Усовершенствование технологии разливки трансформаторной стали по кислородно-конвертерному цеху ОАО "ММК"

Контроль за режимом разогрева и подготовкой промежуточных ковшей к разливке осуществляет бригадир разливки.

Для обеспечения безаварийной работы МНЛЗ разливку следует начинать при наличии на рабочей площадке двух разогретых промежуточных ковшей.

Для подвода металла из промежуточного ковша в кристаллизатор применяется кварцевые или корундографитовые погружные стаканы, которые разогреваются в специальных устройствах до температуры 700… 1000 ^оС. Время между извлечением стаканов из устройства и началом разливки не должно превышать 40 секунд.

Визуально проверяют целостность стаканов, геометрию и соосность рассекателя и выпускных отверстий, отсутствие трещин и сколов.

Заведение затравки

Перед заведением затравки проверяют:

- состояние замка;

- надежность крепления головки к телу затравки;

- герметичность надувных элементов;

- состояние клапанов;

- наличие и состояние титановых накладок

Головка затравки должна быть очищена от остатков металла, заусенцев и не иметь трещин.

Надувные элементы затравки и манжеты штуцера подвода воздуха проверяют на герметичность при давлении воздуха не менее 0,45 МПа (4,5 кгс/см²). Показания манометра при отсоединении воздуховода не должны изменяться более, чем на 0,02 МПа (0,2 кгс/см²) в течение 30 минут после прекращения подачи воздуха.

Перед заведением затравки в кристаллизатор проверяют работу всех механизмов, а затем устанавливают защитный экран и включают вентиляционные системы.

Перед заведением затравки проверяют соответствие геометрических размеров головки размерам кристаллизатора. Проверенную и подготовленную затравку при помощи машины заведения затравки заводят в кристаллизатор сверху на пониженной скорости не более 0,5 м/мин.

Во время заведения затравки контролируется положение головки затравки относительно оси ручья, отклонение от оси не должно превышать 3 мм. С помощью специального «штыря» надувают резиновые камеры затравок сжатым воздухом, затем отсоединяют захваты от головки затравки и поднимают их в верхнее положение, а устройство для задачи затравки перемещают в положение приема.

Затравку устанавливают на уровне 600… 700 мм ниже верхнего среза кристаллизатора.

Установив затравку в исходное положение, выполняют следующие операции:

- убирают защитный экран с кристаллизатора;

- заделывают зазоры между стенками кристаллизатора и головкой затравки асбестовым шнуром;

- укладывают на головку затравки металлическую обрезь - «холодильники»;

- на поверхность стенок кристаллизатора наносится тонкий слой смазки (парафиновый, графитовый или солидол с графитом);

- на новых кристаллизаторах стыки узких и широких стенок (углы) замазываются смазкой замешанной до густого состояния, состоящей из следующих компонентов: солидол, ГШОС - 50% или графит - 50%.

Заделку зазоров асбестовым шнуром производят при помощи специальной забивки.

Количество рабочих заведений затравок с одними надувными элементами не должно превышать для четырехручьевого режима разливки - 15, для двухручьевого - 20, но не более 1 месяца с момента начала ее приемки. После чего тело затравки необходимо передать для проверки и опрессовки надувных элементов.

Подготовка МНЛЗ к приёму жидкого металла

Для аварийного слива металла подготавливают ёмкости и желоба. Наличие влаги, шлака, металла в них не допускается.

На рабочей площадке разливщики проверяют наличие и исправность рабочего инструмента, наличие заданной шлакообразующей смеси.

Разрешается использовать в промковше порошкообразную или гранулированную шлакообразующую смесь, а также - отходы производства гранулированной смеси в виде «коржей» и пыли.

Перед выпуском плавки из конвертера выполняют следующие операции:

- проверяют готовность электросхем, гидросистем, аварийных систем;

- проверяют давление воды, сжатого воздуха, природного газа и кислорода;

- открывают воду на охлаждение кристаллизатора, узлов и механизмов МНЛЗ в соответствии с нормами расхода.

После выпуска плавки сталеразливочный ковш подают для внепечной обработки на установку по доводке стали в ковше, вакуумную установку или печь-ковш, после чего плавку подают на МНЛ3.

Установка сталеразливочного ковша с металлом производится на разливочный стенд в резервную позицию. Убедившись в правильной установке на стенде, ковш освобождают от грузозахватных устройств и накрывают теплоизолирующей крышкой, затем производят подсоединение гидравлических приводов шиберных затворов, при этом:

- проверяют отсутствие людей в горячей камере МНЛЗ;

- закрытие люков и дверей в это помещение.

Подсоединив гидравлические приводы шиберных затворов, выполняют операции по установке промежуточного ковша:

- проверяют работу стопоров и шиберных затворов;

- извлекают «штырь» для надувания затравки сжатым воздухом, отверстие заделывают асбестом, поверх которого укладываются «холодильники»;

- устанавливают флажки на узкие грани кристаллизатора шириной 750…1080 мм;

- убирают горелки разогрева футеровки, поднимают промежуточный ковш и перемещают его из резервной позиции в рабочую;

- подвешивают погружные стаканы;

- производят центровку погружных стаканов по выходным отверстиям относительно стенок, строго вертикально по оси кристаллизaтoра.

После установки промежуточного ковша, сталеразливочный ковш перемещают в рабочую позицию, производится центровка сталеразливочного ковша, при этом траверса разливочного стенда должны находиться в горизонтальном положении. После чего сталеразливочный ковш поднимают в верхнее положение. МНЛЗ к приему жидкого метала готова [4].

6.2 Начало разливки стали на МНЛЗ

После появления металла, оператор главного пульта управления МНЛЗ объявляет по внутренней связи: «Металл - в промежуточном ковше».

Набирают металл промежуточный ковш на высоту от 300 до 400 мм от «бойной» части ковша и разливщики открывают стопора и начинают заполнять металлом кристаллизаторы. По внутренней связи оператор объявляет: «Металл в кристаллизаторе» и по пуску МНЛЗ включает подачу воды и воздуха в систему вторичного охлаждения.

При наполнении промежуточного ковша до половины его объема на зеркало металла в центральную часть и под каждый стопор присаживается шлакообразующая смесь, затем доводят уровень металла до рабочего (не менее 50… 150 мм от носка аварийного слива) и поддерживают его в течение всей разливки.

