Разработка, модернизация и промышленное освоение новых конструкций технологических узлов высокоскоростных машин непрерывного литья сортовых заготовок

В мировой металлургической практике к 80-ым годам прошлого века определились экономические преимущества мини заводов с объемом производства 0,5.1,5 млн. т проката в год. Особенно широко такие заводы сооружались для производства мелкосортного проката.

В 1985 году на территории СНГ были сооружены и введены в промышленную эксплуатацию первые три минизавода — в Молдавии, на Дальнем Востоке и в Белоруссии. Эти предприятия предназначались для производства мелкосортного проката. Каждый завод имел в своем составе электросталеплавильный цех с двумя электродуговыми печами емкостью 100 т, две 6-ти ручьевые машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), отливающие заготовки 125×125 мм, и мелкосортно-проволочный непрерывный прокатный стан. Проектная мощность завода составляла ~ 700 тыс. т в год, что соответствовало мировому техническому уровню сталеплавильного производства периода проектирования и строительства этих заводов.

Один из этих заводов (Белорусский) был сооружен «под ключ» передовыми и наиболее опытными западными фирмами «Voest Alpine» (Австрия) и «Danieli» (Италия). Два других были спроектированы и сооружались отечественными институтами и предприятиями. (Оборудование прокатного стана для этих заводов было поставлено предприятиями ГДР). Проект МНЛЗ был разработан ВНИИМЕТМАШ [1].

Молдавский металлургический завод (ММЗ) адаптировался в новых экономических условиях, освоил технологию, усовершенствовал оборудование и достиг наиболее высоких технико-экономических показателей производства. Это обеспечило заводу конкурентоспособные позиции на мировом рынке.

В последующие годы в мировой практике сталеплавильного производства были разработаны и промышленно освоены новые решения, которые привели к коренному увеличению производительности и улучшению технико-экономических показателей. Эти решения постоянно внедрялись на ММЗ.

Благодаря существенному увеличению мощности печных трансформаторов, использованию альтернативных источников энергии в печи, внедрению агрегатов «печь-ковш», новых конструктивных решений собственно печи, производительность одной электродуговой печи емкостью 100. 120 т достигла 1 млн. т в год. Новая технология и конструктивные решения позволили обеспечить повышенные жесткие требования по температуре, химсоставу и т. д., предъявляемые к жидкой стали, предназначенной для разливки на МНЛЗ. Одновременно решалась задача соблюдения жесткого графика цикличности подачи ковшей с металлом для обеспечения серийности разливок на МНЛЗ.

Параллельно с развитием сталеплавильной технологии на заводе реализовывались усовершенствования технологии непрерывного литья, а также соответствующая модернизация конструкции узлов МНЛЗ и вспомогательных систем для увеличения производительности и сокращения производственных издержек. Одновременно велась работа по повышению качества непрерывнолитых заготовок, повышению выхода годного и расширения марочного сортамента для удовлетворения потребностей рынка в качественном прокате.

Усовершенствование конструкции узлов МНЛЗ проводилось специалистами Молдавского завода с участием ВНИИМЕТМАШа.

Автор настоящей работы принимал активное участие на всех этапах реконструкции механического оборудования электросталеплавильного, разливочного и прокатного производств. Автор обеспечивал выбор направ.

Рис. 1 Машина непрерывного литья заготовок на Молдавском металлургическом заводе. ления реконструкции, выдачу исходных данных и технических заданий, проектирование, изготовление оборудования, его монтаж и освоение.

В настоящей работе рассматриваются результаты коренной реконструкции основных технологических узлов 6-ти ручьевой машины непрерывного литья сортовых заготовок (МНЛЗ) Молдавского металлургического завода (рис. 1) и, в частности, разработка новой конструкции тянуще-правильного устройства МНЛЗ (теоретическое обоснование, создание и освоение оборудования).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. На Молдавском металлургическом заводе произведена коренная реконструкция существующей машины непрерывного литья заготовок, в результате которой модернизированы основные технологические узлы МНЛЗ:

— ковши промежуточные;

— кристаллизаторы;

— механизмы качания кристаллизаторов (патент на изобретение № 2 264 275);

— камера, направляющие секции и система форсуночных коллекторов зоны вторичного охлаждения;

— затравки и механизмы их уборки;

— уборочные устройства.

