Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский политехнический университет»
(МОСКОВСКИЙ ПОЛИТЕХ)
Кафедра «Материаловедение»
Доклад на тему:
«Непрерывная разливка стали»
Студент:
Капустин Р.А.
Группа 151-112
Преподаватель:
Зорин Е.Е.
Москва, 2017
Содержание
Введение. 2
Принцип работы машины для непрерывного литья заготовок. 3
Промежуточный ковш МНЛЗ. 5
Кристаллизатор. 9
Зона вторичного охлаждения. 11
Преимущества непрерывной разливки стали. 15
Литература. 17
Введение
Предложение об организации непрерывной разливки стали было сделано еще Г. Бессемером. Однако в промышленности непрерывную разливку металлов и сплавов начали применять лишь в 30-х годах XXв., а широкое распространение метод получил после 40-х годов. Процесс непрерывного получения слитков или заготовок основан на кристаллизации слитка в период непрерывного перемещения металла относительно зон заливки и кристаллизации. В зависимости от формирующих отливку устройств принято различать два типа непрерывного литья: 1) в желоб (ручей) между движущимися лентами или другими движущимися формами (кристаллизаторами) либо непосредственно в валки; 2) в неподвижный или качающийся кристаллизатор скольжения, из которого непрерывно вытягивается закристаллизовавшийся слиток (заготовка). В сталеплавильном производстве наибольшее распространение получили установки второго типа (литье в кристаллизатор). На предприятиях тяжелого машиностроения, занятых проектированием и изготовлением установок для непрерывной разливки, агрегат в целом получил название «машина непрерывного литья заготовок» (МНЛЗ). Однако у технологов в практике металлургических заводов распространено название «установка непрерывной разливки стали» (УНРС), более полно отражающее суть процесса. Различают 4 конструкции МНЛЗ: вертикальные, криволинейные, радиальные, горизонтальные. По количеству ручьев разделяют на 1-7 ручьевые. В зависимости от геометрии слитка МНЛЗ делятся на: слябовые(полупродукт металлургического производства — толстая стальная заготовка прямоугольного сечения с большим отношением ширины к высоте),блюмовые(полупродукт металлургического производства — стальная заготовка сечения, близкого к квадратному, со стороной свыше 140 мм.), заготовочные. Современная УНРС включает не только механизмы, но и такие устройства, как промежуточный ковш, устройства для ввода реагентов и защиты от вторичного окисления, устройства для электромагнитного перемешивания кристаллизующегося металла и т. д. Кроме того, современная техника все в большей мере позволяет получать непрерывным способом не только заготовки, но и уже готовые изделия (например, трубы, швеллеры, проволоку, ленту и т. п.).
Принцип работы машины для непрерывного литья заготовок
Основными узлами машин непрерывного литья заготовок являются охлаждаемый кристаллизатор или формообразователь, зона вторичного охлаждения слитка (ЗВО), поддерживающая система, тянущее устройство и механизмы для разделения и транспортировки слитков.
Принцип работы МНЛЗ рассмотрим на примере криволинейной машины, конструктивная схема которой показана на рисунок 1. Жидкая сталь из разливочного ковша поступает в промежуточный ковш, который предназначен для снижения и стабилизации ферростатического давления и динамического напора струи, отделения шлака и стабилизации температуры перед кристаллизатором. Промежуточный ковш также распределяет металл в кристаллизаторы в зависимости от количества ручьев. Далее сталь попадает в водоохлаждаемый кристаллизатор, где происходит начальное формирование непрерывного слитка. Перед началом разливки в кристаллизатор вводят так называемую затравку, которая является дном кристаллизатора на начальной стадии разливки.
Затравка тянущими валками вытягивается из кристаллизатора вместе с затвердевшим слитком, сердцевина которого еще жидкая. Скорость вытягивания слитка из кристаллизатора составляет от 0,3 до 10 м/мин, она зависит от его поперечного сечения, температуры разливаемого металла, условий вторичного охлаждения и теплофизических свойств разливаемой стали. Например, скорость вытягивания слитков с сечениями 150 х 500 и 300 х 2000 мм около 1 м/мин.
На выходе из кристаллизатора слиток охлаждается водой из форсунки в зоне вторичного охлаждения (ЗВО). Затем затвердевший слиток попадает в зону резки, где его разрезают газовым резаком на слитки заданной длины.
Таким способом отливают слитки с прямоугольным поперечным сечением (150 х 500 … 300 х 2000 мм), с квадратным сечением (150 х 150 … 400 х 400 мм), круглые в виде толстостенных труб.
Слитки квадратного сечения переделывают на сортовой прокат (двутавровые балки, швеллеры, уголки и т.д.). Слитки прямоугольного сечения переделывают на лист. Из слитков круглого сечения изготавливают трубы, колеса.