После установки защитной трубы в центральную часть пpомежуточного ковша подается дополнительно шлакообразующая смесь, дальнейшую подачу смеси производить по мере ее проплавления. Суммарный расход шлакообразующей смеси на серию промежуточного ковша должен составлять 0,3…0,5 кг/т, стали.

При наполнении кристаллизатора металлом заплески стенок не допускаются. После того как уровень металла достигает выходных отверстий сталеразливочного стакана проверяют работу стопоров промежуточного ковша. Затем подают в кристаллизатор равномерно по зеркалу металла шлакообразующую смесь. Время наполнения кристаллизатора должно быть 70..90 сек. для ширины сляба 750…1600 мм, 90…120 сек. для ширины - 1650…2350 мм и 120…150 сек. для ширины более 2350 мм.

При запуске на новом кристаллизаторе (первая плавка на кристаллизаторе) время наполнения должно соответствовать максимальным значениям.

При подходе металла в кристаллизаторе к уровню 100… 150 мм от его верхней кромки по команде старшего разливщика включают привод вытягивания сляба со скоростью 0,1 м/мин. Одновременно с пуском машины механизм качания кристаллизатора включают и оператор главного пульта управления по внутренней связи объявляет: «Машина №… пущена».

Регламентированный разгон МНЛЗ производят в автоматическом режиме. В случае ручного управления разгон необходимо производить по следующему режиму:

- со скоростью 0,1 м/мин до 0,1 м в течение 60 сек;

- со скоростью 0,2 м/мин до 0,2 м в течение 30 сек;

- со скоростью 0,3 м/мин до 0,3 м в течение 20 сек;

- со скоростью 0,4 м/мин до 0,4 м в течение 15 сек;

- со скоростью 0,5 м/мин до 0,5 м в течение 12 сек;

- со скоростью 0.6 м/мин до 0.6 м в течение 10 сек

Слиток выводится из кристаллизатора на скорости 0,3 м/мин.

Скорость разливки, равную 0,6 м/мин для сечения до 1850 мм и 0,5 м/мин для сечения 1850 мм и более, поддерживают до первого замера температуры в промежуточном ковше.

Не рекомендуется изменения рабочей скорости в процессе разливки более 2-х раз за плавку на одном ручье, не считая технологических операций и аварийных ситуаций.

Для разливки первых плавок в серии на запуск и при смене промежуточных ковшей, температуру металла после внепечной обработки допускается иметь на 5… 10 ^оС выше верхнего предела. Плавки с температурой металла выше верхнего предела или менее нижнего предела чем на 3 ос после внепечной обработки в серию плавок на МНЛЗ подавать по разрешению начальника смены.

При массовой доле серы 0,026…0,030% скорость разливки снижать на 0,1 м/мин, но не ниже минимальной рабочей скорости. Если в пробе АДС массовая доля серы в металле составляет 0,031.. 0,040% плавку на МНЛЗ разливать по разрешению начальника цеха или его заместителей и скорость разливки не должна быть выше минимальной рабочей скорости.

При массовой доле серы более 0,040% в пробе металла после окончания внепечной обработки плавку на МНЛЗ разливать запрещается. При достижении усилия вытягивания слитка из кристаллизатора 16 т машина останавливается. Запуск производить на скорости 0,1 м/мин через 10… 15 секунд. Измерение температуры жидкой стали на МНЛЗ производится термопарой погруженную вручную с рабочей площадки. Первый замер производится после отливки 30-35 тонн металла на метре, указанном в таблице, второй является определяющим - в середине плавки (180…200 т.).

Массовый расход шлакообразующей смеси для защиты зеркала металла в кристаллизаторе должен быть от 0,7 до 1,0 кг на тонну стали. Поверхность смеси в кристаллизаторе должна быть темной. Смесь не должна комковаться, шлак должен быть жидкоподвижным, гарнисаж-пластичным. В случае комкования смеси необходимо её обновить. Яркого свечения поверхности смеси и оголения мениска металла не допускается.

6.3 Отбор проб на химический анализ и контроль макроструктуры

В процессе разливки отбираются четыре пробы металла на химический анализ ложкой из-под шиберного затвора сталеразливочного ковша или из под защитной трубы с подачей аргона в стык труба-коллектор согласно ТИЮ1-СТ-ККЦ-29-96, или npобоотборником ПМ-К-0194-200 при помощи вакуум-насоса из кристаллизатора МНЛЗ в соответствии с ВТИ 100-СТ-ККЦ-79-98:

- первая - через 5… 10 минут от начала разливки плавки, две- в районе середины плавки (маркировочные) и последняя - за 5… 10 мин (30..50 т) до конца разливки.

Не позже 15 минут после отбора первая проба должна быть отправлена на химический анализ в лабораторию аналитического контроля, где проводят химический анализ металла.

Не позднее 35 минут после начала разливки плавки химический анализ первой разливочной пробы плавки должен быть у диспетчера цеха для уточнения задания на порезку слябов.

Для контроля макроструктуры в непрерывно-литой заготовки отбирают пробы для изготовления темплетов. Пробы отбирать в отделении приемки литых слябов ККЦ под контролем работников ОКП из «хвостовой» части пятого сляба каждого ручья на первой плавке в серии.

«Хвостовую» часть сляба после отбора проб для темплетов выравнивают.

6.4 Порезка слябов на участки резки МНЛЗ

В процессе разливки слябы на машине газовой резки МНЛЗ разрезают на мерные длины согласно заказам Управления производством и маркируются (номером плавки, номером ручья, номером сляба). При порезке не допускаются косые и ступенчатые резы, косина реза не должна превышать 15 мм, ступенька реза не более 10 мм со стороны малого радиуса и 15 мм со стороны базового радиуса. При большей косине и ступеньке реза производится настройка газовых резаков.

Порезанные слябы отправляются в транспортно - отделочное отделение (ТОО). В случае остановки транспортно-отделочной линии (ТОЛ-l и ТОЛ-2) и рольганг-тележки слябы складываются в копильники.

6.5 Завершение разливки стали на МНЛЗ

Окончание разливки стали производят по возможности на мерной длине сляба с учетом обрези для данной части сляба.

