Дипломная работа: Стойкость изложниц в условиях их эксплуатации на комбинате "Криворожсталь"

Дипломная работа: Стойкость изложниц в условиях их эксплуатации на комбинате "Криворожсталь"

РЕФЕРАТ

Пояснювальна записка до дипломної роботи: 93 с., 26 рис., 14 табл., 32 джерела.

Ключові слова: виливниця, розливний візок, регламентований графік, коефіцієнт обертальності, тріщина, розпал, розлиття, чистка, змазування, стійкість.

Об’єкт дослідження – стійкість виливниць в умовах їх експлуатування на комбінаті “Криворіжсталь”.

Метод дослідження – експериментальне дослідження з використанням даних обліку виливниць, коефіцієнта обертальності, причин виходу їх із експлуатування, чищення, змазування виливниць, а також регламентований графік доставки зливків с підвищеним теплоутриманням із сталеплавильних в обжині цехи комбінату “Криворіжсталь”.

Визначено ряд причин, які мають вплив на стійкість виливниць в умовах їх експлуатування.

Результати досліджень дають можливість знайти оптимальний режим експлуатування виливниць, підвищити стійкість та знизити витратний коефіцієнт виливниць на одну тонну виплавленої сталі.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1       Состояние и задачи исследования

1.1.   Характеристика изложниц

1.2.   Особенности технологии производства изложниц

1.3.   Классификация эксплуатационных дефектов изложниц

1.4.   Требования к материалу изложниц

1.5.   Способы повышения стойкости изложниц

2       Теоретические и экспериментальные исследования стойкости изложниц в условиях их эксплуатации на КГГМК «Криворожсталь»

2.1.   Характеристика применяемых на КГГМК «Криворожсталь» изложниц и анализ их стойкости  

2.2.   Подготовка изложниц к разливке

2.3.   Влияние времени пребывания металла в изложнице на ее стойкость

2.4.   Влияние коэффициента оборачиваемости изложниц на их стойкость

2.5.   Влияние технологии разливки стали на стойкость изложниц и поддонов

3       Организационная и экономическая часть

4       Охрана труда

4.1.   Выбор и характеристика строительной площадки цеха подготовки составов

4.2    Основные вредности и опасности цеха подготовки составов

4.3.   Мероприятия по устранению вредных и опасных факторов в цехе подготовки составов

4.4.   Средства индивидуальной защиты

4.5.   Пожарная безопасность

4.6.   Охрана природы

Выводы

Перечень используемых источников

ВВЕДЕНИЕ

Одной из главных задач развития черной металлургии является повышение качества выплавляемой стали и готового проката, и снижение себестоимости. Одной из статей снижения себестоимости является эксплуатация сменного оборудования с минимальным расходным коэффициентом. Повышение качественных и экономических показателей металлургического производства частично зависит от качества и стоимости сталеразливочного оборудования в частности изложниц. На большинстве отечественных заводов, в том числе и на «Криворожстали» разливку металла производят в изложницы. Усилиями коллективов научно-исследовательских институтов и заводских лабораторий определяются пути совершенствования качества и повышения срока службы изложниц, однако ряд вопросов все еще является проблематичными и недостаточно оснащенными. Особого внимания заслуживают следующие направления:

1)  улучшение качества чугуна применяемого для производства изложниц;

2)  повышение термостойкости рабочей поверхности изложниц;

3)  уход за парком эксплуатируемых изложниц (чистка, смазка, ремонт и т.д.);

4)  поиск методов эксплуатации изложниц для повышения их стойкости.

Учитывая, что сокращение расхода изложниц и повышения их стойкости является важным резервом в сокращении затрат на производство стали, необходимо больше внимания уделять качеству изготовления и эксплуатации изложниц. В решении этой проблемы значительный вклад внесли ученные Л.М. Черкасов, А.С. Филипов и другие.

Исследованиями [2 – 13] установлено, что расход изложниц зависит от большого числа факторов. К ним относятся: условия выплавки чугуна и его химический состав, технология отливки изложниц, температура и сортамент разливаемой стали, условия эксплуатации изложниц и др.

Анализируя данные [12,13] по эксплуатации изложниц можно определить пути повышения их стойкости для снижения затрат на производство тонны стали.

Проблемы повышения качества изложниц и их эксплуатации сохраняются актуальными и на ближайшее будущее. Снижение расхода изложниц только на комбинате «Криворожсталь» на 1 кг / т стали позволит обеспечить экономию более 4059 тыс.т. изложниц в год.

В данной работе проведены исследования причин выхода из строя изложниц на комбинате «Криворожсталь», а так же влияние времени пребывания металла в изложнице и коэффициента оборачиваемости изложниц на их стойкость. Устранение этих причин не требует дополнительных капиталовложений и больших затрат и позволяет повысить стойкость и уменьшить расходный коэффициент изложниц, что в конечном итоге дает снижение себестоимости выплавляемой стали [30 – 32].

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Характеристика изложниц

По своему назначению применяются два типа изложниц: изложницы для разливки кипящей стали и изложницы для разливки спокойной стали. Конструкция изложниц для кипящей стали не зависит от того, разливается ли сталь сверху, непосредственно из ковша, или разливается снизу – сифонным способом. Конструкция изложниц для спокойной стали часто зависит от способа разливки и от того, как обрабатываются слитки – прокаткой или ковкой. Вес слитка и форма изложниц для кипящей и спокойной стали зависит от мощности станов и от того, на каком обжимном стане прокатываются слитки – на блуминге или на слябинге: изложницы для блуминговых слитков имеют квадратное сечение, изложницы для слябинговых слитков – прямоугольное [1].

Вопросу определения оптимальной толщины стенок изложниц посвящено множество исследований [2,10]. Это объясняется стремлением создать условия для получения максимальной стойкости изложниц и наиболее быстрое затвердевание слитков, так как качество литого металла в наибольшей степени зависит от химической однородности, которая обусловлена ликвацией примесей и агрегацией компонентов, входящих в состав стали, и при прочих равных условиях, значительно зависит от скорости затвердевания металла в изложнице. До недавнего времени считалось, что чем больше толщина стенок изложницы, тем больше скорость затвердевания слитков [4]. Однако исследования последних лет убедительно доказывают, что увеличение толщины стенок изложницы целесообразней лишь до некоторой величины, дальнейшее же увеличение ее на возрастание скорости затвердевания слитков не влияет значительно [4].

Так, Н.Е. Скороходов, в результате проведенного им исследования, показал, как изменяется скорость затвердевания 6-ти тонного в изложницах разной толщины [5]. В указанной работе слитки отливались в изложницы одинаковые по емкости и типу, но с разной толщиной стенок (табл. 1.1).

Таблица 1.1 – Размеры изложниц, подвергнутых исследованию

Скорость кристаллизации слитков в этих условиях проверялась путем выливания незатвердевшего металла с изложниц через определенное время. Средние результаты четырех измерений (табл. 1.2) показали, что в тонкостенной изложнице затвердевание металла происходит даже быстрее, чем в толстостенной, так через 30 минут средняя толщина закристаллизовавшейся корки составила 151 мм против 139 мм у изложницы со средней толщиной стенки 180 мм, кроме того, с увеличением выдержки эта разница увеличивается (см. табл. 1.2), что можно объяснить снижением теплового потока за счет большей аккумуляции тепла изложницей с большей толщиной стенок.

Таблица 1.2 – Динамика затвердевания слитка в изложницах с различной толщиной стенок

Автор указанного исследования объясняет более быстрое затвердевание металла в тонкостенной изложнице тем, что она быстро прогревается, при этом температура ее наружной поверхности достигает величины большей, чем у толстостенной изложницы за тот же промежуток времени. Поверхность, нагретая до высокой температуры, больше отводит тепла лучеиспусканием и конвекцией, что видно из следующего уравнения:

                                      (1.1)

                                           (1.2)

где:

С1 – коэффициент излучения;

α – коэффициент теплопередачи конвекцией;

Т1 – абсолютная температура наружной поверхности изложницы;

Т0 – абсолютная температура среды.

В тоже время аккумулирующая способность изложниц почти полностью исчерпывается задолго до окончания затвердевания слитков. Так, например, за 60 минут кристаллизации аккумулирующая способность толстостенной изложницы (рис. 1.1) т.е. способность поглощать теплоту, выделяемую слитком при охлаждении, исчерпывается на 91%, в это время доля излучаемого тепла такой изложницей составляет 10%; в тонкостенной изложнице за 60 минут аккумулирующая способность исчерпывается на 100%, однако доля излучаемого тепла, воспринимаемой этой изложницей от охлаждаемого металла, будет большей, чем для толстостенной изложницы (рис. 1.2).

В тонкостенной изложнице получаются меньшие температурные перепады между внутренней и наружной поверхностью, чем в толстостенной (рис. 1.3), что способствует повышению стойкости тонкостенных изложниц.

Увеличение толщины стенок изложницы приводит к увеличению их веса, вследствие чего расход изложниц на единицу стали в слитках возрастет. При этом также возможно уменьшение стойкости изложниц, так как с увеличением толщины стенок перепад температур между внутренней и наружной поверхностью возрастает как при затвердевании в ней слитка так и при охлаждении ее. Увеличение перепада температур приводит к повышению термических напряжений, что способствует образованию трещин на рабочей поверхности изложниц.

Таким образом, изложницы следует делать тонкостенными, принимая при конструировании толщину стенок, равной 0,15 – 0,20 средней ширины слитка, при этом нижний предел 0,15 для слитков весом более 7 тонн, верхний – 0,20 для слитков весом менее 2 тонн [1].

При выборе толщины стенок следует руководствоваться также конструктивными соображениями механической прочности и устойчивости изложниц [1].

При соблюдении указанных условий выбора толщины стенок и дна изложниц, их общий вес, по отношению к весу отливаемых слитков, будет составлять 0,9 – 1,1. У изложницы без дна, предназначаемых для отливки слитков кипящей стали, это отношение будет равно примерно 0,7 – 0,9 [1].

При конструировании изложниц следует уделять особое внимание форме и размерам полости для отливки слитков. В дальнейшем, для удобства изложения, вместо размеров полости изложниц следует рассматривать вес и габаритные размеры слитков.

Чрезмерное увеличение высоты слитков, при неизменной ширине, отрицательно влияет на их качество. Так например, значительное увеличение высоты слитков, разливаемых сверху, способствует увеличению разбрызгивания стали при наполнении изложниц, что, в свою очередь, приводит к увеличению количества плен и подкорковых пузырей на поверхности слитков. Увеличение высоты слитков спокойной стали вызывает также ухудшение внутреннего строения слитков вследствие развития усадочной рыхлости. При увеличении высоты слитков спокойной стали, разливаемой сифонным способом, увеличивается продолжительность наполнения изложниц, вследствие чего усиливается охлаждение открытой поверхности металла, поднимающегося в изложнице при разливке, что приводит к образованию на ней твердой окисленной «корочки» и к заворотам ее.

