Нахождение оптимальных условий для протекания производственных процессов, экономии сырья и материалов

?

?

-

-

-

-

-

?

-

Смазка в кристаллизаторе

?

-

-

-

-

-

?

-

-

Состояние поддерживающей системы

?

?

?

?

?

-

-

-

?

Состояние тянуще- правильного механизма

-

-

?

-

-

-

-

-

?

2. Создание математической модели кристаллизации слитка и образования дефектов

2.1 Математическая модель кристаллизатора

Разливка стали и ее затвердевание являются завершающими этапами металлургического производства и в значительной степени определяют качество готовой продукции. В последние десятилетия произошло значительное изменение в технологии разливки стали - переход от традиционной разливки в слитки к непрерывной разливке стали.

Непрерывное литье - один из наиболее прогрессивных технологических процессов в черной металлургии. К его преимуществам по сравнению с разливкой в изложницы относятся:

однородность кристаллического строения и технологических свойств литой стали вдоль оси слитка;

повышение качества непрерывно литой стали за счет интенсивного охлаждения поверхности слитка с применением водяных форсунок;

возможность механизации и автоматизации процесса и существенное улучшение условий труда на разливочной площадке;

возможность совмещения непрерывного литья и прокатки в единой технологической линии;

исключение целого ряда стадий традиционного металлургического производства - разливка металла в изложницы, затвердевание слитков, их стриппирование, нагрев в специальных устройствах - колодцах, предварительное обжатие на обжимных станах. В этом случае имеет место еще и существенное снижение капитальных затрат и экономия трудовых и материальных ресурсов.

Необходимость детального рассмотрения тепловых явлений процесса формирования слитка вызвана тем, что кристаллизация стали есть агрегатное превращение, протекающее при сравнительно высоких температурах (1480-1500 оС) и значительных перепадах температуры как в самом затвердевающем слитке, так и в элементах машины, соприкасающихся с ним. Опыт показывает, что задание неверного режима охлаждения или отсутствие согласования между скоростью вытягивания слитка и скоростью его кристаллизации приводит либо к аварийным ситуациям (прорыву жидкой стали через твердую оболочку), либо к образованию в слитке недопустимо большого количества дефектов. Особое значение приобретает теплофизическое обоснование рациональных режимов непрерывного литья слитков крупного сечения, когда протяженность их незатвердевшей части (жидкой фазы) достигает десятков метров, а температура поверхности слитка в зоне вторичного охлаждения, как правило, не опускается ниже 900-1000 оС.

Следует отметить, что непосредственный, по ходу плавки, контроль контура фронта кристаллизации, в частности, полной глубины жидкой металлической фазы, пока не представляется возможным. В этой ситуации возрастает роль теоретических методов прогнозирования режимов затвердевания слитков в различных зонах машины непрерывного литья.

Назначение и устройство кристаллизатора

Кристаллизатор - важнейший элемент МНЛЗ - выполняет две функции: во-первых, определяет форму поперечного сечения слитка; во-вторых, служит для формирования твердой корки (оболочки) слитка, способной выдержать ферростатическое давление в зоне вторичного охлаждения, где в основном происходит затвердевание слитка.

От конструктивных и теплофизических характеристик кристаллизатора во многом зависят производительность машины в целом и качество слитка. Поэтому помимо выполнения основных функций конструкция кристаллизатора должна обеспечивать высокую его стойкость, возможность регулирования размеров сечения профиля отливаемой заготовки, а в случае необходимости - его быструю замену.

К основным конструктивным параметрам кристаллизатора относятся внутренние размеры по сечению, определяющие профиль слитка, высота, толщина и материал рабочих стен, их конусность, система охлаждения и система регулирования размеров.

В настоящее время кристаллизатор представляет собой сквозную водоохлаждаемую изложницу с медными полыми стенками. Для повышения жесткости и прочности такая изложница устанавливается в литом или сварном корпусе. Однако, несмотря на общие принципы устройства и работы, существует большое количество самых разнообразных конструкций кристаллизаторов.

В настоящее время все конструкции кристаллизаторов по способу изготовления и области применения можно объединить в три большие группы: блочные, гильзовые и сборные. Все они в зависимости от формы технологической оси МНЛЗ могут быть прямолинейными и радиальными.

Блочные кристаллизаторы изготавливаются из цельнокованных или литых медных блоков с толщиной стенок 150-175 мм. В стенках просверлены отверстия, по которым проходит вода для охлаждения. Число отверстий, их диаметр и расстояние между ними определяются условиями теплоотвода. Обычно диаметр отверстий составляет 20-22 мм с шагом 40-60 мм. Готовый медный блок крепится для повышения прочности в стальном корпусе (рисунок 28).

1 - медный блок; 2 - каналы для охлаждающей воды

Рисунок 28 - Схема блочного кристаллизатора

Кристаллизаторы такого типа характеризуются сравнительной долговечностью, отсутствие стыков между стенками обеспечивает достаточно высокую надежность их в работе. В то же время они дороги в изготовлении и в процессе эксплуатации.

Гильзовые кристаллизаторы изготавливаются из цельнотянутых медных труб с толщиной 5-20 мм. Из трубной заготовки различными методами обработки металла давлением получают деталь с заданным профилем поперечного сечения, называемую гильзой, которая и является внутренней рабочей стенкой кристаллизатора. Гильза вставляется в стальной корпус и крепится в верхней и нижней части с помощью фланца (рисунок 29). Вода двигается между корпусом и гильзой по зазору шириной 4-7 мм, обеспечивая равномерный и интенсивный отвод теплоты[11,13,14,16].

1 - медная гильза; 2 - стальной корпус

Рисунок 29 - Схема гильзового кристаллизатора

Гильзовые кристаллизаторы получили широкое распространение на МНЛЗ, отливающих сравнительно небольшие по сечению сортовые заготовки преимущественно квадратного сечения с максимальным размером сторон 200-250 мм. Применяются они при отливке круглых, полых и других профилей. Большим достоинством таких кристаллизаторов являются:

возможность достижения высоких скоростей разливки вследствие большой интенсивности теплоотдачи через тонкие стенки гильзы;

отсутствие стыков в рабочей поверхности стенки, которые часто являются причиной зависания слитка;

небольшой расход меди и легкая сменяемость изношенных гильз, а также простота конструкции и сравнительно невысокая стоимость.

Однако гильзовые кристаллизаторы непригодны из-за недостаточной жесткости медных тонкостенных гильз для разливки прямоугольных и крупных квадратных сечений, а также практически не восстанавливаются при ремонтах.

Сборные кристаллизаторы изготавливаются из четырех отдельных медных плит, каждая из которых для большей жесткости крепится шпильками на отдельной стальной плите.

В зависимости от толщины плит кристаллизаторы делятся на тонко- (15-25 мм) и толстостенные (50-100 мм). Собранные все вместе и стянутые по боковым граням болтами они образуют изложницу с медной рабочей поверхностью, расположенную в стальном корпусе.