За один метр до окончания разливки скорость вытягивания заготовки плавно снижают до 0,3…0,4 м/мин. В кристаллизатор подают от 5 до 7 кг сухого песка и загущенную шлакообразующую смесь полностью удаляют специальными скребками.

По получению на одном из ручьев мерной длины закрывают стопор промежуточного ковша и отстегивают погружной стакан, после чего металл интенсивно перемешивают металлическим стержнем до появления усадки.

Промежуточный ковш переводят из рабочей позиции в резервную, извлекают трубки охлаждающие стопора и отправляют на участок ремонта в ковшевой пролет.

Вывод сляба из кристаллизатора механизм качания отключается, скорость вытягивания плавно увеличивается до 0,6 м/мин, а после выхода сляба из первой секции до 1 м/мин.

По мере прохождения концом сляба роликовых секций, посекционно автоматически или вручную отключают подачу воды на ЗВО.

6.6 Разливка трансформаторной стали

Разливка трансформаторной стали производится в серию, посадом после разливки углеродистой стали. Количество плавок в серии определяется заказами. Управлением производством (УП) и стойкости кристаллизатора, а также износом узких и раствором широких стенок кристаллизатора. Разливку стали на МНЛЗ производить через кристаллизаторы, оборудованными термодатчиками.

Перед началом разливки серии плавок промежуточный ковш должен быть хорошо просушен на стенде в течении не менее 3 часов. Время разогрева промежуточного ковша в резервной позиции стенда должно быть не менее 8 часов, а также необходимо провести ревизию вытяжной вентиляции и герметизации бункера зоны вторичного охлаждения с целью устранения утечки пара из бункера.

Разделение плавок электротехнической трансформаторной стали от плавок других марок производится по следующей технологии:

- содержание кремния в металле на смежных плавках с трансформаторной стали должно быть не менее 0,15%;

- уровень металла в промковше перед открытием плавки должен составлять 200…300 мм от бойной части (суммарный вес остаточного металла и шлака в промежуточном ковше 12… 15 т);

- перед открытием плавки производить снижение скорости разливки или замену погружных стаканов на мерной длине слитка с учетом длины разделительного сляба;

- разделительный сляб должен составлять не менее 1 м до «пояса», 0,8 м «пояс» и 5 м после «пояса» - общая длина разделительного сляба - не менее 6,8 м. Разделительный сляб считать технологическими отходами.

- при переходе с трансформаторной стали на сталь другой марки, в течение 4 м отлитого сляба, скорость разливки не должна превышать рабочую 0,4…0,5 м/мин;

- в случае длительного открывания шиберного затвора сталеразливочного ковша новой плавки скорость разливки допускается снижать до 0,1 м/мин не ранее, чем за 12 т остаточного веса металла в промежуточном ковше;

- дальнейший разгон ручьев производить плавно, не допуская резких колебаний уровня металла в кристаллизаторе, со скоростью 0,05 м/мин через 200…300 мм, после чего необходимо проконтролировать уровень металла в кристаллизаторе и убедиться в отсутствии зависания корочки слитка.

Плавки трансформаторной стали разливать с укрытием крышкой сталъковша и защитой аргоном в стыке труба - коллектор сталъковmа. Защитную трубу необходимо устанавливать после открытия и приработки шиберного затвора. Пробы на химический анализ отбирать из-под защитной трубы с подачей аргона в стык труба - коллектор стальковша. В начале плавки разливка открытой струей разрешается в течение не более 10 мин.

При отсутствии азотированных ферросплавов разливку металла производить с применением защитной трубы Подольского завода, при этом в стык коллектора сталеразливочного ковша и защитной трубы аргон не подавать. Содержание азота в металле перед отдачей плавки с АДС в этом случае не должно превышать 0,007%. Скорость разливки не должна превышать 0,4 м/мин.

Во время разливки трансформаторной стали запрещается использовать воду для уборки рабочего места вблизи кристаллизатора и коробок со шлакообразующей смесью.

Температура металла в стальковше после обработки на агрегатах доводки или КУБС в серию на промежуточный ковш должна составлять - 1575… 1565^оС.

Температура металла в промежуточном ковше - 1545… 1520^оС.

Запуск ручьев производить на скорости 0,1-0,2 м/мин. Разгон ручьев производить плавно на 0,05 м/мин через каждые 100 мм (для новых кристаллизаторов 0,05 м/мин через 200 мм). Усилие вытягивание во время выхода головки затравки из кристаллизатора и разгона ручья до 0,3 м/мин не должно превышать 12 т. При увеличении усилия вытягивания более 12 т скорость вытягивания слитка до выхода головки затравки из кристаллизатора установить равным 0,2 м/мин. При достижении усилия 16 т и более ручьи остановить на 15…20 сек. и затем, убедившись в отсутствии зависания корочки слитка, продолжить разливку.

С момента запуска и отливки не менее 5 м слитка тщательно контролировать мениск металла на наличие зависших участков корочки слитка.

Стойкость промежуточного ковша определяется его состоянием перед началом серии разливки. Максимальная стойкость не должна превышать 7 плавок

При разливке трансформаторной стали использовать гранулированную

шлакообразующую смесь, изготовленную в соответствии с требованиями ТИ 101-СТ - ЦПКП-5-02, следующего химического состава: содержание фтора 8-10%, оксидов щелочных металлов 4,0…6,0%, углерода 7…10%, основность в пределах 0,9…1,2. Разрешается использовать смесь основностью 1,21… 1,30 при содержании фтора не более 9,0%. В промежуточном ковше разрешается применять шлакообразующую смесь с содержанием углерода до 5%, фтора до 8% и основностью до 1,6.

Шлакообразующую смесь, предназначенной для разливки трансформаторной стали, заказывать заранее, не позднее 2 суток с момента начала производства этой марки. При хранении смеси более 3 суток производить дополнительный анализ на содержание влаги. Запрещается использовать смесь со сроком хранения более 5 суток и с влажностью более 0,40%.

Расходы воды и воздуха на охлаждение слябов в ЗВО по широким граням должны соответствовать четвертой группе охлаждения, как для низкоуглеродистых марок стали. По торцам расходы воды устанавливать в зависимости от скорости разливки:

Скорость разливки, м/мин Расход воды на торец, м³/час

0,4 2,5

0,5 2,8

Раскрой слитка производить согласно заказам ПУ.

