В конце июня с.г. во французской Ницце состоялась 5-я европейская конференция по непрерывной разливке стали. Во Дворце конгрессов “Акрополис” собралось более 400 делегатов из 35 стран мира. Наиболее многочисленными делегациями были представлены Германия и Франция (около 80 человек в каждой), Австрия (27 делегатов), Великобритания (23), Швеция (21), Италия (20), Бельгия (19), Бразилия (16) и Япония (15 делегатов).

Пленарное заседание открыл президент Исследовательского центра французской компании Arcelor Group г-н Дж. Ламант. Далее были оглашены три доклада, которые в определенной степени задавали тон дальнейшему ходу конференции.

Так, в докладе исполнительного вице-президента промышленного отдела Arcelor г-на П.Гуглиермина были представлены основные технологические решения и построения, обеспечивающие этой крупнейшей транснациональной компании постоянное развитие и высокую конкурентоспособность в области производства длинномерной металлопродукции. В докладе на ряде конкретных примеров показана определяющая роль сталеплавильного передела и технологий непрерывной разливки стали с точки зрения обеспечения конкурентоспособности металлопродукции. Отмечено, что одним из приоритетных направлений развития технологий и оборудования для непрерывной разливки стали является реализация решений в части разливки новых высококачественных марок сталей, оптимальных профилей заготовки и т.п.

Профессор Меллон-Карнеги Университета (г. Питтсбург, США) г-н А.Крэмб в своем докладе представил современную ситуация и основные тенденции развития процессов непрерывной разливки стали в Северной Америке. Докладчик подчеркнул, что на металлургических заводах США и Канады непрерывная разливка стали используется самым широким образом. В целом технологический передел сталеплавильного производства оснащен машинами непрерывной разливки в полном объеме, что для этого региона обеспечивает уровень использования непрерывной разливки стали в 97,7%. Характерной особенностью металлургического комплекса Северной Америки является его обеспеченность практически всеми современными типами и конструкциями МНЛЗ, что, безусловно, гарантирует высокий исследовательский потенциал в части создания новых высокоэффективных технологий. Это относится к развитию концепции мини-металлургических заводов для получения тонких слябов высокого качества, а также – для создания высокоэффективного технологического цикла прямого получения тонкого листа на заводе Nucor Steel в г. Крофордсвилл.

В докладе вице-президента китайского металлургического комбината Baoshan Iron & Steel Co г-на Ку Джиана представлена развернутая картина развития металлургического комплекса КНР за последние 5 лет. Отмечено, что бурный рост объемов производства стали в КНР базируется на введении в эксплуатацию новых и реконструкции действующих металлургических комбинатов и заводов. При этом базовые технологии и оборудование приобретаются у ведущих европейских и японских компаний, что обеспечивает ускоренный путь технологического развития металлургии. Только за последние 5 лет доля непрерывной разливки стали в Китае увеличилась с 75% до 95,5%. По словам г-на Ку Джиана, на металлургических заводах Китая уже сегодня достигнуты рекордные показатели работы МНЛЗ без остановки (более 1200 плавок в одной серии). В ближайшие годы основным требованием к работе МНЛЗ в КНР станет обеспечение качества непрерывнолитой заготовки, соответствующего требованиям международных стандартов и норм.

Всего на этом конгрессе было заслушано 80 докладов на 18 сессиях, а 32 доклада было представлено в виде постеров (настенных докладов).

Участники конференции побывали также с экскурсией на металлургических заводах Sollac Mediterranee at Fos-sur-Mer Ijmuiden (производство плоского проката) и Ugine S.A. (производство длинномерного проката из нержавеющих сталей). Оба завода в входят в состав Arcelor Group. Одновременно с конференцией проводилась выставка современных материалов и оборудования для непрерывной разливки стали.

Значительное содействие организации этого конгресса металлургов оказала известная металлургическая корпорация Arcelor и французская Ассоциация техники в металлургии.

Ниццианские хроники

О прогрессивных решениях для современной металлургии в контексте конференции по непрерывной разливке стали в Ницце

5-я европейская конференция по непрерывной разливке стали, состоявшаяся недавно в Ницце, позволила рельефно обозначить современные тенденции и последние достижения в развитии процессов по этому сектору черной металлургии. Кроме того, данный конгресс металлургов очертил главные направления прогресса в сфере технологии и оборудования по непрерывной разливке стали на ближайшие 10-15 лет.

Следует ожидать, что основное развитие в области непрерывной разливки будет достигнуто на базе традиционных решений и конструкций МНЛЗ за счет проведения небольших, но глубоких и тонких конструкционных и технологических трансформаций. Из новых решений максимальное развитие могут получить технологии и оборудование для разливки тонких слябов. Более выраженной станет и тенденция к повышению экологических требований к процессам производства стали, что накладывает определенный отпечаток на прогресс в сфере непрерывного литья.