Увеличение высоты слитка кипящей стали, при неизменной ширине, его, ухудшает кипение стали в изложнице, так как при этом повышается ферростатическое давление в слитке, что затрудняет зарождение и всплывание пузырьков газа [5].

С другой стороны, увеличение поперечных размеров изложниц, при неизменной высоте их, как у слитков кипящей стали, так и слитков спокойной стали приводит к увеличению цикла, а также способствует большему развитию химической неоднородности, в результате увеличения массы слитка и времени его кристаллизации. Чрезмерное увеличение толщины слитков резко снижает производительность обжимных станов. При выборе толщины слитка необходимо также учитывать возможность захвата его клещами стрипперного крана.

С учетом вышесказанного при проектировании изложниц для стальных слитков применяют [4] следующие отношения высоты к средней ширине в верху слитка:

При весе слитка:

до 1 т                   – 5;

от 1 т до 5 т        – 4;

свыше 5 т            – 2,5÷3.

Изложницы, применяемые для отливки слитков, предназначенных для прокатки, делают обычно квадратного или прямоугольного сечения. Углы внутреннего контура изложницы закругляются, при этом значительно увеличивать радиус закруглений не допустимо, так как в этом случае форма слитка приближается к цилиндрической, у которой, вследствие наименьшей поверхности для данного объема слитка, тангенциальные напряжения в затвердевающем слое достигают наибольшего значения, что увеличивает склонность к образованию на поверхности слитка продольных трещин. При малом радиусе закруглений также появляется возможность образования продольных трещин на углах слитка вследствие того, что плоскости слабины, которые образуются на стыке зон транскристаллизации, растущих от смежных граней, будут находиться очень близко от поверхности. Таким образом, необходимо выбирать оптимальный радиус закруглений, при котором склонность к образованию продольных трещин будет наименьшей [1].

Оптимальным радиусом закруглений углов четырехгранных изложниц следует считать по данным работы [1] радиус, равный 10 – 12% средней ширины слитка.

В настоящее время на металлургических заводах применяются прямоугольные изложницы, имеющие разнообразную форму внутренних граней (рис. 1.4): прямые (рис. 1.4, а), вогнутые (рис 1.4, в) внутрь изложницы (рис. 1.4, б) и волнистые.

1.2. Особенности технологии производства изложниц

Изложницы на металлургических заводах отливают из доменного чугуна в специализированных цехах, на машиностроительных заводах – из ваграночного чугуна. Получение качественного жидкого чугуна для отлива изложниц, обеспечивающего высокую их стойкость, является весьма важной задачей.

В специализированных цехах при подготовке жидкого доменного чугуна требуется осуществить две основные операции: снизить температуру с целью уменьшения в металле графитовой спели, предупреждения пригара и скорректировать химический состав до уровня требований, обусловленных техническими условиями на изложницу.

Корректировка чугуна по содержанию основных элементов осуществляется добавками соответствующих ферросплавов, смешением литейного и передельного чугунов или доменного и ваграночного. При этом появляется полезный эффект модифицирования металла. Для большинства типоразмеров изложниц качественный чугун получают при использовании шихты следующего состава: 40 – 55% литейного чугуна, 10 – 15% передельного чугуна, 30 – 50% боя изложниц. При отливке мелких изложниц в шихте допускается до 10 – 15% стального лома [2].

Режим плавки чугуна для отливки изложниц определяется главным образом необходимостью получения в нем высокого содержания углерода. Для увеличения степени науглераживания чугуна обычно увеличивают горна вагранки, не стремятся к форсированному режиму плавки и к перегреву металла. Температура его при выпуске из печи не должна превышать 1300оС.

Необходимая структура и свойства чугуна в изложницах достигается регулированием скорости кристаллизации отливки и соответствующим химическим составом. Роль отдельных составляющих ограничивается регулированием структуры чугуна, что непосредственно влияет и на служебные свойства изложниц.

Для отливки изложниц чаще всего используют чугуны, средний химический состав которых приведен ниже.

Таблица 1.3 – Химический состав чугуна

В зависимости от условий эксплуатации и типоразмеров изложниц состав чугуна может изменяться в пределах, указанных в технических условиях. Влияние основных элементов на служебные свойства изложниц наиболее полно проанализированы в работе [6].

Большинство литейных цехов отливают изложницы в сухие разовые песчано-глинистые формы. При отливке в разовых формах обеспечивается более равномерная макро – и микроструктура чугуна в стенках изложницы и меньшая разностенность. При формовке изложницы обычно применяют чистую модель. В данном случае модель и ящик для центрального стержня совмещены (рис. 1.5).

Опочная оснастка состоит из нижней (поддона) и средней опок и кокильного верха. Поддон стальной имеет строганную поверхность фланцев. Он снабжен центрирующими штырями, а для удаления газов из стержня постоянно соединен с поддоном. Поддон является базой при набивке формы и стержня.

Перед началом изготовления формы на поддоны кладут стальную строганную протяжную рамку толщиной 80 – 100 мм и центрируют по штырям. Затем по штырям устанавливают среднюю опоку, которая представляет собой сварную коробку без разъемов с отверстиями для выхода газов. Высота средней опоки равна высоте чистой модели. Скрепление средней опоки с протяжной рамкой осуществляется четырьмя коваными скобами или клиновой затяжкой. В одном из углов средней опоки в вертикальном положении устанавливают модель стояка, нижний конец которого находиться примерно на 60 мм выше протяжной рамки [2].

Для набивки формы и стержня применяют единую формовочную смесь, которая поступает равномерно из подвижных транспортеров. Смесь уплотняют пневматическими трамбовками, пескометами или заливкой ЖСС. В процессе набивки на соответствующих уровнях устанавливают модели питателей. После окончания набивки средней опоки приступают к уплотнению основного стержня из той же формовочной смеси. Для упрочнения стержня в процессе его набивки укладывают жесткие рамки из проволоки диаметром 6 мм. Обычно ставят 6 – 7 рамок равномерно по высоте.

После окончания набивки форм и стержня среднюю часть формы снимают вместе с протяжной рамкой и удаляют чистую модель. Последнюю операцию проводят в строго вертикальном направлении, чтобы моделью не разрушить стержень. Затем приступают к набивке нижней опоки (поддона) и отделке всей формы. Плотность набивки по твердомеру должна быть для форм 80 – 85 ед. и для основного стержня 80 – 90 ед. [2].

Формы и стержни окрашивают пульверизатором, толщина слоя краски 2 – 3 мм. После покраски среднюю часть формы (кожух) ставят на поддон таким образом, чтобы получилась щель для прохода газов при сушке. Достигается это при помощи специальных подкладок. Подготовленный комплект подсушивают: длительность сушки в среднем составляет 8 часов. Глубина подсушенного слоя формовочной смеси для форм и стержней должна быть не менее 50 – 60 мм.

Просушенные формы собирают в заливочном кессоне или на конвейере. Кожух форм устанавливают на поддоне по штырям. Крепление кожуха с поддоном осуществляют скобами. Питатель и литниковый ход продувают сжатым воздухом. Поверхность верхней опоки (кокиля), соприкасающуюся с отливкой, покрывают краской плотностью 1,05 – 1,1 кг/м3. Затем верхнюю опоку (кокиль) устанавливают на среднюю опоку и крепят скобами. В верхней части формы набивают литниковую воронку для заливки чугуна и выпоры для выхода газов. Для повышения прочности изложниц при сборе форм устанавливают бандажи в нижнюю, а для некоторых типоразмеров и в верхнюю часть формы. Заливку осуществляют с помощью поворотного или стопорного ковша при использовании чугуна доменной плавки.

Такая технология изготовления форм изложниц характерна в основном для специализированных цехов.

Маломощные литейные цеха, испытывая недостаток формовочных площадей и сушильных средств, поэтому изложницы отливают в полупостоянных формах. Преимущество этого метода является то, что в одной форме можно получать до 50 отливок.

Основными недостатками полупостоянных форм являются тяжелые условия труда формовщиков, связанные с ремонтом горячих форм, а также неравномерность остывания залитой изложницы, так как теплопроводимость полупостоянной формы (кожуха) и стержня различна. Это приводит к появлению разнородных структур в стенках изложниц из-за влияний ребер и фланцев полупостоянной опоки на скорость кристаллизации металла. При этом невозможно также выдержать точные размеры изложницы, особенно толщину стенок. Указанные недостатки полупостоянных форм показывают, что применять этот метод, особенно для отливки крупных изложниц, нецелесообразно.

Имеется опыт [7] по отливке чугунных изложниц кокилях с обмазкой. Оснастка состоит из поддона, двух боковин (кожухов) и верха. Наличие достаточно большого слоя обмазки (20 – 25 мм) на внутренней поверхности отдельных частей кокильной формы замедляет охлаждение изложниц, что благоприятно влияет на их стойкость.

Основными условиями, обеспечивающими высокую экономическую эффективность централизованного производства изложниц, следует отметить:

-  поточное конвейерное производство, позволяющее механизировать и автоматизировать процессы заливки, сушки и остывания форм; исключить многие транспортные операции;

-  применение пескометной формовки и жидких самотвердеющих смесей, обеспечивающее механизацию и повышение производительности формовки;

-  использование унифицированной технологической модельно-опочной оснастки, позволяющей механизировать вспомогательные операции;

-  возможность замены чугуна ваграночной плавки жидким передельным чугуном, подаваемым непосредственно из доменной печи;

-  создание нового специального оборудования для механизации и автоматизации всех трудоемких и вспомогательных операций. Кроме того в специализированных цехах по производству изложниц существенно улучшаются санитарно-гигиенические условия труда.

1.3. Классификация эксплуатационных дефектов изложниц

В результате научных исследований [7 – 10] появились новые резервы повышения стойкости изложниц, особенно против образования трещин. Обнадеживающие результаты получены при эксплуатации изложниц (в том числе и крупных) из чугуна, модифицированного магнием [7,8]. Применение высокотемпературных датчиков [9] расширяет возможности исследования температурных напряжений и разработки принципов конструирования изложниц. Однако за счет повышения трещиноустойчивости изложниц нельзя полностью решить проблему снижения их расхода. По данным работы [10] 45 – 55% изложниц выходит из строя в результате образования сетки разгара и ее сколов на рабочей поверхности, причем доля этих изложниц непрерывно растет.

Согласно классификации А.А. Горшкова [11] трещины бывают первого, второго и третьего рода. Причиной образования трещин первого рода являются термические напряжения, развиваемые вследствие большого перепада температур между внутренней и наружной поверхностями изложниц. Но более определенные представления по этому вопросу складываются при анализе работы [4], где показано, что температура внутренней и наружной поверхности существенно зависит от начальной температуры изложницы (до заливки стали). Так, при начальной температуре 80, 100 и 130оС максимальная температура внутренней поверхности на ½ высоты изложницы равна 915, 940 и 960оС, а наружной 600, 620 и 635оС, соответственно. Повышение температуры внутренней поверхности на 45оС влечет за собой увеличение перепада всего лишь на 10оС. Следовательно, ужесточение температурного режима работы изложниц не создает особой опасности для образования трещин первого рода.

