Прокатный модуль

После прохождения головкой затравки тянущей клети валки  захватывают сам слиток. Затравка отделяется от слитка и выводится  из зоны тянущих приспособлений.

В зависимости от конструкции  МНЛЗ затравка может вводиться в  кристаллизатор снизу или сверху.

Конструкции зоны вторичного охлаждения включают устройства для  охлаждения заготовки при помощи струй воды или водовоздушного охлаждения, а также конструкции, которые поддерживают и направляют оболочку еще не затвердевшего слитка.

На раннем этапе внедрения  непрерывной разливки стали было установлено, что струйная система  подачи воды не позволяет правильно  распределить ее по поверхности заготовки  при небольших расходах воды, необходимых  для охлаждения большинства марок  стали. Эта задача решается при использовании  систем водовоздушного охлаждения, в которых в форсунках различного типа вода распыляется струей сжатого воздуха на капли диаметром 20 – 100 мкм, образуя туман.

Для того, чтобы под действием ферростатического давления затвердевшая оболочка заготовки после выхода из кристаллизатора не деформировалась, используют конструкции, которые поддерживают и направляют оболочку слитка. С этой целью используют опорные брусья или ролики, а также комбинированную систему – брусовую в верхней части зоны вторичного охлаждения и роликовую в нижней.

Тянуще-выпрямляющая система. На МНЛЗ вертикального типа движение заготовке придают тянущие валки, которые составляют одну или две  клети. Тянущая клеть, как правило, состоит из четырех валков. В этих клетях обжатие слитка с жидкой сердцевиной  не допускается, поэтому тянущие  клети размещают ниже зоны вторичного охлаждения.

На радиальных МНЛЗ тянуще-выпрямляющая система состоит из приводных роликовых проводок.

Устройства для резки  заготовки на мерные длины. Для разделения слитка на мерные длины чаще других используют два типа устройств –  подвижные машины газовой резки  и ножницы.

Наибольшее распространение  получили машины газовой резки –  приспособления, которые осуществляют порезку заготовки после захвата  машиной движущегося слитка в  процессе перемещения вместе с ним. Они имеют относительно простую  конструкцию, небольшую металлоемкость и обеспечивают возможность быстрой  замены вышедших из строя узлов. Существенным их недостатком являются значительные потери металла при резании (1 – 2%), а также большие расходы ацетилена  и кислорода.

Для порезки заготовки  чаще других используют два типа ножниц – колебательные гидравлические и импульсного (ударного) действия. Колебательные гидравлические ножницы  применяют для порезки слябов и сортовых заготовок, импульсные ножницы  – для резания сортовых заготовок  небольшого сечения.

Оборудование для выдачи заготовок и транспортирования  их из зоны МНЛЗ. На вертикальных МНЛЗ, размещаемых в колодцах, используют подъемники различной конструкции, которые поднимают заготовку  на уровень пола цеха в горизонтальном положении или положении, приближающемся к вертикальному.

На криволинейных и горизонтальных МНЛЗ передача литых заготовок после порезки на мерные длины в зоны осмотра и зачистки осуществляется на уровне пола цеха. Для передачи заготовок используют рольганг-тележки, толкатели, рольганги, краны и др.

Литейно-прокатные модули

В последние годы получают распространение литейно-прокатные  модули (ЛПМ), которые представляют собой комбинацию МНЛЗ, нагревательного  устройства и нескольких прокатных  клетей. В качестве примера на рисунке 1.7 показана схема ЛПМ фирмы SMS на заводе «Ньюкор» (г. Крофордсвилл, США).

Рисунок 1.7 – Схема расположения оборудования ЛПМ фирмы SMS на заводе фирмы «Ньюкор»: 1 – МНЛЗ; 2 – ножницы; 3 – проходная роликовая печь; 4 – ножницы аварийного реза; 5 – непрерывная группа клетей; 6 – отводящий рольганг; 7 – установка ускоренного охлаждения металла; 8 – моталки

Анализ теплового баланса  процесса, в ходе которого тепло жидкой стали было принято за 100%, показал следующее. Потери тепла, связанные с охлаждением металла при его затвердевании, составляют 35,6%, при контакте с роликами вытягивающего устройства и излучение на участке МНЛЗ-проходная печь – 10,3%. Оставшиеся 54,1% тепла жидкой стали обеспечивают температуру сляба на входе в проходную печь 1080oС. Температура сляба на выходе из печи должна составлять 1100oС. Отсюда следует вывод, что необходимая для процесса прокатки температура практически полностью обеспечивается теплом отлитой заготовки.