2. Реконструированное оборудование 6-ти ручьевой МНЛЗ обеспечивает эксплуатацию со следующими технико-экономическими показателями:

— средняя рабочая скорость литья, м/мин 3,8.4,2.

— время разливки плавки весом 120 т, мин ~ 50.

— коэффициент времени горячего использования МНЛЗ 0,91.

— среднее число плавок в серии, шт. 10. 12.

— выход годных заготовок от жидкой стали 0,98.

— освоено производство заготовок из качественных марок стали кордовая, канатная и др.

— годовая производительность комплекса ДСП-«ковш-печь"-МНЛЗ, т более 1 млн.т.

3. Реконструкция узлов МНЛЗ была направлена на:

— обеспечение технологии высокоскоростного непрерывного литья при возможно большом числе плавок в серии;

— расширение марочного сортамента в сторону качественных марок;

— обеспечение термической стойкости узлов при длительной непрерывной разливке;

— сведение к минимуму непроизводительных потерь времени на выполнение плановых ремонтов, замену сменных узлов и подготовку МНЛЗ к приему серии плавок;

— комплексную автоматизацию управления МНЛЗ.

4. Выполнен анализ взаимодействия валков тянущих устройств с непрерывнолитой заготовкой:

— разработана методика оценки энергосиловых параметров процесса вытягивания;

— рассмотрено влияние тянущих устройств на напряженно-деформированное состояние заготовок и качество их макроструктуры;

— выработаны исходные требования к конструкции тянуще-правильных устройств для высокоскоростных сортовых МНЛЗ.

5. Разработана и освоена оригинальная конструкция полно-приводной валковой тянущей клети. Конструкция защищена патентом на изобретение № 2 247 004.

6. Все конструкторские разработки усовершенствования МНЛЗ выполнялись совместно специалистами Молдавского металлургического завода и ВНИИМЕТМАШа с участием автора. Новое оборудование узлов изготовлено на машиностроительных предприятиях СНГ.

7. Разработанные конструктивные решения отдельных узлов МНЛЗ были использованы в качестве базовых при проектировании и освоении новых и реконструкции существующих МНЛЗ на ряде металлургических предприятий СНГ — «Амурметалл», Енакиевском, Бакинском, Волжском трубном, Нижнесергинском, Лиепайском, Белорусском и др.

Заключение

.

В результате анализа взаимодействия ТПУ с заготовкой при вытягивании на МНЛЗ, разработана новая конструкция полноприводного тянуще-правильного устройства, обеспечившая стабильную работу МНЛЗ при высокоскоростной непрерывной разливке сериями с большим числом плавок.

ТПУ обеспечивает получение заготовок с требуемым качеством геометрии, наружной поверхности и макроструктуры.

Новая конструкция позволила обеспечить стабильное вытягивание заготовки при давлении масла в гидроцилиндрах в пределах 15.20 ати, а по затравке 30.35 ати. Эти величины в 2.4 раза меньше, чем на ТПУ первоначальной конструкции.

Разработанная конструкция ТПУ с системами гидропривода, охлаждения и смазки в течение многолетней эксплуатации на МНЛЗ ММЗ показала высокую безаварийную работу.

Регламентная замена валковых блоков производится для переточки валков не чаще одного раза в год.

Разработанная конструкция ТПУ защищена патентом на изобретение Российской Федерации № 2 247 004 [52]. Конструкция рекомендуется для применения на вновь создаваемых и реконструируемых МНЛЗ.

ГЛАВА V. ТЕХНИКОЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЭКСПЛУАТАЦИИ МОДЕРНИЗИРОВАННОЙ МНЛЗ.

Постоянное совершенствование технологии и организации производства, а также модернизация оборудования обеспечили существенное улучшение технико-экономических показателей эксплуатации МНЛЗ.

Значительно увеличен объем производства непрерывнолитых заготовок (рис. 5.1). Расширен марочный сортамент, включающий в настоящее время высокоуглеродистые и легированные марки стали. Выход годных заготовок достигает 98,7%, рис. 5.2. Улучшено качество макроструктуры, а также геометрии сечения и качество наружной поверхности заготовок.

