125406 (Расчет технологических, теплотехнических и конструктивных параметров машин непрерывного литья заготовок), страница 4

где а –толщина слитка, м; – скорость вытягивания слитка,м/мин; k –ко-эффициент затвердевания [для прямоугольных (плоских) слитков с большим отношением b/a (ширины к толщине) k=24…26 мм/мин^0,5; для квадратных и круглых k=28…30 мм/мин^0,5]; _д – величина допустимой деформации слоев металла в температурном интервале хрупкости [для малоуглеродистого, мелкозернистого металла можно принять _д=(0,5…0,8)*10^-2; для среднеуглеродистого и легированного металла _д=(0,3…0,5)*10^-2 и для высокоуглеродистого и сложно-легированного _д=(0,15…0,3)*10^-2]; – коэффициент,учитывающий интенсивность охлаждения слитка в ЗВО [=0,7…0,85; меньшее значение относится к умеренной интенсивности, высокое к большей].

Следует отметить, что в реальных условиях при определении R_o необходимо корректировать скорость разливки и интенсивность охлаждения для стали конкретной марки.

Определим базовый радиус установки непрерывной разливки стали.

Принимаем для данного сортамента следующие исходные данные: допустимая деформация внутренних слоев в температурном интервале хрупкости _д0,005; интенсивность охлаждения – умеренная, =0,75; скорость вытягивания слитка =1,3 м/мин; коэффициент кристаллизации k=0,03 м/мин.

Базовый радиус

При базовом радиусе МНЛЗ R_o=5 м участок затвердевания (металлургическая длина) машины составит:

Полное время затвердевания заготовки сечением ab–175175 мм² составит =а²/4k²=175²/(4*30²) = 8,5 мин.

Необходимая минимальная металлургическая длина при скорости вытягивания слитка =1,3 м/мин составит

Следовательно, необходимо или увеличить радиус машины или уменьшить скорость вытягивания слитка. Сохраняя скорость вытягивания слитка =1,3 м/мин, так как она определяет производительность установки, принимаем базовый радиус установки R_o=9 м. При этом радиусе L_ЗВО составит ~14,13 м, что обеспечит запас длины для возможного увеличения времени затвердевания более 25%.

4.2 Выпрямление непрерывнолитой заготовки

Кристаллизующийся непрерывнолитой слиток постоянно находится под действием внешних сил, величина и характер которых определяются конструктивными параметрами МНЛЗ. Поэтому, для непрерывнолитого слитка характерно одновременное существование условий кристаллизации и деформирования, что определяет возможность образования дефектов, имеющих различную природу.

Одним из серьезных дефектов непрерывнолитых слитков являются внутренние горячие трещины.

Причинами, вызывающими образование внутренних трещин, могут быть усадочные или термические напряжения, а также воздействие внешних сил, характер и величина которых зависят от конструктивных параметров МНЛЗ.

Образование внутренних трещин под действием термических напряжений может быть минимизировано за счет правильно организованного вторичного охлаждения заготовок.

Повышенные деформация НЛЗ могут происходить, также, при выпучи-вании корочки слитка от ферростатического давления, под действием растягивающих нагрузок при вытягивании формирующегося, при обжатии не полностью кристаллизовавшегося слитка валками тянущей клети, а также при изгибе и выпрямлении заготовки в двухфазном состоянии.

Ряд принятых конструктивных решений позволил ограничить деформа-цию непрерывнолитого слитка.

Выпрямление непрерывнолитого слитка - это технологически необходимая операция на машинах непрерывного литья заготовок криволинейного типа.

Конструктивные решения таких важных узлов МНЛЗ как кристаллизатор, опорные роликовые секции ЗВО позволяют достичь на современных сортовых установках скорости вытягивания заготовок более 5 м/мин.

При этом глубина лунки жидкого металла может значительно превышать длину участка МНЛЗ с постоянным радиусом кривизны.

При выпрямлении непрерывнолитого слитка с жидкой сердцевиной, теплофизические условия кристаллизации и охлаждения оказывают влияние на процесс образования внутренних трещин.

От того, как должна быть построена зона правки, обеспечивающая деформацию слитка в двухфазном состоянии без образования трещин, зависит выбор типа МНЛЗ, предназначенных для производства заготовок из высококачествен-ных сталей.

Условия образования трещин при правке непрерывнолитого слитка отличаются от условий образования трещин при усадке, так как при правке образование трещин происходит под действием растягивающих напряжений и связанной с ними деформацией, вызываемых внешними силами. Поэтому характер и величину деформации можно изменять за счет конструктивных параметров МНЛЗ, таких как радиус кривизны и длина радиального участка, кривизны и длины участка выпрямления и т.д.

Критерием образования трещин при правке и выборе рациональной кривой выпрямления является зависимость, представленная в виде:

_* (Т)

где: - фактическая относительная деформация выбранного слоя;

_* - допустимая относительная деформация для данной марки стали при температуре Т.

Данный критерий основан на экспериментальных работах в области изучения горячих трещин в стальных слитках.

Недостатком предложенного критерия является то, что он не учитывает кинетику развития внутренних деформаций и изменения деформационной способности кристаллизующегося металла, то есть не учитывает, что при кристаллизации одновременно протекают взаимосвязанные процессы – процесс агрегатного превращения, обуславливающий непрерывное изменение механических свойств и процесс накопления деформаций.

