Непрерывная разливка стали
СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛ 1.2

Общие принципы системы технологий непрерывного литья, архитектура МНЛЗ и ее основные функциональные узлы

Основной технологической функцией любой МНЛЗ является перевод стали из жидкого состояния в твердое с приданием получаемой заготовке определенной геометрической формы и обеспечением качественных показателей ее поверхности и внутренней структуры, регламентируемых соответствующими техническими условиями.

Для достижения твердого состояния заготовки необходимо отвести некоторое количество тепла в окружающую среду в течение определенного времени. Для нормального процесса охлаждения необходимо обеспечить движение заготовки с определенной скоростью при регламентированном отводе тепла (охлаждение водой).

Общая схема разливки стали с обозначением основных функциональных узлов и механизмов представлена на рисунке 1.5.

Сравнение технологических схем производства сортовой заготовки с непрерывной разливкой (а) и с разливкой в слитки и последующей прокаткой (б)

Рисунок 1.4 – Сравнение технологических схем производства сортовой заготовки с непрерывной разливкой (а) и с разливкой в слитки и последующей прокаткой (б)

Рисунок 1.5 – Общая схема разливки стали на МНЛЗ

К основным функциональным элементам МНЛЗ можно отнести:

  • сталеразливочный стенд (1) – предназначен для размещения на нем сталеразливочных ковшей (2), передачу их из резервного положения в положение разливки и обратно, обеспечения серийной разливки, подъема и опускания ковшей при разливке, а также для непрерывного взвешивания ковшей с металлом;
  • тележка промежуточного ковша – служит для удержания его при разливке и перемещения из резервной позиции в рабочую;
  • промежуточный ковш (3) – обеспечивает поступление металла в кристаллизатор с определенным расходом хорошо организованной струей, позволяет разливать сталь в несколько кристаллизаторов одновременно и осуществлять серийную разливку методом «плавка на плавку» при смене сталеразливочных ковшей без прекращения и снижения скорости разливки; промежуточный ковш является буферной емкостью, так как с его помощью согласовывается поступление металла из сталеразливочного ковша в кристаллизатор;
  • кристаллизатор (4) – предназначен для приема жидкого металла, формирования слитка заданного сечения и первичного его охлаждения (выполняется из меди и охлаждается в процессе разливки водой);
  • механизм возвратно-поступательного движения кристаллизатора (5) – создает условия, снижающие вероятность возникновения прорывов корки слитка на выходе из него, а также обеспечивает полное «залечивание» места разрыва, возникшего при движении слитка в кристаллизаторе;
  • зона вторичного охлаждения (ЗВО) – позволяет создать оптимальные условия для полного затвердевания непрерывно отливаемого слитка, обеспечивающие равномерное охлаждение заготовки (распыления воды форсунками (6), поддержание ее геометрической формы роликами (7) (предотвращение выпучивания) и требуемое качество металла;
  • тянуще – правильная машина (ТПМ) – предназначена для вытягивания литой заготовки из кристаллизатора, выпрямления ее на радиальных и криволинейных устройствах и подачи к машине (механизму) для резки; ТПМ обеспечивает подачу затравки в кристаллизатор, удержание ее в кристаллизаторе на время уплотнения зазоров, вытягивание с непрерывнолитой заготовкой из кристаллизатора, отделение головки затравки от заготовки и т.п.;
  • машина (механизм) для резки заготовок (8) – обеспечивает разделение непрерывнолитого металла на мерные длины в соответствии с требованиями потребителей;
  • затравка (9) – предназначена для образования временного «дна» в кристаллизаторе перед началом разливки и последующего вытягивания со сцепленной заготовкой ТПМ;
  • устройство для электромагнитного перемешивания (10) – позволяет повысить качество заготовки.

Процессу непрерывной разливки стали на МНЛЗ обязательно предшествует целый комплекс подготовительных и вспомогательных операций, основными из которых являются: футеровка промежуточного ковша, его сушка и подогрев до температуры 900-1100оС; установка промковша в рабочее положение над кристаллизаторами; установка затравок и холодильников во внутренней полости кристаллизаторов; транспортировка сталеразливочного ковша от установки вне- печной обработки к МНЛЗ и установка его на поворотный стенд и пр. Еще раньше проверяется функционирование всех узлов и механизмов, а также КИП и автоматики.

Разливка стали начинается с открытия шиберного затвора сталеразливочного ковша. Подача металла из сталеразливочного в промежуточный ковш осуществляется открытой или закрытой струей через огнеупорную защитную трубу (рисунок 1.6).

После заполнения промковша металлом на 30-40% его номинальной емкости начинается подача стали в кристаллизаторы. Регулирование расхода стали, вытекающей из промковша в кристаллизатор, может осуществляться посредством литья через калиброванные стаканы-дозаторы при поддержании заданной высоты налива металла в промковше, изменением положения головки стопора относительно стакана-дозатора в промковше.

