Автоматизация управления потоком металла в машинах непрерывной разливки стали

лургия, 1978. 370 с.

K.V. Zvyagin, V.I. Zolotukhin

AUTOMATION OF QUALITY CONTROL OF MIXES

Questions of system development of automatic control of quality of a fire-resistant mix are considered.

Key words: a fire-resistant mix, quality, automatic control.

Получено 20.01.12

УДК 621.746

В.И. Золотухин, д-р техн. наук, проф., директор

АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОТОКОМ МЕТАЛЛА В МАШИНАХ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ СТАЛИ

Рассмотрены вопросы применения современных технических решений для систем автоматизации управления потоком металла в системах непрерывной разливки стали, преимущества шиберных затворов и устройств для быстрой смены стаканов-дозаторов.

Ключевые слова: машины непрерывной разливки стали, шиберный затвор, шиберная керамика.

Широкое применение современных технологий разливки стали, использование высокостойких футеровок существенно повысили требования к оборачиваемости ковшей, сокращению времени их обслуживания и потребовали создания современных систем автоматизации управления потоком металла, позволяющих при этом снизить удельные затраты на его разливку.

Основные элементы современных систем автоматизации управления потоком металла, поставляемые НПП «Вулкан-ТМ» представлены на рис. 1. Это механические системы: двух- и трёхплитные затворы, устройства быстрой смены стаканов, формованные огнеупоры, бетонные массы, системы продувки и защиты металла от вторичного окисления, устройства привода и управления [1].

Современные установки непрерывной разливки стали оснащаются также системами раннего обнаружения шлака и системами автоматического поддержания уровня металла в кристаллизаторе. Последние задачи решаются НПП «Вулкан-ТМ» в контакте с фирмой «ТехноАп» (г. Москва).

46

Рис. 1. Система управления потоком металла -

оборудование и огнеупоры производства НПП «Вулкан-ТМ»

1 - сталеразливочный ковш; 2 - шиберный затвор;

3 - система автоматического регулирования МНЛЗ;

4 - промежуточный ковш; 5 - шиберный затвор промковша;

6 - кристаллизатор; 7 - вытяжные клети; 8 - устройство быстрой

смены стаканов-дозаторов

Для решения поставленной задачи необходимы выбор рациональной конструкции шиберной системы и оптимальный подбор расходуемого огнеупорного комплекта. Анализ эволюции развития шиберных систем, позволяет сформулировать требования к шиберным системам нового поколения для высокопроизводительных УНРС:

- наличие многоточечного пружинного механизма равномерного прижатия огнеупорных плит;

- увеличенная долговечность узлов и деталей системы;

- наличие системы фиксации огнеупорных плит;

- минимизация человеческого фактора при эксплуатации системы;

- быстрота и удобство замены огнеупоров.

47

Применение современных технических решений даёт возможность обеспечить достаточную равномерность приложения прижимного усилия на огнеупорные плиты, обеспечить их самоустановку, компенсировать циклические температурные расширения и износ огнеупорных и металлических деталей затвора, снизить требования к точности изготовления деталей и узлов [2].

Определено, что требованиям, предъявляемым к шиберным системам последнего поколения, соответствует целый ряд современных моделей зарубежных производителей: «Меtacon AG», «Vesuvius», «FloCon»,

«Interstop», «Knoellmger», «Uberzetta», «Sanac». В Украине совместную разработку устройств для дозированного перелива жидкого металла в условиях сталеплавильного производства ведут Донецкий национальный технический университет (ДонНТУ) и НПО «ДОНИКС» [3].

С целью оптимизации затрат НПП «Вулкан-ТМ» разработан типоразмерный ряд унифицированных двухплитных шиберных затворов серии ВТМ, отвечающих современным требованиям, и комплектов огнеупорных изделий в металлических обечайках и бандажах [4], которые серийно поставляются более чем на 15 предприятий РФ и СНГ. Технические характеристики шиберных затворов приведены в таблице.

Технические характеристики шиберных затворов серии ВТ

Марка затвора Объем ковша, т Диаметр канала, мм Г абаритные размеры, мм Область применения

ВТМ-30 0 СО (N 3 О 5 о 684x420x160 Мини-УНРС

ВТМ 40/60 30... 150 3 6 о 1115x580x285 Изложницы, УНРС

ВТМ-50 30... 150 до 70 984x700x245 УНРС

ВТМ-80 150.200 6 о 8 о 1400x580x266 УНРС

Оригинальным решением для мини-УНРС является двухплитный шиберный затвор ВТМ-30, отличающийся компактностью и простотой обслуживания, что позволяет использовать его на ковшах ёмкостью до 30 т (рис. 2). Оригинальная схема поджатия плит с опорными роликами обеспечивает постоянное усилие прижима плит в точках, равноудаленных от оси разливочного канала, восстановление усилия сжатия между разливками, самоустановку плит.

