Обладнання для безперервної розливки сталі

У промислово-розвинених країнах основ­ну масу сталі розливають лише безперервним способом.

У металургійному виробництві на сучасний момент широко використовуються основні типи машин безперервного розливання сталі (МБЛЗ) (рис. 2.43): вертикальні, радіальні, криволінійні, горизонтальні.

Рис. 2.43.Принципові типи машин безперервного розливання сталі:

1 - вертикальні; 2 - радіальні; 3 - криволінійні; 4 - горизонтальні; С - зона відрізання заготівки; S - кінець твердіння.

Найбільш поширені МБЛЗ працюють за наступною схемою: рідка сталь поступає в крізну водоохолоджувачу виливницю-кристалізатор. Заздалегідь до початку розливання в кристалізатор вводять штучне рухливе дно (так звану “затравку”) (рис. 2.44). Рідкий метал, стикнувшись з холодними тілами затравки і кристалізатора, починає кристалізуватися; затравку разом із застиглим на ній металом повільно витягають із кристалізатора; разом з затравкою тягнеться і заготовка. Для зменшення зусиль витягування і виключення випадків розриву скориночки із-за приварювання скориночки до стінок кристалізатора останньому додають поворотно-поступальний рух, на його стінки подають мастило, на поверхні рідкого металу в кристалізаторі наводять шлак, тонка плівка якого між кристалізатором і заготовкою зменшує тертя. Заготівку, що виходить з кристалізатора, з рідкою серцевиною піддають інтенсивному охолоджуванню (зазвичай тонкодисперсними струменями води, що подається через спеціальні форсунки). Це охолоджування називають вторинним (первиннимназивають охолоджування в кристалізаторі). Після твердіння по всьому перетину заготівка поступає на ділянку різання, де її розрізають на мірні довжини .

Рис. 2.44. Затравка:

1 - кристалізатор; 2 - головка затравки.

На першому етапі в промисловому масштабі застосовували установки в основному вертикального типа (рис. 2.45). При отриманні на таких установках заготовок відносно великої товщини зона повного твердіння і відповідно ділянка різання заготівки на мірні довжини знаходяться на великому видаленні від кристалізатора. В результаті установка має бути або дуже високою (>40м). Для зменшення висоти будівлі та спрощення системи подачі сталерозливних ковшів до місця розливання МБЛЗ вертикального типа розташовували на невеликій висоті над рівнем цеху, а основне устаткування розміщували в глибокому залізобетонному колодязі. Окрім підвищення вартості будівництва це приводило до необхідності вживання складних систем видачі з колодязя порізаних заготівок, створювало серйозну скруту у випадку прориву кірки зливка і при аварійному розливанні.

Для витягування заготовки|заготівлі| служить система роликів (роликова проводка|); ролики притискаються до заготовки, що витягують, |заготівлі| за допомогою гідравлічних| механізмів. Притиснення роликів| може здійснюватися також за допомогою пружинних механізмів. Найбільше поширення|розповсюдження| по­лучили| МБЛЗ з|із| роликовою системою проводки. МБЛЗ, на яких одночасно витягається тільки одна заготовка, називаються однострумкова,а коли декілька (звичайно меншого перерізу) – багатострумкова (одночасно можна отримувати від 2 до 8 заготовок).

Ацетилен

Кисень

Рис. 2.45. Устрій МБЛЗ вертикального типа:

1 - проміжний ківш; 2 - кристалізатор; 3 - вторинне охолоджування; 4 - валки, що тягнуть; 5 - газорізка.

У сучасних конструкціях комплексу| сталерозливний| ківш - проміжний ківш - кристалі­затор| передбачене виключення|виняток| контакту металу з|із| атмосферним повітрям|. На рис. 2.46 показаний один з простих (і найбільш поширених|) варіантів системи подачі метала| в кристалізатор. Добрих|добрих| ре­зультатів| досягають при захисті струму аргоном.

Такий спосіб малоефективний для відділень безперервно­го лиття з кількома МБЛЗ, оскільки потрібно багато розливних кранів, складно організовувати вантажопотоки сталеплавильного цеху. Це становище особливо ускладнюється із застосуванням розливання металу методом „плавка на плавку”. Тому треба було розробити пристрої, які забезпечували б швидку заміну сталерозливних ковшів. Ця операція на сучасних МБЛЗ проводиться за допомогою сталероз­ливних стендів, на які встановлюють ковші при розливанні, і переда­ються з резервного у робоче положення. За конструкцією та принци­пом роботи стенди розділяють на два типи:

- мостові (самохідні);

- поворотні.