Такие кристаллизаторы широко применяются для отливки прямоугольных листовых заготовок - слябов и крупных блюмов, так как высокая жесткость стен позволяет выдерживать без деформации очень большое ферростатическое давление.

Сборная конструкция по мере износа поверхности медных плит обеспечивает возможность неоднократных ее ремонтов путем прострачивания и шлифовки рабочей поверхности плит с последующим их использованием, что дает большую экономию меди.

Характерной особенностью сборного кристаллизатора является возможность изменения ширины отливаемой заготовки. Это достигается перемещением узких стен, вставленных между широкими, с помощью различных механических или электромеханических приводов (рисунок 30). Такая конструкция кристаллизатора позволяет, оперативно меняя конусность, снизить износ медных стенок и улучшить качество слитка. Кроме того, снижается парк кристаллизаторов и увеличивается производительность за счет снижения простоев машин. В настоящее время получают распространение конструкции кристаллизаторов, позволяющие изменять ширину отливаемой заготовки без прерывания процесса разливки.

Длина сборных кристаллизаторов колеблется в широких пределах от 650 до 1200 мм. За рубежом при скоростях разливки до 1 м/мин получили наиболее широкое распространение короткие кристаллизаторы, длина которых 650-850 мм. При увеличении скорости разливки до 1,2-1,8 м/мин рекомендуется применять кристаллизаторы длиной более 900 мм.

1 - широкая стенка большого радиуса машины; 2 - узкая стенка; 3 - стяжки; 4 - боковина; 5 - электромеханический механизм для перемещения узких стен и изменения их конусности; 6 - подвижная широкая стенка малого радиуса; 7 - коллекторы для подвода и отвода воды; 8 - рама механизма качания

Рисунок 30 - Слябовый сборный кристаллизатор

Равномерность и интенсивность охлаждения зависят не только от формы и расположения каналов, но и от системы циркуляции воды. В настоящее время в сборных кристаллизаторах применяют петлевую и прямоточную системы. При петлевой системе движения воды все вертикальные каналы по периметру кристаллизатора объединены с помощью коллекторов в три секции - две крайние и одну среднюю. В крайние секции входят каналы узких стен и края широких. Вода подается сверху вниз через крайние секции, затем проходит снизу вверх среднюю секцию и поступает на слив (рисунок 31а). В этой системе вода дважды проходит по каналам и может нагреваться до критических значений температур, при которых начинается выпадение осадков на стенках каналов, что обычно происходит с неочищенной водой при 35-40 оС. В то же время, учитывая что расход воды при отливке слитков крупных сечений достигает 300-400 м3/час, большим достоинством петлевого охлаждения является экономия расхода воды.

При прямоточной системе вода поступает к нижним торцам медных стенок, проходит по каналам снизу вверх и идет на слив (рисунок 31б). В результате вода нагревается значительно меньше, достигается более эффективное охлаждение, что позволяет иметь более высокие скорости разливки. Недостатком такой системы охлаждения является высокий расход воды.

Рисунок 31 - Петлевидная (а) и прямоточная (б) схемы охлаждения кристаллизаторов

Тепловая работа кристаллизатора

Тепло от кристаллизующегося слитка отводится в двух основных зонах - в зоне первичного охлаждения - кристаллизаторе и в зоне вторичного охлаждения (ЗВО). Часть тепла отводится самопроизвольно в третьей зоне - при охлаждении на воздухе.

Анализ тепловой работы МНЛЗ можно провести с помощью составления теплового баланса, который в общем виде можно записать так:

, (1)

где - начальное количество тепла, вносимое жидким металлом в кристаллизатор из промковша;

- тепло, отведенное в кристаллизаторе с охлаждающей водой (зона первичного охлаждения);

- тепло, отведенное охлаждающей водой и паром в ЗВО;

- тепло, отводимое при охлаждении на воздухе (в пределах машины);

- тепло слитка, уходящего из машины.

Величиной - потерями на нагрев оборудования МНЛЗ пренебрегаем.

Удельное количество тепла, поступающего в машину с жидким металлом (энтальпия), рассчитывается по уравнению:

, (2)

где - скрытая теплота кристаллизации, равная 270 кДж/кг;

и - теплоемкости твердой и жидкой фазы, соответственно 0,75 и 0,90 кДж/кгС;

- температура начала затвердевания, °С;

- конечная температура стали, °С;

- перегрев стали сверх температуры ликвидус, °С.

Приняв величину перегрева металла =20°С, удельное количество тепла, вносимое с жидким металлом в кристаллизатор, составит около 1300 кДж/кг.

Полное количество тепла, поступающего в МНЛЗ в единицу времени (полный тепловой поток) составит:

, (3)

где - производительность МНЛЗ, кг/с.

Из этого баланса следует, что общее количество тепла, отводимого в МНЛЗ, составит около 55-60% и уходит за машину около 40-45% тепла. Из всего количества тепла, отнимаемого от металла в пределах МНЛЗ, в кристаллизаторе отводится 20-25% тепла, в ЗВО-50% тепла и в зоне воздушного охлаждения - 25-30% тепла. Таким образом, около 70-75% тепла отводится принудительно в кристаллизаторе и в ЗВО.Данные представлены в таблице 7. Рассмотрим процессы теплоотвода в этих зонах более подробно.

Кристаллизатор является важнейшим технологическим узлом МНЛЗ, так как в нем происходит формирование корочки непрерывного слитка. Основная задача - отвод такого количества тепла, которое обеспечит условие непрерывного формирования твердой оболочки (корочки) достаточной толщины и прочности, способной противостоять действиям сил трения и ферростатического давления, а так же изгибающего момента на выходе из кристаллизатора.

Таблица 7 - Тепловой баланс МНЛЗ

Зоны МНЛЗ	Удельное количество тепла, кДж/кг	Относительное количество тепла, %
Кристаллизатор Зона вторичного охлаждения Воздушное охлаждение (до резки)	210 320 190	16 25 15
Итого: в машине уходит с заготовкой за машину	720 580	56 44
Всего:	1300	100

Кристаллизатор как охладитель условно можно разделить на две части - верхнюю, где наличие плотного контакта между корочкой слитка и стенкой кристаллизатора, обеспечивает достаточно эффективный теплообмен, и нижнюю - эффективность теплоотвода в которой резко падает из-за образования воздушного зазора между кристаллизующейся корочкой и стенкой кристаллизатора.

При поступлении жидкого металла в кристаллизатор величину перегрева рекомендуется поддерживать на уровне 30°С, таким образом температура низкоуглеродистого металла на входе в кристаллизатор составляет 1530-1550°С. В верхней части кристаллизатора, где обеспечивается плотный контакт кристаллизующейся корочки и стенок кристаллизатора, температура поверхности корочки падает до 600-900°С, позже образуется воздушный зазор и температура корочки на выходе из кристаллизатора повышается до 1100-1200°С. Средняя температура корочки слитка в кристаллизаторе составляет 1300-1350°С.

В кристаллизаторе происходит процесс передачи тепла от жидкого металла к охлаждающей воде, циркулирующей в охлаждающих каналах стенки кристаллизатора.