И еще один немаловажный момент. На конференции по непрерывной разливке был подтвержден тезис о том, что последние технические достижения в этой области обеспечивают производителям стали максимальный успех и устойчивость в бизнесе. Убедиться в этом позволяет краткий “пленарный анализ” выступлений участников конференции, проведенный нашим постоянным автором, который также принимал участие в общемировом форуме металлургов в Ницце.

Формирование заготовки в кристаллизаторе

Ряд выступлений участников конференции был посвящен рассмотрению результатов исследований в части обеспечения оптимальных условий по формированию непрерывнолитой заготовки в кристаллизаторе, в т.ч. и за счет рационального выбора шлакообразующих смесей (ШОС). Большинство докладчиков сошлись во мнении, что качество и функциональные возможности шлакообразующих смесей в очень сильной степени влияют на качество поверхности заготовки и на развитие различного рода поверхностных и подповерхностных трещин. Для повышения эффективности применения ШОС некоторые исследователи считают целесообразным обеспечивать комплекс тестовых испытаний для каждого конкретного вида продукта. При этом в комплекс тестовых испытаний рекомендуется включать:

Достаточно подробно рассматривались и вопросы оптимизации условий подачи металла в кристаллизатор посредством погружных стаканов различной конструкции. Основные исследования в этой сфере направлены: на изучение условий зарастания погружных стаканов в ходе разливки и оценку влияния твердых отложений, образующихся на поверхности погружных стаканов, на характер течения металла в жидкой ванне-кристаллизаторе.

В нескольких докладах были приведены результаты исследований причин зарастания внутренней полости погружных стаканов. Показано, что основными причинами этого являются попадание технологического шлака из сталеразливочного ковша и вторичное окисление стали в ходе технологических переливов. (В частности, в докладе представителя российского АО “Северсталь” приведены количественные оценки загрязнения сталей типа IF и ULC с использованием вводимых в различных местах индикаторов. Эти исследования подтверждают тот факт, что процесс вторичного окисления развивается как при переливе металла из сталеразливочного ковша в промковш, так и при истечении металла из промковша в кристаллизатор.)

Для борьбы с этим явлением предлагаются различные схемы и приборы, осуществляющие фиксирование момента начала истечения шлака в промковш. Так, фирмы Corus RD&T (Бельгия) и Metal Process Control AB (Бельгия) разработали устройство, контролирующее характер течения металла непосредственно во внутренней полости кристаллизатора. В ходе исследований установлено, что прибор позволяет фиксировать колебания уровня металла в погружном стакане, которые и являются, по мнению авторов, причиной нарушения стабильности процесса литья. Вместе с тем представители названных фирм признают, что это устройство требует дальнейшей доработки и совершенствования в части компактности и надежности работы.

В свою очередь, представители компании Arcelor сообщили о продолжающемся развитии концепции литья стали с так называемым “свободным мениском”. Цель этих исследований – улучшить условия формирования заготовки в кристаллизаторе. При этом кристаллизатор представляет собой комбинированную конструкцию, в которой верхняя (примерно четвертая) часть выполнена из огнеупорного материала, выполняющего функцию утеплителя. Это позволяет исключить образование твердой корочки в этой части кристаллизатора. Остальная часть кристаллизатора выполнена из меди с никелевым покрытием с интенсивным водяным охлаждением. Промышленные испытания этой конструкции выполнены для сортовой заготовки сечением 130х130 мм. Хотя, по словам самих разработчиков, максимальный потенциал эта концепция имеет при литье тонких слябов и фасонных заготовок.

Для борьбы с зарастанием погружных стаканов ряд докладчиков предложили специальные мероприятия, которые базируются на применении т.н. “антиклоггинговых” огнеупорных материалов и покрытий. Судя по приведенным данным, использование таких материалов в погружных стаканах обеспечивает повышение их эксплуатационных показателей в 1,5-2 раза и более (в зависимости от загрязненности стали оксидами алюминия). В этой связи особо обращает на себя внимание разработка концепции самоочищающегося стакана, представленная фирмами Corus IJmuide и Heraues Electro-Nite International. В данном случае эффект предотвращения зарастания достигается за счет создания обратной разности потенциалов, препятствующей оседанию оксидов алюминия на поверхности стакана (выполнена из оксида циркония).