Рис. 2.46. Система подачі металу в кристалізатор із захистом від дії атмосфери на струмінь металу:

1 - сталерозливний ківш; 2 - шиберний затвор; 3 - сполучний стакан; 4 - подовжений стакан; 5 - проміжний ківш; 6 - захисні суміші; 7 - кристалізатор; 8 - занурений стакан; 9 - стопора.

Мостовий стенд - це портальний або напівпортальний кран, який має отвори для розміщення сталерозливних ковшів (рис. 2.47). Кран з резервного положення в робоче пересувається над кристалізато­ром по коліях, прокладених на розливному майданчику МБЛЗ. Він має механізм для пересування, піднімання, а також пристрої для зважу­вання сталерозливного ковша.

Рис. 2.47. Сталерозливний стенд мостового типу:

1 - стенд в 1-стенд в робочому положенні; 2 - стенд у резервному положенні; 3 - подавання сталерозливного ковша; 4 - аварійна ємкість; 5 - міст стенду; б - сталерозливний ківш; 7 - возик проміж­ного ковша.

Самохідні мостові стенди мають ряд недоліків: необхідність мати посилену металоконструкцію МБЛЗ, кран стенда займає багато місця на розливному майданчику. Більш широкого застосування набули стенди поворотного типу (рис. 2.48). Вони складаються з опорних елементів, поворотних частин з приводом повороту та піднімання сталерозливних ковшів і при­строїв для їх зважування. На більшості стендів здійснюється одночас­не вертикальне переміщення ковшів. Інколи, залежно від розміщення шиберів сталерозливного ковша і планування МБЛЗ, застосовують стенди з роздільним переміщенням ковшів. Стенди поворотного типу забезпечують більшу точність у роботі і мають такі переваги серед самохідними стендами мостового типу: встановлення ковша відбу­вається поза зоною розливання; поворот стенда на 90° забезпечує обслуговування краном всього розливного майданчика МБЛЗ; ава­рійне зливання металу з сталерозливного ковша можна здійснити поза розливним майданчиком МБЛЗ. Швидкість повороту стенда 0,7…1,0 об./хв. При цьому тривалість переривання струменя, що надходить у проміжний ківш, не перевищує 90 секунд.

Рис. 2.48. Поворотний стенд:

1 - сталерозливний ківш у робочо­му положенні; 2 - сталерозливний ківш у резервному положенні; 3 - поворотна консоль стенда.

Кристалізатори.Найважливішим вузлом МБЛЗ є кристалізатор, що забезпечує інтенсивне відведення тепла від сталі, що кристалізується, і утворення по периметру безперервно формованої скориночки, яка на виході з кристалізатора повинна витримувати феростатичний тиск рідкої фази заготовки. Найчастіше внутрішню поверхню мідного кристалізатора покривають тонкими шарами спочатку нікелю, потім хрому.

Кристалізатор складається (рис. 2.49) з корпусу, всередині|всередині| якого встановлені|установлені| широкі і вузькі робочі|робочі| мідні та сталеві стінки, системи охолоджування з|із| трубопроводами для підведення води у збірні колектори, пристрої|устрою| для регулювання положення|становища| вузьких стінок і стягуючого |поцупити| пристрою|устрою|. Збірні колек­тори| сполучені |з'єднані| з|із| пазами для циркуляції охолоджуючої води між мідними| і сталевими плитами робочих стінок, закріплених гвинтами до|відносно| корпусу. На корпусі кристалізатора передбачені кронштейн, що опираєть­ся| на ролики приводних важелів механізму гойдання|хитання|. Для переходу на лиття|литті| заготівок| іншої товщини замінюють вузькі стінки.

Рис. 2.49.Устрій кристалізатору:

1 - корпус; 2, 5 - широкі і вузькі робочі мідні і сталеві 3, 4 стінки; 6 - системи охолоджування з трубопроводами для підведення води в збірні колектори; 7,8- пази для циркуляції охолоджуючої води; 9 - гвинти; 10 – кронштейн.

В даний час всі конструкції кристалізаторів за способом виготовлення і сферою застосування можна об'єднати в три великі групи: блокові, гільзові та збірні. Всі вони залежно від форми технологічної осі МБЛЗ можуть бути прямолінійними і радіальними.

