PŘÍPRAVA MEZIPÁNVE PRO PLYNULÉ ODLÉVÁNÍ OCELI JAKO KOMPLEXNÍ SLUŽBA

Transkript

1 PŘÍPRAVA MEZIPÁNVE PRO PLYNULÉ ODLÉVÁNÍ OCELI JAKO KOMPLEXNÍ SLUŽBA Adam Molin Herbert Powetz Stanislav Rusnok REFRASIL, s.r.o., Průmyslová 720, Třinec - Konská, ČR, molin@refrasil.cz Mezipánvové hospodářství v Třineckých železárnách, a.s. z pohledu dosavadního vývoje. Přehled používaných materiálů. Příprava mezipánve k odlévání jako komplexní externí služba. Ekonomické aspekty nového systému mezipánvového hospodářství. Preparation of Tundish for Continuous Casting of Steel as a Complex Service. Tundish economy in Třinec ironworks, j.c. from the point of view of hitherto development. Overview of the applied materials. Preparation of tundish for casting as a complex external service. Economic aspects of the new tundish economy system. 1. VÝVOJ VYZDÍVÁNÍ MEZIPÁNVÍ PRO SYSTÉM KONTINUÁLNÍHO ODLÉVÁNÍ OCELI V TŘINECKÝCH ŽELEZÁRNÁCH Zásadní technologické změny v ocelárenském průmyslu v posledních desetiletích minulého století, které se postupně promítaly i do ocelárenských závodů v České republice, se snad nejmarkantněji projevily v ústupu od klasického způsobu odlévání oceli do kokil a přechodu k plynulému odlévání oceli. Nejinak tomu bylo i v Třineckých železárnách (TŽ) po náběhu výroby na kyslíkové konvertorové ocelárně a následném uvedení do provozu zařízení plynulého odlévání (ZPO) číslo 1 a 2. Odlévání do kokil bylo zachováno pouze u několika speciálních jakostí oceli a jako havarijní systém při poruše ZPO. Zákonitě se proto střed zájmu ocelářů přesunul z licí soupravy na mezipánev jako na jeden z rozhodujících prvků celé soustavy. Cílem tohoto referátu je po stručném navázání na témata prezentovaná v minulých létech, týkající se materiálů a principů fungování mezipánve jako prvku technologického systému plynulého odlévání oceli, navázat na zkušenosti získané 9 měsíčním provozováním mezipánvového hospodářství v TŽ jako komplexní služby a pokusit se o technický a ekonomický pohled na tuto službu. 2. TRVALÉ VYZDÍVKY Mezipánve pro plynulé odlévání oceli se vyzdívají podobně jako většina agregátů tohoto typu, tzn. že vyzdívka se dělí na trvalou (nepracovní) a pracovní. Zatímco životnosti trvalé vyzdívky, kterou tvoří zpravidla dvě vrstvy: izolační a hutná, se počítají na stovky až tisíce taveb, životnosti pracovních vyzdívek se počítají v hodinách až desítkách hodin podle počtu taveb v sekvenci, a jsou zhotovovány po každé sekvenci znovu. Na vlastnosti pracovních vyzdívek mezipánví jsou přesto kladeny vysoké nároky, neboť ovlivňují nejen životnost trvalé vyzdívky, ale řadu dalších faktorů, jako např. tepelné ztráty a mikročistotu odlité oceli. Pro jejich zhotovení jsou používány jak různé technologie, tak i materiály. Nepracovní vyzdívka může být buď vyzděna alumosilikátovými tvárnicemi nebo dnes častěji monolitická. Nejčastěji používaným materiálem pro trvalé monolitické vyzdívky jsou nízko, popř. ultranízkocementové žárobetony na bázi bauxitu, andaluzitu nebo jejich kombinace. Trvalá vyzdívka má nižší koeficient teplotní roztažnosti než pracovní vrstva na bázi magnezitového slinku. To způsobuje při změnách teplot napětí mezi vrstvami, což má 1

2 někdy za následek nežádoucí tvorbu trhlin, ale na druhé straně značnou měrou přispívá k tomu, že se tyto vrstvy nespojí a nedojde k poškození trvalé vyzdívky při odstraňování slitku. V podmínkách TŽ byly použity oba způsoby vyzdívání mezipánví : v prvopočátcích vzniku zařízení plynulého odlévání oceli č. 1 byl použit klasický systém vyzdívání z vysocehlinitých tvarovek, později nastal přechod na dodnes používané žárobetonové vyzdívky jako nepracovní a nástřik ochranné bázické pracovní vyzdívky. Při uvedení do provozu ZPO č. 2 byl již od počátku nastolen tento systém. 