Чистая сталь

Проблеме обеспечения чистоты стали участники конференции также уделили немало внимания. Прежде всего, г-н К.Вюнненберг из Международного института чугуна и стали (Бельгия) презентовал делегатам конгресса общий доклад от лица рабочей группы “Чистая сталь”, которая представляет многие ведущие металлургические компании мира. В своем выступлении Вюнненберг обозначил современный уровень проблемы и подтвердил, что решающее влияние на чистоту стали оказывают процессы внепечной обработки и непрерывной разливки стали.

Свои наработки в области развития теоретических представлений об удалении и захвате неметаллических включений в процессе затвердевания непрерывнолитой заготовки совместно представили фирмы CRM (Бельгия), Corus RD&T (Нидерланды) и Arcelor Research (Франция). На базе сравнительного анализа практических исследований загрязненности слябов пузырьками аргона и неметаллическими включениями для двух типов МНЛЗ (радиальной и с вертикальной частью) исследователи этих фирм установили следующее. Для сталей класса ULC и IF залегание пузырьков аргона и неметаллических включений примерно одинаково на расстоянии 0-20 мм от поверхности, а в слое в слое 20-40 мм от поверхности – примерно в 2,5-3 раза меньше для МНЛЗ с вертикальной частью. В более глубоких слоях загрязненность в 1,5 раза ниже для заготовки, разлитой на радиальной МНЛЗ. В докладе показано, что значительная часть пузырьков аргона при определенных условиях может захватываться фронтом затвердевания. При этом в ходе лабораторных исследований установлено, что большая склонность к захвату пузырьков аргона и шлаковых включений отмечается для МНЛЗ с радиальным кристаллизатором.

Немалый интерес вызвал доклад представителя китайского металлургического комбината Baoshan Iron & Steel Co (объем производства стали в 2004г. – 21,41 млн.т; конвертерный цех завода имеет в своем составе 3 конвертера вместимостью 300 т каждый, агрегат внепечной обработки стали CAS-OB, 2 циркуляционные вакуум-камеры типа RH и 2 двухручьевые слябовые МНЛЗ). На этом предприятии используют комплексный подход к обеспечению качества стали на базе ее рафинирования в ковше и оптимизации технологии непрерывной разливки. Отдельные мероприятия по повышению качества стали на Baoshan Iron & Steel Co включают:

Непрерывная разливка тонких слябов

Около 20 докладов участников конференции было посвящено проблеме разливки стали на тонкослябовых МНЛЗ. Большинство выступающих по этой теме сходились во мнении, что современные тонкослябовые МНЛЗ полностью конкурентоспособны с традиционными машинами для разливки стали. (Подтверждением этому служит и тот факт, что в настоящее время более чем на 45 ручьях тонкослябовых МНЛЗ разливается свыше 45 млн.т стали в год.) Так, по гомогенности и размерам зерна продукция тонкослябовых МНЛЗ соответствует стандарту ASTM 10-12 при практически полном отсутствии осевой ликвации. Механические свойства листа, прокатанного из тонкого сляба, характеризуются высокой однородностью (±5%), высоким сопротивлением усталостному разрушению, высокой пластичностью при низких температурах и др. Вместе с тем, если учитывать показатели производительности тонкослябовых МНЛЗ, то в этом отношении они уступают современным слябовым машинам примерно в 1,5-2 раза.

Большое внимание исследователями и технологами по-прежнему уделяется оптимизации геометрической формы кристаллизатора для тонкослябовой МНЛЗ во взаимосвязи со скоростью вытягивания заготовки, ее качеством и т.п. Определенной доработки требуют также вопросы оптимизации условий подвода металла в кристаллизатор. Это подтверждается рядом исследований, доказывающих, что при нарушении условий истечения металла из погружного стакана может происходить затягивание шлакообразующей смеси с поверхности зеркала металла. Эти данные ставят перед производителями огнеупоров для агрегатов непрерывной разливки стали определенные задачи в области оптимизации конструкции погружных стаканов и повышении их эксплуатационной стойкости.

Также необходимо отметить, что для повышения эффективности литья на тонкослябовых МНЛЗ имеется существенный потенциал, который может быть задействован в случае применения электромагнитного перемешивания металла в кристаллизаторе. Электромагнитное воздействие серьезно препятствует развитию различного рода несимметричных течений, приводящих к нарушениям в росте твердой корочки. В конечном счете это обеспечивает уменьшение числа прорывов и вынужденных остановок тонкослябовых МНЛЗ.

Исследования по двухвалковым МНЛЗ

Выступления делегатов форума относительно результатов исследований разливки стали на двухвалковых МНЛЗ позволяют достаточно полно представить нынешний уровень развития этой технологии. При этом на конференции в той или иной мере были представлены все основные конкурирующие проекты в этой области. Однако далеко не все детали и результаты исследований раскрывались докладчиками, что объясняется жесткой конкуренцией за лидерство в этой области, а также, вероятно, недостаточной для промышленного использования проработкой некоторых декларируемых технических решений.