На слябы, смежные с разделительными, рекомендуется заказывать мерную длину 5,0 м.

От разделительного сляба отбирать пробы металла из осевой части по ширине сляба от «головного» и «хвостового» торца. При несоответствии химического состава контрольных анализов требованиям технической документации производить дополнительный контрольный анализ смежных с разделительным слябов [3].

7. Дефекты и причины аварий при разливки

При анализе причин аварийности разливки трансформаторной стали (разливка с прорывами слитка) важное значение имеет химический состав жидкой стали, так как физико-механические свойства металла во многом определяются присутствующими в нем элементами, их свойствами и количеством. Наличие в стали повышенных концентраций кремния, меди, азота и алюминия наряду с низкими содержаниями углерода и марганца неблагоприятно сказываются на механических свойствах стали при высоких температурах.

Наличие в трансформаторной стали значительного количества меди, имеющей низкую температуру плавления (1083 ^оС) и очень плохо растворяющуюся в твердом железе, может существенно ухудшить механические свойства металла при температуре выше 1200 ^оС. На выходе из кристаллизатора затвердевшая оболочка имеет температуру 1300… 1400 ^оС.

Высокая частота аварийных прорывов при разливке трансформаторной стали обусловлена низким уровнем механических свойств этого металла при высоких температурах.

Изменения условий разливки: температуры, скорости вытягивания, свойств шлакообразующей смеси и др. приводит к появлению напряжений в корочке слитка, превышающих предел прочности металла.

Присутствующие в стали химические элементы при определенных условиях (повышенных или пониженных концентрациях, образуя соединения между собой с разной степенью растворимости и т.д.) повышают вероятность возникновения аварийной разливки. В этих условиях необходима оценка химического состава жидкой стали при разливке, установление имеющихся взаимосвязей между элементами и влияния их на конечные результаты.

Химический состав трансформаторной стали оговорен в ТП 14-101-382-97 и должен удовлетворять следующим требованиям, %: 0,025…0,045% С; 3,0…3,4% Si; 0,10…0,25% Мn; не более 0,025% Р; 0,02% S; 0,3% Сг; 0,3% Ni; 0,4…0,6% Си; 0,006…0,011% N; 0,011…0,017% Аl.

С целью обеспечения полного растворения необходимого для легирования ферросилиция, количество которого составляет 17… 18 т, была внедрена продувка аргоном металла в ковше во время выпуска плавки. Продувку осуществляли через устройство, устанавливаемое в канале шиберного затвора.

Для легирования стали медью использовали в завалку медный лом массой 1,5…2,0 т или биметаллический лом массой 25 т, содержащий ориентировочно 7% меди. Это обеспечивало содержание меди в повалочной пробе 0,45…0,50%.

Для получения требуемого содержания серы в стали во время выпуска плавки в ковш присаживали отсев извести. Наивысшая степень десульфурации (до 60%) достигалась при основности ковшевого шлака в интервале 2,2…3,0.

Увеличение основности делает шлак гетерогенным, что приводит к ухудшению десульфурации. Получение требуемого содержания азота в металле потребовало опробования различных вариантов технологии его введения в трансформаторную сталь.

При азотировании, трансформаторной стали карбамидом были частые случаи появления дефекта «газовый пузырь» в непрерывнолитом слябе. На ряде плавок «прорывы» корочки слитка во время разливки, а на многих повисание слитка. Осмотр темплетов и корочек слябов прорывных плавок показал наличие в металле газовых пузырей различных по диаметру и длине (рисунок 7.1 и 7.2).



Рисунок 7.1 - Мелкие газовые пузырив непрерывно литых слябах трансформаторной стали (а - вид по толщине сляба; б - вид сверху)

Из 12 плавок, в которых были газовые пузыри диаметром 1…5 мм, семь плавок разлиты с прорывами и на всех были подвисания корочки слитка. На плавках с диаметром газового пузыря менее 1 мм подвисания и прорывы отсутствовали. При этом пузыри не имели выхода на поверхность и располагались на глубине 8 мм и более.

Рисунок 7.2 - Общий вид крупных газовых пузырей в темплетах непрерывно литых слябов: (а - по толщине сляба; б - вид сверху)

Пузыри, имеющие выход на поверхность сляба, то есть сообщающиеся с атмосферой, имеют окисленную поверхность, а у пузырей, не имеющих выхода, поверхность не окислена - блестящая (рисунок 7.3).

Эти факты позволяют сделать вывод, что трансформаторная сталь в процессе производства была насыщена неокислительными газами до такой степени, что при разливке происходило образование газовых пузырей. Одни пузыри сообщаются с атмосферой и газы выделяются из металла, а другие не имеют выхода на поверхность слябами остаются внутри металла.

Рисунок 7.3 - Пузыри в металле: (а - внутренний, поверхность пузыря не окислена; б - выходит наружу, поверхность пузыря окислена - темная)

Поведения шлакообразующей смеси и шлака в кристаллизаторе показал, что на аварийных плавках наблюдаются комкование шлака и смеси и образование грубого ранта. Усилие вытягивания возрастало на 1,0… 1,5 т, что свидетельствует о резком ухудшении смазки между корочкой слитка и медными стенками кристаллизатора. Кроме того, в этих условиях возможны «прилипания» корочки слитка к стенкам кристаллизатора, поскольку выделяющийся газ выдавливает прослойку из жидкого шлака между стенками кристаллизатора и образовавшейся корочкой слитка, выделяющиеся из металла газы препятствуют нормальному затеканию шлака в этот зазор. Расход шлака при этом снижается.

В тоже время из металла в шлак кристаллизатора продолжают всплывать оксиды кремния и алюминия, что приводит к увеличению их концентраций и к повышению температуры плавления и вязкости шлака, то есть к комкованию шлака и смеси и образованию грубого ранта. Нормальный ход разливки затрудняется. Возникают «повисания» и даже «прорывы» корочки слитка, приводящие к авариям.

По этой причине были вынуждены отказаться от технологии введения азота присадкой карбамида.

Следующим вариантом получения требуемого содержания азота в трансформаторной стали, ставшим из-за отсутствия азотированного феррохрома основным, была продувка металла газообразным азотом в ковше при обработке плавки на агрегатах доводки (АДС). Установлено, что одна минута продувки металла азотом увеличивает его содержание на 0,0003…0,0004%.