Причиной образования трещин второго рода являются напряжения, развиваемые вследствие перепада температур между осевой зоной стенки изложницы и внутренней поверхностью. После удаления слитка температура глубинных слоев выше поверхностных на 40 – 60оС. В связи с этим на внутренней поверхности возникают растягивающие напряжения, приводящие к трещинам второго рода [2].

Сложившиеся условия высокотемпературного режима эксплуатации изложниц в наибольшей степени влияют на износ ее внутренней поверхности. Повышение температуры внутренней поверхности изложниц увеличивает интенсивность образования сетки разгара и выгаров.

Представляется целесообразным для характеристики эксплуатационных дефектов на рабочей поверхности изложниц пользоваться следующими определениями:

-  сетка разгара – трещины, образующиеся в различных направлениях на поверхности изложницы при многократном ее использовании (рис. 1.6, а);

-  выгар – углубление с окисленной поверхностью, образующееся вследствие выкрашивания ячеек сетки разгара (рис. 1.6, б);

-  срыв рабочего слоя – углубление с окисленной зернистой поверхностью, образующееся при извлечении из изложницы приварившегося слитка (рис. 1.6, в);

-  размыв стенки, дна – углубление, образующееся на рабочей поверхности изложницы в результате прямого воздействия струи разливаемой стали (рис. 1.6, г).

1.4. Требования к материалу изложниц

В качестве главного критерия, определяющего пригодность материала для изложниц, считают [9] способность его противостоять воздействию напряжений. После ряда уточнений формула для оценки пригодности материала изложниц предлагается в следующем виде [12]:

;                              (1.3)

где:

 - способность материала противостоять воздействию напряжений;

 - коэффициент теплопроводности;

 - предел прочности на растяжение;

а - коэффициент линейного расширения;

Е - модуль упругости;

 - относительное удлинение;

S - температурный фактор, учитывающий уменьшение предела текучести при увеличении температуры и выражающийся в виде тангенса угла наклона кривой предел текучести – температура.

В работе [12] на основании дисперсионного анализа стойкости изложниц пришли к заключению, что основными свойствами чугуна, определяющими стойкость изложниц (С) являются: циклическая вязкость (Q), температуропроводность (D), модуль упругости (Е) и коэффициент теплового расширения (), что выражается следующей статистической зависимостью: С = 147,68 (QD (E)) + 40,46

Стойкость изложниц растет с увеличением первых двух составляющих и с уменьшением вторых. Сравнение этих двух функциональных зависимостей, включающих многие важнейшие свойства материалов, свидетельствует о существенном расхождении мнений о вопросе выбора чугуна для изложниц. В некоторых работах [12] первостепенная важность отдается химическому составу чугуна. В других [9] исследованиях указывается на необоснованность этого вывода. В настоящее время достаточно четко установлена связь между служебными свойствами изложниц и макро- и микроструктурой чугуна [2]. Благодаря большой пластичности чугуна с шаровидным графитом, снижается вероятность появления сквозных трещин, а меньшая склонность его к росту способствует замедлению образования сетки разгара.

Это положение подтверждается специальным экспериментом [13]. Изложницы отливали по стержням, полграни которых по вертикали покрывали (опытный участок) хромо-графитовой краской. В поверхностном слое чугуна на обычном участке была перлито-ферритная структура с крупными включениями графита (рис. 1.7, а), а на опытном участке наблюдалось много карбидов хрома в перлитной основе и незначительное количество мелкого графита (рис. 1.7, б).

Трещины сетки разгара на участке, обогащенном хромом, развивались значительно медленнее (рис. 1.8), чем на обычном. В данном случае повышение ростоустойчивости чугуна в рабочем слое положительно сказалось на разгароустойчивости изложниц [2].

Основное значение для роста чугуна в поверхностном слое изложниц имеет процесс окисления. Каналами для проникновения окислительных агрегатов являются графитовые включения: чем больше их количество и величина, тем интенсивнее идут процессы окисления и роста. Графитовые включения являются не только каналами для прохождения окислительных агрегатов в чугун, но и концентраторами напряжений. От графитовых включений берут свое начало трещины [2]. Как уже отмечалось, изложницы из феррито-перлитного чугуна хуже противостоят образованию сетки разгара, чем из перлитного; хотя перлитный чугун обладает пониженной пластичностью по сравнению с ферритным.

Окислительные процессы в феррите протекают значительно быстрее, чем в перлите. При испытании образцов из перлито-ферритного чугуна на разгароустойчивость установлено, что пограничное окисление феррита наблюдается после 10 – 20 циклов, в первую очередь вокруг графита. При увеличении числа циклов окисление продвигается от графитовых включений в глубь матрицы в основном по ферритным полям, огибая перлитные участки, и только при значительном числе циклов (150 – 200) может проходить по перлиту [15].

Изложницы из чугуна с перлитной структурой лучше противостоят образованию сетки разгара, чем с перлитно-ферритной. С другой стороны, разгароустойчивость чугуна с мелкими включениями графита, полученного авторами в поверхностном слое изложниц при исследовании стержней из материалов с высокой теплоаккумулирующей способностью, выше перлито-ферритного.

Следовательно, для замедления развития сетки разгара на рабочей поверхности изложниц необходимо повышать пластичность (в условиях умеренного окисления), либо повышать ростоустойчивость, даже в ущерб пластичности [2].

Представляет интерес опыт работы металлургического комбината «Запорожсталь» [16] в котором показано важное значение смачиваемости и адгезии. Изложницы из ваграночного чугуна, используемые для разливки высоколегированных сталей, обладали большей склонностью к привариванию слитков. После замены ваграночного чугуна доменным стойкость изложниц резко повысилась, но сетка разгара развивается более интенсивно. Это объясняется наличием в доменном чугуне большого количества крупных включений графита, что способствует уменьшению смачиваемости поверхности изложниц сталью, но, в то же время, приводит интенсификации процессов окисления и роста чугуна в поверхностном слое.

Выполненный анализ исследования по данному вопросу позволяет сделать вывод, что при оценке пригодности материала для изложниц необязательно и нецелесообразно принимать во внимание какой-то строго определенный фактор (температура, химсостав, макроструктура и т.д.) характеристики изложницы, а только несколько важнейших из них. Принципиальный подход к выбору материала обязательно должен базироваться на анализе условий работы изложниц и превалирующих причин их отбраковки. Если придерживаться такого принципа, то некоторые характеристики, признанные важнейшими, могут быть отнесены в разряд второстепенных без ущерба для стойкости изложниц [2].

1.5. Способы повышения стойкости изложниц

Многочисленные исследования в области повышения стойкости изложниц посвящены, главным образом, вопросам связанным с образованием сквозных трещин [14 – 17]. Пути предотвращения этих дефектов определены довольно четко. Однако за счет повышения трещиноустойчивости изложниц нельзя полностью решить проблему снижения их расхода.

Характерными причинами отбраковки изложниц на большинстве отечественных заводов в настоящее время являются приваривание слитков, сетка разгара и выгары [13].

Так по данным работы [14] следует различить два вида приваривания:

1)  приваривание на ранних этапах эксплуатации, возникающее в результате смещения струи, повышенной температуры разливаемой стали и высокой начальной температуры изложниц;

2)  позднее приваривание, «заклинивание слитка», происходящее в результате проникновения жидкой стали в трещины сетки разгара.

Повышение температуроустойчивости рабочей поверхности изложниц может быть достигнуто двумя путями: созданием защитных покрытий на рабочей поверхности и улучшением качества чугуна в процессе отливки изложниц. Использование защитных покрытий в виде намазок, экранов и вставок требует значительных материальных затрат. Поэтому на отечественных заводах защитные экраны, покрытия не нашли широкого применения. Более перспективными являются способы улучшения качества чугуна изложниц в процессе их отливки.

Распространенным способом улучшения структуры и свойств чугуна является модифицирование.

В качестве модификаторов были опробованы ферротитан, титановые губки, феррованадий, гранулированный ферросилиций, чугунная стружка и др. [7]. Производственные испытания опытных партий показали, что модифицирование титаном, способствующее укрупнению графита, эффективно для замедления процесса образования сквозных трещин.

Следует отметить, что при добавке титана (в виде губок) в ковш и особенно в литниковую чашу достигнут больший эффект, чем при вводе его в вагранку (при одинаковом остаточном содержании титана в чугуне 0,05%). Титан в большей степени эффективен как модификатор и в меньшей как легирующий элемент.

Измельчение эвтектического зерна и графита под влиянием феррованадия и гранулированного ферросилиция отрицательно сказывается на трещиноустойчивости изложниц, однако развитие разгара замедляется. В условиях интенсивной эксплуатации при разливке высоколегированных сталей стойкость изложниц из чугуна, модифицированного гранулированным ферросилицием, повысилась по сравнению с обычными на 42% [3].

Таким образом, для повышения термоустойчивости поверхности изложниц без ущерба для трещиноустойчивости необходимо измельчать структуру чугуна только в рабочем слое [15].

Среди известных способов улучшения структуры в рабочем слое отливок наиболее подходящим для изложниц является поверхностное модифицирование и легирование. В качестве легирующих компонентов в составе активных красок для стержней изложниц опробованы теллур, феррохром и различные соединения на основе бора. При выборе этих компонентов предполагалось повысить ростоустойчивость окалиностойкость чугуна в рабочем слое изложниц. В структуре повепхностного слоя наблюдалось измельчение и образование отдельных включений карбидов. Активные составляющие красок в данном случае играют роль и модификаторов, и легирующих элементов. Замена части графита в рабочем слое карбидами повышает термоустойчивость в результате замедления окисления, развивающегося по графитовым включениям. Разложение карбидов в процессе охлаждения отливки в форме и при эксплуатации способствует уплотнению чугуна [16].

В этом аспекте представляет интерес следующий эксперимент [2].

Изложницу отливали по стержню, который после коксо-графитовой краски покрывали слоем феррохрома. После 10 наливов из нее высверливали керновые пробы. В структуре поверхностного слоя еще сохранялись карбиды хрома (рис. 1-9). Однако на одном участке, там, где отсутствуют карбиды, уже хорошо заметно окисление. На участке с перлитно-карбидной структурой чугун практически не окислен, т.е. карбиды хрома замедляют процесс окисления чугуна.

Поверхностное модифицирование и легирование существенно влияет на формирование структуры чугуна в поверхностном слое изложниц, и способствует повышению стойкости на 14 – 33%. По данным исследований [17] более технологичным является модифицирование борной кислотой. Толщина улучшенного слоя при использовании борной кислоты колеблется в пределах 5 – 10 мм. В изложницах из доменного чугуна в этом слое графит располагается в виде отдельных включений, а при обычных условиях кристаллизации – в виде мало изолированных колоний (рис. 1.10). Большее измельчение графитовых включений наблюдается в ваграночном чугуне (рис. 1.11).

