Лекция №9 Конструкции мнлз

Существует несколько типов машин непрерывной разливки, из которых наибольшее распространение получили следующие: верти­кальные, криволинейные и радиальные, с изгибом слитка; в послед­ние годы начали сооружать горизонтальные машины. В зависимости от количества одновременно отливаемых слитков машины могут быть одно-, двух- и многоручьевыми.

Вертикальные МНЛЗ

Технологическая ось вертикальной МНЛЗ расположена вертикально. Пример вертикальной МНЛЗ, рас­полагаемой частично в колодце и частично в надземном сооружении, приведен на рисунке. Разливка, кристаллизация и охлаждение НЛЗ проводится по стандартной технологии. Заготовки, после газорезки (6) поступают в корзины кантователя и под действием собственного веса опрокидываются на рольганг, который выводит заготовку из корзины и подает ее на подъемник 8. Заготовка по рольгангу 9 выходит из машины и направляется в прокатные цехи или на склад для удаления дефектов.

Размеры слитков, отливаемых на верти­кальных МНЛЗ, колеблются от 50x50 до 300x1850 мм². Выход годных слитков достигает 95—98 % от жидкого металла.

Основной недостаток вертикальных МНЛЗ — большая высота, обусловленная тем, что затвердевание слитка должно закончиться до его попадания в тянущую клеть и газорезку, а протяженность зоны затвердевания по высоте (глубина лунки жидкого металла) в непрерывно отливаемом слитке очень велика. Современные машины вертикального типа достигают высоты 40—43 м. Их сооружение требует или большого заглубления — до 25—27 м ниже уровня пола цеха, или строи­тельства высоких зданий. И в том и в другом случае с увеличением высоты установки резко возрастают капитальные затраты, услож­няются их эксплуатация и технологический процесс разливки. Поэтому одним из недостатков МНЛЗ вертикального типа является ограничение скорости разливки или сечения слитка (при ее росте существенно возрастает глубина лунки жидкого металла, т. е.  затверде­ние может не закончиться до входа слитка в тянущую клеть и зону резки), а значит, и про­изводительности установки. Это, в свою очередь, означает, что на машинах вертикального типа нельзя разливать плавки с больше­грузных агрегатов, например конвертеров садкой 300—400 т, раз­ливка которой потребовала бы длительной выдержки металла в ковше.

Стремление снизить высоту привело к созданию машин с распо­ложением технологических узлов по криволинейной оси.

Криволинейные и радиальные МНЛЗ

В машинах этого типа в радиальном кристаллизаторе формируется изогнутый по определенному радиусу слиток. Важнейшим конструктивным параметром радиальной установки является радиус технологической оси. Его величина определяется так, чтобы обеспечить длину пути, достаточную для полного затвер­девания слитка к моменту разгибания при заданной линейной ско­рости вытягивания, и не превысить допустимую степень деформации при разгибании, что могло бы привести к образованию трещин и разрывов на слитке.

Чтобы при последу­ющем разгибании в слитке не образовывались трещины, радиус изгиба должен быть более чем в 25-раз больше толщины слитка. Обычно радиус изгиба выбирают в соответствии с соотношением R = (30-40) а, где а — толщина слитка, м.

В радиальных МНЛЗ на выходе из кристаллизатора слиток дви­жется по дуге с постоянным радиусом. После прохождения нижней точки дуги полностью затвердевший слиток разгибают, переводя его в горизонтальное положение.

Рекомендуемые материалы

В криволинейных машинах слиток вначале движется по дуге, определяемой радиусом кривизны кристаллизатора, а затем еще в зоне вторичного охлаждения радиус кривизны дуги увеличивается, т. е. происходит постепенное разгибание слитка с жидкой сердце­виной с последующим переводом в горизонтальное положение. Рас­средоточение деформации имеет целью снизить возникающие при этом в корке слитка напряжения и вероятность возникновения трещин.

Машины конструируют так, что горизонтальное движение слитка осуществляется на уровне пола цеха. На этом же участке производят резку слитка на куски мерной длины. Максимальный радиус суще­ствующих МНЛЗ этого типа при отливке слитков толщиной до 350 мм составляет 12 м.

Основные преимущества этих машин по сравнению с вертикальными: меньшая высота, что снижает стоимость сооружения МНЛЗ и здания цеха; возможность повышения скорости разливки, поскольку газорезку можно установить далеко от кристаллизатора и благодаря этому допустимо существенное увеличение глубины лунки жидкого металла в слитке; возможность резки слитка на куски большой длины.