Гільзові кристалізатори виготовляються з суцільно витягнутих мідних труб з товщиною стін 5...20мм. Гільзи вставляються в сталевий корпус і кріпляться|зміцнюють| у верхній частці|частині| за допомогою| фланця. Вода протікає|суне| між корпусом і гільзою по зазору шириною 4...7мм, забезпечуючи рівномірне та інтенсивне відведення теплоти.

Гільзові кристалізатори набули широкого поширення на МБЛЗ, що відливають порівняно невеликі по перетину сортові заготовки, переважно квадратного перетину з максимальним розміром сторін 200...250мм Застосовуються вони при відливанні круглих, порожнистих та інших профілів. Достоїнством таких кристалізаторів є можливість досягнення високих швидкостей розливання внаслідок великої інтенсивності тепловідводу через тонкі стіни гільзи.

Блокові кристалізатори виготовляються з суцільнокованих або литих мідних блоків товщиною стінок 150…75 мм. У стінках просвердлені отвори, по яких проходить вода для охолоджування.

Кристалізатори такою типа|типу| характеризуються порівняльним довгим терміном роботи|. В той же час вони дорогі у виготовленні та в процесі експлуатації. У та­кій| монолітної конструкції виникає термічна напруга|напруження|, що викликає|спричиняє| деформації стінок і утворення в них тріщини (особливо по кутах|кутках|). Все це зрештою|врешті решт| знижує продуктивність кристалізатора та якість заготовки|зливка|. В даний час|нині| в масових промислових масштабах блокова|блочна| конструкція кристалізаторів майже ніде не застосовується.

Збірні кристалізатори виготовляються з чотирьох окремих мідних плит, кожна з яких для більшої жорсткості кріпиться шпильками на окремій сталевій плиті. Залежно від товщини плит кристалізатори діляться на тонкостінні (15…75мм) і товстостінні (50...100мм). Такі кристалізатори широко застосовуються для відливання|виливка| прямокутних листових заготовок-слябів і крупних блюмів|.

Характерною особливістю збірного кристалізатора є можливість зміни ширини заготовки, яку відливають. Це досягається переміщенням вузьких стін, вставлених між широкими, за допомогою різних механічних або електромеханічних приводів. При цьому, з метою підвищення продуктивності МБЛЗ, час, необхідний для налаштування, регулювання і заміни кристалізатора треба звести до мінімуму. В даний час в експлуатації широке застосування знайшли кристалізатори, що дозволяють регулювати його параметри по перетину безпосередньо в машині без знімання його з механізму гойдання. Довжина (висота) збірних кристалізаторів коливається в широких межах: від 650 до 1200мм. За кордоном при швидкості розливання до 1 м/хв. отримали кристалізатори, довжина яких 650...800мм. При збільшенні швидкостей розливання до 1,2...1,8м/хв. короткі кристалізатори стали причиною підвищеної аварійності із-за збільшеного числа проривів. Тому при швидкостях >1,2 м/хв. рекомендується застосовувати кристалізатори завдовжки >900мм. Для отримання слябів застосовуються кристалізатори висотою до 1200мм.

Для запобігання прилипання скориночки зливка|зливка| до кристалізатора і можливого при цьому зависання заготовки| (і утворення тріщин) за допомогою| механізмів гойдання|хитання| організовують безперервний зворотно-поступальний| рух кристалізатора. Щоб|аби| уникнути появи на поверхні заготовки|зливка| грубих складок (слідів гойдання), інтенсивність гойдання |хитання| має бути дуже високою (на сучасних УБРС до 400 і більше разів за хвилину). Режим зворотно-поступального руху зазвичай|звично| підкоряється синусоїдальному закону. Позитивні|добрі| результати| отримані|одержувати| також при організації вібрації кристалізатора.

Все більшого поширення набувають агрегати, призначені для отримання особливих видів продукції, наприклад, трубної заготовки (рис. 2.50), де

Рис. 2.50. Схема безперервного лиття порожнистих циліндрових заготовок при різній (а, б) організації вторинного охолоджування:

1 - кристалізатор; 2 - заготовка; 3 - системи вторинного охолоджування.

