MOŽNOSTI PREDIKCE DOSAŽENÍ POŽADOVANÉ LICÍ TEPLOTY OCELI PRO ZAŘÍZENÍ PLYNULÉHO ODLÉVÁNÍ

Transkript

1 MOŽNOSTI PREDIKCE DOSAŽENÍ POŽADOVANÉ LICÍ TEPLOTY OCELI PRO ZAŘÍZENÍ PLYNULÉHO ODLÉVÁNÍ PREDICTION POSSIBILITIES OF ACHIEVING THE REQUISITE CASTING TEMPERATURE OF STEEL IN CONTINUOUS CASTING EQUIPMENT a Miloš MASARIK, b Libor ČAMEK, c Zdeněk Šaňa a,c EVRAZ VÍTKOVICE STEEL, a. s., Štramberská 2871/47, Czech Republic b VŠB Technical University of Ostrava, FMMI, 17. listopadu 15/2172, Ostrava-Poruba, Czech Republic, libor.camek@vsb.cz Abstrakt Článek předkládá možnosti současného systému predikce pro dosažení požadované licí teploty oceli na bramovém kontilití. Podle požadavků na výslednou jakost je možné vést zpracování oceli v ocelárně EVRAZ VITKOVICE STEEL, a.s. v oblasti zařízení mimopecního zpracování třemi směry. Pánvová pec zařízení plynulého odlévání (LF-ZPO), keson LF ZPO (ISSM-LF-ZPO) a LF ISSM ZPO. Nejnáročnější technologie, která umožňuje dosažení nejvyšších jakostních parametrů oceli, se zajišťuje postupným zpracováním na agregátech LF ISSM ZPO. Současné standardní postupy pro stanovení výstupních teplot u jednotlivých zařízení, vycházejí z teplotních modelů jednotlivých agregátů sekundární metalurgie, které jsou korigovány podle úrovně odborné obsluhy. Obsahem příspěvku jsou některé příklady současné praxe plánování požadované licí teploty pro bramové ZPO a také některé další možnosti optimalizace současného stavu. Klíčová slova: teplota lití, systém predikce, zařízení plynulého odlévání Abstract The paper presents possibilities of the current prediction system to achieve the requisite casting temperature of steel in continuous slab casting. In accordance with the requirements regarding the final quality, there are three ways of processing steel in the steelworks of EVRAZ VITKOVICE STEEL, a.s. in the sphere of secondary metallurgy equipment. Ladle furnace - continuous casting equipment (LF ZPO), caisson LF ZPO (ISSM LF- ZPO) and LF ISSM ZPO. The most sophisticated technology, which enables achieving the highest quality parameters of steel, is ensured by gradual processing in LF ISSM ZPO equipment. The current standard processes to determine output temperatures in individual plants are based on thermal models of individual units of secondary metallurgy, which are adjusted according to the level of skilled work. The paper focuses on some examples of the current practice of planning the required casting temperature for continuous casting slabs. It also deals with some other possibilities of optimizing the present state. Key words: casting temperature, prediction systém, continuous casting equipment 1. ÚVOD V současné době se stává již standardním růst požadavků na kvalitu výroby ve všech oblastech průmyslu. Není tomu jinak v hutnictví výroby oceli, kde je navíc vysoká ekonomická náročnost vstupních materiálů, která se s růstem jakostních požadavků zákazníků ještě stupňuje. Denním standardem se stávají požadavky na stále levnější a kvalitnější výrobky. Životně důležitým se stává nejenom nutná průběžná modernizace hutních provozů, ale současně nezbytnost neustálého vývoje nových technologií a vytváření tak podmínek, pro průběžný růst jakostní výroby a snižování výrobních nákladů. Také v EVRAZ VÍTKOVICE STEEL, a.s. jsou denním cílem řešení otázky neustálého zvyšování jakostní výroby a současně průběžné snižování výrobních nákladů. Příkladem toho je také hledání nových možností při využívání současného strojního zařízení a technologických postupů v oblasti mimopecního zpracování oceli [1].