Теплота расплавленной стали отводится из кристаллизатора, при этом она должна пройти от жидкого металла к поверхности корочки, сквозь образовавшуюся корочку оттуда передаться на кристаллизатор, затем пройти через стенки последнего и наконец закончить свой путь в холодной воде - воде первичного охлаждения.

Интенсивность теплопередачи в кристаллизаторе характеризуется величиной средней плотности теплового потока - и записывается так:

,

где - удельная интенсивность теплопередачи (Вт/м2);

- усредненный коэффициент теплопередачи (Вт/м2 К);

и - температуры жидкого металла и охлаждающей воды соответственно, °С.

Величина полного теплового потока равна:

, (4)

где - поверхность теплообмена, м2.

Сложный процесс теплопередачи в кристаллизаторе можно записать с помощью ряда уравнений, отражающих различные стадии этого процесса:

- от жидкого металла к поверхности корочки;

- через образовавшуюся твердую корочку;

- от поверхности слитка к стенке кристаллизатора;

- через медную стенку кристаллизатора;

- от стенки кристаллизатора к охлаждающей воде;

где - коэффициент теплоотдачи от жидкого металла к твердой

корочке (Вт/м2К);

- температура солидуса для заданной марки стали, °С;

- температура жидкой стали, °С;

- коэффициент теплопроводности металла, (Вт/мК);

- толщина закристаллизовавшейся корочки металла, м;

- температура поверхности слитка, °С;

- температура наружной стенки кристаллизатора, °С;

- термическое сопротивление области контакта поверхности слитка с рабочей стенкой кристаллизатора, (Вт/мК);

- коэффициент теплопроводности стенки кристаллизатора, (Вт/мК);

- толщина стенки кристаллизатора, м;

- коэффициент теплоотдачи от воды к стенке кристаллизатора, (Вт/м2К);

- температура охлаждающей воды, °С.

Необходимо помнить, что 1 Вт = 1 Дж/с.

Общее уравнение коэффициента теплообмена для приведенной выше схемы можно записать:

(5)

Экспериментальные данные соотношения термических сопротивлений на отдельных участках приведены ниже, %:

Газовый зазор 71/(60-65)

Корка слитка 26/(23-31)

Медная стенка кристаллизатора 1/-

От стенки кристаллизатора к воде 2/(4-6)

Итого 100/100

Расчет толщины твердой оболочки на выходе из кристаллизатора

Одной из основных задач, рассматриваемых при исследовании теплообмена в зоне кристаллизатора является определение - толщины твердой корочки на выходе из кристаллизатора, которая должна выдерживать без разрушения воздействие растягивающих напряжений, возникающих из-за действия сил трения, ферростатического давления и изгибающего момента из-за асимметричности приложения действующих сил.

Для упрощенных инженерных расчетов обычно применяют уравнение:

, (6)

где - расстояние от мениска металла в кристаллизаторе до сечения на выходе из кристаллизатора, м;

- скорость вытягивания заготовки, м/мин;

= 2,3…3,2 см/мин0,5.

Задаем (высоту кристаллизатора) равной 120 см, - скорость разливки равной 0,8 м/мин, тогда

.

Более точно и физически более обосновано толщина корочки на выходе из кристаллизатора может быть определена по количеству отводимого тепла в кристаллизаторе:

, (7)

где - тепловой поток в кристаллизаторе (задаемся по экспериментальным данным);

- плотность стали, равная 7000 кг/м3;

- периметр сечения заготовки, м;

- удельная скрытая теплота затвердевания и охлаждения до ;

- скорость разливки, м/с.

Суммарная теплота затвердевания:

, (8)

где = 270 кДж/кг - скрытая теплота плавления;

= 0,75 кДж/кг°С - удельная теплоемкость твердой стали;

- средняя температура поверхности заготовки на выходе из кристаллизатора, °С (задаемся 1100 °С);

2.2 Математическая модель дефектов

Существует достаточно большое множество различных дефектов в практике непрерывного литья .

На примере нескольких дефектов (а именно - трещина поперечная, пояс и неметаллические включения на поверхности) была реализована модель, которая выявляет образование дефекта, и вследствие чего рекомендует принять меры по его ликвидации.

Высокое содержание фосфора, серы, меди, олова, сурьмы, мышьяка в стали вызывают ослабляющий эффект на прочность корки непрерывнолитого слитка. При содержании углерода в стали более 0,2 % присутствие хрома, ванадия, ниобия увеличивает склонность к появлению поперечных трещин на поверхности слитка. Если только их содержание не является крайне высоким, данные элементы в одиночку, обычно, не приводят к образованию трещин. Однако, в комбинации с другими отрицательными факторами, они могут вызвать поперечное растрескивание НЛЗ. Низкое отношение Mn/S в стали ведет к повышению хрупкости слитка в горячем состоянии и образованию трещин[9,15,16].

Алгебраическая часть модели имеет следующую структуру:

Y = a0+ a1*x1+ a2*x2+ a3*x3+ a4*x4+ a5*x5+ a6*x6+ a7*x1*x2+ a8*x1*x3+ a9*x1*x4+a10*x1*x5+a11*x1*x6+a12*x2*x3+a13*x2*x4+a14*x2*x5+a15*x2*x6+a16*x3*x4+a17*x3*x5+a18*x3*x6+а19*x4*x5+а20*x4*x6+а21*x5*x6+а22*x1*x2*x3+а23*x1*x2*x4+а24*x1*x2*x5+а25*x1*x2*x6+а26*x1*x3*x4+а27*x1*x3*x5+а28*x1*x3*x6+а29*x1*x4*x5+а30*x1*x4*x6+а31*x1*x5*x6+а32*x2*x3*x4+а33*x2*x3*x5+a34*x2*x3*x6+a35*x2*x4*x5+a36*x2*x4*x6+a37*x2*x5*x6+a38*x3*x4*x5+a39*x3*x4*x6+a40*x3*x5*x6+a41*x4*x5*x6. (9)

В уравнении (9):

x1, x2, x3, x4, x5 х6 - входные параметры, где

x1 - [S+Cu+Sn+Sb+P+As];

x2 - [C];

x3 - [Cr+V+Nb];

x4 - [Mn/S];

x5 - V, скорость вытягивания слитка;

x6 -. Tстн, температура металла на входе в кристаллизатор.

a0, a1, a2,…, a41 - коэффициенты модели.

Настройка коэффициентов модели осуществлялась поисковым методом, а именно - методом подстраиваемой модели.

Возможности Microsoft Excel позволяют реализовать поисковый метод настройки коэффициентов модели. На рисунке 32 приведена схема подстраиваемой модели, использующая оптимизатор «Поиск решения» встроенный в MS Excel. Суть метода заключается в следующем. Сумма квадратов разностей по всем опытам между фактическим значением выходного параметра и модельным значением при одинаковых входных параметрах минимизируется с помощью оптимизатора «Поиск решения» путем настройки коэффициентов модели a0, a1, a2,…, a41.



