ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР.

В комплекс основных направлений увеличения производительности МНЛЗ в крупных конвертерных цехах входит использование метода «плавка на плавку». При этом приходится разливать в одной серии сталь разных марок. Образующиеся переходные участки заготовки смешанного химического состава приводят к увеличению потерь металла в виде брака или к переводу в менее ответственный заказ.

В конвертерном цехе исследовали влияние ряда технологических факторов на длину переходного участка. Металл из 385-т сталеразливочного ковша подавали в 45-т промежуточный ковш, оборудованный перегородками, и далее в сборные кристаллизаторы с радиусом базовой стенки 8 м криволинейных комбинированных (двух - четырёхручьевых) МНЛЗ. Слябы поперечного сечения 250х(900-1500) мм отливали со скоростью вытягивания из кристаллизатора 0,4-0,9 м/мин. При переходе к разливке другой стали, подачу металла в кристаллизатор прекращали на 1-4 мин для замены промежуточного ковша. Во время этой паузы на слябе образовывался пояс, соответствующий месту разделения смежных плавок.

После разливки и охлаждения слябов по оси переходного участка на разном удалении от разделительного пояса вырезали образцы в виде столбиков высотой, равной толщине сляба. Столбик разрезали на семь проб, по результатам химического анализа которых определяли среднее содержание элементов в образце. Всего было исследовано 12 слябов, полученных при разливке в разных сочетаниях сталей 08, СтЗпс, 0402d, 10ХНДП, 20Х и других.

Для обобщения и анализа разных опытов рассчитали относительное содержание химических элементовe_iв слябе по формуле:

e_i=([ei] _сл-[ei] _осн)/([ei] _осн-[ei] _см),

где [ei] _сл - среднее содержание элементаiпо оси сляба, %;

[ei] _осн и [ei] _см - содержание элементаiв маркировочных пробах основной (первой) и смежной (второй) плавок, %.

Относительное содержаниеe_iможет принимать значения в интервале от +1 до -1, при этомe_i=0 соответствует содержанию элемента в маркировочной пробе металла первой плавки, аe_i=|1| в маркировочной пробе металла второй плавки. Положительные значенияe_iсоответствуют случаю, когда содержание элемента в маркировочной пробе металла второй плавки выше, чем в первой, а отрицательные значения - обратному соотношению.

В представленных на рисунке 1 данных о слябах, отлитых с разделением металла разных марок в серии одновременной заменой сталеразливочного и промежуточного ковшей, область отрицательных значений расстояния от пояса соответствует участку сляба, отлитому до замены промежуточного ковша, а область положительных значений - после его замены. Расположение опытных точек на рисунке показывает, что переходной участок сляба начинается на расстоянии 1,5-2,0 м ниже разделительного пояса и заканчивается на расстоянии 2-3 м выше него. Основная часть опытных точек группируется в виде С-образной фигуры. Это позволяет предположить, что формирование переходного участка определяется процессом перемешивания металла смежных плавок в кристаллизаторе. По-видимому, металл второй плавки, подаваемый через удлиненный стакан под уровень находящегося в кристаллизаторе металла первой плавки, проникает на глубину до 1,5 метров, перемешиваясь с ним. Перемешанный металл поднимается выше разделительного пояса, формируя новый участок сляба. Доля металла первой плавки в перемешанном металле, формирующем новый сляб, постепенно уменьшается. Поэтому через некоторое время металл, формирующий новый сляб, практически не будет отличаться от металла, заливаемого в кристаллизатор. На этом формирование переходного участка заканчивается.

Экспериментальные данные, приведённые на рисунке 1, не позволили выявить влияние на процесс формирования переходного участка таких важных факторов, как ширина сляба, скорость его вытягивания из кристаллизатора при замене промежуточного ковша и других. Поэтому для изучения влияния этих и других факторов было проведено математическое моделирование процесса формирования переходного участка сляба.