Обобщая представленные материалы, можно предположить, что главные разработчики оборудования и технологии для разливки стали на двухвалковых МНЛЗ в основном решили все технические проблемы, препятствующие непосредственно литью полосы и тонкого листа. Это позволяет говорить о том, что прямая отливка тонкого листа уже освоена на опытно-промышленном уровне. К достигнутым результатам в этой области следует отнести:

А в исследованиях по двухвалковым машинам большое внимание уделяется непосредственно качеству получаемой продукции и возможностям обеспечения ее конкурентоспособности с традиционным листом. Наиболее глубокие исследования в этой области выполнены американской фирмой Castrip LLC на металлургическом заводе Nucor Steel (США), где в 2004г. отлито 150 тыс.т продукции на двухвалковой МНЛЗ. В целом можно констатировать, что получаемый таким образом лист соответствует стандарту ASTM A1011 (для горячекатаного листа). Однако стремление обеспечить это соответствие приводит к существенным ограничениям в части развития технологии литья на двухвалковых МНЛЗ. Поэтому соответствующим госорганом в США уже разработан и утвержден новый стандарт ASTM A1039, регламентирующий качество листа, полученного непосредственно на двухвалковых МНЛЗ.

Особого внимания заслуживает концепция двухвалковой машины непрерывного литья заготовок MAINSTRIP, которая разрабатывается в настоящее время швейцарской фирмой MTAG Marti-Technology AG и немецкой компанией SMS Demag AG. По мнению руководителей этого проекта, основное отличие их разработки заключается в акцентированном внимании к высокому качеству поверхности листа. Для обеспечения последнего разработчики считают целесообразным осуществлять очистку поверхности валков непосредственно в процессе литья. Для этого предлагается увеличить диаметр валков до 1,5 м. В этом случае на их тыльной стороне располагается все необходимое для очистки поверхности валков оборудование. Кроме того, большой диаметр валков обеспечивает более глубокую ванну металла в межвалковом пространстве, что улучшает условия распределения и поддержания его уровня. Также считается, что при большем диаметре рабочих валков будут существенно снижены напряжения на оболочку валка и его коробление.

По оценкам руководителей проекта MAINSTRIP, стоимость создания и построения по их концепции одного модуля для получения тонкого листа с последующей прокаткой до товарной продукции может оцениваться на уровне $60-70 млн. При этом в отдельную статью затрат выделяются необходимые керамические материала для обеспечения процесса литья. Эта статья расходов может быть оценена в дополнительные 10-12% от общих затрат.

Моделирование процессов непрерывного литья

В заключение хотелось бы отметить, что в ряде докладов участников конференции были представлены результаты физического и математического моделирования отдельных элементов процесса непрерывной разливки стали. При этом основное внимание исследователей фокусировалось именно на тех аспектах, которые обеспечивают расширение и углубление знаний в теории и практике процессов непрерывного литья. С одной стороны, это обеспечивает конструкторам МНЛЗ новые возможности в части совершенствования конструкции машин и их отдельных элементов. С другой же – предоставляет автоматчикам возможность развивать управляющие системы для реальных процессов литья и повышать надежность работы операторов, предотвращая возможные аварийные ситуации.

И еще один момент. Примечательно, что в большинстве представленных на конференции материалов в качестве базовых экспериментальных данных использовались результаты физического моделирования, что лишний раз подчеркивает особую важность этого элемента исследований. Интересным представляется и тот факт, что в докладах применялись в основном оригинальные математические модели, разработанные авторами или поддерживающих их научными группами и исследовательскими центрами. Использование стандартных пакетов типа ANSYS или FLUENT в материалах, представленных на конференции, носило весьма ограниченный характер.

Последние тенденции в сфере модернизации на стальных производствах мира

На 5-й европейской конференции по непрерывной разливке стали много говорилось не только о проводимых исследованиях (и полученных результатах) в этой области. Ряд выступлений был посвящен описанию осуществляемых ныне проектов по созданию новых и модернизации действующих машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) на некоторых сталеплавильных производствах мира.

Так, на заводе Port Talbot (входит в корпорацию Corus Strip Product, Великобритания), который имеет в своем составе цех с 2 конвертерами (масса плавки – 340 т в каждом) и 2 радиальными слябовыми МНЛЗ, принято решение о сооружении новой слябовой МНЛЗ. Предполагается, что эта машина обеспечит замену двум действующим МНЛЗ и обеспечит годовое производство стальных заготовок на уровне в 4,7 млн.т.