Рисунок 32 - Схема метода подстраиваемой модели

Таким образом, получаем расчетные значения этих коэффициентов:

а0=0,9993, а1=0,9996, a2=0,9992, a3=0,9997, a4=0,9996, a5=0,9994, a6=-0,1802, a7=0,9996, a8=0,9999, a9=0,9993, a10=0,9998, a11=0,4263, a12=0,9998, a13=0,9996, a14=0,9994, a15=-0,2664, a16=0,9992, a17=0,9998, a18=0,5652, a19=0,9994, a20=0,1193, a21=0,0408, a22=1, a23=0,9991, a24=0,9997, a25=0,2867, a26=1, a27=0,9034, a28=0,9995, a29=-0,1566, a30=0,6089, a31=0,9996, a32=0,9999, a33=0,7506, a34=0,9995, a35=0,0185, a36=0,0762, a37=0,9995, a38=-0,2700, a39=0,7209, a40=-0,1455, a41=1.

Далее находим значение У. Если выполняется условие, что У > 0, то система сообщает, что технологические параметры соблюдены, в противном случае информирует нас о том, что возможен риск возникновения дефекта, следует обратить внимание на технологию.

Дефекты непрерывной разливки изучены и описаны достаточно хорошо, факторы влияющие на появление того или иного дефекта известны[2, 4, 9, 10, 11, 15, 18]. Поэтому, используя данный подход можно построить математические модели, описывающие и другие виды дефектов.

2.3 Проверка адекватности модели

Для проверки модели образования дефектов используем данные о браке и паспорта плавок взятые в ОАО «ЕВРАЗ-ЗСМК» и сравним их с полученными данными, для этого составим таблицу 8.

Таблица 8- настройка модели

№	х1	х2	х3	х4	х5	х6	Y	Yфакт	E	y мод
1	0,197	0,63	0,05	8	0,55	1530	58,1481	0	3381,21	0
2	0,2	0,72	0,03	2	0,55	1540	-65,684	1	4446,69	1
3	0,4	1,34	0,04	2	0,6	1570	141,769	0	20098,43	0
4	0,197	0,76	0,02	1	0,55	1530	-122,16	1	15169,43	1
5	0,2	1,32	0,03	8	0,6	1510	22,4896	0	505,78	0
6	0,179	0,5	0,16	1	0,65	1592	205,301	0	42148,57	0
7	0,25	1,2	0,05	1,3	0,55	1570	-44,677	1	2086,37	1
8	0,21	0,74	0,04	7,3	0,6	1530	-7,9844	1	80,72	1
9	0,17	0,4	0,01	6,3	0,6	1520	1,09602	0	1,20	0
10	0,39	0,76	0,1	8,1	0,55	1530	-24,139	1	631,95	1
11	0,197	0,4	0,1	7,4	0,6	1520	-58,416	1	3530,21	1
12	0,21	0,9	0,05	6,5	0,65	1580	-65,076	1	4366,08	1
13	0,15	0,34	0,1	8,22	0,55	1578	7,26134	0	52,73	0
14	0,197	0,41	0,04	7,4	0,55	1560	53,4285	0	2854,60	0
15	0,3	1,22	0	1,5	0,65	1530	-89,56	1	8201,02	1

Таблица 9- проверка модели

№	х1	х2	х3	х4	х5	х6	Y	Yфакт	E	y мод
1	0,177	1,06	0,02	5,26	0,65	1530	-105,5	1	11340,73	1
2	0,17	0,63	0,04	4,59	0,6	1580	-36,27	1	1389,40	1
3	0,178	0,8	0,03	7,03	0,55	1578	55,379	0	3066,87	0
4	0,153	0,63	0,02	7,03	0,6	1560	3,8467	0	14,80	0
5	0,178	1,17	0	7,91	0,6	1530	21,977	0	482,99	0
6	0,135	0,57	0,03	1,87	0,6	1530	-115,8	1	13646,36	1
7	0,27	0,48	0,04	4	0,55	1520	45,466	0	2067,17	0
8	0,333	1,11	0,03	3,25	0,55	1530	39,986	0	1598,89	0
9	0,025	0,85	0,04	6,08	0,65	1540	-110,7	1	12483,72	1
10	0,136	0,69	0,03	7,6	0,65	1530	-53,11	1	2927,99	1
11	0,175	1	0,03	7,69	0,6	1540	9,8668	0	97,35	0
12	0,168	0,62	0,04	4,28	0,6	1570	-42,92	1	1928,60	1
13	0,258	1,31	0	5,92	0,55	1530	-2,344	0	5,50	1
14	0,187	0,87	0,03	3,21	0,65	1510	-97,96	1	9792,41	1
15	0,189	0,46	0	5,38	0,65	1540	-64,32	1	4266,86	1

В таблицах 8 и 9 приведены результаты моделирования.

Как видно из таблицы настройки модели, совпадение модельных и фактических данных составляет 100%. А из таблицы проверки модели видно, что имеется одна ошибка, что в процентном отношении составляет 6,7%.

Это говорит о том, что данная модель адекватна, и ей можно пользоваться для решения практических задач (прогнозирование, управление).

3. Программное обеспечение автоматизированной технологии

3.1 Алгоритмы расчета основных параметров модели

В условиях производства входные данные берутся из АСУ, в таких условиях работа программы может осуществляться как в автоматическом режиме, так и в ручном. Для проверки работы программы данные может вводить сам пользователь.

На основе предложенной модели кристаллизации и образования дефектов была создана программа.

Для определения возможности возникновения дефекта необходимо задать 12 параметров: толщину оболочки, начальную температуру, температуру солидус, периметр сечения слитка, высоту кристаллизатора, скорость вытягивания слитка, расход воды, температуру металла на входе, количество углерода, хрома, ванадия, ниобия, серы, меди, стронция, сурьмы, фосфора, мышьяка и отношение количества марганца к количеству воды . После того как заданы все параметры производится расчет коэффициента теплоотдачи, температуры воды, изменения температуры воды, толщины оболочки слитка и Умодельного.

3.2 Разработка интерфейса

При запуске программы пользователь видит следующую форму (рисунок 33).

Рисунок 33 - Главное окно программы «Бездефектная разливка стали»

Главное окно представляет собой форму, в которой находится кнопа «Рассчитать», и «Выход».

При нажатии на кнопку «Рассчитать» производится расчет технологических параметров.

Для того, чтобы закрыть программу пользователь должен нажать кнопку «Выход».

4. Экономическая часть

В данной части дипломного проекта рассматриваются:

а) проектные затраты, включающие в себя затраты времени, заработной платы участников дипломного проекта, затраты на материалы, энергетические затраты;

б) затраты на внедрение и эксплуатацию создаваемой системы;

в) расчет эффективности созданной системы.

В данном дипломном проекте рассматривается создание проекта по модернизации автоматизированной системы бездефектной разливки стали.

Данный проект не предусматривает модернизацию действующего оборудования.

План работ представлен в таблице 10.

