Прокатный модуль

Введение

 

Производство сортового  проката из непрерывно-литых заготовок, по сравнению с катаными, обеспечивает: экономию металла, сокращение численности работающих, снижение сроков окупаемости при сооружении новых предприятий и снижение энергозатрат. При этом производстве появляется возможность более в полной мере использовать приемы механизации и автоматизации[1].

Организация горячего посада и низкотемпературного нагрева  за счет осуществления высокоинтенсивной  деформации на специальных станах, значительно решают проблему снижения энергозатрат при производстве готового проката в литейно-прокатных комплексах (модулях) «МНЛЗ - прокатный стан с высокой степенью деформации

Такие специальные станы, называемые, в общем, установками  для деформации с большими обжатиями, как показало современное развитие прокатного производства за последние 20-30 лет, могут быть существенным дополнением  к обычным прокатным станам.

Классификация способов деформации с большими обжатиями в настоящее  время включает 3 группы систем: прокатную, ковочную и ковочно-прокатную. В  большей степени сейчас применяются  подходы прокатной системы. Так, в прокатную систему входят: планетарные станы Сендзимира, Платцера и Лауэнера; универсальный планетарный стан ВНИИМетмаша; планетарный косовалковый стан типа PSW фирмы Шлоеманзимаг; стан возвратно-поступательного действия Круппа-Платцера; маятниковые станы Краузе и фирмы Демаг; эксцентриковый стан фирмы Шлоеман; циклоидальный стан фирмы Фрелинг;

- в ковочную систему  входят: колебательно-ковочный агрегат  фирмы Кокс; установка продольной  ковки фирмы ГФМ; пресс продольной  ковки фирмы Зак; ковочная машина фирмы ГФМ;

- в ковочно-прокатную  систему входит сомещенный агрегат для ковки и прокатки фирмы ГФМ. Во всех этих системах обеспечивается степень деформации до 90% и более, проходящая с большой интенсивностью и выделением тепла [2].

 

В последнее время в  мировой практике все в большей  степени начинает использоваться, из станов и установок указанных выше систем для производства черновой заготовки для сорта и труб, планетарный косовалковый стан PSW, который отлично согласуется с работой МНЛЗ и может использоваться в дальнейшем технологическом процессе с прокаткой-разделением.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РАЗЛИВКА СТАЛИ НА МАШИНАХ  НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК (МНЛЗ)

Схема процесса и типы МНЛЗ (устройство МНЛЗ)

Сущность непрерывного способа  разливки заключается в том, что  жидкую сталь заливают в водоохлаждаемую изложницу без дна – кристаллизатор, из нижней части которой вытягивается затвердевший по периферии слиток с жидкой сердцевиной. После выхода из кристаллизатора слиток попадает в зону вторичного охлаждения, где полностью затвердевает, после чего его режут на куски мерной длины (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 – Схема затвердевания непрерывного слитка: 1 – кристаллизатор (первичное охлаждение); 2 – подвод и отвод воды для охлаждения кристаллизатора; 3 – система вторичного охлаждения (форсунки для подачи воды на поверхность слитка); 4 – уровень жидкого металла в кристаллизаторе; 5 – закристаллизовавшаяся часть слитка

Схема процесса и типы МНЛЗ

Схема процесса непрерывного литья заготовок на МНЛЗ вертикального типа показана на рисунке 1.2.

Процесс непрерывной разливки осуществляется следующим образом. Из сталеразливочного ковша металл поступает в промежуточный ковш, предварительно разогретый до 1100 – 1200оС. Из промежуточного ковша сталь поступает  в полость кристаллизатора, куда предварительно введена затравка, поперечное сечение которой равно сечению отливаемого слитка (рисунок 1.3).

Верхний конец затравки образует дно кристаллизатора и имеет  устройство для сцепления его  со слитком («ласточкин хвост»), а нижний находится между роликами тянущей  клети. Когда столб металла над  затравкой достигает высоты 300 – 400 мм, включают механизм вытягивания  заготовки. Одновременно уровень металла  доводят до 100 – 120 мм ниже верхней  кромки кристаллизатора. При контакте жидкой стали с холодной поверхностью затравки и кристаллизатора на нижней и боковой поверхности слитка образуется затвердевшая корка.