Новый агрегат должен обеспечить выполнение следующих задач:

В новой слябовой МНЛЗ для Port Talbot используются такие основные решения: прямолинейный кристаллизатор (длина 0,9 м) с гидравлической системой качания, вертикальный участок (2,1 м), система непрерывного многоточечного загиба и разгиба заготовки, базовый радиус – 10 м, длина поддерживаемой части – 29,4 м, толщина сляба – 234 мм, ширина сляба – 850-1600 мм, максимальная скорость разливки – 1,4 м.

В марте 2004 г. пущена в эксплуатацию новая 6-ручьевая сортовая МНЛЗ на заводе Saarstahl AG (г. Саарбрюкен, Германия), который является одним из ведущих мировых производителей длинномерной продукции. Объем инвестиций по этому проекту, включая затраты на инфраструктуру, составил 80 млн. EUR. Сейчас в состав этого завода включены 3 конвертера емкостью 170 т и четыре 6-ручьевые сортовые МНЛЗ. Годовое производство – около 2,6 млн.т стали.

Новая МНЛЗ создавалась как машина, в максимальной степени обеспечивающая качество непрерывнолитой заготовки на базе наиболее современных технологий и оборудования для литья. Это обеспечило расширение спектра в сортаменте разливаемых сталей за счет более качественных марок, увеличение производительности (до 1 млн.т заготовки в год) и технологической гибкости МНЛЗ, уменьшение веса металлоконструкций и оборудования и др.

Данный агрегат имеет базовый радиус 11 м и обеспечивает разливку заготовок сечением 150х150 мм с максимальной скоростью 4 м/мин. и сечением 180х180 мм со скоростью 3 м/мин. Металлургическая длина МНЛЗ составляет 25 м, включая 1 м длины кристаллизатора, а зона вторичного охлаждения имеет 6 независимых секций общей длиной 15 м. В машине предусмотрена секция “мягкого” обжатия длиной 8 м. Ожидается, что в ближайшем будущем на новой МНЛЗ будет освоена разливка высокоуглеродистых сталей, включая шарикоподшипниковые.

На металлургическом заводе Scunthorpe Works (Великобритания), который имеет в своем составе 3 конвертера вместимостью 300 т стали каждый, 3 установки для продувки аргоном в ковше, 2 установки “ковш-печь” и вакууматор циркуляционного типа RH, был выполнен комплекс мероприятий по совершенствованию технологии разливки на 6-ручьевой блюмовой МНЛЗ. Это позволило заводу в прошлом году существенно повысить качество блюма по поверхностным характеристиками и значительно снизить уровень внутренних дефектов в продукте. Целесообразность усовершенствований была обусловлена возможностью продавать блюмы для рельсов и некоторых специальных профилей на внешний рынок. Большую долю в объеме производства при этом занимают сверхнизкоуглеродистые стали, а также стали, легированные бором, титаном, ванадием и азотом.

Разработчики модернизации дополнительно к имеющимся сечениям кристаллизатора (283х230 мм и 483х305 мм) предложили еще одно – 330х254 мм. Процесс качания кристаллизатора осуществлен на основе гидравлического привода (взамен механического). При этом все кристаллизаторы были оснащены системой электромагнитного перемешивания (EMS). Для повышения качества заготовки нулевой сегмент ЗВО был оснащен поддерживающими роликами под кристаллизатором, а протяженность зоны поддерживающих роликов увеличили за счет дополнительного сегмента. Соответственно, зона вторичного охлаждения была оснащена динамической системой контроля подачи охлаждающей воды.

В 2003г. на китайском заводе Panzhihua Iron & Steel Group Corporation была запущена в эксплуатацию новая 6-ручьевая блюмовая МНЛЗ. Машина имеет следующие технические характеристики: масса плавки – 131 т, базовый радиус – 12 м, металлургическая длина – 34 м, сечение заготовки – 280х335 мм и 280х380 мм, скорость разливки – 0,8-1,3 м/мин., годовая производительность – 1,2 млн.т.

Высокое качество внутренней структуры блюмов достигается за счет обеспечения оптимальных условий подвода металла в кристаллизатор (конструкция погружного стакана и мощность электромагнитного перемешивания), достаточно большой рабочей длиной и механической жесткостью ручьев, а также благодаря оптимизации параметров вторичного охлаждения и технологии “мягкого” обжатия. Подтверждено, что рельсы, изготовленные из этих блюмов, соответствуют требованиям стандартов для рельсов высокоскоростных линий (включая рельсы для скоростей в 350 км/ч).