Конструктивные и технологические особенности непрерывной разливки стали

Способ непрерывной разливки металла в машинах непрерывного литья загото­вок (МНЛЗ) заключается в том, что жидкий металл из разливочного ковша через промежуточную емкость (промежуточный ковш) непрерывно поступает в водоох­лаждаемый кристаллизатор. В кристаллизатор перед началом разливки вводится «затравка», являющаяся дном для первой порции металла. Затравка тянущими ме­ханизмами перемещается вниз, увлекая с собой формирующийся слиток. В кри­сталлизаторе затвердевает только наружная оболочка слитка, а полная кристалли­зация осуществляется ниже кристаллизатора, в зоне вторичного охлаждения, за счет форсированного охлаждения поверхности литой заготовки. Охлаждение слитка в этой зоне осуществляется либо подачей воды непосредственно на слиток, либо путем установки водоохлаждаемых экранов. При дальнейшем движении полностью затвердевший слиток разрезается на мерные длины. Крупные заготовки разрезаются газокислородными резаками, которые во время реза перемещаются вместе со слитком.

Широкое распространение метода непрерывной разливки обусловили следующие ее преимущества:

1. Уменьшение на (10-20 %) расхода металла на 1 т годного проката вследст­вие снижения обрези головной и донной (хвостовой) частей слитка, обрезь при прокатке уменьшается также в связи с тем, что обрези и раскрою подвергается как бы одна длинная заготовка, а не много слитков, каждый из которых может отличаться по массе, величине усадочной раковины и т. п.

2. Оптимальное сочетание работы современных прокатных станов и кристал­лизации слитка. Например, для достижения высоких технико - экономических показателей современный листопрокатный стан должен получать слябовые заготовки массой 50-60 т; отливать слитки такой массы затруднительно по ряду причин и, прежде всего потому, что слитки такой массы характеризуются развитыми ликвационными явлениями, для получения таких слитков необходимо соответствующее крановое обору­дование в разливочных пролетах, строительство глубоких нагревательных колодцев и прочие приспособления.

3. Снижение капитальных затрат на сооружение металлургического завода (исключается парк изложниц, отделение для их подготовки и извлечение из них слитков, крупные дорогостоящие прокатные станы блюминги и слябинги, на которых слитки обычно обжимаются на заготовки для по­следующей прокатки).

4. Уменьшение энергетических затрат (как для нагрева металла под про­катку, так и для работы обжимных станов).

5. Повышение производительности и улучшение условий труда (исключа­ется ряд тяжелых и трудоемких операций по установке изложниц, уборке и т. п.), создание предпосылок для полной автоматизации и механизации процесса разливки, уменьшение числа обслуживающего персонала.

6. Увеличение степени однородности металла, улучшение его качества благо­даря ускорению затвердевания.

МНЛЗ могут применяться в любом сталеплавильном производстве, но большей частью они используются для разливки стали в кислородно – конвертерных цехах.

Рисунок 4.1 - Машина непрерывного литья заготовок криволинейного типа: 1 - промежуточный ковш; 2 - кристаллизатор; 3 - зона вторичного охлаждения; 4 - тянущие ролики; 5 - машина газовой резки; 6 - горизонтальный рольганг.

Рисунок 4.2 – Промежуточная емкость МНЛЗ: 1 - стопор; 2 - дозирующий стакан; 3 - кристаллизатор.

Металл от сталеплавильного агрегата подается к МНЛЗ в сталеразливочных ковшах различной емкости. Поступление металла из ковша в промежуточный ковш происходит через донный разливочный стакан, перекрываемый для регули­рования потока металла стержнем – стопором, футерованным огнеупором.

Промежуточное разливочное устройство (ковш) предотвращает попадание шлака в кристаллизатор и должно обеспечивать подачу спокойной струи жидкой стали и возможность регулировать поступление металла в кристаллизатор. Стенки промежуточного ковша выполняются наклонными с откосом, как правило 1:10.

Подача металла из промежуточного ковша в кристаллизатор осуществляется в основном двумя методами: через донные стаканы – дозаторы (с постоянным сечением) и через донные стаканы с регулированием потока металла стопором или шиберным затвором. Наибольшее распространение имеет второй метод, но он обладает следующими недостатками: плохая организация струи жидкого металла, что влияет на качество слитка, низкая стойкость огнеупорных материалов стопорной пары (стакан – стопор); изменения расходной характеристики стопорной пары в процессе разливки; значительные люфты в кинематических соединениях, ухудшающих качество регулирования.

При поступлении металла в кристаллизатор образуется твердая оболочка слитка, сцепляющаяся с затравкой с помощью имеющегося в ней фигурного паза. Кристаллизатор должен обеспечить максимальный теплоотвод от затвердевающего металла для быстрого формирования прочной оболочки слитка – такой, чтобы она не разрушалась под действием ферростатического давления при вы­ходе слитка из кристаллизатора. Кристаллизаторы делаются составными из мед­ных плит или цельных медных блоков с внутренней полостью или полостями, соответствующими сечению отливаемой заготовки. В стенках плит и блоков вы­сверлены отверстия по которым циркулирует охлаждающая вода со скоростью не менее 5-7 м/с.

В процессе вытягивания слитка между его поверхностью и стенками кристал­лизатора возникают значительные силы трения, которые могут привести к раз­рыву слитка и возникновению явления «зависания» верхней части слитка. Для предотвращения этого явления на современных МНЛЗ применяют возвратно - поступательное движение кристаллизатора с определенной цикличностью. В течение примерно ¾ времени цикла кристаллизатор двигается вниз на 15-20 мм со скоростью, равной или несколько превышающей скорость вытягивания слитка, и после этого возвращается в верхнее положение со скоростью, в 2-3 большей ско­рости вытягивания.

Уровень металла в кристаллизаторе во время разливки должен находится в узко заданных пределах, что обусловлено следующими причинами: превышение уровня может привести к переливу металла через верх кристаллизатора; понижение уровня ниже допустимого может привести к получению тонкой оболочки, ее разрыву (явлению зависания) и порыву жидкого металла под кристаллизатором. Значительные колебания уровня нарушают стабильность охлаждения слитка в кристаллизаторе, изменяют условия кристаллизации и влияют на качество слитка.

С точки зрения технологии затвердевания непрерывного слитка исключительно важное значение имеет кристаллизатор, так как именно в нем происходит на­чальное формирование оболочки слитка.

Основные требования к тепловому режиму слитка и кристаллизатора сводятся к следующему:

1. Расход охлаждающей воды в каналах кристаллизатора должен исключить ее перегрев, вызывающей отложения солей и ухудшение теплоотвода от слитка.

2. Расход воды не должен превышать рационального предела, чтобы не вызвать увеличение расходов на электроэнергию для насосов.

3. При выходе слитка из кристаллизатора толщина оболочки должна быть достаточной для исключения прорыва металла и середины слитка.

4. Распределение интенсивности теплоотвода по длине и периметру слитка должно обеспечивать отсутствие больших градиентов температур и недопустимых термических напряжений, вызывающих образование трещин в оболочке слитка.

На теплообмен между слитком и кристаллизатором и, следовательно, на формирование оболочки слитка влияют очень многие факторы: марка стали, температура металла, скорость разливки, конструктивные параметры кристаллизатора, несимметричность расположения слитка в кристаллизаторе и др. Наибольшее значение имеют конструктивные особенности кристаллизатора: размеры граней, конусность стенок, толщина и материал стенок, режим охлаждения.

Дата добавления: 2015-03-29