряжение, и ставит в известность бригадира дежурных электриков. Повторное включение производится с разрешения бригадира дежурных электриков после устранении неисправности.

6. При течи воды на крышке УПК или короткой сети сталевар отключает напряжение и сообщает бригадиру дежурных электриков и энергетиков.

7. В случае прекращения подачи воды для охлаждения крышки УПК перекрыть вентили на водоподводящих трубах и прекратить подачу воды в крышку.

8. При отключении напряжения под действием релейном защиты сталевар сообщает об этом бригадиру дежурных электриков. Повторное включение производится после выявления и устранения неисправностей.

Сталевоз с плавкой при возникновении данных нарушений вывести из под установки.

9. При отказе работы привода передвижения, сталевоз удаляется из под УПК специальным устройством.

10. При обнаружении пожара, признаков горения, задымления, запаха гари, повышения температуры и т.п. немедленно сообщить об этом сменному мастеру или начальнику смены или по телефону (01) в пожарную охрану.

В реконструируемом цехе ККЦ - 2 ОАО «ЗСМК» предусмотрены следующие мероприятия, обеспечивающие снижение влияния вредных факторов производства. Разливка стали, проводится на машинах непрерывного литья заготовок, оборудованных системой дистанционного управления, уменьшая этим нахождение людей в зоне максимального теплового и светового излучения. Также внедрение агрегата для внепечной обработки печь - ковш позволит улучшить условия труда, так как он имеет крышку, что в свою очередь уменьшает выбросы в атмосферу при обработке металла.

Размещено на Allbest.ru