По этим причинам в последние голы почти отказались от сооружения   вертикальных   МНЛЗ   и   строят   преимущественно криволинейные и радиальные.

МНЛЗ с изгибом слитка

Существуют машины этого типа двух разновидностей. Машины первой разновидности (рис., а) имеют вертикальный кристаллизатор и систему вторичного охлаждения с расположенной за ней тянущей  клетью,  которые  не отличаются  от  аналогичных  устройств машин  вертикального типа.  Далее  движущийся   слиток  изгибают, переводя в горизонтальное положение. Затем слиток  поступает в выпрямляющие валки, за которыми располагают газорезку. Подобные машины применяют  при  отливке  слитков  небольшой  толщины  (<150  мм), поскольку при большей толщине из-за необходимости иметь большой радиус изгиба не достигается заметного снижения высоты по сравне­нию с вертикальной МНЛЗ.

Машины второй разновидности, называемые иногда вертикально-радиальными, имеют (рис., б) вертикально расположенный кри­сталлизатор и небольшой по высоте (3 — 4 м) вертикальный участок с опорными роликами, за которыми расположена секция изгибающих роликов, изгибающих полузатвердевший слиток, и далее радиальная роликовая проводка. После прохождения нижней точки дуги слиток попадает в тянуще-правильные валки, которые переводят его в го­ризонтальное положение и режут на мерные длины.

Установки этого типа применяются реже, чем криволинейные из-за большей высоты. Основное их достоинство — более простые в изготовлении и обслуживании прямолинейный кристаллизатор и верх зоны вторичного охлаждения.

В целом МНЛЗ с криволинейной технологической осью обла­дает рядом существенных преимуществ по сравнению с вертикаль­ными: большая скорость разливки и возможность принимать больше­грузные плавки; меньшая в 3—4 раза высота установки; возмож­ность получения неограниченного по длине слитка; капитальные затраты на 30—50 % ниже при равной производительности; облег­чается обслуживание МНЛЗ, так как основное технологическое оборудование располагается над уровнем пола цеха; при горизон­тальной выдаче заготовок возможно осуществление прокатки непосредственно после отливки заготовок.

Недостат­ки: сложность конструкции криволинейной зоны вторичного охлаж­дения; необходимость иметь выпрямляющий механизм, а в случае установки с изгибом заготовки и тянуще-изгибающий механизм; трудности в обеспечении равномерного охлаждения слитка по грани большого и малого радиусов в зоне вторичного охлаждения, в ре­зультате чего возможно неоднородное строение слитка.

Поэтому при выборе типа машины в условиях высокопроизво­дительных цехов предпочтение следует отдать радиальным и криво­линейным МНЛЗ, а при отливке качественной стали особенно слож­ного профиля ряд преимуществ сохраняется за вертикальными МНЛЗ.

Установки рассмотренных выше типов трудно, а часто и невоз­можно разместить в существующих зданиях сталеплавильных цехов. Для отливки непрерывных сортовых заготовок малого сечения и широкого сортамента в цехах с агрегатами малой и средней емкости разработаны и внедряются горизонтальные МНЛЗ.

Горизонтальная МНЛЗ

Технологическая ось машин этого типа расположена горизон­тально или наклонена на угол до 15-20° к горизонтали.

Машина имеет следующие основные технологиче­ские узлы (рис.): металлоприемник 1 — емкость, футерованную огнеупорным кирпичом; металлопровод 2 — узел, подающий металл в кристаллизатор, состоящий из металлического корпуса и огне­упорного стакана из нитрида бора, карбида кремния и т. п.; кристаллизатор 3 — медный или комбинированный (медь—графит) холодильник, охлаждаемый водой; зону вторичного охлаждения 4 в виде рольгангов; тянущее устройство 5, обеспечивающее периодическое вытягивание слитка; устройство для резки слитка 6.

Сталь из разли­вочного ковша поступает (рис) в футерованный металлоприемник, жестко соединенный с кристаллизатором посредством огнеупор­ного стакана.