 

 

Рисунок 1.2 – Схема непрерывной разливки стали на вертикальной МНЛЗ: 1 – сталеразливочный ковш; 2 – промежуточный ковш; 3 – кристаллизатор; 4 – опорные ролики или брусья; 5 – форсунки; 6 – устройство газокислородной резки; 7 – тянущая клеть; 8 – подъемник; 9 – рольганг

Рисунок 1.3 – Затравка: 1 – кристаллизатор; 2 – головка затравки

Из кристаллизатора слиток с еще жидкой сердцевиной поступает  в зону вторичного охлаждения, состоящую  из опорных брусьев или роликов  и группы форсунок, подающих воду на поверхность заготовки. Ролики зоны вторичного охлаждения предохраняют слиток от вспучивания корки по широким  граням, которое может происходить  вследствие высокого ферростатического давления столба жидкой стали. В результате интенсивного охлаждения толщина твердой корки слитка быстро увеличивается. Интенсивность охлаждения и скорость вытягивания слитка подбирают такими, чтобы сердцевина его затвердевала раньше, чем слиток достигнет роликов тянущей клети.

Затвердевший слиток с  помощью устройств газокислородной  или механической резки разрезают  на заготовки необходимой длины. При этом во время резки резак  автоматически перемещается вниз вместе с отливаемым слитком, а после  окончания резки возвращается в  исходное положение. Заготовка поступает  в корзину кантователя и подается на подъемник. После подъема заготовка по рольгангу выходит из машины и отправляется в прокатный цех.

На первом этапе промышленного  использования МНЛЗ применяли, в  основном, установки вертикального  типа. При получения на таких установках заготовок относительно большой толщины зона полного затвердевания и соответственно участок резки заготовки находятся на большом удалении от кристаллизатора. В результате этого установка должна быть очень высокой (> 40 м) и на такую же высоту необходимо поднимать ковш со сталью. При размещении ковша на небольшой высоте над уровнем пола цеха установку необходимо располагать в глубоких колодцах, а полученные заготовки поднимать наверх.

Как правило, для уменьшения высоты здания и упрощения системы  подачи сталеразливочных ковшей к месту  разливки МНЛЗ вертикального типа располагали  на небольшой высоте над уровнем  пола цеха, а основное оборудование размещали в глубоком железобетонном колодце. Помимо увеличения стоимости  строительства это приводило  к необходимости применения сложных  систем выдачи заготовок из колодца, создавало серьезные трудности  в случае прорыва корки слитка и при аварийной разливке и  др.

Стремление уменьшить  высоту МНЛЗ привело к созданию установок  с изгибом отливаемой заготовки, радиального, а затем криволинейного и горизонтального типов (рисунок 1.4).

Рисунок 1.4 – Принципиальные схемы МНЛЗ: 1 – вертикального типа; 2 – вертикального типа с изгибом заготовки; 3 – с вертикальным кристаллизатором, короткой вертикальной частью и последующим изгибом заготовки по определенному радиусу; 4 – радиального типа; 5 – с изогнутым кристаллизатором и возрастающим радиусом изгиба заготовки (криволинейного типа); 6 – горизонтального типа; C – зона порезки заготовки; S - конец затвердевания

Использование МНЛЗ радиального  и криволинейного типов, у которых  не полностью затвердевшая заготовка  выходит на горизонтальный участок, позволяет значительно повысить скорость разливки при отливке заготовок  большого сечения, так как участок  резки заготовки на мерные длины  может быть расположен на большом  расстоянии от кристаллизатора (30 – 40 м и более).

Основные технологические  узлы МНЛЗ

В состав МНЛЗ входят следующие  основные технологические узлы:

• стенд для сталеразливочных ковшей;
• тележки или подъемно-поворотные столы промежуточных ковшей;
• промежуточные ковши;
• кристаллизаторы и механизм их качания;
• затравки и механизмы для их перемещения и введения в кристаллизатор;
• конструкции зоны вторичного охлаждения;
• тянуще-выпрямляющие системы;
• приспособления для резки заготовки на мерные длины;
• оборудование для выдачи заготовок и транспортирования их из зоны МНЛЗ.

Стенд для сталеразливочных ковшей это приспособление, на которое  ковши устанавливаются во время  разливки и с помощью которого они передаются из рабочего положения  в нерабочее.

Наиболее широко распространены стенды поворотного типа, которые  состоят из опорных элементов, поворотных частей с приводом подъема ковшей и поворота, а также приспособлений для взвешивания ковшей (рисунок 1.5).

Рисунок 1.5 – Поворотный стенд для сталеразливочных ковшей: 1 – поворотный стенд; 2 – ковш в рабочем положении; 3 – тележка для промежуточного ковша; 4 – промежуточный ковш; 5 – кристаллизатор

Стенды поворотного типа имеют следующие преимущества в  сравнении с другими конструкциями  стендов для сталеразливочных ковшей: установка ковша проводится вне  зоны разливки; поворот стенда на 90о  обеспечивает возможность обслуживания краном всей рабочей площадки МНЛЗ; аварийную разливку металла из сталеразливочного  ковша можно выполнять вне  рабочей площадки МНЛЗ.