Необходимость использования  в ЛПМ нагревательных средств  обусловлена тем, что тепловое состояние  заготовки, формирующейся естественным путем (без внешнего теплового воздействия), не пригодно для прокатки из-за недостаточного общего теплосодержания и высокой  неоднородности (температурный градиент в продольном и поперечном сечении  и на углах заготовки).

Нагревательные средства в ЛПМ выполняют следующие  функции:

• увеличение теплосодержания металла до уровня, требуемого для прокатки;
• выравнивание температурного поля по сечению заготовки;
• предотвращение потерь тепла металлом при его движении и задержках;
• создание буферного участка для согласования во времени работы МНЛЗ и прокатного стана, в том числе и в случае нарушения технологического процесса на участке прокатный стан-моталки.

 

Организация работ при  разливке стали на МНЛЗ

Перед началом разливки очищают  внутреннюю поверхность кристаллизатора, после чего вводят в него затравку. Щели между затравкой и стенками кристаллизатора уплотняют асбестовым шнуром. Иногда на поверхность затравки засыпают стальную стружку, чтобы ускорить затвердевание первых порций металла.

Промежуточный ковш за несколько  минут до начала разливки устанавливают  в рабочее положение над кристаллизатором, продолжая разогрев ковша с помощью  переносных горелок. Проверяют положение  стаканов промежуточного ковша относительно стенок кристаллизатора. При наличии  смещения стакана к одной из стенок кристаллизатора промежуточный  ковш центрируют. При разливке стали  «под уровень» готовят стаканы для  подвода металла в кристаллизатор и материалы для наведении шлака на зеркале металла в кристаллизаторе и промежуточном ковше.

Во время выпуска металла  из сталеплавильного агрегата проверяют  готовность электро- и гидросистем, а также давление воды, сжатого воздуха, кислорода, горючего газа, включают вентиляционную систему зоны вторичного охлаждения. Все механизмы устанавливают в рабочее положение перед разливкой.

Сталеразливочный ковш с  металлом устанавливают на поворотном стенде, измеряют температуру металла  в ковше при помощи термопары  погружения, после чего перемещают ковш в рабочее положение, а также  подают воду для охлаждения кристаллизатора  и механизмов.

Открывают шиберный затвор сталеразливочного ковша, после  чего металл начинает поступать в  промежуточный ковш. После повышения  уровня металла в промежуточном  ковше до 350 – 450 мм начинают подачу металла в кристаллизаторы.

Для защиты металла от окисления  кислородом воздуха при переливе из сталеразливочного ковша в  промежуточный используют погружные  защитные трубы, при переливе из промежуточного ковша в кристаллизатор – погружные  стаканы, а также подачу защитных шлакообразующих смесей на зеркало  металла в промежуточном ковше и кристаллизаторе (рисунок 1.8).

Рисунок 1.8 – Система подачи металла в кристаллизатор с защитой от воздействия атмосферы: 1 – сталеразливочный ковш; 2 – шиберный затвор; 3 – соединительный стакан; 4 – погружная защитная труба; 5 – промежуточный ковш; 6 – защитные шлакообразующие смеси; 7 – кристаллизатор; 8 – погружаной стакан; 9 – стопор

Для защиты поверхности металла  в кристаллизаторе могут также  быть использованы жидкие растительные и синтетические смазки (хлопковое  масло, жидкий парафин, триэтиленгликоль, триэтаноламин и др.). Газообразные продукты сгорания и испарения жидких смазок создают обновляемую атмосферу в верхней части кристаллизатора, что препятствует образованию оксидов на поверхности металла.

Кристаллизатор наполняют  медленно, чтобы металл имел возможность  затвердевать в захватах затравки. Вытягивание слитка начинают с небольшой  скоростью, повышая ее впоследствии до рабочей. После поступления металла в кристаллизатор воду для вторичного охлаждения подают посекционно. Механизм возвратно-поступательного движения кристаллизатора и подачи смазки включают одновременно с началом вытягивания слитка.

Когда затравка выходит из тянущей клети, ее отделяют и убирают  с технологической оси машины.

В ходе разливки металла  поддерживают постоянным уровень его  в промежуточном ковше (~ 700 мм от днища ковша) и в кристаллизаторе (100 – 200 мм от верхней его кромки).

Толщина корки твердого металла  на выходе из кристаллизатора должна быть достаточной, чтобы выдерживать  усилия вытягивания и ферростатическое давление жидкой стали. При высоте кристаллизатора 0,8 – 1,0 м толщина корки слитка на выходе из кристаллизатора обычно составляет 10 – 25 мм, а температура поверхности 900 – 1250оС.