Продолжительность обработки азотом в течение 5…7 мин обеспечивает получение в готовом металле содержание азота 0,006…0,008%.

В начале применения данного способа были отмечены случаи появления газовых пузырей в слитках, что, вероятно, связано с попаданием влаги во время продувки азотом. Влажность азота по результатам контроля отобранных проб составляла 3,57 г./м³. С учетом изменения «точки росы» при различных температурах возможно появление конденсата в азотной магистрали. В дальнейшем, для удаления образовавшегося конденсата перед обработкой первой плавки в серии, азотную трассу в обязательном порядке стали продувать в течение 8… 10 мин

Влияние способа азотирования на технологические параметры разливки представлено в таблице 7.1. Как следует из приведенных данных, при продувке металла азотом на АДС существенно снижена вероятность аварийных ситуаций при разливке стали. В то же время, данный способ азотирования обеспечивает требуемое содержание азота в готовой стали.

Многолетний опыт разливки трансформаторной стали в слитки показал, что наиболее типичными их пороками являются рослость, усадочная рыхлость и внутренние трещины. При этом основной причиной рослости указывают выделение водорода из металла при затвердевании.

Таблица 7.1 - Влияние способа азотирования трансформаторной стали на качество разливки

Способ азотирования	Количество плавок	Количество пл. с прорывами	Количество пл. с подвисаниями, пл./%
Без дополнительного	16	1/6,2	1/6,2
Азотированным феррохромом	26	1/3,8	1/3,8
Карбамидом	40	4/10,0	19/22,5
Продувка азотом на АДС	107	2/1,9	10/9,3

В процесс производства листа из анизотропной стали также возникает дефект «пузырь-вздутие», который проявляется, как в промежуточной горячикатаной заготовке толщиной 24 мм, так и в холодно катаном трансформаторном листе толщиной 0,30…0,50 мм (рисунок 7.4). Этот дефект в листе имеет две разновидности. Первая имеет вид пузырей овальной формы шириной 2…8 мм и длиной 4…30 мм. Пузыри располагаются строчками, вытянутыми на десятки сантиметров, иногда несколько метров. Вторая разновидность этого дефекта имеет вид полосок или даже ряда полосок, иногда соединенных между собой, шириной 3…5 мм и длиной десятки сантиметров, иногда несколько метров. В ряде случаев вздутие имеет вид втянутых внутрь пузырей.

По ширине холоднокатаного листа дефект «пузырь-вздутие» расположен не хаотично, а достаточно сосредоточено. На 29 образцах листа шириной 750…900 мм можно выделить три области, где встречается этот дефект. Прежде всего - это ось листа. Вторая область расположения дефекта находится в 110… 170 мм от края листа и, наконец, третья область, где сосредоточена большая часть пузырей - это область, располагающаяся, в основном, на расстоянии 230…280 мм от края листа. Такое расположение пузырей достаточно хорошо совпадает с расположением в слитке V - образной ликвации («усов»).

Рисунок 7.4 - «Пузырь-вздутия»: (а - в горячекатаном листе, б - в холоднокатаном листе)

Внутренняя поверхность пузыря не окислена и имеет вид рваной блестящей поверхности. По своему характеру излом хрупкий. На поверхности излома видны неметалические включения овальной и остроугольной формы. Для изучения причин зарождения дефекта «пузырь-вздyтие» был сделан шлиф устья пузыря в листе толщиной 24 мм. Анализ металла вблизи устья показал наличие не сообщающихся между собой пор, размер и количество которых уменьшается по мере удаления от устья и на расстоянии 60 мм практически исчезают. Вблизи устья пузыря металл покрыт сеткой трещин, которые проходят, как по границам, так и через сами зерна. На границе пор и в трещинах встречаются неметаллические включения.

Микроструктуру холоднокатаного трансформаторного листа толщиной 0,20…0,50 мм вблизи пузырей длиной 15…20 мм и шириной 3…8 мм. Из этих участков были приготовлены поперечные и продольные, относительно направления прокатки, шлифы. Кроме того, в ряде случаев пузыри вскрывали и на сканирующем микроскопе изучали состав и структуру внутренней полости дефекта.

Выявлены две разновидности внутренней поверхности полости. Первая разновидность имеет блестящую с металлическим блеском поверхность.

Другая разновидность внутренней поверхности дефекта имеет матовый налет, состоящий из оксидной неметаллической фазы и покрывающий практически всю внутреннюю поверхность полости. Состав включений внутри полости в обоих случаях представлен, в основном, оксидами кремния и алюминия. На образцах без налета на блестящей поверхности изредка наблюдаются включения сульфидов марганца, железа и нитридов титана. Кроме того, на внутренней поверхности пузыря встречаются отдельные локальные выделения углерода.

Образцы шлифов загрязнены неметаллическими включениями, имеющие вид раздробленных строчек и расположенных, в основном, в середине листа. Включения пластичны, но с рваными краями.

Подобного типа включения находятся как в матрице, так и возле дефектных участков. Иногда можно наблюдать переход строчки неметаллических включений в полость с пузырями. Следует подчеркнуть, что перед устьем пузыря, как правило, располагаются строчки включений, которые могут соединять два пузыря между собой. Иногда эти пузыри сообщаются между собой и соединены сплошными неметaлическими включениями. Отдельные вздутия, расположенные вдоль направления прокатки, не являются изолированными, они соединены между собой микротрещинами. Строчечные неметаллические включения могут находиться, как в матрице, так и возле дефектных участков, располагаясь над пузырями. На поперечных шлифах встречаются поры размером 10…50 х 10…20 мкм.

Микрорентгеноспектральный анализ неметаллических включений показал, что включения содержат, в основном, соединения оксида кремния. В небольшом количестве в этих строчках содержится алюминий, титан, кальций и углерод, причем, углерод наблюдается не во всех участках строчечных неметаллических включений.

Во вздутии находится газ, состоящий из 85,3% метана, 14,2% азота и 0,5% двуокиси углерода. Кислорода, водорода и окиси углерода в этом газе не обнаружено. Таким образом, как видно из состава проанализированного газа, внутри дефекта газ состоит, в основном, из метана.