Наряду с вышеуказанными преимуществами к отличительным особенностям конструкции относятся:

- кассетная замена огнеупоров в металлических обечайках непосредственно на ковше;

- создания усилия прижатия плит при взведении одного упругого элемента пружинно-торсионного механизмах прижима плит;

- ручной привод перемещения подвижной каретки либо возможность установки гидро- или электропривода по требованию заказчика;

- простота в изготовлении, монтаже;

- пружинно-торсионный механизм прижима плит;

- контроль работоспособности затвора на ковше без разборки шибера.

Рис. 2. Шиберный затвор ВТМ-30

Автовзведение прижимного механизма происходит при втягивании приводом направляющих подвижной каретки на опорные ролики независимых траверс.

Благодаря модульной конструкции затворы серии ВТМ-30 адаптированы по обслуживанию и могут применяться на металлургических предприятиях с различными условиями эксплуатации. Модульное исполнение шиберного затвора в сочетании с кассетным принципом использования огнеупоров позволяет производить замену огнеупорного комплекса без снятия затвора с ковша, при этом отпадает необходимость в шиберной мастерской.

Затворы серии ВТМ-30 прошли испытания и успешно эксплуатируются на ведущих мини-заводах России и стран ближнего зарубежья (ГУП «ЛПЗ» (Россия), «TSA-Steel Group» (Украина), «KSP Steel» (Казахстан) и др.).

Несомненно, шиберные затворы ведущих западных фирм («Vesuvius», «Interstop» и др.) обладают целым рядом достоинств, в т.ч. связанных с удобством в эксплуатации и качеством сервисного обслуживания, но стоимость современных западных затворов и особенно огнеупоров к ним значительно превышает стоимость отечественных аналогов, в то время как принципиальных конструктивных решений, отличных от отечественных аналогов, не предлагается.

Следует также отметить, что масса быстросменных расходных огнеупоров для затворов серии «ВТМ» значительно меньше соответствующей им керамики шиберных затворов инофирм, что обеспечивает лучшие эргономические показатели и заметно снижает затраты на огнеупорный припас.

Приведенные технико-экономические расчеты и накопленный за 15

лет опыт эксплуатации шиберных систем серии «ВТМ» показал, что уровень применяемых в них технических решений, соответствует требованиям современных сталеплавильных производств и позволяет снизить затраты на шиберные затворы и расходуемые огнеупоры к ним в 1,5-2 раза по сравнению с предложениями ведущих инофирм.

Благодаря запатентованной технологии изготовления шиберных плит в металлических обечайках и бандажах в затворах серии ВТМ возможно использование шиберных плит как отечественных, так и зарубежных производителей.

Накопленный опыт эксплуатации шиберных затворов серии ВТМ показал, что при использовании качественной шиберной керамики и достаточной подготовке обслуживающего персонала применение шиберных систем серии ВТМ обеспечивает точное управление потоком разливаемого металла, позволяет получить требуемую многоплавочность огнеупоров, повышает оборачиваемость ковшей и улучшает технико-экономическую эффективность производства в целом.

Наряду с виброформованными огнеупорами НПП «Вулкан-ТМ» производит широкий спектр неформованных огнеупоров, к которым относятся набивные массы и огнеупорные бетоны нового поколения с модифицирующими добавками шамотного, муллитокремнеземистого, муллитово-го, муллитокорундового, корундового составов с добавками шпинели, хрома, циркона, карбида кремния, углерода, бадделеита и других материалов. Неформованные огнеупоры содержат модификатор, позволяющий синтезировать вторичный муллит при температурах 800...900 оС, повышающий термостойкость, прочность, плотность, металло- и шлакоустой-чивость набивных масс и огнеупорных бетонов в процессе эксплуатации.

Для внедрения современных методов внепечной обработки НПП «Вулкан-ТМ» разработана и апробирована технология производства щелевых донных продувочных фурм для гомогенизации и рафинирования металла инертным газом непосредственно в ковшах перед их разливкой.

Прошедшие успешную апробацию на ряде ведущих металлургических предприятий, таких, как ООО «Промтрактор-Промлит (г. Чебоксары), ЗАО «Группа ЧТПЗ» (г. Челябинск), ЗАО «Азовэлектросталь» (г. Мариуполь), ОАО «Армапром» (г. Миргород) и др., продувочные фурмы показали максимальную стойкость 65 плавок при времени продувки 10.15 мин за плавку, которая напрямую зависит от условий их эксплуатации и обслуживания на каждом конкретном предприятии.