Таблица 10- план работ

Наименование этапа	Исполнитель	Количество дней исполнения	Коэф. загрузки
Постановка задачи	Парфенова А.Л. ст. гр.ИСМ-07	12	1
	Буинцев В. Н. к.т.н., доцент		0,9
Обзор литературы	Парфенова А.Л. ст. гр.ИСМ-07	10	0,2
	Буинцев В. Н. к.т.н., доцент		0,8
Составление плана работы	Парфенова А.Л. ст. гр.ИСМ-07	10	0,2
	Буинцев В. Н. к.т.н., доцент		0,8
Описание объекта автоматизации	Парфенова А.Л. ст. гр.ИСМ-07	12	1
Описание действующей АСУ ТП	Парфенова А.Л. ст. гр.ИСМ-07	12	1
Безопасность и экологичность проекта	Парфенова А.Л. ст. гр.ИСМ-07	10	0,8
	Темлянцев Н.В. доцент, к.т.н.		0,2
Технико-экономическое обоснование проекта	Парфенова А.Л. ст. гр.ИСМ-07	10	0,8
	Думова Л.В ст.пр.		0,2
Управление качеством проекта	Парфенова А.Л. ст. гр.ИСМ-07	10	0,8
	Падалко А. Г. к.т.н., доцент		0,2
Оформление пояснительной записки и графической части	Парфенова А.Л. ст. гр.ИСМ-07	12	0,8
	Буинцев В. Н. к.т.н., доцент		0,2

Занятость в разработке проекта составила 98 дней.

4.1 Расчет затрат на проектирование

Затраты на проектирование определяются по формуле:

З = Змат + Зз/пл +ЗСВ+ Зэл + Зн.р + Зпр,

где: З - затраты на выполнение разработки, руб;

Змат - затраты на материалы, руб;

Зз/п соц - расходы на оплату труда, руб;

ЗСВ- отчисления на социальное страхование, руб;

Зэл - затраты на электроэнергию, руб;

Зн.р-накладные расходы, руб;

Зпр - прочие затраты, руб.

Расчет затрат на материалы

Затраты на материалы состоят из затрат на приобретение материалов.

Необходимые материалы отражены в таблице 11.

Таблица 11-перечень необходимых материалов, затраты.

Наименование материалов	Цена за ед., руб.	Количество	Сумма, руб.
Бумага А4 (Svetocopy)	180	2	360
Флеш-накопитель Transcend 16Гб	650	1	650
Картридж для лазерного принтера Brother TN-2080	1190	1	1190
Итого			2200

Расчет затрат на оплату труда проектировщиков

Расчет заработной платы рассчитывается на каждом этапе проекта и зависят от коэффициента загрузки работника на этапе, длительности этапа и оклада инженера- проектировщика и руководителя проекта.

Определим среднедневную оплату труда по формуле 11:

Cдн= заработная плата/кол-во рабочих дней в месяце. (11)

Подставив значения получим :

Cдн руководителя проекта= 15000/22=681,8 (руб/день).

Cдн инженера-разработчика=10000/22=454,5 (руб/день).

Cдн консультантов=10000/22=454,5 (руб/день).

Зарплата исполнителей рассчитывается по формуле 12:

Зз/пл= дн*кол-во дней в этапе*коэф. загрузки). (12)

Подставив значения в формулу получим:

Зз/пл руководителя проекта = (12*0,9+10*0,8+10*0,8+12*0,2)*681,8=19908,56 (руб.),

Зз/плинженера-разработчика= (12*1+10*0,2+10*0,2+12*1+12*1+10*0,8+10*0,8+10*0,8+12*0,8)*454,5=33451,2 (руб.),

Зз/пл консультанта = 10*0,2*454,5=909(руб.).

Общие затраты на оплату труда проектировщика расчитываются по формуле 13:

Зз/пл= Зз/пл руководителя проекта+ Зз/пл инженера-разработчика+ 3*Зз/пл консультанта (13)

Зз/пл=19908,56+33451,2+3*909=56086,76 (руб.).

Расчет отчислений на социальное страхование.

Размер страховых отчислений составляют 30% от заработной платы, рассчитывается по формуле 14:

Зсв= Зз/пл*30%. (14)

Подставив значения получаем:

Зсв= 56086,76 *30%=16826,02(руб).

Расчет накладных расходов.

Накладные расходы принимаем в размере 7% от суммы заработной платы и страховых отчислений на социальные нужды и рассчитываем по формуле 15

Зн.р=(Зз/пл+ЗСВ)*7%. (15)

Подставив значения в формулу получаем:

Зн.р=(56086,76+16826,028)*7%=5103,89 (руб.).

Расчет затрат на электроэнергию.

Затраты на электроэнергию рассчитываются по формуле 16:

Зэл.эн=Сэл.эн*Р*Т*Кр*КТ, (16)

где Сэл.эн- цена за 1 кВт ч, руб;

Р-мощность токоприемника, кВт;

Т-время использования токоприемника,ч;

Кр-коэффициент загрузки по мощности;

КТ-коэффициент загрузки по времени.

Общее время использования компьютера составляет 86 дней. Продолжительность рабочего дня - 8 часов. Принтер используется только на заключительных стадиях, поэтому будем считать, что время его использования составляет 10 дней. Причем продолжительность работы составляет не более 20 минут в сутки, что составляет 4% от общего времени.

Затраты на электроэнергию представлены в таблице 12.

Таблица 12- Затраты на электроэнергию

№	Наименование токоприем-ника	Мощность, кВт	Время использования, ч	Цена за 1 кВт ч, руб	Коэффициент загрузки по мощности	Коэффициент загрузки по времени	Затраты на электро-энергию
1	Ноутбук	0,5	688	1,53	0,9	1	473,69
2	Принтер	0,012	80	1,53	1	0,04	0,05
Итого:	473,74

Расчет прочих затрат

Прочие затраты принимаем в размере 2% от всех существующих затрат, кроме накладных и рассчитываем по формуле 17:

Зпр=(Змат+Зз/пл+Зсв+Зэл.эн)*2%. (17)

Подставив значения в формулу получим:

Зпр=(2200+56086,76+16826,02+473,74)*2%=1511,73 (руб.).

Смета проектных затрат

Смету проектных затрат представим в виде таблицы 13.

Таблица 13- Смета проектных затрат

№	Статья затрат	Ед.измерения	Значение показателя
1	Затраты на материалы	руб.	2200
2	Затраты на оплату труда	руб.	56086,76
3	Отчисления на социальное страхование	руб.	16826,02
4	Накладные расходы	руб.	5103,89
5	Затраты на электроэнергию	руб.	473,74
6	Прочие затраты	руб.	1511,73
Итого	руб.	82202,14

4.2 Затраты на внедрение системы

Затраты на внедрение системы определяются по формуле 18:

Звн = Зоб + Зз/пл +ЗСВ+ Зэл + Зн.р + Зпр, (18)

где:

Звн -затраты на внедрение сиситемы, руб.;

Зоб - затраты на обучение персонала, руб.;

Зз/п соц - расходы на оплату труда, руб.;

ЗСВ- отчисления на социальное страхование , руб.;

Зэл - затраты на электроэнергию, руб.;

Зн.р-накладные расходы, руб.;

Зпр - прочие затраты, руб.