Состав газа в микропузырях трансформаторного листа толщиной 0,30…0,50 мм определяли косвенным образом, анализируя на углерод участки трансформаторного листа одной плавки с закрытыми пузырями и не имеющими дефекта. Установили, что содержание углерода и азота в металле с пузырями заметно выше, чем в металле без дефекта.

Химический состав газового пузыря в толстом листе, его горючесть, повышенное содержание углерода в образцах трансформаторного листа с пузырями, наличие выделений углерода на внутренней поверхности пузыря трансформаторного листа позволяет предполагать, что причиной образования обсуждаемого дефекта является химическая реакция образования метана, протекающая в толще листа металла. Первопричиной образования дефекта является скопление неметаллических включений в стали. Микротрещины, поры, образующиеся вблизи этих включений видимо, являются микрополостями, формирующими будущие пузыри.

Причиной, инициирующей образование дефекта «пузырь-вздутие» в листе трансформаторной стали, является скопление неметаллических включений, вблизи которых образуются поры - зародыши будущих пузырей.

Интерес представляет состав оксидной неметаллической фазы вблизи дефектных мест. Как было установлено, оксиды в листе трансформаторной стали представлены; в основном, алюмосиликатами. Неметаллические включения в металле, разлитом в сквозные изложницы, представлены также строчками силикатов, вытянутых вдоль направления прокатки и расположенных приблизительно по середине листа. Изредка встречаются сульфиды.

В устье пузыря, в порах дефекта, помимо алюмосиликатов содержатся в небольшом количестве и сульфиды марганца.

Таким образом, отбраковки и качественный состав не металлических включений вблизи дефектов позволяет предположить эндогенный характер неметаллических включений, провоцирующих образование дефекта «пузырь-вздутие».

В связи с предполагаемым механизмом образования дефекта, любое уменьшение количества неметаллических включений и содержания водорода в исходном металле должно положительно сказаться на качественных показателях трансформаторной стали.

1. Основной причиной высокой частоты аварийных прорывов металла при разливке трансформаторной стали является сочетание низкой механической прочности с недостаточной пластичностью легированной кремнием стали при температуре 1200 ^оС и выше.

2. Трансформаторная сталь склонна к образованию газовых пузырей в процессе кристаллизации, что снижает механическую прочность затвердев шей оболочки непрерывнолитых слябов и создает условия для аварийного вытекания металла через трещины и разрывы, образующиеся в процессе вытягивания, слябов из кристаллизатора. Образованию газовых пузырей способствуют повышенное содержание водорода и азота в трансформаторной стали, низкая скорость вытягивания слябов из кристаллизатора и особенно - остановки в процессе разливки.

3. Конкретные случаи аварийных прорывов металла при непрерывной разливке трансформаторной стали возникают вследствие неблагоприятного сочетания технологических и организационных факторов, среди которых чаще всего встречается повышенная (более 1530 ОС) температура металла в промежуточном ковше и повышенное (более 0,0080%) содержание азота. В создании неблагоприятных условий определенную роль играют насыщенность металла водородом и качество шлакообразующей смеси.

4. для разливки трансформаторной стали целесообразно использовать шлакообразующую смесь, в состав которой входят наполнители с пониженной температурой плавления [2,5].

8. Безопасность и экологичность

Безопасность труда подразумевает создание таких условий труда, при которых исключается воздействие на работающего опасных и вредных производственных факторов.

Поддержание нормальных и оптимальных условий труда в цехе может быть достигнуто путем внедрения технических средств безопасности и производственной санитарии, а также путем совершенствования технологического процесса и оборудования.

8.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов при разливке стали на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ)

Таблица 8.1 Анализ производственного травматизма в ККЦ с 2002 г. по 2006 г.

Наименование год	2002	2003	2004	2005	2006
Количество н./случаев (всего)	-	1	2	3	1
В том числе: тяжелых смертельных	- -	1 -	1 1	2 1	- -
Коэффициент частоты	-	0,5	1,02	1,64	0,61
Коэффициент тяжести	-	37,0	62,0	87,0	84,5

Причинами указанных выше н./случаев явилось:

- выполнение не порученной работы - 1;

- невнимательность пострадавшего при работе -1;

- неудовлетворительная организация производства работ - 7;

- недостаточная обученность пострадавшего - 1;

- разрушение стекла защитных очков не установленным предметом -1;

- падение кусковых материалов с высоты -1;

- падение пострадавшего при перидвижении - 1.

Травмирование работников цеха за рассматриваемы период происходило по профессиям:

- огнеупорщик - 1 случай;

- разливщик - 3 случая;

- ковшевой - 2 случая;

- электрогазосварщик - 1 случай;

- бригадир скрапного отделения-1 случай;

- слесарь-ремонтник - 1 случай;

- п/сталевара, сталевар - 2 случая;

- пом. нач. цеха -1 случай;

- мастер -1 случай;

- обработчик поверхностных пороков металла -1 случай.

При этом распределение по стажу работы:

- до года - 2 случая;

- 1-5 лет- 3 случая;

- 5-10 лет -2 случая;

- 10-15 лет - 6 случаев.

По возрасту:

- 18-25 лет- 3 случая;

- 25-30 лет - 2 случая;

- 30-40 лет - 3 случая;

- 40-50 лет - 4 случая;

- более 50 лет - 1 случай.

Технологический процесс получения литой заготовки в рассматриваемом цехе сопровождается возникновением опасных и вредных производственных факторов, которые неблагоприятно сказываются на здоровье и работоспособности производственного персонала.

К опасным и вредным факторам относят:

а) повышенная температура;

б) запыленность;

в) высокий уровень шума;

г) повышенная влажность воздуха;

д) движущиеся части агрегатов;

е) опасный уровень напряжения в питающей сети;

ж) выделение отработанных газов (с возможностью образования взрывоопасной смеси);

з) применение горючих жидкостей в технологии.

Теплоизлучение

Основным источником теплоизлучения на МНЛЗ являются сталеразливочное оборудование, жидкая сталь и литая заготовка. В связи с тем, что температура поверхностей рабочего оборудования и ограждений, находящихся в непосредственном контакте с работающим, не должна превышать 45?С, для охлаждения поверхности роликов предусмотрена подача воды. Кроме того, на рабочих местах, находящихся в непосредственной близости от сталеразливочного оборудования, жидкой стали и литой заготовки установлены экраны в виде стальных листов, вентиляторы.