Поверхностное модифицирование и легирование эффективно для замедления процесса развития сетки разгара и для повышения стойкости изложниц против заклинивания слитков. Стойкость промышленной партии изложниц с улучшенной структурой рабочего слоя на 11 –14% выше, чем у обычных.

Изложницы с металлокерамическим рабочим слоем толщиной 1,5 – 2 мм (рис. 1.12) хорошо противостоят раннему привариванию [15]. При эксплуатации опытных 6-и тонных изложниц на Днепропетровском заводе им. Петровского при разливке рельсовой стали, случаев приваривания не наблюдалось.

В то же время 75% обычных изложниц вышли из строя в результате приваривания слитков. Средняя стойкость 30 опытных изложниц оказалась на 48% выше стойкости контрольных. Испытание изложниц с металлокерамическим рабочим слоем в условиях интенсивного развития сетки разгара не дало положительных результатов вследствие низкой термостойкости этого слоя.

Для предотвращения приваривания слитков из высоколегированных сталей оказалось эффективным создание защитной пленки из окислов алюминия на рабочей поверхности изложниц [5].

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СТОЙКОСТИ ИЗЛОЖНИЦ В УСЛОВИЯХ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИ НА КГГМК «КРИВОРОЖСТАЛЬ»

2.1. Характеристика принимаемых на КГГМК «Криворожсталь» изложниц и анализ их стойкости

Для разливки кипящей и полуспокойной стали сверху и сифоном применяются уширенные книзу сквозные изложницы типа КС – 8п, (рис. 2.1), расчетная масса слитка:

спокойной стали – 8,9 т;

кипящей стали – 8,6 т;

расчетная масса изложницы – 8,6 т.

И МКС – 12,5 т (рис. 2.2):

общая масса слитка – 12,9 т;

расчетная масса изложницы – 13,1 т.

Для разливки спокойной стали применяются изложницы уширенные кверху, глуходонные с прибыльными надставками типа С – 9 (рис. 2.3):

расчетная масса слитка – 9,1 т;

масса прибыльной надставки – 1,25 т;

общая масса слитка – 8,4 т;

масса изложницы – 10,8 т;

и изложница типа МС – 12 (рис. 2.4):

расчетная масса слитка – 10,5 т;

масса прибыльной надставки – 2,4 т;

общая масса слитка – 12,5 т;

масса изложницы – 12,5т;

Изложницы уширенные книзу типа КС – 8п для разливки спокойной стали изменяют с теплоизоляционными плитами.

Первые – для разливки сверху, вторые для разливки сверху и сифоном [20].

Типы изложниц и способ разливки стали на КГГМК «Криворожсталь» приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Типы изложниц и способ разливки стали на комбинате «Криворожсталь»

Расходный коэффициент изложниц на 1 тонну стали на комбинате «Криворожсталь» составляет: КС – 8п – 11кг/т стали, МКС – 12,5 – 12,7кг/т стали, С – 9 – 30кг/т стали, МС – 12 – 22кг/т стали.

В таблице 2.2 приведено количество выведенных из эксплуатации изложниц по видам дефектов за 2001 и 2002 год, а также стойкость изложниц.

Изложницы выходят из эксплуатации в результате образования продольных и поперечных трещин, разгара внутренней поверхности, механических повреждений. Изучение причин разрушения изложниц и анализ промышленных данных, показывает, что перечисленные причины характерны для всех заводов. Разница состоит лишь в преимущественном влиянии тех или иных факторов, что связано с конкретными условиями на каждом предприятии. На стойкость изложниц оказывает влияние большое число факторов, основными из которых являются:

1.  Физические и механические свойства чугуна.

2.  Химический состав чугуна.

3.  Макро и микроструктура чугуна.

4.  Технология изготовления изложниц.

5.  Условия эксплуатации изложниц.

6.  Конструкция изложниц.

7.  Марка стали разливаемая в изложницы.

Как правило, изложницы выходят из строя в результате разрушения внутренней поверхности, что связано с появлением мелких трещин, размывов и ожегов, образования сквозных и глубоких трещин на стенках.

Важной причиной разрушения изложниц является неравномерный прогрев стенок. В период разливки стали, разность температуры внутренних и наружных слоев изложницы достигает 650-800оС. В результате в стенках изложницы возникает высокое напряжение, приводящее к образованию трещин [19].

Многократное циклическое повторение нагрева и охлаждения приводит к полному разрушению изложниц.

Образующиеся при эксплуатации трещины можно классифицировать следующим образом [2].

1.  Трещины первого рода - образуются на рабочей поверхности при одностороннем нагревании, в первые минуты после соприкосновения изложницы с жидким металлом.

2.  Трещины второго рода – возникают на рабочей стороне изложницы, в виде волосовин, которые при длительной эксплуатации изложниц, увеличиваются и проходят через всю стенку (рис. 2.5).

3.  Трещины третьего рода - появляются на внутренней поверхности изложницы после значительного числа наливов. Это так называемая сетка разгара (рис. 2.6).

Все эти трещины являются результатом влияния высоких температур, окисления составляющих примесей чугуна, приводящего к его росту, в результате чего возникают внутренние напряжения.

Существенное влияние на стойкость изложниц как указывалось ранее, оказывают: конструкция изложницы, структура и свойства материала, из которого они изготовлены, продолжительность периода между раздеванием изложниц (длительность пребывания металла в изложницах) и разливкой стали, а так же условия наполнения изложниц. Различают внутренние напряжения первого рода зональные, возникающие между стенками зонами сечения и различными частями изложницы, второго рода - возникающие внутри зерна или между соседними зернами. И третьего рода – возникающими внутри кристаллической решетки. Все эти напряжения в конечном итоге вызывают упругую деформацию, которая приводит к искажению кристаллической решетки и когда эти напряжения превосходят переделы прочности чугуна, в изложнице образуются трещины [13].

Под действием движущейся жидкой стали в случае прямого попадания струи на стенку происходит размыв внутренней поверхности изложницы (рис. 2.7). Циркуляционные потоки в жидкой стали вызывающие неравномерный нагрев рабочей поверхности изложниц зависят от способа разливки. При сифонной разливке зона интенсивной циркуляции располагается в нижней части изложницы. Интенсивная циркуляция задерживает образования зазора в нижней части изложницы, тормозит усадку стали и способствует более высокому нагреву внутренних стенок изложницы, что способствует появлению наиболее ранней стадии сетки разгара.

При разливке сверху зона интенсивной циркуляции стали перемещается последовательно снизу вверх, тепло, поглощаемое стенкой изложницы, распределяется равномерно по высоте, что приводит к более позднему и равномерному появлению сетки разгара по высоте изложницы.

Максимальное ферростатическое давление в этом случае воспринимается более прочной корочкой слитка, образующейся значительно раньше, чем при сифонной разливке. При разливке сверху так же возможны ожоги (оплавления) на стенках изложницы, если струя заливаемого металла в момент прожига или при открытии (закрытии) шибера, частично попадала на стенку изложницы (рис. 2.8).

Неточная центровка струи часто приводит к приварке слитка к изложнице, в некоторых случаях настолько прочной, что слитки практически невозможно извлечь и поэтому изложницу приходится разбивать. Для борьбы с приварами и пленами разливку стали сверху следует начинать плавным, но достаточно быстрым открытием шибера до получения полной струи, обеспечивающей подъем металла в изложнице со скоростью 0,6 – 0,7м/мин.

Переход от разливки приторможенной струей на максимальную скорость наполнения должен происходить не рывками, а очень плавно, т.к. температура поверхности поддона в этот период достигает своего максимального значения. Кроме рационального режима разливки необходимо применять специальные материалы смазки препятствующие привариванию слитка к изложнице и затормозить появление сетки разгара.

Анализ приведенных данных (табл. 2.2) показывает, что по причине сетки разгара и выгаров выходит из строя изложниц типа КС–8п – 80,6%, МКС – 12,5т – 77,9%, С–9 – 51,5%, МС–12 – 31,8%. По причине приваривания слитка, размыва дна, стен выходит из строя изложниц типа КС–8п – 1,4%, МКС – 0,7%, С–9 – 18%, МС–12 – 17,1%. Что вызвано наряду с недостаточной прочностью чугуна из-за отсутствия его модифицирования как в объеме, так и в поверхностном рабочем слое в цехе производства изложниц, так и эксплутационным напряжением связанным с температурой изложницы и температурой разливаемой стали, временем выдержки металла в изложнице, напряжениями вызванными торможением усадки слитка в изложнице. Так известно [28,29], что чем выше литейное напряжение тем большее значение получают эксплутационные, особенно на первых 10 – 15 наливах, поэтому на первых наливах необходимо стремиться по возможности не допускать под разливку изложницы с температурой ниже 50оС.

2.2. Подготовка изложниц к разливке

Качество поверхности слитка в значительной мере зависит от состояния внутренней поверхности изложницы. Неудовлетворительно очищенные и смазанные изложницы, служат причиной возникновения подкорковых пузырей и местных трещин, на поверхности слитков, что кроме этого уменьшает стойкость изложниц [20].

Качественная и производительная подготовка изложниц, чистка и смазка их может быть достигнута только путем комплексной механизации этих работ, которые выполняются в специальных отделениях, куда изложницы поступают после их охлаждения.

На «Криворожстали» в цехе подготовки составов чистку изложниц производят в специальном отделении, где совмещены две операции – чистка и смазка. Изложницы из отделения раздевания слитков подаются на пути отстоя для их охлаждения на воздухе. После охлаждения до необходимой температуры (90 – 120оС) изложницы поступают в отделение чистки. В отделении чистки установлен реечный толкатель 1 (рис. 2.9), при помощи которого производится передвижение тележек с изложницами. Привод 2 реечного толкателя электрический.

Машина чистки смонтирована на передвижной тележке 3. На тележке установлены механизм передвижения 4 и механизм подъема штанги 5. Штанга 6 выполнена в виде зубчатой рейки, в нижней части которой закреплены металлические щетки 7. Щетки представляют собой две металлические пластины, между которыми закреплены мерные обрезки стального каната. Чистка изложниц производится путем передвижения штанги в вертикальной плоскости по внутренней поверхности изложницы.

Слой металла, образовавшийся на верхнем торце изложницы в результате подтека шиберного затвора при переезде сталеразливочного ковша с изложницы на изложницу, удаляется в отделении подготовки составов при помощи кранов специальным скребком.