Заработная плата и отчисление на социальное страхование персонала, эксплуатирующего систему

Для эксплуатации системы необходимы: оператор МНЛЗ, оператор ПУ, разливщик, технолог, бухгалтер.

Заработная плата персонала рассчитывается по формуле 19

З з/п = Ом + (Ом * В * 0,3), (19)

где

З з/п - заработанная плата;

Ом - месячный оклад сотрудника;

В - время работы;

0,3 - районный коэффициент 30 %.

Отчисления на социальное страхование рассчитываются по формуле.

Сведения о заработной плате сведены в таблицу 14.

Таблица 14 - заработная плата персонала

Должности исполнителей	Месячный оклад, руб.	Время работы	Районная надбавка, руб.	Общая зарплата, руб.
Оператор МНЛЗ	12000	1 месяц	3600	15600
Оператор ПУ	10000	1 месяц	3000	13000
Разливщик	12000	1 месяц	3600	15600
Технолог	14000	1 месяц	4200	18200
Бухгалтер	15000	1 месяц	4500	19500
ИТОГО	81900
Стаховой взнос	24570

Таким образом, общие затраты на оплату труда обслуживающему персоналу и отчисление на социальное страхование:

Зз/п = 81900 руб. + 24570 руб. = 106470 руб.

Затраты на электроэнергию

Затраты на электроэнергию, затрачиваемую при работе оборудования рассчитываются по формуле:

Зэл.эн=Сэл.эн*Р*Т*Кр*КТ*Кк,

где Сэл.эн- цена за 1 кВт ч, руб;

Р-мощность токоприемника, кВт;

Т-время использования токоприемника,ч;

Кр-коэффициент загрузки по мощности;

КТ-коэффициент загрузки по времени.

Кк - количество компьютеров;

Месячные плановый фонд рабочего времени рассчитывается следующим образом:

Фрв = (Дг - Дв - Дп - Дпр) * Тд, где:

Дг = 31 - количество дней в месяце;

Дв = 5 - количество выходных дней в месяце;

Дп = 1 - количество праздничных дней в месяце;

Дпр = 2 - количество дней профилактики;

Тд = 8 - число рабочих часов в день;

Фрв = (31-5-1-2)*8 = 184 часа

Таким образом получаем:

Сэл = 5 * 0,5 * 184 * 1,53 * 0,9 * 0,9 = 570,078 (руб.).

Затраты на обучение персонала

Обучение персонала производится разработчиком системы. Срок обучения 15 академических часов, оплата производится из расчета 500 руб. 1 академический час.

С обуч = 15 * 500 = 7500 руб.

Накладные расходы

Накладные расходы принимаем в размере 7% от суммы заработной платы и отчислений на социальное страхование.

Спр = 106470* 0,07 = 7452,9 руб.

Расчет прочих затрат

Прочие затраты принимаем в размере 2% от всех существующих затрат, кроме накладных

Зпр=(81900+24570+570,08+7500)*2%=2290,8 (руб.).

Смета затрат на внедрение проекта приведена в таблице 15.

Таблица 15 - Смета затрат.

№	Статья затрат	Ед.измерения	Значение показателя
1.	Затраты на оплату труда	руб.	81900
2	Отчисления на социальное страхование	руб.	24570
3	Затраты на обучение персонала		7500
4	Накладные расходы	руб.	7452,9
5	Затраты на электроэнергию	руб.	570,08
6	Прочие затраты	руб.	2290,8
Итого	руб.	206485,92

Теперь можно рассчитать суммарные затраты на разработку и внедрение автоматизированной системы:

З = Зпр + З вн = 82202,14+ 206485,92= 288688,06 (руб.).

4.3 Экономическая эффективность проекта

Современные наука и практика пока не позволяют предложить режимы, гарантирующие полное отсутствие дефектов в непрерывнолитых заготовках.

Важнейшим требованием к управлению МНЛЗ является недопустимость аварии, вызванной прорывом оболочки слитка. С другой стороны существует необходимость обеспечения максимальной производительности разливки.

После внедрения на предприятии данной системы существенно повысится качество разливки заготовок.

Экономический эффект от внедрения этой системы достигается в результате сокращения доли отбраковки заготовок.

Это приведет к уменьшению расходов, повысит производительность, что в свою очередь повысит прибыльность предприятия.

По данным ЭСПЦ-2 ОАО «ЕВРАЗ-ЗСМК» за 2010г. доля брака составила 2051,7 т стали.

После внедрения автоматизированной системы брак планируется снизить до 1830,59т (на 10,8%), тогда ожидаемая годовая экономия составит:

Эг=221,11*10000=2211100 (руб.),

где 10000 руб. - стоимость 1т стали.

Для условий экономической эффективности необходимо рассчитать срок окупаемости (формула 20):

Тср.ок. = З/Эг, (20)

где Тср.ок.- срок окупаемости;

З - суммарные затраты на разработку и внедрение автоматизированной системы;

Эг - ожидаемая экономия;

Тогда срок окупаемости после внедрения новой автоматизированной системы будет равен:

Тср.ок. = 288688,06/ 2211100=0,24года=2,86мес.

Следовательно, внедрение данного проекта имеет высокую экономическую эффективность.

5. Управление качеством

5.1 Методы управления качеством

Особое место среди организационно-технологических методов занимают статистические методы управления качеством. Кратко рассмотрим концепцию статистического управления качеством и некоторые наиболее распространенные методы статистического анализа и управления качеством.

Статистическое регулирование качества результата процесса обеспечивается путем воздействия непосредственно на процесс (рис.34).

Рисунок 34 - Статическое регулирование процесса

Для анализа и улучшения качества широко используются такие методы, как диаграммы Парето и Исикавы. Анализ качества методами Парето и Исикавы находит применение в производственных подразделениях предприятий, а также в делопроизводстве, финансовой и хозяйственной сферах, в области материально-технического снабжения, а также при управлении, проектировании, разработке и освоении технологий, контроле качества на различных стадиях цикла жизни продуктов труда и т.п. Как правило, подобный контроль качества заключается в том, чтобы, проверяя специальным образом подобранные данные, обнаружить отклонение параметров от контролируемых значений в момент их возникновения, найти причину их появления и после устранения причины проверить соответствие данных стандарту или норме.

Диаграмма Парето

Таблица 16-Типы и число дефектов

Технология	Число дефектов	Накопленная сумма числа дефектов	Доля числа дефектов в %	Суммарная доля, %
Пояс	835,516	835,516	40,7231	40,72314736
Шлаковые включения на поверхности	420,531	1256,047	20,4967	61,21987739
аварийный скрап	240,402	1496,449	11,7172	72,93709893
Хим/анализ	219,969	1716,418	10,7213	83,65841367
Немерная длина	179,212	1895,63	8,73481	92,39322746
Кривизна заготовки	43,694	1939,324	2,12965	94,52287812
Осевая рыхлость на торце заготовки	36,365	1975,689	1,77243	96,29531247
газовые пузыри	22,789	1998,478	1,11074	97,40605099
Продольная трещина поверхности	15,747	2014,225	0,76751	98,17356161
Технология	12,703	12,703	0,61915	98,79270731
Кристаллизационная борозда	7,823	20,526	0,38129	99,17400124
Заливины	7,194	27,72	0,35064	99,52463764
Ужимы	3,802	31,522	0,18531	99,70994757
Поперечная трещина поверхности	3,481	35,003	0,16966	99,87961191
косой рез	2,007	37,01	0,09782	99,97743333
Трещины в торце заготовки (угловые)	0,463	37,473	0,02257	100
	2051,698		100

На рисунке 35 изображена диаграмма Парето, отображающая распределение брака, начиная от максимально количества.