3. PRACOVNÍ VYZDÍVKY 3.1 Funkce pracovní vyzdívky Hlavním posláním pracovní vyzdívky v mezipánvi je ochrana její trvalé vyzdívky, tedy možnost odstranění zbytků zatuhlé oceli po ukončení sekvence, bez poškození trvalé vyzdívky. Vyzdívka mezipánve je vystavena koroznímu působení tekuté oceli a ochranné strusky a také mechanickému namáhání při odstraňování zbytků zatuhlé oceli po ukončení lití. Mezipánve se před litím buď předehřívají (1100 až 1200 C), nebo se používají mezipánve nepředehřáté, tzv. studené. U těchto studených mezipánví se na trvalou vyzdívku pokládají izolační tabule na bázi křemičitého písku nebo magnezitového slinku. 3.2 Suché technologie V některých případech dávají oceláři přednost tzv. suchým hmotám, které se, jak z názvu vyplývá, instalují za sucha bez použití vody [1]. Jedná se zejména o případy, kdy se jedná o oceli s extrémně nízkými obsahy vodíku. Jsou to rovněž směsi páleného magnezitu, popř. olivínu a vláken, ale obsahující práškovou tmelící přísadu ve formě novolaku, bakelitového tmelu apod. Směs se nasype na dno mezipánve a mezi její stěnu a formu, při ohřevu na C dojde ke zpevnění vrstvy, forma se vytáhne a mezipánev je připravena na lití bez nutnosti dalšího ohřevu. 3.3 Suspenzní torkretování Nástřikové hmoty pro suspenzní torkretování mezipánví se používají na zhotovení pracovních vyzdívek tzv. předehřívaných mezipánví. Jedná se o směsi na bázi magnezitových slinků, olivínů, organických nebo anorganických vláken, vodního skla, povrchově aktivních látek vytvářejících vzduchové bublinky, čímž se zlepší izolační vlastnosti vyzdívky. Neméně důležitým požadavkem kladeným na žáruvzdorný materiál přicházející do styku s ocelí obecně, je minimální koroze ocelí a struskou s ohledem na mikročistotu odlité oceli. 3.4 Nástřikové hmoty Nástřikové hmoty pro suspenzní torkretování se aplikují pomocí speciálního zařízení, kde je směs míchána s % vody a následně protlačována hadicí do trysky, ve které je stlačeným vzduchem vrhána na trvalou vyzdívku mezipánve; tato může být buď předehřátá na cca C, nebo studená. Tloušťka nanesené vrstvy se pohybuje od 3 do 7 cm v závislosti na kvalitě hmoty, vlastnostech krycí strusky a oceli a na zamýšlené délce lití. V oblasti strusky se obyčejně nanáší vrstva silnější o 1 2 cm. Po zatuhnutí se mezipánev suší podle křivky sušení, která je dána jednak výrobcem hmoty, jednak zkušenostmi daného provozu. Před vlastním litím se mezipánev předehřívá na cca 1100 C. V průběhu lití pak dochází k infiltraci zejména strusky do pracovní vyzdívky, dále pak ke zhutňování. Za daných provozních podmínek je pak hloubka infiltrace a zhutněné vrstvy závislá na kvalitě nástřikové hmoty a délce lití. Cílem je, aby se pracovní vyzdívka 2

3 nespekla až do bezprostředního kontaktu s trvalou vyzdívkou. Ta by pak byla mechanicky poškozována během odstraňování slitku a částečně i chemicky reakcemi mezi nástřikovou hmotou a žárobetonovým monolitem v trvalé vyzdívce [2]. 3.5 Technologie pro velmi dlouhé doby lití V případě velmi dlouhých sekvencí (nad 20 hodin) ale nemůžeme zabránit i u špičkových hmot (na bázi kvalitních magnezitů) propečení pracovní vrstvy na trvalou vyzdívku. Nelze totiž neomezeně zvětšovat tloušťku nástřiku (nad 8 cm) s ohledem na možné problémy při sušení nebo s ohledem na objem mezipánve apod. Proto byl vývoj těchto hmot zaměřen na omezení infiltrace struskou a ocelí a zejména zpomalení zhutňování sypké nespečené vrstvy. Výsledkem tohoto vývoje jsou materiály s přídavky uhlíku, který jednak snižuje smáčivost povrchu struskou a ocelí, jednak zabraňuje spékání pracovní hmoty a poškození trvalé vyzdívky. V současné době jsou používány dva způsoby aplikací těchto hmot. V prvním případě se jedná o nástřikové hmoty s uhlíkem, které se nanášejí suspenzní torkretací v tenké vrstvě 1 1,5 cm na trvalou vyzdívku jako její ochrana. Na ni se pak stejným způsobem aplikuje hmota neobsahující přídavky uhlíku v tloušťce 3 6 cm. V