Изложницы, после «аварийных плавок» (подтек металла между плитами, разливка холодных плавок с прожигом, не кроет шибер и т.д.) с залитыми торцами выкладывают на специальной площадке для удаления настылей с помощью огневой резки. Изложницы со шлаковыми поясами подвергаются чистке в отделении подготовки составов на стационарном ерше. Стационарный ерш представляет собой металлическую плиту, вес которой равен весу изложницы, в которой установлен квадратный стержень. Высота стержня соответствует высоте изложницы. На стержне установлены три металлические щетки. Очистка изложниц на стационарном ерше производится при помощи электромостового крана.

После очистки изложниц производится их смазка. Отделение смазки состоит из реечного толкателя, аналогичного как в отделении чистки, передвижной тележки и емкости с раствором для покраски. Тележка состоит из механизма ее передвижения и механизма подъема штанги. Штанга выполнена в виде трубы, внутри которой расположены трубопроводы подачи раствора и сжатого воздуха. В нижней части штанги трубопровод соединен с форсункой, которая обеспечивает равномерное покрытие внутренней поверхности изложницы смазочными материалами.

На комбинате «Криворожсталь» смазку изложниц производят раствором на основе дистенсилиманитового концентрата или извести.

Состав смесей:

1.  Дистенсилиманитовый концентрат 100%. Вода сверх 100% до плотности раствора 1,18 – 1,22 г/см3.

2.  Известь 100%. Вода сверх 100% до плотности раствора 1,05 – 1,12 г/см3.

Дистенсилиманитовый концентрат имеет следующие соотношения ингредиентов в %:

Таблица 2.3 Химический состав дистенсилиманитового концентрата

Толщина покрытия составляет – 1,1–1,4 мм, при этом наносимые покрытия располагаются ровным слоем по всей поверхности изложниц без каких-либо наплывов и пропусков. Температура 90 – 120оС изложниц обеспечивает быстрое высыхание покрытия и удаления из него влаги, которая во время разливки стали может вызвать подкипание металла у стенок изложниц, что приводит к ухудшению качества поверхности слитка и снижение стойкости рабочего слоя изложницы особенно тех у которых уже имеется сетка разгара.

Ровный слой качественной смазки призван уменьшить тепловой удар в первый момент соприкосновения жидкого металла и изложницы, сгладить поверхностные неровности на рабочей поверхности изложницы, предупредить попадания металла в углубление сетки разгара, что затормозит дальнейшее ее окисление и при этом будет служить получению более ровной и гладкой поверхности изложниц.

Так проводимые на комбинате исследования [30] по нанесению металлического алюминия показала, что нанесение на внутреннюю поверхность металлического алюминия с помощью металлизации исключает добавки связующих веществ (водный раствор жидкого стекла, вода, кремнезоль, сернокислый магний и др.), а тем самым исключается источник газовыделения и дополнительных неметаллических включений. Кроме того, такой метод позволяет повысить стойкость рабочей поверхности изложниц за счет алитирования чугуна [2].

2.3. Влияние времени пребывания металла в изложнице на ее стойкость

Как показали исследования в работе [21], задержка раздевания слитка вызывает термическую усталость из-за увеличения чугуна и его роста, что приводит к изменению структуры материала изложницы к более раннему появлению сетки разгара с соответствующим снижением ее стойкости. Значительное повышение стойкости изложниц может быть достигнуто путем снижения максимальных температур, достигаемых в теле изложниц и сокращения времени пребывания изложницы при максимальных температурах. Этим способом нельзя устранить перерождение структуры чугуна изложницы, но оно может быть замедлено с повышением ее стойкости.

Пор данным работы [22] между стойкостью изложниц и временем нахождения в ней слитка существует зависимость:

;                                (2.1)

где:

А – число наливов (циклов),

А∞ - 20 – минимальное число наливов (при сколь угодно длительном пребывании слитка в изложнице),

К – коэффициент равный ≈ 5000,

S – продолжительность пребывания слитка в изложнице, мин.

В соответствии с вышеуказанной зависимостью полученной путем повышения продолжительности пребывания слитка в изложнице S сокращает допустимое число наливов.

Результаты эксплуатации изложниц и анализ их стойкости на комбинате «Криворожсталь» показывает (табл. 2.2), что в изложнице, работающей только с кипящей и полуспокойной сталью, сетка разгара развивается значительно медленнее, чем в изложницах работающих со спокойной сталью, что можно объяснить двумя причинами: первая – это сквозная изложница имеет меньшие литейные напряжения чем глуходонная, и вторая – время выдержки слитков меньше, что повышает стойкость сквозных изложниц. Согласно технологической инструкции по разливке стали [23] время выдержки металла в глуходонных изложницах для спокойной стали составляет 50 – 110 минут, для кипящей и полуспокойной (сквозные изложницы) составляет 30 минут.

Из таблицы 2.2 видно, что стойкость изложниц типа С – 9 и МС – 12, для спокойных марок стали в 2 раза меньше чем изложниц типа КС – 8п и МКС – 12,5, для кипящих и полуспокойных марок стали.

В 2002 году было достигнуто увеличение стойкости изложниц типа КС – 8п и МКС – 12,5 на комбинате «Криворожсталь» по сравнению с 2001 годом. Эти результаты были достигнуты благодаря вводу в 2002 году нового регламентированного графика №2 (рис. 2.10) доставки слитков с повышенным теплосодержанием из сталеплавильных в обжимные цехи комбината [24]. Сущность этого регламентированного графика заключается в том, что для полуспокойных марок стали уменьшили время отстоя плавки в разливочном отделении сталеплавильных цехов комбината с 30 минут до 10 минут, следовательно, уменьшилось время нахождения слитков в изложницах до стрипперования. На 20 минут, что как видно из таблицы 2-2 привело к повышению стойкости изложниц КС – 8п на 12% и МКС – 12,5 на 4%.

В работе [31] был пересмотрен и сокращен график пребывания горячих слитков в изложницах. По старому графику время пребывания горячего слитка в изложнице составляло 3,5 – 4 часа. Путем теоретических расчетов и длительного наблюдения за передвижением горячих составов было установлено, что для слитков массой в 3,5 тонны время выдержки горячих слитков в изложницах без ущерба для качества слитка можно сократить на 1 час, т.е. до 2 ч 30 мин – 2 ч 40 мин.

В результате температура горячего посада повысилась с 715 до 810оС. При работе по новому графику в течение года отмечено улучшение показателей: снижение угара металла в колодцах блуминга на 0,3%, повышение производительности колодцев на 0,6%, сокращение расхода топлива на 4%, повышение стойкости изложниц на 2 – 4 налива, ускорение оборачиваемости составов на 8%, увеличение пропускной способности разливочного пролета на 12%.

2.4. Влияние коэффициента оборачиваемости изложниц

на их стойкость

Одной из основных эксплутационных характеристик стойкости изложниц является коэффициент оборачиваемости изложниц, который характеризует температурный режим эксплуатации изложниц.

Фактический коэффициент оборачиваемости изложниц зависит от целого ряда факторов, основными из которых являются:

1.  Массы и конструкции изложницы;

2.  Способа охлаждения изложниц;

3.  Теплофизических свойств чугуна изложницы;

4.  Температуры разливаемой стали;

5.  Продолжительности от разливки стали;

6.  Расстояние между рядом стоящими изложницами;

7.  Температуры окружающего воздуха;

8.  Количества типов применяемых изложниц, планирование производства по сортаменту продукции и, в соответствии с этим по типам изложниц;

9.  Обеспеченности сменным оборудованием, в том числе: сталеразливочными тележками, изложницами;

10.  Пропускной способности участков, в том числе железнодорожных путей для охлаждения составов с изложницами [25].

Технологическая инструкция цеха подготовки составов (ТИ 228 ПС – 06 – 2000 п.3.5.1) регламентирует для создания оптимальных условий эксплуатации изложниц следующий коэффициент по типам изложниц:

-  для уширенных книзу 1,3 – 1,4;

-  для уширенных кверху 1,0 – 1,1.

Из анализа графика оборачиваемости изложниц типа КС – 8п и МКС – 12,5т (рис. 2.11) следует, что при увеличении коэффициента оборачиваемости изложниц больше 1,4 или его снижения до 0,9 существенно уменьшается стойкость изложниц типа МКС – 12,5т. Это связано прежде всего с большим размером изложницы и ее весом. Идет неравномерный прогрев стенок изложницы, возникают большие внутренние напряжения [15], что резко снижает стойкость изложницы типа МКС – 12,5т. Исходя из анализа графика видно, что стойкость изложниц типа КС – 8п при увеличении коэффициента оборачиваемости изложниц больше 1,4 или его снижения до 0,9 приводит к уменьшению стойкости изложниц, но в меньшей степени по сравнению с изложницами типа МКС – 12,5т. Это связано прежде всего с ее меньшими размерами и массой. Прогрев изложницы происходит быстрее и равномернее, что и улучшает стойкость изложницы типа КС – 8п. Необходимое количество изложниц для поддержания оптимального коэффициента оборачиваемости в зависимости от производства на комбинате «Криворожсталь» определяется по номограммам (рис. 2.12, 2.13). Так, необходимое количество изложниц типа КС – 8п в отделении подготовки составов №3 для производства стали, разливаемой в эти изложницы в количестве 50 ковшей в сутки при коэффициенте оборачиваемости изложниц 1,3 составит 780 шт.

Существенным недостатком в работе металлургических заводов долгое время являлся факт отсутствия или недостаточного учета стойкости изложниц по причине сложности их учета без компьютерной техники. Наличие такого учета в настоящее время (с наличием компьютерной техники) дает возможность ликвидировать преждевременную отгрузку изложниц в брак, оперативно принимать меры к устранению причин преждевременного выхода изложниц из строя и главное выполнять анализ стойкости изложниц (определять главные факторы оказывающее воздействие на их стойкость). В настоящее время на комбинате «Криворожсталь» учет стойкости изложниц ведется в цехе подготовки составов с применением компьютерной техники. Он организован следующим образом.

В цехе производства изложниц на каждую отлитую и принятую изложницу работниками ОТК изложниц выписывается паспорт (рис. 2.14). Паспорт включает в себя следующие данные:

1.  Тип изложницы

2.  Номер изложницы

3.  Вес изложницы

4.  Дата заливки

5.  Дата приемки

6.  Химический состав чугуна

7.  Геометрические размеры

А так же имеется таблица по учету стойкости изложницы, которая включает в себя:

1.  Дата ввода изложницы в эксплуатацию

2.  Количество наливов

3.  Дата выхода из эксплуатации

4.  Причина выхода из эксплуатации

Паспорта на изложницы вместе с изложницами передаются из цеха изложниц на склад слитков ЦПС, где они хранятся до момента отгрузки изложниц в отделение подготовки составов [18].

При отгрузке изложниц во дворы подготовки составов паспорта на них передаются в отделение подготовки составов.

В паспорте отмечается дата ввода изложницы в эксплуатацию, т.е. дата подачи изложницы под первый налив.