Запыленность

При процессе непрерывной разливки на поверхности нагретых материалов образуется окалина, которая разрушается и поднимается в пространство. Наибольшую опасность представляет пыль, частицы которой имеют размер 5 мкм и менее. Пыль, попадая в легкие, вызывает затруднение дыхания, а как следствие нарушение снабжения организма кислородом. При длительном воздействии пыль может вызвать различные заболевания, а при попадании в глаза может вызвать частичное или полное потерю зрения.

Шум

Любой технологический процесс сопровождается появлением шума, уровень звукового давления которого превышает предельно-допустимый. Основным источником шума являются роликовые секции, транспортные рольганги, электромостовые краны.

Влажность

Повышенная влажность образуется в результате испарения воды с поверхности роликов и литой заготовки.

Фактические и нормативные показатели производственных факторов воздействия на персонал показаны в таблице 8.1.1

Таблица 8.1.1 - фактические и нормативные показатели производственных факторов воздействия на персонал

Физ. произв. фактор Рабочее место	Температура воздуха, оС	Тепловое излучение, Вт\м2	ТНС (тепловая нагрузка среды) WBGT индекс, оС	Влажность воздуха, %
	Норм	факт	норм	факт	норм	факт	норм	факт
Разливочная площадка МНЛЗ	15-22	27,1	140	555,8	20,2-22,8	27,4	15-75	55
Пульт управления МНЛЗ	15-22	20	-	-	20,2-22,8	27,4	15-75	20
Пульт управления газорезки	15-22	20	140	555,8	20,2-22,8	27,4	15-75	20
Машинист разливочного крана	22-24	24	140	230	20,2-22,8	27,4	40-60	32

8.2 Мероприятия по улучшению условий труда

Наличие опасных и вредных производственных факторов вызывает необходимость применения специальных организационно-технических мероприятий, снижающих неблагоприятное воздействие на организм человека.

Организационные мероприятия

Решение этих задач начинается с требований по устройству предприятия, требований к технологическому процессу и оборудованию цеха и заканчивается организацией производства и обеспечением персонала средствами коллективной и индивидуальной защиты.

При составлении инструкций, правил и требований по обеспечению охраны труда используются следующие документы: конституция Российской Федерации (РФ); трудовой кодекс РФ; уголовный кодекс РФ; государственные стандарты (ГОСТ); строительные нормы и правила (СниП); коллективный договор; приказы, распоряжения; «Закон об охране труда в РФ».

В цехе существует несколько видов инструкций: технологические; по безопасности труда для рабочих всех профессий; по ремонту и содержанию оборудования; должностные; по пожарной безопасности.

Для обеспечения выполнения правил по безопасности труда и выявлению нарушений этих правил в целом по ОАО «ММК» введена система профилактик, включающая в себя следующее:

а) система инструктажей;

б) система целевых проверок;

в) система талонов предупреждения;

г) бирочная система;

д) учет и анализ травматизма и нарушений техники безопасности.

При приеме на работу в ОАО «ММК» все без исключения проходят вводный инструктаж. Затем, непосредственно в цехе, для них проводят первичный инструктаж с последующей проверкой знаний по технике безопасности. Через каждые полгода (для некоторых групп работников чаще) проводится повторный инструктаж. Кроме того, существуют внеплановый и целевой инструктаж.

Для своевременного выявления потенциально опасных факторов, которые могут привести к несчастным случая, начальником цеха (или его заместителем), по установленному графику проводятся целевые проверки оборудования, механизмов, агрегатов и инструментов. Выявленные недостатки заносятся в журнал целевых проверок и устраняются в максимально короткие сроки.

В цехе предусмотрена система отрывных талонов предупреждения нарушений правил техники безопасности, предусматривающая меры воздействия на нарушителей.

Каждый мастер ежемесячно проводит совещания со своей бригадой, на которых обсуждается проводимая работа по профилактике безопасности травматизма. В конце месяца начальником цеха проводятся совещания с ИТР о проводимой профилактической работе и по итогам травматизма за прошедший месяц.

Технические средства безопасности оборудования

Механизация и автоматизация

На МНЛЗ практически все операции механизированы, что устраняет тяжелый ручной труд. Оборудование снабжено автоматическими системами подачи смазочно-охлаждающей жидкости (масла и воды).

С целью удаления работающего из опасной зоны разливки производится дистанционно с пультов управления (защита расстоянием). Пульты управления звукоизолированы и оборудованы звуковой и световой сигнализацией для извещения о пуске, остановке разливки и о режиме работы. Рукоятки контроллеров и кнопки управления, а также вся контрольно-измерительная аппаратура, находящаяся в пультах управления, расположена с учетом максимального удобства в работе оператора.

На МНЛЗ используется технологическая, командная, предупредительная и аварийная сигнализация (световая) служит для извещения о режиме работы, перемещении мостовых кранов; командная звуковая сигнализация используется для оповещения о проведении последующих операций разливки.

Аварийная сигнализация (звуковая и световая одновременно) срабатывает при прекращении подачи охлаждающей жидкости, порывов силовых кабелей и аварийных ситуаций непосредственно.

Для предотвращения разлёта искры используют цепные завесы. Для защиты органов дыхания и глаз рабочих применяются средства индивидуальной защиты.

Защита от избыточного теплоизлучения

В местах прохода сталевозов, чугуновозов с жидким металлом, шлаковозов с жидким шлаком, а также в местах, подвергающихся воздействию теплоизлучения установлена теплозащита металлоконструкций здания и оборудования. Все колонны вдоль пути движения сталевоза на высоту до 8 м зафутерованы огнеупорным кирпичом, балки и площадки над сталевозами защищены специальными экранами из нержавеющего металла или водоохлаждаемыми экранами (балки над конвертером).

Для защиты работающих от лучистого тепла и возможных выбросов металлургических продуктов предусмотрены металлические экраны и принудительная вентиляция.

Проемы в укрытии со стороны разливки жидкого металла оборудованы раздвижными воротами.