Схема перелива стали из сталеразливочного ковша в промковш закрытой струей с применением защитной трубы, устанавливаемой манипулятором

Рисунок 1.6 – Схема перелива стали из сталеразливочного ковша в промковш закрытой струей с применением защитной трубы, устанавливаемой манипулятором: 1 – сталеразливочный ковш; 2 – защитная труба; 3 – манипулятор; 4 – промежуточный ковш; 5 – погружной стакан; 6 - кристаллизатор

При наполнении внутренней полости кристаллизатора металлом начинается процесс движения затравки вниз. При этом скорость вытяжки заготовки определяется толщиной и механической прочностью твердой корочки заготовки на выходе из кристаллизатора, которая необходима для предотвращения прорывов жидкого металла по ходу разливки.

В процессе разливки кристаллизатор совершает возвратно-поступательные движения с определенной частотой и амплитудой, что предотвращает прилипание твердой корочки заготовки к поверхности кристаллизатора. Уровень металла в кристаллизаторе поддерживается постоянным, что обеспечивает повышение качества поверхности заготовки и стабилизирует процесс литья.

Разливка металла может одновременно осуществляться на 1-2 ручьях для слябовых МНЛЗ и на 1-8 ручьях для блюмовых и сортовых МНЛЗ. Выбор количества ручьев производится из соображений обеспечения требуемой производительности МНЛЗ и ритмичности функционирования сталеплавильных агрегатов применительно к конкретному сталеплавильному цеху.

Производительность МНЛЗ (т/мин) может быть определена по формуле:

После выхода из кристаллизатора заготовка проходит через ЗВО, протяженность которой может составлять 8-35 м в зависимости от условий разливки (сечение заготовки, марка стали, скорость разливки и пр.). Охлаждение заготовки осуществляется в основном водой или водовоздушной смесью, распыляемой специальными форсунками, которые установлены по ходу движения заготовки. Заготовка движется по поддерживающим роликам, установленным вдоль технологической оси.

При этом протяженность участка, на котором заготовка полностью затвердевает, приближенно определяется по эмпирической формуле (м):

где K – коэффициент затвердевания, равный для сляба 0,025-0,027 м/мин0,5, блюма 0,028-0,030 м/мин0,5, а для сортовой заготовки 0,031-0,033 м/мин0,5.

После выхода из ЗВО заготовка проходит ТПМ, затем производится отделение затравки и заготовка подается на машину резки, где она делится на мерные длины и затем маркируется. Отрезанная мерная заготовка (как правило, 6-12 м) транспортируется к устройству поперечной транспортировки заготовок, где передается на холодильник (рисунок 1.7).

Сталкиватель и холодильник сортовой МНЛЗ

Рисунок 1.7 – Сталкиватель и холодильник сортовой МНЛЗ

Разливка стали осуществляется сериями из нескольких сталеразливочных ковшей (10-25 ковшей и более). При этом замена пустого сталеразливочного ковша на полный осуществляется путем изменения позиции поворотного стенда. Эта операция называется перековшовкой. Время замены сталеразливочного ковша составляет, как правило, 90-120 с. В это время разливка продолжается в обычном режиме (или с уменьшением скорости движения заготовки) за счет металла, находящегося в промковше.

Регулирование скорости разливки (вытяжки заготовки) осуществляется двумя способами: путем регламентирования расхода металла, вытекающего из промковша и изменения скорости вытяжки заготовки.

Завершение процесса разливки осуществляется прекращением выпуска металла из сталеразливочного, а затем и из промежуточного ковша. При этом в промковше остается определенный остаток жидкого металла (высота слоя составляет 200-300 мм), который препятствует попаданию шлака из промковша в кристаллизатор. После прекращения подачи металла из промковша движение заготовки приостанавливается, что позволяет «застудить» верхнюю часть заготовки с целью предотвращения выливания металла через край. С этой целью с зеркала металла в кристаллизаторе удаляется шлак и на него подается вода. Далее заготовка продолжает свое движение и полностью выводится из МНЛЗ.

К основным параметрам непрерывной разливки можно отнести:

  • Vp – скорость разливки (0,3-2,5 м/мин для блюмовых МНЛЗ; 0,6-2,5 м/мин для слябовых МНЛЗ; 4-6 м/мин для сортовых МНЛЗ);
  • Lp – рабочая металлургическая длина МНЛЗ (7-10 м для вертикальных МНЛЗ; 15-35 м для радиальных и криволинейных МНЛЗ);
  • Rв – общий расход воды на охлаждение (1,3-2 л/т для сортовой заготовки; 0,3-1,2 л/т для блюма и сляба);
  • П – производительность МНЛЗ (0,2-0,25 млн. т в год на 1 ручей сортовой и блюмовой МНЛЗ; 1,2-1,5 млн. т в год на 1 ручей слябовой МНЛЗ).

Основные потери металла при непрерывной разливке стали обусловлены:

  • обрезью головной части слитка (0,4-0,5 м);
  • обрезью хвостовой части заготовки из-за усадки (2-3 м);
  • остатком металла в промковше после разливки («козел» 5-10 т);
  • вырезкой по погружному стакану в случае его замены (0,4-0,6 м);
  • потерями с окалиной и на порезке – до 0,2% от массы разливаемой стали.
СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛ 1.2

СТАТЬИ

ПОПУЛЯРНОЕ

КОНФЕРЕНЦИИ

КНИГИ