Учет ввода и вывода изложниц из эксплуатации в цехе подготовки составов производят в той смене, которая готовит состав с изложницами к разливке плавок [18]. Новые изложницы при вводе в работу маркируются известью на 2-х гранях с предварительной записью в журнал учета ввода в эксплуатацию нового сменного оборудования с пометкой их ввода, номер изложницы, номер тележки, на которую установлена изложница. При отбраковке и изъятии из эксплуатации производится отметка в журнале учета изложниц. Отбраковка изложниц производится в цехе комиссионно, с передачей информации в вычислительный центр ежедневно.

Оператор ЭВМ на основании данных по наборке составов вводит номера изложниц в базу данных компьютера.

Ежедневно ведется распечатка работающего парка изложниц (табл. 2.4) которая включает в себя:

1.  Количество изложниц

2.  Тип изложниц

3.  Номера изложниц

4.  Дату ввода

5.  Дату последней оборачиваемости

6.  количество наливов

7.  Коэффициент оборачиваемости на каждую изложницу

После вывода изложницы из эксплуатации, на нее составляется акт, в котором делается отметка причины отбраковки, эти данные заносятся в ЭВМ. Анализ причин вывода изложниц из строя делается лабораторией технического управления комбината.

Распечатка по отбракованным изложницам включает в себя:

1.  Анализ отбракованных изложниц по оборачиваемости (табл. 2.5)

2.  Анализ отбракованных изложниц по видам дефектов и количеству наливов (табл. 2.6)

3.  Обобщенный анализ отбракованных изложниц по группам дефектов (табл. 2.7) [18].

2.5. Влияние технологии разливки стали на стойкость

изложниц и поддонов

Известно, что разливочные пролеты сталеплавильных цехов являются узким местом в сталеплавильном производстве в плане его увеличения. Чтобы своевременно разлить всю выплавляемую сталь, многие заводы вынуждены применять двухстопорную разливку и разливку через стакан увеличенного диаметра. Эти факторы оказывают отрицательное влияние на стойкость изложниц и поддонов: скоростная разливка увеличивает тепловой удар, воспринимаемый изложницей и поддоном; двухстопорная разливка вызывает необходимость плотного расположения изложниц на поддоне, что затрудняет центрирование струи, в результате чего происходит «размыв» стенки изложницы и поддона и преждевременный вывод их из эксплуатации и кроме того, ухудшаются условия кристаллизации слитков, что снижает их качество [26]. Исследованиями в работе [26] было установлено, что ужесточение в плане соблюдения температурного режима при выпуске и разливке стали дает возможность не только варьировать скорость разливки в нужных пределах без ущерба для качества слитка, но повысить при этом стойкость изложниц. Так, ускоренная разливка позволяет снизить примерно на 10% температуру выпускаемого металла что, при соблюдении инструкции при разливке (медленное открытие стопора, центрирование струи и др.), приводит к увеличению стойкости изложниц [27].

Металл нельзя перегревать, а также разливать с чрезмерно высокой скоростью, так как изложница и поддон воспринимают большую тепловую нагрузку. В результате этого возрастает опасность образования трещин в изложнице, особенно при первых наливах [32].

Кроме того, перегретый металл при нарушении центровки и организации струи приводит к оплавлению внутренних граней изложницы, что в свою очередь обуславливает застревание слитка, и в дальнейшем механическое повреждение при извлечении слитка, что отрицательно сказывается на его качество.

Разливка холодного металла и аварийных плавок (с некроющим стопором) так же оказывает отрицательное воздействие на стойкость изложниц. Например, при сифонной разливке такой металл вынуждены разливать сверху, что приводит к размыванию дна изложниц и выводит ее из строя.

Чтобы устранить размывание низа и граней изложницы, необходимо при разливке сверху струю строго центрировать по оси изложниц, а при разливке сифоном обеспечить правильную (по центру) установку стаканчика, чтобы не было перекоса [32].

При применении двухстопорной разливки стали (мартеновский цех, емкость ковша 300т), одновременно наполняются сталью две изложницы через два стакана в ковше. При разливке стали в изложницы, уширенные кверху, отверстия в донной части закрывают вкладышами, которые предохраняют изложницу от размывания струей стали в донной части и от приваривания слитков [1]. Вкладыши для этой цели изготавливают литыми или кованными в виде подкладок, прикрывающие дно изложниц. В процессе разливки через 2 стопора, очень сложно обеспечить центрирование струи металла одновременно в двух изложницах, хотя известно, что правильное центрирование струи при разливке уменьшает приваривание слитков, способствует улучшению их качества и повышает срок службы изложниц [1].

Одним из недостатков разливки стали из ковшей большой емкости считается большая скорость истечения струи стали из ковша, которая приводит к разбрызгиванию стали при наполнении изложниц, что ведет к запороченности низа слитков пленой. Скорость истечения струи стали в наибольшей степени зависит от уровня металла в ковше, что видно из зависимости:

                   (2.2)

где:

Н1 – высота уровня стали в ковше над сталеразливочным стаканом;

Н2 – высота сталеразливочного стакана над уровнем стали в изложнице;

R – коэффициент сопротивления движению струи стали.

Вследствие большой скорости истечения струи стали происходит сильное разбрызгивание ее в начале наполнения изложниц, приваривание слитков к изложницам и поддонам, увеличивается износ поддонов [1].

Разбрызгивание стали при наполнении изложниц образуются вследствие неправильной организации струи, вытекающей из ковша (из-за плохой промывки стакана кислородом), или вследствие недостаточного плавного регулирования скорости наполнения изложниц стопорным механизмом. Разбрызгивание стали и всплески ее при наполнении изложниц вызывают образование пороков на поверхности слитков, плен и других дефектов [26].

3 ОРГАНИЗАЦИОННАЯ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

В работе был исследован регламентированный график доставки горячего металл на нагревательные колодцы блюминга.

Суть состоит в том, чтобы повысить температуру посада горячих слитков. Исходя из этого металл выдерживается 25-30 минут, а не 45 минут как ранее. Сокращение времени на 15-20 минут способствует снижению разгара рабочей поверхности изложницы и увеличивает срок их эксплуатации. Это в свою очередь снижает расходный коэффициент изложниц, а следовательно затраты по переделу, т.е. снижается себестоимость производства стали.

Таблица 3.1 Показатели изложниц типа КС – 8п и МКС 12,5т

Расходный коэффициент изложницы типа КС-8П на 1 т выплавляемой стали составил в 2001 г.

кг/т стали        (3.1)

где:

Qизл – вес изложницы типа КС – 8п;

Qсл – вес слитка, т;

n – средняя стойкость в наливах.

Таблица 3.2 – Абсолютные и относительные изменения стойкости изложниц типа КС – 8п и МКС 12,5 т

Расходный коэффициент изложницы типа МКС-12,5т на 1 т выплавляемой стали составил в 2001 г.

кг/т стали

Расходный коэффициент изложницы типа КС-8П на 1 тн выплавляемой стали составил в 2002 г

кг/т стали

Расходный коэффициент изложницы типа МКС-12,5т на 1 тн выплавляемой стали составил в 2002 г.

кг/т стали

До внедрения новой технологии ускоренной доставки слитков в колодцы блюминга, затраты на производство стали в изложницы типа КС-8П составили:

    (3.2)

где:

Qгод – количество разлитой стали в изложницы типа КС – 8п, т;

К – расходный коэффициент изложниц типа КС – 8п, т;

С – себестоимость 1т изложницы, грн.

После внедрения нового регламентированного графика ускоренной доставки слитков в колодцы блюминга, отражающего суть новой технологии, затраты на производство стали в изложницы типа КС-8П составили:

Экономический эффект после внедрения нового регламентированного графика ускоренной доставки слитков в колодцы блюминга в изложницы типа КС-8П составил:

До внедрения новой технологии ускоренной доставки слитков в колодцы блюминга, затраты на производство стали в изложницы типа МКС-12,5т составили:

(3.3)

где: Qгод – количество разлитой стали в изложницы типа МКС – 12,5;

К’ – расходный коэффициент изложниц типа МКС – 12,5;

С – себестоимость 1т изложницы, грн.

После внедрения нового регламентированного графика ускоренной доставки слитков в колодцы блюминга, отражающего суть новой технологии, затраты на производство стали в изложницы типа МКС-12,5т составили:

Экономический эффект после внедрения нового регламентированного графика ускоренной доставки слитков в колодцы блюминга в изложницы типа МКС-12,5т составил:

Общий экономический эффект составляет:

Таблица 3.3 – Влияние повышения стойкости изложниц типа КС – 8п и МКС – 12,5т на общий объем затрат разлитой стали в эти изложницы

Из приведенной выше таблицы 3-3 следует, что внедренный регламентируемый график доставки слитков с повышенным теплосодержанием на нагревательные колодцы блумингов уменьшает расходный коэффициент изложниц типа КС – 8п на 1,3 кг/т выплавляемой стали и расходный коэффициент изложниц типа МКС – 12,5т на 0,5 кг/т выплавляемой стали, тем самым снижая затраты на отлитую сталь в эти изложницы в сумме 2889467 грн.

В результате внедрения регламентированного графика доставки слитков с повышенным теплосодержанием на нагревательные колодцы блумингов, изменились и технико-экономические показатели цеха подготовки составов (см. табл. 3.4).

Таблица 3.4

Технико-экономические показатели цеха подготовки составов

4 ОХРАНА ТРУДА

Охрана труда – это система правовых, социально-экономических, организационно-технических, санитарно-гигиенических и лечебно-профилактических мероприятий и способов, направленных на сохранение здоровья и трудоспособности человека в процессе труда.

4.1 Выбор и характеристика строительной площадки цеха

подготовки составов

Площадка предприятия в предлагаемой работе предусматривается хорошо освещенной, ровной с некоторым уклоном, обеспечивающим поток сливных и сточных вод, а также хорошо проветриваемой. По отношению к жилому району предлагается расположение с подвесной стороны. Между предприятиями и жилым районом предусматривается санитарно-защитная зона, ширина которой регламентируется санитарными нормами от характеристики производства.

Расположение зданий и сооружений предусматривает рациональные потоки грузов и людей. Санитарно-бытовые помещения предлагается располагать в близи от основных потоков трудящихся. Расстояние от рабочих мест к зданию бытовых помещений предусматривается не более 300 м и предлагается соединить с основным зданием цеха, тоннелем или открытой галерей. Расстояние от рабочих мест к пункту приёма пищи в проекте применяется не более 300 м при обеденном перерыве не 30 мин и 600 м при перерыве на обед на 1 час.

Санитарно-защитную зону предлагается озеленять лиственными породами деревьев, листва которых служит барьером, защищающим от пыли, дыма, газов, шума, ветров и экранирует тепловое излучение при пожаре. Между санитарно-защитной зоной и жилым растоном предусмотрена полоса древесно-кустарных насаждений 20 – 50 м.