Рисунок 35.-Диаграмма Парето

Большое значение для успешного бизнеса организации имеет контроль качества выпускаемой продукции. Организация контроля качества -- это система мероприятий, направленных на обеспечение производства продукции, полностью соответствующей требованиям нормативно-технической документации. Под контролем качества понимается проверка соответствия количественных или качественных характеристик свойств продукции или процесса, от которого зависит соответствие качества продукции установленным техническим требованиям.

5.2 Причины дефектов и способы их устранения

Неметаллические включения

На загрязненность стали включениями существенное влияние оказывают особенности формирования слитка при непрерывной разливке.

Большое отношение длины непрерывнолитого слитка к его толщине, приводящее к увеличению глубины жидкой фазы, непрерывное опускание жидкого металла с его твердой оболочкой и непрерывное наращивание сверху новых слоев затрудняют процесс отстаивания и всплывания неметаллических включений.

Более длительный контакт разливаемого металла с атмосферой окружающего воздуха активизирует процессы вторичного окисления в ходе разливки.

В то же время, при непрерывной разливке скорость кристаллизации выше, ширина 2-х фазной зоны и время пребывания металла в 2-х фазном состоянии меньше. В отличие от слитка, отлитого в изложницу, каждое поперечное сечение непрерывнолитой заготовки по ее высоте формируется при постоянных теплофизических условиях.

Эти отличия благоприятно сказываются на содержании и характере распределения неметаллических включений в объеме НЛЗ.

Технология производства стали, то есть раскисление, и уровень содержания кислорода до раскисления оказывают определяющее влияние на уровень загрязненности НЛЗ включениями.

Один из значимых источников неметаллических включений в стали являются огнеупоры, применяемые для футеровки сталеразливочных и промежуточных ковшей. Включения образуются при химических реакциях огнеупорных материалов с жидкой сталью. Повышенная загрязненность продуктами эрозии огнеупоров отмечается в НЛЗ из стали с повышенной окисленностью.

После эффективно проведенных операций раскисления и доводки стали на УКП важна надежная защита стали от вторичного окисления в ходе разливки.

При неблагоприятных гидродинамических условиях в промковше крупные включения могут затягиваться в дозирующий узел и попадать в кристаллизаторы.

При определении чистоты непрерывнолитых заготовок используют такой оценочный параметр, как краевые точечные загрязнения (КТЗ).

Краевые точечные загрязнения проявляются в виде точечных скоплений ликватов (в основном сульфидов и шлаков) по сечению НЛЗ и определяются величиной точек и плотностью их расположения.

Основными мерами, позволяющими снизить загрязненность стали неметаллическими включениями являются:

-- тщательное раскисление стали (минимизация содержания кислорода в металле, подаваемом для разливки);

-- обработка металла кальцием для оптимизации формы и состава включений;

-- использование износостойких огнеупоров для футеровки сталеразливочного и промежуточного ковшей;

-- обеспечение надежной защиты струй металла из сталеразливочного и промежуточного ковшей (применение погружных труб и стаканов, использование инертного газа);

-- изоляция зеркала металла в промковше и кристаллизаторах;

-- обеспечение оптимальных условий всплывания включений в промежуточном ковше (обеспечение оптимальной формы промковша, поддержание высокого уровня металла, установка специальных перегородок, применение рафинирующих смесей для ассимиляции включений, продувка металла инертным газом через пористые пробки в днище ковша);

-- применение электромагнитного перемешивания металла для облегчения всплывания включений в кристаллизаторах и их более равномерного распределения в НЛЗ.

На загрязненность стали неметаллическими включениями, также, могут оказывать влияние точность и быстрота выполнения технологических операций в процессе разливки стали на МНЛЗ:

-- наполнение промежуточного ковша металлом, в начале разливки, должно производится максимально быстро, при этом, зеркало металла в ковше должно быть быстро и эффективно защищено с помощью изолирующей засыпки;

-- количество шлака из стальковша, попадающего в промковш во время перековшовок плавок, должно быть минимизировано;

-- при перековшовках плавок нельзя допускать существенного падения уровня металла в промковше, так как это может привести к ухудшению организации струй металла и затягиванию в металл шлака с поверхности;

-- по возможности должно быть ограничено количество случаев использования кислорода для прожигания каналов дозирующих узлов ковшей и обрезки возможных настылей;

-- операции по замене защитных труб, стаканов, сильфонов должны производится максимально оперативно;

-- при разливке без защиты стали от вторичного окисления должна быть обеспечена удовлетворительная плотность и минимальная длина струй металла.

Рекомендуется поддерживать отношение марганца к кремнию в стали на уровне около 3,0.

Пояс

При прекращении подачи металла, например в случае замены погружаемого стакана промежуточного ковша, прожигании дозирующих каналов или в результате неполадок в газорезке оболочка слитка в районе зеркала отходит от стенок кристаллизатора по всему периметру. Возобновление процесса разливки приводит к переливу металла через верх оболочки слитка и образованию пояса металла, загрязненного шлаковыми включениями. Этот вид дефекта может быть предотвращен стабильной разливкой без длительного перерыва струи и образования окисленной корочки на зеркале металла в кристаллизаторе.

Наибольшее влияние на пораженность НЛЗ данным дефектом оказывает уровень «свободного» кислорода в стали. Ввиду высокой скорости охлаждения слитка, присущей процессу непрерывной разливки, в металле присутствует «свободный» кислород для образования окиси углерода. Чтобы избежать образования газовых пор, уровень «свободного» кислорода в стали должен быть снижен до минимального уровня (особенно при разливке низкоуглеродистых марок стали), поэтому очень важно эффективное проведение операции раскисления стали.

Избыточное количество смазки в кристаллизаторе, повышенное содержание влаги в масле или ШОС могут привести к образованию поверхностных газовых пузырей.

Расход смазки в кристаллизаторы должен быть установлен на минимальном уровне, достаточном для исключения подвисаний слитка на стенках гильз. Необходим постоянный контроль за содержанием влаги в смазке, подаваемой в кристаллизаторы.

Резкие изменения уровня металла в кристаллизаторе, также приводят к образованию корковых пузырей в НЛЗ.

Причиной пузырей в НЛЗ может стать повышенное содержание влаги в футеровке промковша и засыпке зеркала металла.