Исследование механических свойств различных сталей при высоких температурах обнаруживает важную закономерность:

все стали в определенном интервале температур имеют резко выраженный провал прочности и пластичности. Этот интервал, названный температурным интервалом хрупкости, характеризуется низкими значениями механических характеристик, имеет различную величину и зависит от химического состава стали.

Условие, при котором с уменьшением скорости деформации предельно допустимые деформации увеличиваются, явилось основной предпосылкой выпрямлять не полностью затвердевший слиток не в одной точке, а на участке зоны вторичного охлаждения некоторой длины, чтобы значительно уменьшить скорость деформации.

Рассчитаем кривую плавного выпрямления слитка с жидкой сердцевиной сечением ав=175175 мм² при отливке среднеуглеродистых и легированных сталей. Базовый радиус кривизны радиального участка R₀=9 м, скорость вытягивания слитка 1,3 м/мин, расстояние между точками правки t=1 м.

Принимаем коэффициент кристаллизации k=30 мм/мин^0,5 и коэффициент интенсивности охлаждения =0,75, точку перехода от радиального участка к криволинейному при относительной толщине закристаллизовавшейся оболочки (отношение двух толщин корки к толщине заготовки) с=0,6, допустимую деформацию _д=0,005.

Полное время кристаллизации слитка составит:

мин.

При с=0,6 толщина закристаллизовавшейся оболочки к моменту разгиба слитка будет:

мм.

Время движения слитка к точке разгиба

мин.

Расстояние от нейтральной оси до опасного слоя:

у==52,5*0,75=39,38 мм; у=0,0394 м.

Время нахождения деформируемого слоя в температурном интервале хрупкости:

мин.

Радиус первой точки правки слитка:

м.

Если принять за центр координат точку окончания радиального участка, то координата первой точки правки будет:

Радиус кривизны второй точки правки:

координата точки правки:

Радиус кривизны третьей точки:

Так как в третьей точке получен отрицательный радиус, то выбираем криволинейную МНЛЗ с двумя точками правки.

По полученным данным строим кривую плавного выпрямления (Приложение 1, рис.3.).

5. Производительность МНЛЗ

5.1 Пропускная способность МНЛЗ

Пропускная способность МНЛЗ для заданного профиля отливаемого слитка или заготовки рассчитывается по формуле, т/год.

, (5.1)

Пропускная способность установленной МНЛЗ равна, т/год:

(5.2)

где Р_i – пропускная способность при отливке заготовки определенного сечения, т/год; k_i – доля заготовки данного типоразмера, отливаемого на МНЛЗ, доли единицы; n – количество плавок в серии при разливке методом плавка на плавку (для сортовых n=4-10); М – масса металла, равная вместимости сталеразливочного ковша т; Ф – фонд времени работы установки непрерывной разливки стали, сут; ₁– время разливки стали из сталеразливочного ковша, мин; ₂ – пауза, время подготовки машины к приему плавки без изменения размеров слитка, мин; ₁ – коэффициент, учитывающий степень загрузки оборудования (для сортовых ₁ =0,85).

Фонд рабочего времени работы МНЛЗ составляет обычно 290-315 суток в году и определяется по формуле; сут;

(5.3)

где Т_к – продолжительность капитального ремонта установки непрерывной разливки стали – 10 суток; Т_п.п. – продолжительность планово-предупредительных ремонтов, как правило, еженедельно, установка останавливается на 8 ч и производственно предупредительный ремонт с заменой отдельных узлов МНЛЗ, регулировкой системы охлаждения и всей технологической линии.

Учитывая, что в году 52 недели общая продолжительность простоев ма-шины, связанная с планово-предупредительными ремонтами составит

Т_п.п.=8*52/24=17,3 сут.

Т_т – продолжительность текущих ремонтов – зависит от количества типоразмеров заготовки, отливаемой на МНЛЗ, т.к. требуется при этом замена кристаллизаторов и верхней секции охлаждения, устранить прорывы металла и других аварийных ситуаций. В зависимости от типоразмера заготовки и марки стали 23-30 суток в год.

5.2 Состав и подготовка МНЛЗ к разливке

Время паузы между отдельными плавками или сериями плавок необходимо для подготовки МНЛЗ без изменения размера заготовки. Подготовка машины складывается из следующих операций: опорожнение промежуточного ковша, перестановка в резервную позицию и передача ковша на обработку и ремонт; вывод слитка из каждого ручья; очистка стенок кристаллизатора и его осмотр; осмотр основных узлов и очистка их от грязи и окалины; проверка, чист-ка и замена форсунок ЗВО; ввод затравки в каждый ручей МНЛЗ и уплотнение головок затравок относительно стенок кристаллизаторов; установка промежуточного ковша, проверка стопоров и разливочных стаканов; установка сталеразливочного ковша в рабочее положение, установка защитных труб и стаканов для разливки металла под уровень; открытие стакана сталеразливочного ковша и наполнение металлом промежуточного ковша. Ряд операций по подготовке установок к плавке производится одновременно, по этому продолжительность паузы между сериями составляет 60 мин.

Продолжительность разливки одного ковша определяется сечением заготовки, маркой стали, типом машины и может быть определена по формуле:

(5.4)