К последним разработкам относится конструкция продувочного моноблока, представляющего собой монолитный гнездовой блок со сквозными щелевыми пазами для подачи газа. Достоинствами данного блока являются: отсутствие металлической оболочки и возможности прорыва газа; уменьшение износа; значительно большая рабочая поверхность и про-

странство для расположения щелей. В качестве дополнительного предложения НПП «Вулкан-ТМ» реализует оснащение шиберных затворов системами раннего обнаружения шлака фирмы «ТЕХНОАП» (г. Москва), прошедшими испытания и успешную апробацию на ОАО «Северсталь» и ОАО «ММК» (г. Магнитогорск).

В настоящее время «Вулкан-ТМ» продолжает развивать направление повышения непрерывности работы УНРС и создания конкурентоспособных импортозамещающих конструкций. Учитывая, что в основном остановы и перерывы в работе автоматизированных установок связаны с заменой отказавших элементов, новейшей разработкой фирмы являются системы быстрой смены калиброванных стаканов-дозаторов (марки УБС-30) и погружных стаканов (марки УБС-70) (рис. 3, 4), которые комплектуются отечественными узлами и огнеупорами и ориентированы на ведущих российских производителей огнеупорных изделий. По функциональным возможностям системы не уступают зарубежным аналогам (Interstop, Vesuvius, Flogates, Danieli).

Рис. 3. Система быстрой смены калиброванных стаканов-дозаторов

Основными преимуществами данных конструкций являются:

- полностью механизированная замена стакана;

- длительность замены стакана - не более 1 с;

- возможность использования гидро-, электро-, - пневмопривода;

- равномерность распределения нагрузки на перемещаемый стакан в течение всего времени его использования;

- увеличенный период планово-предупредительной замены упругих элементов за счет использования жаропрочных тарельчатых пружин;

- экономичность.

Рис. 4. Система быстрой смены погружных стаканов

В настоящее время НПП «Вулкан-ТМ» ведётся работа по внедрению рассмотренных устройств на ведущих металлургических предприятиях России и ближнего зарубежья.

Новизна технических решений, рассмотренных в статье, защищена патентами РФ на изобретения (№ 2256531, 2333073, 2311260, 2309183), полезную модель (№ 56215) и свидетельствами РФ на промышленные модели (№ 7915; 8642; 12886).

Список литературы

1. Современные системы бесстопорной разливки стали для мини-металлургических заводов и литейных производств / В.И. Золотухин [и др.] // Металлургические процессы и оборудование. 2006 № 3. 2006. С.33-38.

2. Опыт эксплуатации сталеразливочных систем нового поколения и огнеупоров к ним / В.И. Золотухин [и др.] // Новые огнеупоры. № 1.

2009. С. 100-101.

3. Опыт разработки шиберных устройств для технологических переливов стали / С.П. Еронько [и др.] // Черметинформация. Бюл. «Черная металлургия». № 9.

2008. С. 81 - 87.

4. Шиберные сталеразливочные системы и комплекты огнеупоров к ним / В.И. Золотухин [и др.] // Новые огнеупоры. №. 3.

2008. С. 90-95.

V.I. Zolotukhin

AUTOMATION OF PROCESSES OF DISPENSING AND INCREASES OF THE CONTINUITY OF WORK THE MECHANISM OF A CONTINUOUS OF STEEL CASTING

Questions of application of modern technical solutions for systems of automation of management are considered by a stream of metal, advantage of slide gate and devices offast change of glasses batchers

Key words: steel casting, slide gate, slide gate ceramics.

Получено 16.01.12

УДК 621.9

Г.В. Шадский, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-18-87, stanki@uic.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ),

С. В. Сальников, студент,

ВОЗМОЖНОСТИ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ РАЗРУШЕНИЕМ ЗОНЫ РЕЗАНИЯ

Предложена гипотеза о возможности возникновения туннельного эффекта при эволюции дислокационной структуры в результате упругопластического деформирования материала в зоне резания, объясняющая механизм управления направленным разрушением.

Ключевые слова: туннельный эффект, зона резания, электрический ток, дислокационная теория.

Для объяснения механизмов разрушения зоны резания широко используются известные положения дислокационной теории [1,2]. Они дают возможность описать механические и электрические процессы, протекающие в зоне предразрушения, с единых позиций, основанных на исследовании эволюции структуры локального объема обрабатываемого материала.

Плотность дислокаций служит мерой дефектности структуры. При движении дислокации скапливаются у барьеров и дефектов. Они создают