Продольные поверхностные трещины

Трещины представляют собой нарушения сплошности в виде разрывов металла. Образование трещин в непрерывнолитом слитке связано с напряжениями, возникающими в процессе его формирования, и обусловлено пониженной прочностью и пластичностью в различных температурных интервалах.

Поверхностные продольные трещины, связанные с искажением профиля слитка, являются результатом повышенной ромбичности заготовок, ужимин на поверхности или выпучивания граней НЛЗ. Трещины данного вида распространяются изнутри заготовки вдоль диагонали между тупыми углами. Обычно такая трещина сворачивает в сторону от диагонали непосредственно перед углом и появляется на поверхности около угла, где корка слитка наиболее тонкая.

Данный дефект НЛЗ, при его грубом развитии, может привести к прорыву металла при нахождении слитка в ЗВО.

Продольные трещины, не связанные с искажением профиля НЛЗ, могут иметь вид от коротких нитевидных (иногда не видимых без зачистки поверхности) до грубых со значительной шириной раскрытия. Данные трещины могут располагаться непосредственно по углам, на некотором смещении от углов или по граням заготовок .

Основной причиной появления продольных трещин является износ или деформация профиля гильз кристаллизаторов. По мере эксплуатации кристаллизаторов происходит износ и деформация рабочих стенок гильз по граням и углам, что снижает эффективность и равномерность первичного охлаждения слитка, ведет к появлению локальных утонченных участков корки НЛЗ, в районе которых могут образовываться продольные трещины.

При значительном расширении трещины металл может прорываться из жидкой середины наружу, и если это происходит в кристаллизаторе, образуются наплывы на поверхности НЛЗ.

Грубые трещины могут явиться причиной разрыва оболочки слитка под кристаллизатором (прорыва металла). По данной причине необходим строгий контроль за изменением профиля гильз кристаллизаторов в ходе эксплуатации, для определения момента их предельного износа и замены.

Опыт показывает, что проблемы с растрескиванием НЛЗ возникают после содержания углерода в стали около 0,15 % и достигают своего максимума при [C] = 0,40 %. При содержании углерода около 0,40 % усадка приближается к максимуму, прочность на растяжение падает, в то время как пластичность все еще относительно низкая.

Для нелегированных углеродистых марок стали с содержанием углерода около 0,18 % (0,170,24 %) пластичность минимальная. Этим можно объяснить высокую трещиночувствительность данных сталей.

Присутствие вредных и остаточных элементов в стали (например, повышенное содержание P, S, Cu, Sb, Sn, As) при углероде в диапазоне 0,30 0,50 % оказывает дополнительное существенное ослабляющее влияние на прочность корки слитка.

Для ограничения растрескивания НЛЗ отношение Mn/S в стали рекомендуется поддерживать на уровне не менее 25.

Температура разливаемого металла оказывает высокое влияние на растрескивание заготовок и должна быть максимально возможно приближена к температуре ликвидуса.

Поверхностные пузыри

Газовые пузыри - это дефект в виде единичных или групповых пор, пустот округлой или вытянутой формы.

Пузыри на поверхности НЛЗ могут быть результатом газовыделения при затвердевании слитка, при сгорании смазки в кристаллизаторе, при использовании огнеупоров с повышенной влажностью.

Наибольшее влияние на пораженность НЛЗ данным дефектом оказывает уровень «свободного» кислорода в стали. Ввиду высокой скорости охлаждения слитка, присущей процессу непрерывной разливки, в металле присутствует «свободный» кислород для образования окиси углерода. Чтобы избежать образования газовых пор, уровень «свободного» кислорода в стали должен быть снижен до минимального уровня (особенно при разливке низкоуглеродистых марок стали), поэтому очень важно эффективное проведение операции раскисления стали.

Избыточное количество смазки в кристаллизаторе, повышенное содержание влаги в масле или ШОС могут привести к образованию поверхностных газовых пузырей.

Расход смазки в кристаллизаторы должен быть установлен на минимальном уровне, достаточном для исключения подвисаний слитка на стенках гильз. Необходим постоянный контроль за содержанием влаги в смазке, подаваемой в кристаллизаторы.

Резкие изменения уровня металла в кристаллизаторе, также приводят к образованию корковых пузырей в НЛЗ.

Причиной пузырей в НЛЗ может стать повышенное содержание влаги в футеровке промковша и засыпке зеркала металла.

Для исключения пораженности НЛЗ поверхностными пузырями необходимо проведение оптимального раскисления стали, минимизация содержания влаги в смазке кристаллизаторов, огнеупорах промковшей, применяемых теплоизолирующих засыпках

6. Безопасность и экологичность проекта

6.1 Охрана труда

Анализ условий труда на УПСА в ЭСПЦ-2 ОАО "ЕВРАЗ-ЗСМК"

ЭСПЦ-2 размещен в закрытом здании. Планировка цеха соответствует последовательности производимых технологических операций, в результате чего исключается встречное движение сырья и готовой продукции, что важно для создания нормальных санитарно-гигиенических условий и безопасности труда.

При выполнении технологических операций работником используется оборудование, которое связано с применением электротока высокого напряжения (до 10000 В) и инертных газов (азот/аргон). Эксплуатация такого оборудования является ответственной технологической операцией, которая требует разработки проектных решений.

К числу опасных и вредных факторов при работе оператора УПСА относятся:

- опасность травмирования на площадке под консольно-поворотным механизмом фурмы;

- травмирование передаточной тележкой для установки бухты с алюминиевой проволокой при запасовке в трайб-аппарат;

- опасность ожога: от шахты постановки кассет с фурмами,

при отборе проб металла и шлака,

при замере температуры жидкого металла в ковше,

от расплавленного металла или шлака при подрезке "козла";

- тепловое излучение расплавленного металла и шлака (более 0,35 КВт/м2) ;

- загазованность окружающей среды при продувке металла;

- запыленность воздушной среды при транспортировке сыпучих, загрузке бункеров с ферросплавами для корректировки химсостава жидкого металла (5,1-8,1 г/м3); выпуске стали и шлака в печном пролете (5,0-7,0 г/м3);

- газовые выделения при работе газовых горелок и при сушке футеровок ковшей и печи (состав:15-25% СО, 5-11% СО2, 0,5-3,5% Н2, 3,5-10% О2, 61-72% N 2, концентрация пыли в газе 2-10 г/м3);

- электромагнитные излучения;

- шум от работы различного технологического оборудования.

Наибольшую опасность в ЭСПЦ-2 представляют возможные взрывы при протекании различных процессов и большое количество оборудования, работающего под высоким напряжением.

Взрывы в цехе могут наблюдаться при контакте расплавленного металла и шлака с водой; вследствие бурного протекания химических реакций при продувке, раскислении и разливке стали. Взрывы при контакте металла и шлака с водой могут происходить из-за утечки воды из устройства охлаждения фурмы. Взрывы могут вызывать и ферросплавы, нарушая равновесие ванны. К мерам предупреждения взрывов относятся: недопустимость подачи раскислителей в пустой ковш; сушка ковшей; подача ферросплавов небольшими дозами; измельчение крупных кусков ферросплавов.