Объём производительного помещения предусматривает не менее 15 м³, высота не менее 3,2 м при наличии вредных выделений с учётом удаления их из рабочей зоны. Высота галереи и эстакад не менее 1,5 м, уклон лестниц не более 40%. Все площадки расположенные на высоте более 0,6 м от поверхности пола, за исключением разливочных площадок, ограждены перилами.

Полы рабочих площадок предусматриваются ровными, без порогов и выступов, не скользкие выложенные из прочных износоустойчивых материалов, удобные для уборки. На участках с большими тепловыми выделениями пол покрыт чугунными и стальными плитами.

При расположении входов в здание цеха, предусматривается безопасный переход к рабочим местам. Проемы в здании для подачи железнодорожных составов оборудованы воротами. Площадь проемов принимается от 20 до 30% площади поперечных стен.

Надежность здания обеспечивается систематическим наблюдением за его состоянием и своевременным ремонтом.

Согласно СниП-11-92-76 в ЦПС предусмотрены бытовые и вспомогательные помещения:

-  гардеробные из расчёта 0,2 на работающего, всего на 688 работающих 137,6;

-  душевые из расчета 1 душевая сетка на 3-их рабочих;

-  предприятие общественного питания;

-  комната приёма пищи из расчёта 1 м² на каждого посетителя;

-  красный уголок площадью 134 м²;

-  кладовая площадью 80 м².

4.2. Основные вредности и опасности цеха подготовки составов

Воздействие электрического тока на организм человека, вследствие соприкосновения с открытыми токопроводящими частями или с оборудованием, случайно оказавшимся под напряжением, может вызвать различные электрические травмы и электрический удар. На исход воздействия током влияют так же индивидуальные особенности организма, физическое и психическое состояние. При некоторых заболеваниях опасность поражения увеличивается. В условия горячего цеха тяжесть поражения увеличивается, так как при перегреве организма снижается его сопротивление.

Загрязнение воздуха оказывает вредное воздействие на организм человека. Все загрязняющие воздух вещества в производстве встречаются в виде сырья, промежуточных и рабочих продуктов, готовой продукции, случайных примесей, вспомогательных веществ и отходов. Токсичными являются газы, образующиеся при металлургических процессах и попадающие в организм через кожу, причём не повреждённую. Таким газом является окись углерода. Это газ без дыма, запаха и вкуса. Действие на организм состоит в вытеснении кислорода из крови с образованием карбооксигемоглобина, результатом этого является удушие. Первые признаки отравления: головная боль, головокружение, тошнота, рвота, общая слабость, в тяжелых случаях потеря сознания. Загазованность на рабочих местах определяется по содержанию СО в воздухе.

Воздействие пыли на организм человека зависит от ёё состава, происхождения и дисперсности. Даже не токсичная пыль может оказать вредное воздействие на организм, разрушит кожу, глаза, уши. Проникая в лёгкие пыль может вызвать специфические профзаболевания.

Ещё одним производственным фактором, оказывающим подчас решающее влияние на организм человека, являются тепловыделения. Тепловое воздействие на организм может являться причиной быстрого утомления, снижения работоспособности, ослабления сопротивляемости организма к вредным воздействиям, различным заболеваниям, теплового истощения, теплового удара.

4.3. Мероприятия по устранению вредных и опасных факторов

в цехе подготовки составов

Рабочие в ЦПС подвергаются воздействиям теплового излучения. Задача снижения избыточного тепла в производственных помещениях решается комплексно, посредством ряда технических и санитарно-гигиенических мер: вентиляцией помещений, применение защитных экранов теплоизоляционной защиты. В качестве средств индивидуальной защиты от теплового излучения применять спецодежду из грубошерстной ткани и теплоизолирующего материала и кожи.

Защита от прикосновения к токоведущим частям электроустановок изоляция, ограждения, недоступное расположение токоведущих частей, использование дистанционных управлений, блокировки и предупредительной сигнализации. Для защиты от прикосновения к деталям оборудования, случайно оказавшимися под напряжением, предусматривается заземление этого оборудования.

Усовершенствование технических процессов и конструкции оборудования, при которых исключились или резко уменьшились вредные выделения в окружающую среду приводят к снижению загрязнения воздуха.

Для защиты от шума применяются противошумные подушки. Органы дыхания защищаются различными родами респираторами. Для защиты ног – спец. обувь.

Для снижения травматизма в цехе выполняются следующие мероприятия:

-  реконструировано освещение складов слитков № 2, 3;

-  производится установка механизированной площадки для осмотра изложниц в отделении подготовки составов № 2;

-  оборудована площадка для осмотра изложниц в отделении смазки изложниц № 2;

-  на въездах в воротах произведена установка площадок для обслуживания светофора;

По приведению в соответствие с требованиями нормами техники безопасности и охраны труда на оборудовании, машинах и механизмов;

-  произведена установка ограждения на металлорежущих станках;

-  заменены троллеи кранов № 12, 14, 27, 29, 30 на гибкий кабель.

Для сокращения тяжелого физического труда отделением подготовки составов № 2 оборудовано электроталями. В отделении № 3 установлена рамка для выгрузки огнеупоров.

В цехе площадью 90 х 20 м со средним выделением пыли, копоти и дыма минимальное освещение, по норме составляет 50 ЛК.

Освещение осуществляется светильниками прямого света, напряжение в осветительной сети 220Вт. Мощность применяемых электрических ламп составляет 750 Вт. Определить мощность осветительной установки и число ламп, необходимых для создания общего равномерного освещения. Расчет производится методом Ватт.

Мощность осветительной установки цеха по методу Ватт производится по формуле:

                      (4.1)

где:

Е – нормируемая освещенность ЛК

S – площадь освещаемого помещения, м²

R – коэффициент запаса, учитывающий снижение освещенности в результате загрязнения ламп и осветительной арматуры, а также из-за поглощения части светового потока налетом распыленного вольфрама, оседающего на колбе лампы

Еср – средняя горизонтальная освещенность, МС при равномерном освещении.

Осветительный прибор общего освещения при расходе 1 Вт/м³.

При среднем выделении пыли, копоти и дыма коэффициент запаса ламп накаливания R = 1,5.

Величина Еср при мощности ламп 750 Вт, напряжением 220В в светильнике прямого света 4,45 ЛК.

Подставляем цифровые значения в приведённую выше формулу, получаем:

Необходимое количество ламп выбранной мощности, определяем по формуле:

                             (4.2)

где:

W1 – мощность осветительной установки;

Wл – мощность одной лампы, Вт.

Необходимое количество ламп равно:

4.4 Средства индивидуальной защиты

Использование СИЗ работающих во многих случаях является необходимым и обязательным, что свидетельствует о неудовлетворительности условий труда и об отсутствии или недостаточности эффективности мер по их улучшению. Спецодежда служит для защиты работающих от неблагоприятных воздействий производственной сферы и опасностей производства.

Спецодежда предусматривает нормативное функционирование организма, беспрепятственное выполнение трудовых операций и опрятный внешний вид. Для рабочих горячего цеха спецодежда предназначена предохранять от воздействия теплового излучения и ожогов. Качество и соответствие спецодежды определенному значению, зависит от ткани и покроя. Материал предлагается не воспламеняющийся, прочный и мягкий, стойкий к воздействию теплового излучения, воздухопроницаемый, как в сухом так и во влажном состоянии. Спецодежду рабочих горячих цехов предлагается изготовлять из сукна, брезента, либо льняных тканей, и из синтетического волокна, химически обработанных и других.

Для защиты предусматривается обувь на рефренной подошве из материала, который предусматривается стойким к высокой температуре, излучению, искрам, малотеплопроводным и воздухонепроницаемым. Для защиты рук предлагаются брезентовые рукавицы. Для защиты глаз от воздействия энергии, излучения предусматриваются очки со светофильтрами. Для защиты органов дыхания предлагаются фильтрующие приборы.

4.5 Пожарная безопасность

Пожары на производстве представляют опасность для работающих, причиняют значительные повреждения и материальный ущерб. Причинами возникновения пожара являются недостатки в строительных конструкциях, сооружениях, планировке помещений, устройстве коммуникаций, дефекты оборудования, нарушение режимов технологических процессов, неправильное ведение работ, неосторожность персонала.

Пожароопасность зданий ЦПС относится к категории “Д” – горючие и негорючие вещества в холодном состоянии. Для уменьшения опасности возникновения пожара важное значение имеет рациональное устройство цеха. С целью ограничения распространения пожаров, проектом предусматривается использование несгораемых конструкций, противопожарных преград, легко сбрасываемых покрытий, регулируемых проемов, противопожарных стен и перекрытий. Для удаления из здания при пожаре дыма, предусматриваются дымовые люки в крыше или стенах, особенно при отсутствии окон. Кабели и трубопроводы предлагается защищать от прямых ударов молнии, предусматриваются молниеотводы - устройства воспринимающие молнию и отводящие ее ток в землю.

Для тушения пожаров предлагаются твердые, жидкие и газообразные вещества, обладающие высоким эффектом тушения, не причиняющие вреда организму человека, а так же не оказывающие вредного воздействия на предметы и материалы при тушении пожаров.

Быстрая ликвидация пожаров может быть обеспечена только при правильном выборе средств и способов тушения. Так для тушения металлов и их сплавов предлагаются сухие порошковые материалы, для тушения электрооборудования необходимо прежде всего обесточить его и в качестве огнегасительных средств предлагается использовать углекислоту. Тушение горючих газов распыляют струей воды и инертными газами, но прежде всего необходимо снизить давление газа в магистрали. Для тушения нефтепродуктов применяется распыленная струя воды, пена, флюсы. Предусматриваются автоматические системы сигнализации, которые осуществляют защиту:

-  предотвращением образования горючей среды;

-  эвакуацией горючих веществ в аварийные емкости;

-  перекрытие коммуникаций;

-  включение подачи гасящих средств;

-  закрытие проемов (для предотвращения распространения огня).

4.6. Охрана природы

Необходимость повышения эффективности мер по охране труда, шире внедрять малоотходные и безотходные технологии, развивать комбинированные производства, обеспечивающие полное использование природных ресурсов, сырья и материалов, исключающие или существенно снижающие вредное воздействие на окружающую среду, усилить охрану атмосферного воздуха.

Ежегодно в атмосферу выбрасывается более 10,3 млн.т. вредных веществ и в водоемы более 1 млрд.м3 загрязненных сточных вод.

Площадь зеленых угодий, нарушенных горными работами и занятая отвалами зона шлаконакопителями, составляет около 130 тыс. гектаров.

Концентрация вредных веществ в атмосфере и водной среде крупных металлургических центров, значительно превышает санитарные нормы. Неудовлетворительная экологическая, напряженная в связи с этим обстановка сложилась в городах Днепродзержинске, Запорожье, Кривом Роге, Мариуполе.

