Промышленная новость
На одном из металлургических предприятий, эксплуатирующих слябовую машину непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), в 2021 году была зафиксирована серия аварий, связанных с разрушением стопорного стержня промежуточного ковша. Проблема приводила к внеплановым остановкам оборудования и значительным производственным потерям. По итогам комплексного анализа были разработаны и внедрены технические и организационные мероприятия, позволившие существенно повысить стабильность работы агрегата.
Производственная проблема
Стопорный стержень является формованным огнеупорным изделием, обеспечивающим стабильность уровня металла в кристаллизаторе и контроль расхода стали. Его повреждения (эрозия, наросты, изломы) вызывают колебания уровня металла, а в тяжёлых случаях — досрочное прекращение разливки.
Согласно статистике, в 2021 году на предприятии произошло 12 аварий, связанных с разрушением стопорного стержня (в среднем — один случай в месяц). Около 20% случаев приходилось на отрыв головки во время разогрева промежуточного ковша или при начале разливки. В остальных ситуациях разрушение происходило в процессе литья — либо в зоне на 650–700 мм ниже верхнего края, либо с характерным V-образным изломом.
Каждая авария сопровождалась внеплановой остановкой МНЛЗ, повторным разогревом ковша и нарушением производственного графика.
Анализ причин
В ходе технического расследования были выделены три основные группы факторов:
1. Тепловой шок.
Анализ материала показал его соответствие технологическим требованиям. Однако было установлено, что разогрев ковша проводился при недостаточной герметизации, с утечкой пламени, при температуре около 1000 °C и продолжительности 3 часа. Низкая эффективность прогрева приводила к неравномерным тепловым напряжениям и образованию микротрещин в стержне, которые в процессе разливки усиливались.
2. Недостаточная прочность при высоких температурах.
В условиях действия продольных и поперечных нагрузок, особенно при закрытии стержня и после смены стаканов, наблюдалось образование трещин в зоне шлаковой линии. Установлено, что горячая прочность изделия была недостаточной.
3. Конструктивные и монтажные недостатки.
Была выявлена избыточная длина стержня (1750 мм при нормативном выступе 50 мм над крышкой ковша). В эксплуатации это увеличивало боковые нагрузки и риск разрушения, особенно в зоне изменения диаметра.
Кроме того, офлайн-монтаж и вибрации при транспортировке ковша приводили к дополнительным повреждениям. Наличие так называемого «прикуса» при установке создавало боковые усилия при закрытии.
Принятые меры
Мероприятия были реализованы в несколько этапов.
1. Оптимизация состава и конструкции.
В шихту был введён 5% микропорошок SiC (в зоне головки и шлаковой линии), а конструкция выполнена композитной. Это позволило повысить прочностные характеристики:
-
предел прочности при изгибе: 8,2 МПа (20 °C) и 9,4 МПа (высокая температура);
-
средний коэффициент линейного расширения: 7,1×10⁻⁶/°C;
-
отсутствие трещин после трёх циклов термошока при 1100 °C.
Длина стержня была сокращена до 1650 мм. Форма головки изменена с шаровой на коническую, диаметр уменьшен с 60 до 45 мм, что повысило точность регулирования потока.
2. Изменение технологии монтажа.
Монтаж перенесён в онлайн-режим перед разогревом ковша. Исключён «прикус», обеспечена строгая центровка и контроль прямолинейности.
3. Оптимизация режима разогрева.
Введена обязательная герметизация ковша перед разогревом. Первые 30 минут стержень находится в закрытом положении, затем открывается для равномерного прогрева. Температура в течение 1–2 часов доводится до 1000 °C по установленной кривой нагрева. Запрещены остановки подачи газа во время разогрева.
4. Корректировка эксплуатационных операций.
Изменён порядок действий при закрытии стержня — переход в ручной режим с использованием собственного веса стержня для минимизации ударных нагрузок.
Результаты
Испытания модернизированных изделий проводились при разливке сталей марок Q235, Q345, 45#, 50#. Контроль показал равномерный износ головки и стабильную работу системы регулирования.
В 2022 году количество аварий сократилось до двух случаев — на 10 меньше по сравнению с предыдущим годом. Работа МНЛЗ стабилизировалась, а потери от внеплановых остановок значительно снизились.
Заключение
Комплексный подход, включающий корректировку состава огнеупора, оптимизацию конструкции, совершенствование монтажа и режима разогрева, позволил повысить термостойкость и эксплуатационную надёжность стопорного стержня. Принятые меры обеспечили устойчивость уровня металла в кристаллизаторе и повысили общую эффективность непрерывной разливки стали.