Принципиальные схемы непрерывной разливки отличаются положением продольной технологической оси кристаллизующегося слитка, однако основы технологии разливки являются общими для всех типов машин. 
Рисунок 1. Схема разливки стали на МЛНЗ
Промежуточный ковш МНЛЗ
Промежуточный ковш является одним из важнейших технологических элементов при разливке стали на МНЛЗ. Промковш обеспечивает тем самым прием металла из сталеразливочного ковша, его усреднение и перелив в кристаллизаторы.
Промковш перемещается к МНЛЗ и устанавливается над кристаллизаторами с помощью специальной транспортной тележки. При разливке стали длинными и сверхдлинными сериями в случае износа футеровки (или переходе на разливку другой марки стали) осуществляется замена промковша на новый, который подается другой транспортной тележкой. Функционирование промковша в процессе разливки в значительной степени определяет устойчивость и стабильность процесса литья на МНЛЗ в целом.
Промковш МНЛЗ выполняет следующие основные функции:
· принимает сталь, истекающую из сталеразливочного ковша;
· накапливает металл в объемах, необходимых для стабильного процесса литья (высота налива h = 700…1000 мм) в течение всего период разливки;
· обеспечивает резерв металла для разливки в период замены сталеразливочного ковша (до 3–5 мин разливки без подачи металла из сталеразливочного ковша, уровень стали при этом падает до 400-350 мм);
· обеспечивает распределение и дозирование стали при переливе из промковша в кристаллизаторы МНЛЗ;
· усредняет сталь по температуре и по химическому составу в ходе разливки;
· обеспечивает минимальные потери тепла металла в промковше;
· обеспечивает рафинирование металла за счет всплытия неметаллических включений.
Поэтому конструкция промковша должна учитывать следующие основные факторы:
· количество и расположение ручьев МНЛЗ и сечение разливаемых заготовок;
· способ регулирования процесса истечения металла из промковша;
· способ начала процесса разливки и метод удаления шлака и остатков металла после ее окончания;
· оснащенность промковша специальными устройствами и приспособлениями (например, для непрерывного замера температуры или подогрева металла в ходе литья);
· характер рационального движения конвективных потоков металла, способствующих всплытию неметаллических включений в шлак или обеспечивающих повышенный износ элементов футеровки промковша;
· возможность дополнительной рафинирующей обработки металла в промковше посредством его продувки инертным газом;
· количество последовательно разливаемых плавок в серии.
Геометрическая форма промковша выбирается по возможности наиболее простой и приближенной к параллелепипеду. Это упрощает процесс изготовления футеровки промковша и его эксплуатации (например, извлечения остатка металла после разливки). Для удобства эксплуатации также выполняются технологические уклоны стенок (сужение) промковша сверху вниз. Для более эффективного приема струи металла из сталеразливочного ковша в конструкции промковша может предусматриваться специальная полость в виде «кармана».
С целью скачивания избыточного количества шлака, скопившегося в промковше, конструкция последнего предусматривает наличие шлакового носика.
Оптимальная емкость промковша определяется сечением (шириной) отливаемых заготовок, числом ручьев, расстоянием между ручьями, скоростью разливки, требованиями к возможности всплытия неметаллических включений и ассимиляции их шлакообразующим покрытием. На величину емкости промковша влияет также и режим разливки: в случае серийной разливки емкость промковша увеличивается с целью обеспечения запаса металла, необходимого для замены сталеразливочного ковша.
Как показывает практика, для высокоскоростных сортовых 6-ти ручьевых МНЛЗ, например, емкость промковша составляет, как правило, 25-30 тонн при высоте налива металла не менее 0,7-0,8 м. Для многоручьевых (4-6 ручьев) блюмовых МНЛЗ емкость ковша колеблется в пределах 25-35 тонн металла при той же высоте налива стали. Для двухручьевыхслябовых МНЛЗ в последнее десятилетие отмечена тенденция повышения объема промковша до 45-55 тонн и более. Важным критерием выбора рационального значения массы металла в промковше является также время пребывания жидкой стали в промковше, то есть так называемое «резидентное» время. Значение этого показателя обычно выбирается на уровне 8-10 минут. При его выборе руководствуются соображениями обеспечения всплытия неметаллических включение из металла в в покровный шлак.
Важную роль в стабильности работы промковша играет организация движения потоков стали в момент начала разливки и по ее ходу. Металл, попадающий в промковш из сталеразливочного ковша, движется в виде компактной струи вертикально вниз со скоростью несколько метров в секунду. При падении такой струи может происходить вовлечение в перемешивание покровной теплоизолирующей смеси, а также удар струи о днище промковша, что приводит к изменению направления движения потоков: вверх под наклоном или горизонтально. При этом днище ковша в месте удара имеет повышенный износ и разрушения. Обычно эта зоны футеровки промковша выполняется из более прочных огнеупоров. Для торможения струи в области ее контакта с днищем используются дополнительные приемные устройства, которые выполняются из специальных высокопрочных огнеупорных материалов и имеют геометрическую форму типа «стакан».