В отраслевой схеме развития и размещения 4 м до 2005 года определены пути решения экологических проблем. В сталеплавильном производстве мартеновские печи в основном будут заменены конверторами и электросталеплавильными агрегатами, что обеспечат снижение выбросов азота на 30%. Переход на непрерывную разливку стали наряду с техническими преимуществами позволит снизить выброс в атмосферу пыли и окислов азота почти в 2 раза, окислов углерода в 7 раз.

Схемой предусмотрено снижение потребления свежей воды и прекращения сброса загрязнения вод, рекультивация отработанных площадей и др.

В настоящее время по данным годовых обзоров главной геофизической обсерваторией им. Войкова и по данным замера гар.С76 воздушный бассейн г. Кривого Рога систематически загрязняется пылью и др.

Это объясняется следующими причинами:

-  наличие значительного количества предприятий, являющихся источниками загрязнения воздушного бассейна;

-  отсутствие в настоящее время установок по хим. очистке от SO, NO, CO и др.

-  отсутствие установок очистки неорганизованных выбросов сталеплавильного и доменного производства, которые существенно загрязняют воздушный бассейн;

-  наличие значительного количества невысоких дымовых труб и вытяжных устройств, ухудшающих рассеивание вредных веществ в атмосфере;

-  недостаточной эффективностью работы существующих газоочистных сооружений и недостаточно высоким уровнем их эксплуатации.

В частности на “Криворожстали” 860 источников загрязнения атмосферы, из них 663 оснащены 243 газо-пылеулавливающими установками, которые очищают 16540 тыс. м3, загрязненных газов в час.

Общее количество образующихся от работы технологического оборудования вредных веществ в атмосферу в 2002 г составило 1431,9 тыс.т., из них уловлено и обезврежено 1121,8 тыс.т. за счет выполненных в 2002 г мероприятий выброса вредных веществ в атмосферу снижены на 4775 т. в год.

На комбинате эксплуатируется 51 водоочистное сооружение. Объем оборотной воды в системе водоснабжения предприятия составляет 2217 тыс.м3 в год. Водоснабжение комбината организовано по 22 основным оборотным циклам. Объем оборота сточных вод “Криворожстали” составляет 51 млн. 543 м3 в год, водопотребление 148,5 млн.м3 в год.

Технический прогресс в черной металлургии осуществляется неразрывно с решением вопросов защиты окружающей среды от загрязнения вредными отраслями.

Основным направлением в этой отрасли является совершенствование существующих процессов обеспечивающих изменение или ликвидацию вредных веществ, очистку технологических газов. Все известные технологические процессы протекают с выделением пыли, тепла, газов. В комплексных мероприятиях по охране труда предусмотрено принятие мер по изменению тех или иных методов производства, связанных с выделением в атмосферу вредных примесей или загрязнения земли. В связи со сложившейся обстановкой обострения экологического кризиса, необходимо применение организационных мер по устранению выделений вредных веществ или частичного торможения этого процесса. Спад производства в металлургии позволяет сократить выбросы вредных веществ в окружающую атмосферу, но не следует забывать о тех выбросах, которые так или иначе выделяются в процессе существующего производства.

Цех подготовки составов к разливке жидкой стали в отличие от аглодоменных и сталеразливочных процессов в меньшей мере влияют на загрязнение окружающей среды.

Технологический процесс чистки изложниц происходит с выделением в атмосферу пыли. Отделение чистки изложниц снабжено куполообразным навесом для улавливания пыли. Под действием горячего воздуха поток частиц поднимается вверх, и по наклонным частям кессона опадают в емкости, попадание пыли в атмосферу сведено до минимума. Емкости периодически очищаются от пыли.

В ЦПС разогрев сменного оборудования производится на газовых горелках (газ природный). При работе горелок выделяется большое количество CO2 в атмосферу, разогрев прибыльных надставок сокращенным факелом.

В ЦПС покраска рабочей поверхности изложниц происходит с выделением в атмосферу вредных примесей - летучих углеродистых соединений и токсины. Покрашенные изложницы углеродосодержащим материалом или токсичными красками при контакте с жидкой сталью выделяют в атмосферу летучие вещества. В связи с принятыми организационными и технологическими мероприятиями стало возможным производить покраску изложниц материалами, не содержащими веществ при контакте которых с жидкой сталью образуются летучие вещества. В настоящее время в ЦПС покраску изложниц производят антипригарной глиной. Данный состав не образует вредных веществ при контакте с жидким металлом.

ВЫВОДЫ

В ходе проведения исследовательской работы рассмотрены вопросы повышения стойкости изложниц, усовершенствование технологии их эксплуатации:

1.  Время пребывания горячего слитка в изложницах.

2.  Коэффициент оборачиваемости изложниц.

3.  Учет изложниц.

4.  Подготовка изложниц к разливке.

1.  Пребывание горячего слитка в изложнице сверх регламентированного графика сказывается на стойкости изложницы, т.е. уменьшения времени отстоя плавок полуспокойных марок стали в разливочном отделении сталеплавильных цехов комбината «Криворожсталь» на 20 минут приводит к повышению стойкости изложниц типа КС-8П на 11,02 % и МКС-12,5т на 3,79 %, и уменьшает себестоимость годовой выплавки стали в эти изложницы на 2889467 грн.

2.  Одним из основных параметров влияющих на стойкость изложниц является коэффициент оборачиваемости. В ходе проведения исследовательской работы был предложен оптимальный коэффициент оборачиваемости изложниц типа КС-8П и МКС-12,5 т, который должен быть в пределах 1,2 – 1,3 налива в сутки. При таком коэффициенте оборачиваемости достигается максимальная стойкость изложниц: КС-8П – 97,3 налива, МКС-12,5 т – 81,4 налива.

3.  В дипломной работе предложен учет изложниц с полной информацией о причинах преждевременного выхода их со строя, который является важным способом дающим возможность анализировать режим работы изложниц.

4.  В работе исследовано влияние качества подготовки изложниц к разливке на их стойкость и предложен оптимальный вариант чистки и смазки изложниц, который дает качественную очистку и равномерную покраску рабочей поверхности изложниц типа КС-8П и МКС-12,5 т повышая их стойкость и улучшая качество поверхности слитка.

ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. К.К. Прохоренко: «Разливка стали и качество стальных слитков». Киев 1995, 118с.

2. В.К. Могилев, О.И. Лев: «Повышение стойкости изложниц и прокатных валков». Москва «Металлургия» 1986, 117с.

3. Л.М. Черкасов: «Основы образования литейных сплавов». Москва, «Наука», 1970, 163с.

4. Ф.Н. Тавадзе, Ф.Н. Алимов, С.Э. Баркан: «Литейное производство», Москва, 1970, №1 с. 22-23.

5. Н.Е. Скороходов: «Повышение стойкости изложниц на машиностроительных заводах», «Сталь» №1, 1952, 180с.

6. А.С. Филиппов, Г.А. Писаренко, Г.И. Янкелевич, В.С. Радя: «Повышение стойкости чугунных изложниц», Москва, «Металлургия», 1965, 304с.

7. Н.А. Воронов, Н.И. Павловцева, П.И. Стовченко: «Металлургическая и горнорудная промышленность», Москва, «Металлургия», 1970, №5 с.52.

8. А.С. Филиппов, В.С. Радя, Г.Г. Михайлова и др.: «Влияние режимов эксплуатации на оптимальные геометрические параметры изложниц», Сталь, 1971, №1, с.52.

9. Г.Ж. Киря, И.Ф. Иванченко, Л.М. Черкасов: «Литейное производство», Москва, «Металлургия», 1970, №11 с.42.

10. А.С. Филиппов, Г.А. Писаренко, Г.И. Янкевич, В.С. Радя: «Сменные литые детали сталеразливочного оборудования», Москва, «Металлургия», 1965, 304с.

11. Л.М. Черкасов, В.К. Могилев, Н.Н. Спичка: «Металлургическая и горнорудная промышленность», 1971, №6 с. 50-51.

12. В.А. Курчапов, П.Д. Стец, Л.А. Краузе и др.: «Повышение стойкости изложниц», Москва, «Металлургия», 1971, №1 с. 3-14.

13. А.С. Филиппов, В.С. Радя: «Опыт производства и эксплуатации изложниц (по материалам межзаводской школы) Москва, «Черметинформация», 1971, 117с.

14. Л.М. Черкасов: «Металлургическая и горнорудная промышленность», Москва, «Металлургия», 1971, №6, с. 50.

15. Л.М. Черкасов, Г.Ш. Киря, В.К. Могилев и др.: «Повышение стойкости изложниц», Москва, «Металлургия», 1974, с. 111-115.

16. Н.Г. Горшович: «Кристаллизация и свойства чугуна в отливах», Москва, «Машиностроение», 1966, 179с.

17. Л.М. Черкасов: «Формирование качества поверхности отливок», Москва, «Наука», 1969, с. 200.

18. Технологическая инструкция подготовки составов комбината «Криворожсталь»: ТИ 228-ПС-06-2000.

19. В.А. Курчанов: «Повышение стойкости изложниц», Москва, «Металлург», 1989, 142с.

20. К.К. Прохоренко: «Разливка стали и качество стальных слитков», Киев, 1955, 118с.

21. В.А. Ефимов, В.П. Осипов: «Определение оптимальной выдержки слитков в изложницах», Сталь, 1974, 176с.

22. И.С. Ром: «Сокращение времени выдержки слитков в изложнице», Москва, «Металлург», 1989, с.89.

23. Технологическая инструкция разливки стали в конвертерном цехе комбината «Криворожсталь»: ТИ 228-СТ-02-1998.

24. Регламентированный график №2, доставки слитков с повышенным теплосодержанием из сталеплавильных в обжимные цехи комбината «Криворожсталь», 2001.

25. И.И. Маликов: «Оптимизация количества разливочных составов и запаса изложниц в сталеплавильных цехах», Сталь, 1989, №7, 164с.

26. Л.М. Ефимов: «Сборник трудов Центрального научно-исследовательского института черной металлургии», 1966, вып. 41, с. 223-228.

27. В.И. Якушен: «Сборник трудов Центрального научно-исследовательского института черной металлургии», 1966, вып. 41, с. 229-237.

28. В.А. Курчанов: «Перспектива снижения расхода изложниц», Москва, «Металлургия», 1975, №9, с. 5.

29. В.В. Абрамов, Н.А. Воронова, А.А. Будник и др.: «Метод исследования долговечности металлургических изложниц», в сборнике: «Повышение стойкости изложниц», Москва, «Металлургия», 1972, 202с.

30. А.М. Скрыбцев: «Повышение срока службы сталеразливочных изложниц путем внедрения в производство новых летучеизоляционных смазок». Научно-техническая конференция: «Повышение технического уровня и совершенствование технологических процессов производства отливок», Днепропетровск, 1990, 116с.

31. М.И. Мусса-Заде: «Сокращенный график пребывания горячего слитка в изложнице», Сталь, 1975, 216с.

32. В.М. Боревский, В.А. Станкевич: «Подготовка составов с изложницами для разливки стали», Москва, 1964, 85с.