Параметры непрерывной разливки стали

Основными параметрами непрерывной разливки стали являются температура металла в промежуточном ковше, продолжительность затвердевания заготовки, скорость вытягивания слитка, продолжительность разливки плавки и производительность МНЛЗ и др.

Температура разливаемого металла оказывает существенное влияние на технологию непрерывной разливки и качество получаемой заготовки, поэтому необходимо вести разливку при оптимальном перегреве стали над температурой ликвидус. В зависимости от условий разливки величина оптимального перегрева изменяется от 15-25 °С при разливке плавки закрытой струей в течение до одного часа, до 30-40 °С при разливке плавки открытой струей в течение более одного часа. Температура металла в сталеразливочном ковше должна быть минимальной, но обеспечивать заданный температурный уровень металла в промковше на протяжении разливки всей плавки с учетом теплопотерь. Оптимальный перегрев металла в сталеразливочном ковше над температурой в промковше составляет 40-50 °С, поэтому, обычно, температура металла в сталеразливочном ковше на 70-80 °С превышает температуру ликвидус стали.

Продолжительность затвердевания заготовки определяется ее сечением (толщиной а и шириной b.) и условиями кристаллизации. С достаточной точностью продолжительность затвердевания заготовки можно определить по формуле

                               (4.5)

где а – толщина заготовки, мм;

τ_з – продолжительность затвердевания, мин;

К_ф – коэффициент формы поперечного сечения заготовки;

k – коэффициент затвердева­ния, мм/мин^1/2.

Значение коэффициента формы К_ф принимается равным единице при b/а ≥ 2, а при условии b/а < 2, рассчитывается по формуле:

К_ф = 0,5 + 0,25 ∙ b/a.                             (4.6)

Рабочая скорость вытягивания заготовки определяется индивидуально для каждой МНЛЗ, сечения заготовки и марки разливаемой стали таким образом. чтобы обеспечивалось сочетание высокого качества заготовки с достаточно высокой производительностью МНЛЗ. При оптимальных температурных условиях разливки, рабочая скорость вытягивания определяется по уравнению:

                                            (4.7)

где W_р – рабочая скорость вытягивания заготовки, м/мин;

k_ν – коэффициент скорости вытягивания, м²/мин;

а, b – толщина и ширина заготовки,

Значение коэффициента скорости вытягивания k_ν для слябовых заготовок с отношением b/a > 2, принимается из диапазона 0,18-0,3 м²/мин. Значение коэффициента скорости вытягивания k_ν для блюмовых заготовок (с отношением b/a < 2 и толщиной более 200 мм) принимается из диапазона 0,1-0,14 м²/мин, а для сортовых заготовок (толщиной менее 200 мм) – из диапазона 0,2 – 0,3 м²/мин. При выборе k_ν следует учитывать, что с увеличением степени легирования стали коэффициент скорости вытягивания необходимо уменьшать.

Длительность разливки плавки зависит от конструкции МНЛЗ (количества ручьев), принятой скорости разливки, массы разливаемого металла и площади поперечного сечения получаемой литой заготовки. Без учета синхронизации работы отделения выплавки и разливки стали длительность разливки плавки (машинное время разливки) можно определить по уравнению

                                     (4.8)

где τ_м – машинное время разливки (время собственно разливки без учёта ввода затравки, от начала заполнения кристаллизатора до окончания опорожнения ковша), мин;

М – масса стали в сталеразливочном ковше, т;

N – количество ручьев;

ρ_ст – плотность затвердевшей стали в конце зоны вторичного охлаждения, т/м³ (принимается равной 7,6 т/м³);

F – площадь поперечного сечения получаемой литой заготовки, м²;

W_р – рабочая скорость вытягивания заготовки, м/мин.

Полученное по уравнению (4.8) машинное время разливки не должно превышать допустимых значений, представленных в таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Максимально допустимая продолжительность разливки

При длительности разливки, превышающей допустимые значения, происходит переохлаждение металла в ковше, резко снижается качество литой заготовки, а также возможны аварийные ситуации и даже выход из строя МНЛЗ. Уменьшение продолжительности разливки плавки в этом случае обеспечивается повышением скорости разливки, увеличением количества ручьев или сечения заготовки. Количество ручьев (одновременно отливаемых заготовок) на существующих МНЛЗ колеблется от 1 до 8: 1, 2 или 4 для слябовых МНЛЗ и 2, 4, 6, 8 – для сортовых МНЛЗ.