Скорость поворота стенда обычно составляет 0,7 – 1,0 об/мин. При  этом продолжительность прерывания струи металла, которой поступает  в промежуточный ковш, не превышает 90с.

Тележки или подъемно-поворотные столы промежуточных ковшей служат для быстрой замены промежуточных  ковшей при разливке металла методом  «плавка на плавку».

На МНЛЗ, оборудованных  поворотными стендами для сталеразливочных ковшей, применяют самоходные тележки  с вертикальным перемещением промежуточных  ковшей и весоизмерительными устройствами. Тележки перемещаются по рельсам, установленным между сталеразливочным стендом и кристаллизатором.

Промежуточные ковши служат для стабилизации скорости подачи металла  в кристаллизатор и равномерного распределения стали между несколькими  кристаллизаторами при разливке на многоручьевых МНЛЗ. В последние годы промежуточные ковши большой емкости используют также как дополнительные агрегаты для внепечной обработки металла с целью перемешивания, дегазации, всплывания неметаллических включений, раскисления, модифицирования, корректировки химического состава металла и др.

Для обеспечения стабильного  соответствия между скоростью вытягивания  заготовки из кристаллизатора и  скоростью подачи в кристаллизатор жидкого металла промежуточные  ковши оборудованы дозирующими  устройствами, в качестве которых  используют стопорные устройства (футерованные огнеупорными катушками и стопоры-моноблоки), шиберные затворы и стаканы-дозаторы. В последнем случае скорость поступления  металла в кристаллизатор определяется сечением стакана-дозатора и уровнем  металла в промежуточном ковше.

Кристаллизатор – водоохлаждаемая изложница без дна, конструкция которой должна обеспечивать интенсивный отвод тепла от затвердевающей стали и образование по периметру отливаемой заготовки непрерывно формируемой закристаллизовавшейся корки, которая на выходе из кристаллизатора должна выдерживать ферростатическое давление жидкого металла. С этой целью для изготовления рабочих стенок кристаллизаторов используют обладающую высокой теплопроводностью медь марок М1, М2 и М3. Корпус кристаллизатора обычно изготавливают из стали.

В качестве примера на рисунке 20.6 показана конструкция сборного кристаллизатора  для отливки слябов сечением (180 – 330) * 2000 мм. Кристаллизатор состоит из стального корпуса, к стенкам  которого шпильками прикреплены  медные плиты толщиной 50 – 70 мм. Между  широкими стенками расположены подвижные  узкие стенки, что дает возможность  изменять ширину рабочего пространства кристаллизатора. Медные плиты имеют  каналы диаметром 20 мм, по которым движется охлаждающая вода. Рабочая поверхность  широких стенок может быть гладкой  или волнистой.

 

При эксплуатации рабочую  поверхность пластин периодически ремонтируют, снимая изношенный слой толщиной несколько миллиметров.

Стойкость сборного кристаллизатора, изготовленного из толстых медных пластин, составляет 400 – 500 разливок (28 – 35 тыс. т стали) за одну кампанию. Для повышения  стойкости и сохранения размеров кристаллизаторов стороны рабочих  стенок, которые соприкасаются с  металлом, покрывают тонким слоем  материала, стойкого к истиранию. Наиболее часто внутреннюю поверхность медных стенок кристаллизатора покрывают  тонкими слоями вначале никеля, а  затем хрома.

Для предотвращения образования  на поверхности заготовки поперечных трещин в результате прилипания корки  к кристаллизатору и зависания  слитка, при помощи механизмов качания  организуют непрерывное возвратно-поступательное движение кристаллизатора. Чтобы избежать образования на поверхности заготовки  следов качания – грубых складок, интенсивность качания должна быть очень высокой. На современных МНЛЗ она достигает 400 и более колебаний в минуту. Режим возвратно-поступательного движения обычно подчиняется синусоидальному закону.

Затравка – подвижное  дно кристаллизатора, необходимое  для начала затвердевания заготовки. Головка затравки имеет профиль, который дает возможность захватить  и вытянуть за собой твердеющий слиток. Размер головки на 1 – 2,5 мм меньше, чем размеры сечения внутреннего пространства кристаллизатора. Головка затравки соединяется с корпусом, длина которого достаточна для того, чтобы достигать уровня тянущей клети или специальных валков, которые приводят в движение затравку и заготовку.