В математической модели приняли, что подаваемый в кристаллизатор металл новой плавки относительно равномерно распределяется по высоте, перемешиваясь с находящимся в кристаллизаторе металлом. Модель настраивали по экспериментальным данным о распределении элементов по длине переходных участков семи слябов, полученных при разливке сталей (08 и 0402d, СтЗпс и 17 ГС, 08пс и 10ХНДП и других), которые существенно различались содержанием отдельных элементов. В ходе настройки уточняли распределение металла по высоте кристаллизатора так, чтобы расхождение между опытными и расчётными данными о содержании элементов в переходном участке сляба было минимальным.

В качестве примера на рисунке 2 приведено характерное изменение содержания элементов по длине переходного участка в одном из опытов. Так как в целом результаты расчёта согласуются с опытными данными, принятую модель признали адекватной результатам экспериментов.

Рис. 2. Изменение содержания фосфора и хрома по длине переходного участка опытного сляба сечением 250х1300 мм при разливке стали 08пс на сталь 10ХНДП

(о - опытные данные; кривая - результаты расчета)

Результаты моделирования показали, что размеры поперечного сечения сляба, скорость его вытягивания из кристаллизатора и длительность паузы при замене промежуточного ковша не оказывают существенного влияния на длину переходного участка сляба. Она определяется в основном различием металла смежных плавок по химическому составу. Обобщенные результаты математического моделирования представлены на рисунке 3, где за ноль принято меньшее содержание химического элемента в маркировочной пробе, а за единицу - большее. Кривые а и б представляют собой зеркальное отражение, так как они отображают один процесс - распределение металла смежных плавок по длине переходного участка сляба. Результаты моделирования (рис. 3) довольно хорошо описывают опытные данные (рис. 1). Кривая а соответствует расположению опытных точек в области положительных значений относительного содержания элементов, а кривая б - в области отрицательных.

Рис. 3. Изменение относительного содержания элементов в металле переходного участка сляба по данным математического моделирования:

а и б - содержание элемента в металле второй плавки соответственно больше и меньше, чем в металле первой

Кривые, приведённые на рисунке 3, могут быть использованы для точного определения положения границ переходного участка сляба по химическому составу металла смежных плавок и пределами содержания элементов, установленным стандартами для сталей. Для решения этой задачи разработали следующую методику.

Сначала определяется длина переходного участка сляба, расположенного ниже пояса. По каждому элементу вычисляется его предельное относительное содержание , соответствующее требованиям стандарта:

где [ei] _ст - предельное содержание элементаiв металле основной плавки по стандарту (выбирается то значение предельного содержания элемента, которое находится в промежутке между содержаниями элемента в маркированных пробах металла первой и второй плавок), %.

Затем по рисунку 3 находится длина расположенного ниже пояса переходного участка, соответствующая относительному содержанию элемента, равному .

Аналогичным способом определяется граница переходного участка сляба, находящегося выше разделительного пояса. При этом в качестве основной принимается вторая плавка, а в качестве смежной - первая. Общая длина переходного участка сляба равняется сумме длин участков, расположенных ниже и выше разделительного пояса.

Рассмотренная методика определения границ переходного участка сляба может быть использована в автоматизированной системе управления «Разливка». Вне рамок этой системы следует применять упрощенный метод определения границ переходного участка сляба: за 1,5 м до разделительного пояса и через 1,5 м после него при небольшом, или через 3 м при большом различии в содержании элементов в металле смежных плавок. Причём большим следует считать различие по содержанию хотя бы одного из элементов в 5 раз и более.

Оценка эффективности разделения плавок разных сталей заменой промежуточного ковша в условиях текущего производства показала, что экономия металла в результате уменьшения перевода металла в другую марку и сокращения доли брака в слябах по химическому анализу составила 80 кг/т слябов двух смежных плавок разных сталей.

Изучено изменение химического состава металла по длине переходного участка непрерывнолитого сляба при разливке в серии разных сталей, разделяемых путём замены промежуточного ковша. Основные закономерности изменения химического состава металла по длине переходного участка сляба определяются процессом перемешивания в кристаллизаторе металла двух плавок. Главный фактор, определяющий длину переходного участка сляба, - различие в химическом составе металла смежных плавок. Длина переходного участка составляет 3 м (по 1,5 м до и после разделительного пояса) при небольшом и 4,5 м (1,5 м до пояса и 3 м после него) при большом различии в химическом составе разливаемого металла.