застосовують так зване відцентровеабо роторне розливання. На установках такого типа живлення кристалізатора циліндричної форми, що обертається, рідким металом здійснюється ексцентрично під кутом до вертикалі. Прис­корена кристалізація дає можливість| використовувати кристалізатор| меншої висоти.

Горизонтальні МБЛЗ.Створення установок горизонтального типа дозволяє вирішувати ряд як економічних, так і організаційних проблем:

- зниження капітальних витрат;

- можливість розміщення установок в цехах, що діють, оскільки для цього не потрібне будівництво колодязів і башт;

- зменшення експлуатаційних витрат завдяки зручності обслуговування, оскільки все устаткування розташоване на рівні підлоги цеху;

- можливість поєднання установки безперервного розливання з прокатним станом.

Конструкція горизонтальної діючої МБЛЗ приведена на рис. 2.51.

Рис. 2.51.Схема горизонтальної МБЛЗ:

1- металоприймач; 2 - пориста пробка для продування металу інертним газом; 3 - кристалізатор; 4 - індуктор.

В даний час|нині| у світі працюють| десятки горизонтальних МБЛЗ різних конструкцій. Найбільш поширені конструкції, в|у| яких| процес отримання|здобуття| заготівки|заготівлі| ос­нований| на принципі періодичного її витягування з|із| нерухомого крис­талізатора|, жорстко сполученого|з'єднаного| че­рез| стінку з|із| металоприймачем|. Організація управління цик­лом| витягування-зворотній| хід на окремих| установках розрізняється. Частота циклу досягає 200 цикл/хв. (інколи|іноді| до 300 цикл./хв., що вимагає особливої уваги до якості | устаткування).

Відповідальними вузлами горизон­тальної| МБЛЗ (ГМБЛЗ) є|з'являються| металоприймач|, кристалізатор і сполучення| металоприймача| з|із| кристалізатором|.

Для покращення якості злитків і продуктивності розроблені конструкції ГМБЛЗ з використанням різних технологій: індукційне| підігрівання|підігрів| металу; подача зверху інертного газу (для запобігання| окислення поверхні ме­талу| і для підвищення при необхідності| феростатичного| тиску|); перемішування металу (про­дування| аргоном або за допомогою індукторів); вживання|застосування| затворів шиберного| або іншого типа|типу|; |тощо|збільшення| місткості метало приймача| (до >10 т).

Дорожчим, ніж для звичайних МБЛЗ є кристалізатор ГМБЛЗ. Розроблені різноманітні конструкції кристалізаторів. На деяких ГМБЛЗ використовують кристалізатори з декількома (наприклад, трьома) зонами тепловідводу. Перша зона - кільце з нітриду бору, друга (утворення скориночки заготівки) - з мідно-берилієвого сплаву з високою твердістю і зносостійкістю, третя - графітова вставка. Оскільки теплопровідність графіту нижча, ніж мідь, забезпечується рівномірний розподіл температур по перетину заготівки. Графіт зменшує також сили тертя між заготівкою і кристалізатором.

Криволінійні розливні машини. Типову МБЛЗ приведено на рис. 2.52.

Із сталеплавильного ковша, установленого на поворотному стенді МБЛЗ, метал заливають у проміжний ківш, у якому встановлений стопор для регулювання подачі металу в кристалізатор. Заготівля із затверділою оболонкою витягується із кристалізатора тянучими валками, проходить через підтримувальні ролики в зону вторинного охолодження й подається в зону газорізки на мірні довжини газокисневими різаками.

Рис. 2.52. Схема МБЛЗ криволінійного типу:

1 - двопозиційний підйомно- поворотний стенд; 2 - сталерозливний ківш; 3 - візок для передачі проміжних ковшів; 4 – проміжні ковші; 5 - аварійна ємність; 6 - кристалізатор; 7 – робочий майданчик; 8 - привод поворотного стенда; 9 - блок вторинного охолодження; 10 - механізм затискача валків; 11 - фундамент під стенд; 12 - радіальна ділянка; 13 - криволінійна ділянка; 14 - горизонтальна ділянка; 15 - роликова секція криволінійної ділянки; 16 - роликова секція із приводом; 17 - верхня плита фундаменту; 18 - нижня плита фундаменту; 19 - лоток гідрозмиву; 20 - запал; 21 - пристрій для відділення запалу від сляба; 22 - пристрій для подачі запалів; 23 - реверсивний роликовий конвеєр; 24 - машина газового різання; 25 - роликовий конвеєр.