Чтобы уменьшить вероятность  прорыва металла при возникновении  трещин в результате трения слитка о стенки кристаллизатора, по ходу разливки кристаллизатор совершает возвратно-поступательные колебания. Некоторое время он движется вниз со скоростью отливаемой заготовки, после чего быстро возвращается в  исходное положение. Если при движении кристаллизатора вверх в корке  отливаемой заготовки возникают  трещины, при последующем его  опускании они заполняются твердеющим металлом.

В зоне вторичного охлаждения на поверхность слитка подают охлаж-дающую воду. Обычно применяют водовоздушное охлаждение, так как при чрезмерно интенсивном охлаждении возможно образование внутренних и поверхностных трещин. Расход воды уменьшают по мере удаления отливаемой заготовки от кристаллизатора. Его выбирают таким, чтобы температура поверхности слитка не превышала 800 – 1000оС.

Полностью затвердевшая в  зоне вторичного охлаждения заготовка  проходит через тянущую клеть, после  чего ее режут на мерные длины при  помощи устройств газокислородной  или механической резки. Отлитые  на МНЛЗ заготовки маркируют –  ставят номер машины и порядковый номер.

По ходу разливки плавки из промежуточного ковша периодически берут пробы металла для химического  анализа и замеряют температуру  металла в промежуточном ковше. Считается, что металл в промежуточном ковше должен быть перегрет над температурой плавления (ликвидуса) на 5 – 20оС при отливке слябовых заготовок, а при отливке сортовых заготовок и блюмов – на 5 – 50оС. По результатам измерений корректируют скорость разливки и режим вторичного охлаждения металла.

Когда верхний конец отливаемой заготовки выходит из кристаллизатора, механизмы возвратно-поступательного  движения и смазки выключают. После  выхода заготовки из первой секции зоны вторичного охлаждения отключают  подачу воды для охлаждения кристаллизатора. В системе вторичного охлаждения воду отключают по секциям после  прохождения соответствующей секции верхним торцом заготовки.

В конце разливки плавки остатки металла и шлака из промежуточного ковша сливают в  шлаковни. Промежуточный ковш подают в пролет ремонта.

Разливка стали методом  плавка на плавку

На подготовку МНЛЗ к разливке металла расходуется много времени. Для его экономии, повышения производительности МНЛЗ и выхода годного металла  плавки стали одной марки можно  разливать одна на одну. Такой способ работы называют разливкой методом  «плавка на плавку».

При разливке методом плавка на плавку металл предыдущей плавки полностью  сливают в промежуточный ковш, после чего во время замены сталеразливочного  ковша разливка ведут из промежуточного ковша. При этом скорость разливки уменьшают  и уменьшают расход воды для вторичного охлаждения. Перед началом разливки следующей плавки в промежуточном  ковше остается некоторое количество металла. По мере того, как промежуточный  ковш наполняется до рабочего уровня, скорость разливки увеличивают до нормальной. Одновременно устанавливают заданный уровень расхода воды в зоне вторичного охлаждения.

Дефекты непрерывнолитых заготовок

Дефекты непрерывнолитой заготовки подразделяют на дефекты геометрической формы, дефекты поверхности и внутренние дефекты.

Наиболее распространенными  дефектами геометрической формы  заготовки являются ромбичность, при наличии которой профиль поперечного сечения заготовки имеет форму ромба, и раздутие (выпуклость) – бочкообразность поперечного сечения.

К дефектам поверхности заготовки  относятся: продольные угловые трещины, поперечные трещины, поры, следы качания  кристаллизатора, загрязнения на поверхности  заготовок, паукообразные трещины, трещины угловые и перпендикулярные граням.

Внутренними дефектами непрерывнолитых заготовок являются: осевая пористость, осевые трещины, деформационные трещины, осевая химическая неоднородность и точечная необнородность.

Основные виды поверхностных  и внутренних дефектов при разливке стали на МНЛЗ, представлены на рисунке 1.9.

Рисунок 1.9 – Схематическое представление основных видов дефектов непрерывнолитой заготовки: 1 – продольные угловые трещины; 2 – поперечные трещины; 3 – поры; 4 – следы качания кристаллизатора; 5 – загрязнения на поверхности заготовки; 6 – паукообразные трещины; 7 – осевая пористость; 8 – осевая химическая неоднородность; 9 – осевые трещины; 10 – трещины угловые и перпендикулярные граням; 11 – деформационные трещины; 12 – точечная неоднородность