Сокращены потери и издержки производства — снижен расход огнеупоров, рис. 5.3, увеличена стойкость гильз кристаллизаторов, рис. 5.4. Снижены до минимума потери ручьев, рис. 5.5. Значительно увеличен фонд рабочего времени, рис. 5.6. Коэффициент горячего использования МНЛЗ «металл в кристаллизаторе» достигает 91%. Существенно улучшены основные показатели работы МНЛЗ, такие как среднее время разливки плавки, рис. 5.7, число разливаемых плавок непрерывно в серии, рис. 5.8.

Однако несколько выросли расходы на ремонты, рис. 5.9. Увеличение затрат на ремонтные работы очевидно связано с существенным увеличением времени горячего использования оборудования, затрат на подготовку сменных узлов и обслуживание МНЛЗ, вызванных увеличением производительности.

Достигнутые показатели производства позволили Молдавскому заводу стать базой для обучения персонала развивающихся производств металлургических предприятий СНГ. ММЗ силами своих специалистов оказывает металлургическим заводам услуги по разработке инжениринговых решений модернизации и развития сталеплавильного производства. На ММЗ организовано обучение персонала по всем специальностям новых производств.

Для разработки и поставки оборудования MHJ13 был организован консорциум в составе НКМЗ-ММЗ-ВНИИМЕТМАШ. Основой для разрабатываемых консорциумом MHJI3 служит опыт, накопленный ММЗ при освоении и модернизации 6-ти ручьевой МНЛЗ. Разработанные решения были использованы при создании и освоении МНЛЗ Енакиевского метзавода, а также при модернизации МНЛЗ на заводах Амурметалл, Бакустил, Сулинском, Волжском, Нижнее-Сергинском, Волгоградском «Красный Октябрь» и др. х х О Iсо.

§ 600 000 н о Ч.

§ 400 000 о.

О а.

1998 год.

1999 год.

2004 год.

Рис. 5.1 Годовой объём производства НЛЗ на СЗАО «ММЗ» 5.

Ж Ш О л «о X к 2 со.

100 98 96 94 92 90 88 86 84 82 80.

97,7.

98,4.

98,7.

1998 год.

1999 год.

2004 год Выход годной заготовки к жидкой стали I ¦ Выход годной заготовки к металлошихте'.

Рис. 5.2 Выход годной заготовки на СЗАО «ММЗ».

Рис. 5.3 Расход огнеупоров промковшей к О, а га сс рГ Л с 2.

250 ;

200 л 150 и § 5 О 6.

326,8.

264,3.

1998 год.

1999 год.

2004 год.

Рис, 5.4 Средняя стойкость гильз кристаллизаторов на МНЛЗ на СЗАО «ММЗ» ш и Л Г о. х, а 0) ь о с.

1,8 1,6 1.4 1,2 1.

0,8 0,6.

0,4 -Ь 0,2 0.

1,6.

0,8.

1998 год.

0,9.

0,5.

0,41.

0,18.

1999 ГОД.

2004 год Потери ручьёв от подготовленных общие? Потери ручьёв из-за прорывов.

Рис. 5.5 Потери ручьёв нгМНЛЗ СЗАО «ММЗ» ж о н >. о X ф г ф, а ш.

340 330 320 310 300.

280 290 а> т о ю сд.

О- 270 ч о 260 е.

328,51.

287,54.

276,76.

1998 год.

1999 год.

2004 год.

Рис. 5.6 Фонд рабочего времени по годам на СЗАО «ММЗ».

1998 год.

1999 год.

2004 год.

Рис. 5.7 Среднее время разливки плавки на МНЛЗ СЗАО «ММЗ» 8 12 го С ю.

К О К с «а, а и о.

X >5 а г о к к X.

Ч ф о. о 0.

6,5.

5,1.

— 1 — г.

1998 год.

1999 год.

2004 год.

Рис. 5.8 Средняя серийность разливки на МНЛЗ СЗАО «ММЗ».

70 000 ь 60 000 о ю.

О. 50 000 д>

Е 40 000 х о.

§ 30 000 о. 20 000 ь, а 10 000 га со 0.

Я73Я9 42 172.

1998 год I 1999 год 2004 год.

Рис. 5.9 Затраты на ремонтные работы.

Ill.