2 2. SOUČASNÉ TECHNOLOGICKÉ POSTUPY VÝROBNÍCH TOKŮ V OBLASTI SEKUNDÁRNÍ Podle požadavku pro výslednou jakost je možno vést zpracování oceli v ocelárně EVRAZ VÍTKOVICE STEEL, a.s. v oblasti zařízení mimopecního zpracování třemi základními postupy: Pánvová pec zařízení plynulého odlévání, (LF-ZPO). Keson pánvová pec bramové kontilití, (ISSM-LF-ZPO), (obr. 1). LF ISSM ZPO, (obr. 2). Výrobní technologie pánvová pec bramové kontilití je určena pro standardní jakostní požadavky zákazníků. Pro zakázky, kde nejsou přesně definované specifikace některých prvků. Většinou jde o požadavky například S= max. 0,015 hm. %, P= max. 0,02 hm. % a Al = max. 0,06 hm. %. Tento výrobní tok je dnes využíván ve zcela minimální míře. Positiva: nízké náklady na LF peci, dosažení přesné požadované teploty oceli v licí pánvi (LP) pro ZPO, nízké opotřebení vyzdívek licích pánví aj. Negativa: standardní čistota oceli Výrobní technologie keson pánvová pec bramové kontilití je znázorněna na obr. 1. Tento výrobní tok materiálu je určen pro výrobu přesně definovaného chemického složení s užší tolerancí chemického složení oceli. Tavby vyrobené na konvertorech procházejí kesonem (ISSM-integrovaný systém sekundární metalurgie), kde probíhá vakuové zpracování, závěrečná dezoxidace a dolegování oceli podle předepsaného chemického složení. Ve výrobních situacích, kdy je výstupní teplota nevyhovující, potom následuje zpracování na pánvové peci. Positiva: optimální náklady na spotřebu elektrické energii na LF peci, případně přesná koordinace požadované teploty oceli v LP pro ZPO, přiměřené opotřebení vyzdívek licích pánví aj. Negativa: standardní čistota oceli vhodná pro méně náročné jakosti Obr. 1 Schéma toku materiálu ISSM-LF-ZPO Výrobní technologie třetím postupem pánvová pec keson - bramové kontilití je znázorněna na obr. 2. Tímto výrobním způsobem jsou zpracovány oceli nejen s nejvyššími nároky na předepsané chemické složení, ale především na dosažení vysoké čistoty oceli. Jsou to například jakosti mikrolegované oceli typu Systém tohoto zpracování oceli je postaven základě dohotovení tavby na LF peci (úprava strusky, dezoxidace a dolegování) s výstupní teplotou LF min ± 10 C. Následující operace zpracování oceli v kesonu probíhá bez přerušení vakua, při dosažení tzv. hlubokého vakua min. 10 min. Zde je zásadní, aby operátor kesonu dokázal řídit celý proces tak, aby byl v souladu pokles teploty lázně v závislosti na průběhu zpracování tavby a na požadavku operátora o výši teploty oceli v mezipánvi ZPO. Positiva: dosažení vysoké čistoty oceli Negativa: vysoké náklady na elektrickou energii na LF peci, nepřesná koordinace plánování teploty pro ZPO po zpracování v kesonu z důvodu poměrně nerovnoměrných teplotních ztrát při zpracování jednotlivých

3 taveb a tím vyšší rozdíl od požadovaného rozptylu licí teploty na ZPO ± 5 O C, vyšší opotřebení vyzdívek licích pánví pro vyšší teploty zpracování apod. Obr. 2 Schéma toku materiálu LF ISSM ZPO Podle plánovaných zakázek vysokojakostního sortimentu musí příprava výroby s útvarem metalurgie a technologie sestavit v ocelárně výrobní plán pro jednotlivé tavby a systematicky z nich vytvořit sekvenci pro odlévání na ZPO. Při reálném zpracování mohou však nastat situace, že se technologie zpracování musí přizpůsobit výstupnímu požadavku na teplotu oceli v mezipánvi ZPO. 3. TECHNOLOGICKÉ POSTUPY VÝROBNÍCH TOKŮ V ROCE V OBLASTI SEKUNDÁRNÍ Na obr. 3 je znázorněn graf využívání jednotlivých variant náročnosti výrobních toků oceli v roce V posledním období roku 2012 byla dosahovaná úroveň využívání nejnáročnější varianty LF ISSM ZPO vyšší než 80 %. Tato skutečnost je dána zejména úrovní požadavků zákazníků, ale také operativní nutností změny technologických postupů pro dodržení požadovaného rozptylu licí teploty v mezipávi ZPO. Obr. 3 Grafické znázornění využívání jednotlivých variant náročnosti výrobních toků oceli v roce MOŽNOSTI OPTIMALIZACE TECHNOLOGIE VÝROBNÍCH TOKŮ V OBLASTI SEKUNDÁRNÍ Na obr. 4 je grafické znázornění příkladu několika taveb postupného poklesu teploty oceli v průběhu zpracování v oblasti sekundární metalurgie při použití nejnáročnější varianty technologií LF ISSM ZPO s řízeným dochlazováním. Zhodnocení příkladu teplotního průběhu několika taveb jakosti typu naznačuje poměrně široký rozptyl nejenom výchozích teplot oceli v LP při odjezdu z LF, ale také rozdílné