případě, že se tato vrstva zhutní, spékání se zastaví na černé vrstvě a nedojde k poškozování trvalého zdiva. Druhou variantou je nástřik jedné vrstvy hmotou, která spojuje vlastnosti dvou materiálů, popsaných výše. 4. Přehled používaných žáromateriálů V následující tabulce jsou uvedeny základní technické údaje o jakostech žáromateriálů, o nichž bylo zmíněno v mém příspěvku. DRUH Materiálová Teplota Chemické složení Objem. Pevnost báze použití Al2O3 MgO Fe2O3 hmotnost v tlaku označení C % % % g*cm -3 Mpa Mpa popis 110 C 1500 C TRICAST BN82B bauxit ,1 2, LCC žárobeton TRICAST BN82BCR bauxit ,1 2, LCC žárobeton TRIZOL HBU 5 keram.suroviny ,0 1,9 0,50 1,5 Izolační výrobek polystyren TRITIC TTP85K korund ,0 1,6 Plastický tmel TRICAST BNS95T-S tab.korund ,0 0,05 3, LCC samotekoucí ŽB spinel TRIGUN NH75M magnezit ,5 72,0 3,0 Nástřiková hmota TRIGUN NH60O olivin ,0 60,0 4,9 Nástřiková hmota magnezit TRIGUN NH85M magnezit ,6 1,5 Nástřiková hmota Tab. 1 - Základní technické údaje o žáromateriálech používaných na mezipánve 5. PRINCIPY PŘÍPRAVY MEZIPÁNVÍ JAKO KOMPLEXNÍ SLUŽBY Příprava mezipánví pro odlévání představuje ucelený komplex činností, které lze poměrně přesně definovat a specifikovat požadovaný výstup. Proto vzniká možnost nabídnout tuto 3

4 činnost jako službu zahrnující zhotovování trvalých (nepracovních) a pracovních vyzdívek mezipánví. Vstupem je použitá mezipánev po ukončení odlévání na zařízení plynulého odlévání a výstupem opravená a vysušená mezipánev s nastříkanou vrstvou pracovní vyzdívky. Příprava mezipánví se skládá z několika etap : - odstranění nežádoucího materiálu, tj. zbytků kovu, strusky a původní pracovní vyzdívky, - oprava poškození trvalé vyzdívky, - montáž dalších potřebných prvků do mezipánve (výtokové kameny, přepážky, dopadové desky apod.), - provedení nástřiku pracovní vyzdívky, - vysušení mezipánve. V případě nadměrného opotřebení trvalé vyzdívky mezipánve je nutno provést vybourání a opětovné vyzdění trvalé vyzdívky. Pro realizaci uvedené činnosti jsou zapotřebí, jednak materiály a jednak práce. Proto navrhovanou službu může nabídnout pouze dodavatel, který zajistí obě stránky, a to vlastními silami anebo formou subdodávek, jak to bylo v případě Třineckých železáren. Společnost Refrasil nabídla TŽ komplexní servis mezipánví ve spolupráci se společností D5, a.s., která provádí pro TŽ nejrůznější údržbářské práce, včetně činností bílého zdiva. Jelikož odběratel logicky požaduje jednoho smluvního dodavatele, uzavřel Refrasil subdodavatelskou smlouvu s D5, a.s. pro provádění žárotechnických prací. Dodavatel pochopitelně musí zajistit veškeré potřebné žáromateriály pro nabízenou službu a nikoli pouze ty, jež sám vyrábí. Hlavním principem komplexní služby je totiž plné přenesení starostí o zajišťování materiálu a prací na dodavatele. 5.1 Ocenění služby Stanovení ceny za službu je nejobtížnější etapou přípravy smlouvy. Proti sobě stojí ekonomické zájmy obou smluvních stran : na straně odběratele snaha o snížení nákladů, na straně dodavatele snaha vydělat. V případě TŽ byla cena určena samostatně pro obě kontilití z důvodu odlišných podmínek jak materiálových, tak i rozměrových. Byly sjednány ceny za zhotovení trvalé vyzdívky a za přípravu mezipánve k lití. Současně byla stanovena podmínka životnosti trvalé vyzdívky v počtu uskutečněných lití. 5.2 Personální zabezpečení služby Složitost procesu a nutnost trvalé vazby mezi dodavatelem a odběratelem a také mezi dodavatelem služby a subdodavatelem žárotechnických prací si vyžádala trvalou přítomnost servisního technika dodavatele na místě provádění služby. K jeho povinnostem patří technický dohled na realizaci služby, koordinace mezi provozem ocelárny a skupinou žárotechnických prací, koordinace zajišťování žáromateriálů, spolurozhodování o odstavení mezipánví pro provedení nové trvalé vyzdívky a v neposlední řadě neustálá optimalizace nákladovosti procesu se samozřejmým zřetelem k dodržování zásad bezpečnosti provozu. 