Годовая производительность МНЛЗ рассчитывается по уравнению:

  (4.9)

где П_МНЛЗ – годовая производительность УНРС, т/год;

1440 - количество минут в сутках;

Z – доля плавок, разливаемых сериями методом «плавка на плавку», %;

τ_пс – длительность паузы между сериями, мин;

S – среднее количество плавок в одной серии, шт;

τ_п – длительность паузы между разливкой двух одиночных плавок, мин;

1,15 – коэффициент, учитывающий потерю времени из-за несогласованной работы плавильных агрегатов и УНРС;

g_г – выход годных заготовок, %;

D – число рабочих суток в году, сут.

Доля плавок, разливаемых сериями методом «плавка на плавку» (Z), в современных сталеплавильных цехах достигает 90 % и более, а количество плавок в одной серии (S) может изменяться от 5-10 до 10 и более.

 Выход годных заготовок при непрерывной разливке обычно превышает 95 %. Фактическое время разливки (D) по действующим нормативам составляет 291 сут. для слябовых МНЛЗ и 300 сут. для сортовых. Длительность паузы при работе МНЛЗ методом «плавка на плавку» (τ_пс) для слябовых машин составляет 150-180 мин, а для сортовых 80-110 мин. Время подготовки машин к разливке (τ_пс) определяется её конструктивными особенностями. Рекомендуется принимать следующие значения:

- слябовые машины (одно- и двухручьевые) – 160 мин;

- сортовые машины: - четырехручьевые – 95 мин;

 - шестиручьевые – 105 мин.

Подготовка машины после разливки одиночными плавками (τ_п) не должна превышать 60 мин., поэтому при разливке одиночных плавок длительность паузы как для слябовых, так и для сортовых МНЛЗ составляет 50-60 мин.

Методика выполнения работы

Работа проводится в компьютерном классе с использованием компьютерно-тренинговой системы «Непрерывная разливка стали», предназначенной для обучения студентов НИТУ «МИСиС» навыкам управления процессом непрерывной разливки стали на МНЛЗ криволинейного типа.

Тренажер состоит из трех функциональных модулей по непрерывной разливке стали:

- модуль «Учебник» содержит информацию о конструкции основных механизмов МНЛЗ, технологии непрерывной разливки и качестве непрерывнолитых заготовок, а также процессах, протекающих при непрерывном литье стали;

- модуль «Конструкция» предназначен для изучения основных конструктивных элементов современной МНЛЗ;

- модуль «Тренажер разливщика стали» предназначен для изучения технологии разливки стали на криволинейных слябовых МНЛЗ в различных режимах (в штатном режиме и нештатных производственных ситуациях).

После запуска тренажера «Непрерывная разливка стали» появляется диалоговое окно (рис. 4.2) с функциональными клавишами, позволяющими выбрать один из трех модулей программы: Тренажер разливки, Конструкция, Учебник. На лабораторном занятии необходимо ознакомиться с содержанием каждого модуля и выполнить необходимые задания в соответствии с нижеприведенными методическими указаниями.

3.1 Порядок работы в модуле «Учебник»

В начале занятия студенты изучают теорию непрерывной разливки стали по материалам, представленным в окне подсистемы "Учебник" обучающей среды. Теоретический материал обучающей среды содержит информацию о конструкции основных механизмов МНЛЗ, технологии непрерывной разливки и качестве непрерывнолитых заготовок, а также процессах, протекающих при непрерывном литье стали.

3.2 Порядок работы в модуле «Конструкция»

Завершив изучение теоретического материала (на первом уроке лабораторного занятия) студенты приступают к изучению конструкции основных узлов МНЛЗ в модуле "Конструкция". После запуска модуля "Конструкция", появляется окно программы (рисунок 4.2), разделенное на три поля: управление, просмотр и список.

Рисунок 4.2 – Модуль «Конструкция»

Поле управления, на котором находятся кнопки управления, располагается в верхней части окна программы. Кнопка "Обучение/Контроль" переключает режим работы программы. В режиме просмотра обучающийся может свободно просматривать узлы оборудования, а также их увеличенные представления.

Работа с подсистемой происходит посредством списка узлов оборудования, размещенного в правой части экрана и окна обзора. В окне обзора можно одиночными кликами выбирать узлы оборудования, названия которых выделяются в списке. Кликая на название в списке пользователь выбирает узел в окне обзора, где он подсвечивается красным цветом. Если доступно подробное представление - перейти в него можно двойным щелчком как в списке, так и в окне обзора.