Зона вторичного охлаждения представляет собой роль­ганг с системой водяных форсунок. Далее расположен механизм периодического вытягивания слитка. Механизм перемещает слиток вперед на 20—50 мм, затем возвращается назад, после чего цикл повторяется; во время обратного движения механизма слиток остается неподвижным, либо несколько осаживается назад. Число циклов изменяется от 20 до 100 в минуту. Периодическое вытягивание слитка заменяет качание кристаллизатора, используемое на верти­кальных и криволинейных машинах для предотвращения зависания и разрывов корки слитка в кристаллизаторе. За механизмом вытяги­вания расположена газорезка и рольганг с приводными роликами. Горизонтальные МНЛЗ применяют для отливки сортовых слит­ков небольшого сечения толщиной менее 150—200 мм; скорость разливки достигает 4 м/мин. Основные преимущества горизонталь­ных машин — малая высота, меньшее количество и масса оборудо­вания и, следовательно, меньшая стоимость их строительства.

Качество непрерывнолитого слитка

Непрерывный слиток благодаря малой толщине и быстрому вследствие этого затвердеванию отличается меньшим развитием химической неоднородности, более равномерным распределением не­металлических включений. От слитков, разливаемых в изложницы, он отличается также более чистой и гладкой поверхностью.

Основные дефекты слитков, получаемых не­прерывной разливкой.

Сильно развита в них осевая пористость, что объясняется наличием в кристаллизующемся слитке очень глубокой и узкой лунки жидкого металла. Образование в ней «моста» сросшихся кристаллов может привести к появлению больших по протяженности зон, в которых металл кристаллизуется без доступа жидкой стали сверху, и, следовательно, к появлению пустот. Особенно сильно осевая пористость проявляется в квадратных и круглых слитках; в плоских слитках она развита слабее, так как усадка металла здесь рассредоточена по продольной оси поперечного сечения слитка. Осевая пористость заметно усиливается при увеличении перегрева металла и повышенной скорости разливки, иногда переходя в осе­вые усадочные пустоты. Заметно выражена в непрерывных слитках осевая ликвация.

2 Форма государства - лекция, которая пользуется популярностью у тех, кто читал эту лекцию.

Распространенным   дефектом   являются   трещины.   Продольные поверхностные трещины на гранях слитка являются  результатом усадочных напряжений и образуются при неравномерном прилегании формирующейся корки к стенкам кристаллизатора в местах умень­шенной се толщины, которые возникают из-за снижения теплоотвода там, где корка отходит от стенок (например в результате его деформации или коробления стенок кристаллизатора). Местное уменьшение толщины корки и образование трещин может также происходить вследствие размывания   корки  струей металла, особенно при его подаче в кристаллизатор вертикальной струей. Вероятность возникновения продольных трещин повышается при перегреве стали и уве­личении скорости разливки, при увеличении содержания серы в ме­талле и снижении величины отношения [Mn]/[S], при увеличении ширины плоского слитка и при содержании углерода в нелегиро­ванных сталях в пределах 0,18 — 0,25 %. Действенным средством борьбы с этим дефектом является разливка с защитным шлаковым покрытием, поскольку образующаяся между коркой и стенками кристаллизатора тонкая шлаковая прослойка существенно снижает неравномерность теплоотвода .

Поперечные поверхностные трещины (надрывы корки) возникают в кристаллизаторе вследствие усиленного трения при недостаточной смазке стенок и вследствие зависания корки при наличии на стенках кристаллизатора царапин, вмятин. Поперечные трещины в углах слитка могут также образовываться в результате слишком интенсив­ного вторичного охлаждения.

Сетчатые (паукообразные) поверхност­ные трещины возникают при неравномерном прилегании корки к стенкам кристаллизатора в местах наиболее сильного охлаждения, т. е. в участках плотного прилегания; они могут возникать также при местном переохлаждении поверхности слитка в зоне вторичного охлаждения.

Внутренние трещины образуются при чрезмерной интенсивности вторичного охлаждения как результат возникающих из-за переохлаж­дения поверхности слитка термических напряжений, а также при выпучивании слитка вследствие слишком большого расстояния между опорными роликами.

Ужимины (поперечные и продольные углубления на поверхности слитка) возникают в результате резкого изменения напора струи и колебаний уровня металла в кристаллизаторе, при местном размы­вании корки струей металла и в участках неплотного прилегания корки к стенкам кристаллизатора.

Искажение профиля (ромбичность) слитка возникает при неравномерном охлаждении углов и граней слитка в кристаллизаторе и зоне вторичного охлаждения, при перекосах слитка в кристаллизаторе.