6. Technické aspekty služby Převzetím péče o mezipánve smluvním dodavatelem přechází na něho většina povinností. Avšak nelze toto chápat absolutně. Mezipánev je jedním z prvků složitého technologického systému plynulého odlévání oceli, který vyžaduje respektování mnoha návazností vyplývajících ať už ze složitosti samotného systému, taktéž i z různorodosti značek vyráběné oceli. Toto jsou důvody, proč nelze službu přípravy mezipánví výrazně izolovat od provozní problematiky dalších prvků technologie výroby oceli. Proto je nanejvýš nutná těsná spolupráce pracovníků podílejících se na zabezpečení služby s provozními pracovníky odběratele. Pro příklad lze uvést komunikaci při určování tloušťky pracovní vrstvy vyzdívky 4

5 podle očekávané délky sekvence lití anebo odlišnosti při montáži dodatečných prvků mezipánve podle způsobu lití (otevřené nebo uzavřené). Tato spolupráce je nezbytná i z důvodu vlivu technologického uzlu mezipánev na kvalitu vyráběné ocele a taktéž při zkouškách nových materiálů a aplikačních postupů zaváděných ať už z důvodu technologických změn ve výrobě oceli anebo snižování nákladů dodávané služby. 7. Ekonomický pohled Ekonomická stránka komplexní služby je i v tomto případě rozhodující. Odběratel se neodhodlá k objednání služby, pokud nebude přesvědčen o její ekonomické výhodnosti. Na druhé straně dodavatel ji nenabídne, pokud nebude mít pro něho v kratším nebo delším období přínos. Existují i další okolnosti, které hovoří ve prospěch zavedení v tomto konkrétním případu komplexní služby a které jsou obtížně vyčíslitelné v krátkém časovém horizontu. Pro odběratele je to zejména jasná představa o nákladech. Od momentu uzavření smlouvy může přesně kalkulovat náklady na mezipánve, protože tyto se odvíjejí jednoznačně od objemu prolité oceli. Dalším přínosem je úspora pracovní síly těch pracovníků, kteří se dosud podíleli na zajišťování této činnosti. Na straně dodavatelské je významným přínosem možnost plánování výroby na delší období, protože má jistotu odběru. Tuto skutečnost lze využít i při sjednávání výhodnějších podmínek u dodavatelů surovin s argumentací na větší objem a delší perspektivu dodávek. Sjednáním pevné ceny za připravenou mezipánev se otevírá vysoká motivace k intenzivnímu hledání možností úspor materiálových a dalších nákladů. 8. Shrnutí Mezipánvové hospodářství je velmi vhodným úsekem pro využití nabídky externích komplexních služeb, protože je zřetelně definován vstup a výstup a požadované parametry výstupu. Provozu ocelárny umožní téměř úplně se odpoutat od časově velmi náročné činnosti a věnovat se více problémům samotné výroby oceli. Před provozními ekonomy je postaven přehledný nákladový model umožňující jednodušší plánování nákladů. Na druhé straně pro dodavatele vyvstává vysoce motivující prodejní systém zaměřený možná poprvé ne na zvyšování objemu prodaného zboží, ale na optimalizaci nákladů. Nesmírně důležitá je však těsná a permanentní spolupráce na úrovni provozních pracovníků dodavatele, odběratele a subdodavatele žárotechnických prací. Několikaměsíční zkušenosti fungování systému komplexní služby mezipánvového hospodářství v TŽ ukazují, že byla zvolena ta správná oblast, která umožní oboustranné dosažení výhod všem aktérům hry. Literatura: [1] STENDERA J., KOTYNK M. A Very Rapid Application Technique for Steel Tundish Werbring Linings. Sborník z konference UNITECR 99 Berlín 1999, str [2] VON WITSLEBEN, KOLLENBERG W., BANNENBERG N. - Untersuchungen der Reaktionen zwischen Feuerfestbeton und Spritzmasse im Tundish Sborník z XXXIX International Colloqium on Refractories, Aachen 1996, str [3] CONNOR G. Chemically Bonded Tundish Lining Systems and Associated Near Tundish Refractories, The Refractories Engineer, January 2002, str