Основным функциональным недостатком металлоприемников такой конструкции является неравномерное разрушение стенок «стакана», что существенно меняет с направленность движения потоков стали.
Для организации рационального движения потоков в промковше дополнительно устанавливают пороги и перегородки определенной конструкции. Кроме того, для повышения чистоты стали в промковше устанавливаются специальные фильтрационные перегородки, представляющие собой вертикальные плиты с отверстиями. Положение перегородок и порогов выбирается индивидуально для каждой конструкции промковша и зависит от целого ряда соображений.
При разливке сталей с повышенными требованиями к содержанию неметаллических включений в днище промковша могут устанавливаться специальные пористые блоки, обеспечивающие вдувание в расплав инертного газа (аргона). Как правило, такая технология обеспечивает удаление до 30-40% оксидов непосредственно в промковше.
Для обеспечения стабильного температурного режима разливки на практике могут использовать дополнительный (корректирующий) подогрев металла в промковше, что позволяет поддерживать температуру на заданном уровне (25-30С выше температуры ликвидус). Наиболее часто для подогрева металла в промковше используют плазменную горелку. Прирост температуры жидкой стали в промковше при использовании плазменных горелок этого типа составляет примерно 10С. При использовании плазменной горелки повышается точность регулирования температуры стали в промковше до ±5С. Это улучшает качество металла, увеличивает выход годного, а также несколько снижает удельный расход воды на тонну разливаемой стали.
Кристаллизатор
Кристаллизатор служит для обеспечения начальной кристаллизации и формирования слитка стали. Наибольшее распространение получили сборные кристаллизаторы, состоящие из попарно скрепленных винтами стальных 3 и медных 2 (внутренних) пластин (рисунок 2). По зазору 4 между пластинами протекает охлаждающая вода. Толщина медных пластин кристаллизатора обычно составляет 12-20 мм, однако применяют и более тонкие пластины толщиной 5-6 мм.
Рисунок 2. Кристаллизатор МНЛЗ
Иногда применяют кристаллизаторы МНЛЗ из цельного литого или кованого медного блока с толщиной стенки 150-175 мм, в которой просверливают отверстия для обеспечения водяного охлаждения.
Как правило, в одном корпусе собирают все типы кристаллизаторов МНЛЗ - по числу ручьев в машине (1-6). Вода для охлаждения медных стенок кристаллизатора проходит в каналах со скоростью 6-10 м/с, 1 нагреваясь на 2-10 С. Общий расход воды зависит от сечения заготовки и составляет примерно для заготовок сечением 150x640, 150x800 и 170x1030 мм соответственно 180, 240 и 280 м3/ч.
Стенки кристаллизатора выполняют прямыми или волнистыми. По высоте кристаллизатора стенки обычно располагают параллельно друг другу. При отливке плоских заготовок большого сечения стенкам придается часто обратная конусность до 1 %, учитывая, что в результате усадки заготовка отходит от стенок и отвод тепла в этих зонах заметно уменьшается.
Высота кристаллизатора МНЛЗ должна обеспечивать образование достаточно толстой корки в заготовке при выходе, исключающей возможность ее прорывания. Для отливки квадратных заготовок сечениемменее 200x200 мм применяют кристаллизаторы длиной 500-800 мм. Длина кристаллизаторов, предназначенных для отливки квадратных и круглых заготовок большого сечения, достигает 1000-1100 мм. Наконец, для отливки заготовок прямоугольного сечения толщиной до 200 мм и шириной до 1200 мм применяют кристаллизаторы длиной от 500-800 до 1500 мм.
С целью предотвратить подвисание заготовки кристаллизатору МНЛЗ придают возвратно-поступательное движение(качание) с шагом 10-50 мм. Синхронизация режима работы механизма качания кристаллизатора МНЛЗ и тянущей клети обеспечивается применением соответствующей электросхемы, или рычагов и эксцентриков, или, наконец, гидравлической системы качания кристаллизатора.
Для уменьшения трения между стенками кристаллизатора МНЛЗ и поверхностью заготовки в процессе разливки кристаллизатор смазывается, как правило, автоматически и реже вручную из масленок.
Смазка подается либо через каналы, просверленные в стенке кристаллизатора несколько выше мениска металла, либо в верхнюю часть кристаллизатора, откуда она стекает ровным слоем по стенке. В качестве смазки используют парафин, сурепное, репейное и рапсовое масло. Расход смазки составляет 50-150 г на 1 т металла.
Основной причиной выхода из строя кристаллизатора является износ и деформация медных стенок, раскрытие стыков между стенками и выработка меди в местах стыков. Для восстановления медных стенок часто прибегают к их переточке.