Анализ причин разрушения стопорных стержней промежуточного ковша МНЛЗ и меры по их устранению 

На одном из металлургических предприятий, эксплуатирующих слябовую машину непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), была выявлена серьезная проблема — частые случаи разрушения стопорных стержней промежуточного ковша. Данный элемент является ключевым огнеупорным изделием, обеспечивающим стабильность уровня металла в кристаллизаторе, регулирование скорости потока стали и, как следствие, качество поверхности и внутреннюю структуру заготовки.

Проблематика

В 2021 году на предприятии было зафиксировано 12 аварийных случаев, связанных с разрушением стопорных стержней — в среднем один случай в месяц. Около 20% инцидентов происходило во время разогрева промежуточного ковша или при открытии разливки (отрыв головки стержня). Остальные случаи фиксировались непосредственно в процессе литья: разрушение происходило на расстоянии 650–700 мм от верхней кромки, при этом излом имел характерную V-образную форму.

Каждый аварийный случай приводил к внеплановой остановке МНЛЗ, повторному разогреву ковша и срыву производственного графика, что влекло значительные экономические потери.

Анализ причин

Специалисты предприятия выделили три основные группы факторов, влияющих на разрушение стержней:

1. Термический шок

Анализ показал, что применяемый материал в целом соответствовал требованиям производства (разливка углеродистых и среднелегированных сталей, умеренное шлаковое воздействие). Однако были выявлены недостатки технологии изготовления и режима разогрева:

• неравномерность состава сырья приводила к внутренним напряжениям;

• недостаточная герметизация ковша во время разогрева;

• открытое положение стержня при разогреве;

• низкая эффективность прогрева (температура около 1000 °C при длительности 3 часа);

• утечка пламени и нестабильный температурный режим.

В результате в огнеупорном материале формировались микротрещины, которые при работе в условиях экстремальных температур и механических нагрузок приводили к разрушению.

2. Недостаточная прочность

Разрушения часто происходили после замены стакана, восстановления спекания или при быстрой смене ковша. В закрытом положении стержень испытывал продольные и поперечные нагрузки. Было установлено, что горячая прочность материала недостаточна, особенно в зоне шлакового пояса и изменения диаметра.

3. Конструктивные и монтажные недостатки

Выявлены следующие проблемы:

• чрезмерная длина стержня (1750 мм вместо требуемых 1650 мм), что увеличивало изгибающие нагрузки;

• выступание стержня над крышкой ковша на 200 мм при норме 50 мм;

• наличие «перекуса» при установке, создающего боковые усилия;

• монтаж вне рабочей позиции ковша, что приводило к повреждениям при транспортировке;

• резкое ручное закрытие стержня при переводе режима управления.

Принятые меры

Мероприятия по устранению проблемы были реализованы поэтапно.

1. Модернизация конструкции и состава

• Введение 5% микропорошка SiC в состав материала (особенно в зоне головки и шлакового пояса).

• Применение композитной конструкции.

• Повышение прочности при изгибе:
  — при комнатной температуре — до 8,2 МПа;
  — при высокой температуре — до 9,4 МПа.

• Снижение коэффициента линейного расширения до 7,1×10⁻⁶ 1/°C.

• Отсутствие трещин после трёх циклов термошока при 1100 °C.

• Уменьшение длины стержня до 1650 мм.

• Изменение формы головки с шарообразной на коническую.

• Снижение диаметра головки с 60 мм до 45 мм для повышения точности регулирования потока.

2. Оптимизация монтажа

• Переход от офлайн-установки к монтажу перед разогревом ковша.

• Исключение «перекуса» при установке, строгая центровка.

• Контроль состояния поперечной балки механизма открытия/закрытия.

• Изменение алгоритма закрытия — использование собственного веса стержня перед прижатием.

3. Совершенствование режима разогрева

• Полная герметизация ковша перед разогревом.

• Первоначальный разогрев при закрытом положении стержня.

• Открытие стержня спустя 30 минут для равномерного прогрева.

• Строгое соблюдение температурной кривой и достижение температуры свыше 1000 °C в течение 1–2 часов.

• Запрет остановки горения в процессе разогрева.

Результаты

После внедрения комплекса мероприятий ситуация существенно улучшилась. В 2022 году количество аварий сократилось до 2 случаев — на 10 меньше по сравнению с 2021 годом. Работа МНЛЗ стабилизировалась, сократились внеплановые простои и производственные потери.

Заключение

Комплексный подход, включающий оптимизацию химического состава, совершенствование конструкции, корректировку режима разогрева и улучшение технологии монтажа, позволил значительно повысить термостойкость и механическую надежность стопорных стержней промежуточного ковша. Реализованные меры обеспечили стабильность уровня металла в кристаллизаторе и повысили общую эффективность непрерывной разливки стали.