Изучение конструкции узлов МНЛЗ проводится по этапам:

1) На первом этапе необходимо изучить конструкцию узлов МНЛЗ в режиме "Обучение". В режиме обучения необходимо выполнять задания подсистемы, которые отображаются в нижней части экрана. В этом режиме доступна функция помощи, которая выделяет на чертеже нужный узел.

2) На втором этапе необходимо проверить усвоение материала по конструкции МНЛЗ в режиме "Контроль". В режиме контроля функция помощи недоступна, ведется учет ошибок. Правильно выбранные узлы подсвечиваются зеленым. Неправильно выбранные – красным. Контроль производится по всем узлам оборудования и их увеличенным представлениям.

Изучение конструкции узлов МНЛЗ можно считать завершенным, если в ходе работы с подсистемой в режиме "Контроль" не было выявлено ошибок. Результат по суммарному количеству ошибок выводится при выходе из подсистемы "Конструкция". Усвоение материала модуля «Конструкция» проверяется преподавателем, после чего студенты получают разрешение на выполнение третьей части работы, которая выполняется в модуле «Тренажер разливки».

3.3 Порядок работы в модуле «Тренажер разливки»

Модуль «Тренажер разливки» представляет собой тренинг по технологии разливки стали на криволинейных слябовых МНЛЗ. Работа с модулем проводится в дав этапа: обучение и контроль.

В режиме "Обучение" предусмотрено изучение штатных и нештатных сценариев. Штатный режим представляет собой тренинг по технологии разливки стали и непрерывной разливке серии плавок: замена погружного стакана, замена промковша по стойкости, подготовка, выдача концов, разливка, пуск. В сценарии «Разливка» дополнительно реализована математическая модель для прогнозирования дефектов непрерывнолитой заготовки в зависимости от управляющих действий обучаемого.

Нештатный режим представляет тренинг по ликвидации различных нештатных ситуаций связанных с неисправностями, возникающими на участке стальковш-промковш-кристаллизатор: перелив кристаллизатора с подвисанием, прогар промковша, не кроет стопор, резкое прекращение подачи метала в кристаллизатор, попадание шлака из промковша в кристаллизатор, прогар стальковша.

Для работы с модулем «Тренажер разливки» в режиме «Обучение» необходимо в окне программы (рисунок 4.3) выбрать параметры разливки (тип и вид сценария, группу и марку стали, а также сечение НЛЗ) и нажать кнопку «Начать».

В режиме «Обучение» студенту необходимо выполнить указанные преподавателем сценарии разливки при заданных параметрах разливки (группа и марка стали, сечение заготовки) руководствуясь подсказками обучающей системы, в которой все операции разливки (см. рисунок 4.4) сгруппированы по ручным операциям и сообщениям (реализованы в меню) и по автоматизированным операциям (реализовано в пультах).

Рисунок 4.3 – Выбор параметров работы в модуле «Тренажер разливки»

Рисунок 4.4 – Внешний вид рабочего окна в режиме тренинга

Содержание сценариев, которые необходимо освоить в процессе выполнения лабораторной работы, и параметры разливки указывает преподаватель после успешного усвоения студентом материала модуля «Конструкция» (см. п. 3.2)

По результатам тренинга по каждому выбранному сценарию формируется отчет (см. рисунок 4.5) в котором указывается последовательность правильных и неправильных действий и суммарное количество ошибок по сценарию.

Рисунок 4.5 - Пример отчета о прохождении сценария «Замена погружного стакана»

Результат работы с модулем «Тренажер разливки" в режиме «Обучение» считается положительным при достижении нулевого количества ошибок по каждому пройденному сценарию.

Закончив обучение необходимо пройти тестирование в подсистеме "Тренажер разливки" в режиме "Контроль"», в котором подсказки выводятся только при неправильном действии со стороны обучаемого. Выйти из режима "Контроль" можно лишь пройдя до конца все назначенные задания. Параметры разливки в режиме контроля указываются преподавателем на занятии.

По завершению контрольного тестирования программа выдает результат с указанием правильных и неправильных действий и суммарное количество ошибок.

Добившись безошибочного прохождения заданного сценария в режиме «Контроль» необходимо отчитаться о выполненной работе преподавателю и приступить к оформлению отчета по лабораторной работе.