4 teplotní poklesy v průběhu zpracování v kesonu. Konečné teploty grafického znázornění se již poměrně scházejí do užšího rozptylu, což je dáno přísnými požadavky vstupní teploty oceli v mezipánvi ZPO. Obr. 4 Pokles teploty oceli v průběhu zpracování v oblasti sekundární metalurgie Na obr. 5 je grafické znázornění příkladu několika taveb postupného poklesu teploty oceli v průběhu zpracování v oblasti sekundární metalurgie při použití nejnáročnější varianty technologií LF ISSM ZPO s řízeným dochlazováním. Teplotní průběh několika taveb jakosti typu je zaznamenán z jiného pohledu než předchozí obr. 4 a ukazuje názornější měřítko teplotního rozptylu u taveb, které jsou řazeny v sekvenci za sebou. Také v těchto pohledech se jeví rozdílné teplotní poklesy v průběhu zpracování v kesonu. Obr. 5 Pokles teploty oceli v průběhu zpracování v oblasti LF ISSM ZPO Další příklad série taveb po zpracování v oblasti sekundární metalurgie, při použití nejnáročnější varianty technologií LF ISSM ZPO s řízeným dochlazováním, byl znázorněn na obr. 6. Byla zde zakreslena nejdůležitější fáze rozptylu teplot oceli nad likvidem. Podle detailního technologického předpisu ocelárny zde byly vyznačeny požadované meze rozptylu licí teploty ± 5 O C v mezipánvi na ZPO. Rozptyl je značný a potvrzuje nutnost řešení této výrobní fáze s řízeným dochlazováním.

5 Obr. 6 Teplota oceli nad likvidem v mezipánvi 4. ZÁVĚR Pro vytvoření predikce výstupní teploty z pánvové pece, k dosažení konečné požadované teploty v mezipánvi ZPO u nejnáročnější varianty zpracování oceli ve výrobním toku LF ISSM ZPO, technologií s řízeným dochlazováním v ocelárně EVRAZ VÍTKOVICE STEEL a.s., bude nutné zpracovat návrh modelu výpočtu teplotních ztrát. Tato technologie je nejvýznamnější pro výrobu vysocejakostních ocelí a bude vyžadovat dosažení minimalizace teplotního rozptylu oceli v mezipánvi ZPO. Cíle bude možné dosáhnout vývojem a následnou optimalizací teplotního modelu ztrát od okamžiku odjezdu LP z pánvové pece, přes zpracování v kesonu až do okamžiku usazeni LP na stojan ZPO. Pro vytvoření výchozí analýzy bude nutné doplnit základní údaje z oblasti metalurgických procesů, ale také například o stavu vyzdívek, životnosti a teplotě LP [2,3], hmotnosti oceli a strusky v LP aj. LITERATURA [1] Hon, V., Šáňa, Z., Čamek, L., Some Connections of the Development and Introduction of New Technology of the Secondary Metallurgy Integrated System,16 th International Metallurgical & Material Conference, Brno 2008, ISBN [2] Rech, R., Čamek, L., Problematika využívání žáruvzdorných materiálů souvisejících s oblastí mimopecního zpracování a jejich vliv na kvalitu vyráběné oceli, Teorie a praxe výroby a zpracování oceli, dubna 2007, Tanger Ostrava, p , ISBN [3] Rech, R., Čamek., L., Některé aplikace keramických materiálů licích pánví na zařízení sekundární metalurgie v ocelárně Evraz Vítkovice Steel, a.s. Teorie a praxe výroby a zpracování oceli, dubna, 2008, Tanger Ostrava, p , ISBN