Предусмотрен комплекс мероприятий по дополнительной теплозащите главных постов управления МНЛЗ, в том числе остекление поста теплопоглощающими стеклами, защиту наружной стенки поста, обращенной в сторону МНЛЗ отражающими экранами (алюминиевыми листами S=1,5 мм), подача кондиционированного воздуха в пост от центральной вентстанции по теплоизолированному воздуховоду. Возможна также установка подвижного защитного экрана из полимерной пленки с металлизированным покрытием между элементами остекления. Экран устанавливается между двумя оконными блоками с одинаковым остеклением на расстоянии 5-20 мм от каждого из элементов остекления.

Взятие проб и замер температуры металла предусматривается термозондом с автоматической перезарядкой датчиков. Для ручного отбора проб предусмотрена механизированная тележка с теплозащитным экраном.

Применение ограждений

Для создания безопасных условий труда все открытые движущиеся части оборудования, расположенные на высоте 2,5 м и менее от уровня пола или доступные для случайного прикосновения рабочих с обслуживающих площадок, а также контргрузы, не размещенные внутри оборудования, ограждаются сплошным или сетчатым ограждением с размерами ячеек 20x20 мм. Ограждения съемные, устойчивые по отношению к коррозии и механическим воздействиям.

Все ограждения имеют блокировки с пусковыми устройствами оборудования, исключающие работу оборудования при снятом ограждении.

Все площадки, расположенные на высоте 0,6 м и более, от уровня пола, лестницы, открытые приямки, переходные мостики, проемы в перекрытиях снабжены перилами или сплошными бетонными и металлическими ограждениями высотой не менее 0,9 м. Предусматривается закрытие люков, приямков, проемов прочными крышками или настилами, уложенными заподлицо с полом.

В пролете ОНРС ограждающими устройствами служат:

- шлакоотбойные щиты (под рабочей площадкой вдоль путей шлаковоза, сталевоза, передаточной тележки промковша);

- сплошное ограждение (привода поворота сталеразливочного стенда и роликов секций МНЛЗ);

- перила со сплошной обортовкой по низу (рабочая площадка, площадки обслуживания приводов, площадки обслуживания МНЛЗ и др.).

Защита от шума и вибрации

Для уменьшения уровней шума и вибрации предусматривается герметизация постов управления с устройством звукопоглощающей облицовки внутренних поверхностей ограждающих конструкций, звукоизолирующие укрытия шумящих узлов агрегатов.

В качестве ограждающих конструкций встроенных помещений и постов управления в пролете ОНРС предусматривается применение трехслойных панелей. Внутренние поверхности стен и потолков в необходимых случаях облицовываются звукопоглощающими материалами. Стыки герметизируются с использованием резиновых и полиуретановых прокладок.

Предусмотрено снижение шумовых характеристик от оборудования. Предусматриваются мероприятия по звукоизоляции и звукопоглощению в источниках возникновения шума, на пути его распространения.

Сталевозы и шлаковозы не являются источниками повышенного шума. Единственным источником шума является звуковая сирена, включаемая при их движении, согласно требованиям техники безопасности.

Содержание в исправном состоянии оборудования и сооружений, укрытий, звукоизоляции, средств-звукопоглощения обеспечивает снижение уровней шума на рабочих местах.

Для защиты от вибрации используются виброизолирующие и вибропоглощающие устройства, а также средства дистанционного управления, автоматического контроля и сигнализации.

На кранах цеха не предусматривается установка высоковольтных преобразователей, что позволяет исключить вибрацию их мостов. Питание кранов - через тиристорные преобразователи, устанавливаемые в помещениях на полу цеха.

Вентиляция

В связи с выделением в кислородно-конвертерном цехе значительных количеств тепла, пыли (особенно мелкодисперсной, витающей в воздухе) и газов важное значение для создания благоприятных условий труда имеет организованный воздухообмен. Естественная вентиляция (аэрация) является основным средством борьбы с производственными вредностями. С ее помощью можно обеспечить огромные воздухообмены, достигающие иногда десятков миллионов кубических метров в час. Осуществление таких воздухообменов путем устройства механической вентиляции потребовало бы значительных затрат, больших расходов электрической и тепловой энергии и было бы весьма сложно в эксплуатации.

Основные достоинства аэрации - это незначительные (по сравнению с механической) затраты и бесшумность (рис. 8.2.1).

Рисунок 8.2.1 - Общая схема аэрации

Конструкция здания цеха, расположение аэрационных фонарей, открывающихся фрамуг в стеновых ограждающих конструкциях склада слябов предусмотрены таким образом, чтобы естественный воздухообмен обеспечивал создание рабочих зон соответствующих ГОСТ 12.1.005-88 Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.

В цехе приток свежего воздуха осуществляется через фрамуги стен, а вытяжка через фонари, установленные на крыше здания цеха над каждым пролетом цеха. Кроме естественной вентиляции в цехе применяется искусственная вентиляция, служащая для удаления вредных примесей с рабочих мест и установок. В целях сохранения здоровья трудящихся в цехе установлены:

- санитарно-вытяжные установки - 92 шт.;

- санитарно-припечные установки - 60 шт.;

- передвижные аэраторы - 45 шт.;

- отопительные аппараты-182 шт.;

- кондиционеры-18 шт.;

- воздушные занавесы у ворот-13 шт.

Расчет аэрации в отделении непрерывной разливки стали (ОНРС)

Исходные данные

Тепловыделения от оборудования - 86·10⁶ ккал/ч

Параметры наружного воздуха:

t_н=t_пр=22,8 °С ?_н=1,196 кг/м³

Параметры воздуха в рабочей зоне:

t_р.з= t_пр+?t=22,8+5=27,8 °С ?_{р. з.}=1,173 кг/м³

?t=5 °С (для переходного периода)

Коэффициент m=0,25

Решение [4, 9,10,11]

Определяем температуру воздуха, уходящего через фонарь:

, (1)

где t_н - температура наружного воздуха, °С;

t_р.з - температура воздуха в рабочей зоне, °С;

m - безразмерный коэффициент, равный доле избытков явного тепла, идущих на нагревание воздуха рабочей зоны.

Определяем плотность уходящего воздуха по формуле (2):

(2)

Определяем весовой расход воздуха по формуле (3):

, (3)

где Q - тепловыделения от оборудования, ккал/ч.

Определяем располагаемое давление: