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.

Ацетилен

Кисень

Рис. 2.45. Устрій МБЛЗ вертикального типа:

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

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.

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 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.

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.

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.

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.