Конспект лекций по дисциплине "Технология тепловой обработки материалов" для студентов гр. ТЕ02-12м (стр. 5 )

Принцип действия МНЛЗ следующий. Сталь из разливочного ковша через шиберный затвор поступает в промежуточный ковш, а далее через стопорный затвор промежуточного ковша – в кристаллизатор. Возле стенок кристаллизатора металл затвердевает, но в середине он остаётся жидким. Из кристаллизатора частично затвердевший слиток поступает в зону вторичного охлаждения (ЗВО), где его охлаждают распылённой водой, подаваемой на поверхность слитка специальными форсунками. Из зоны вторичного охлаждения слиток выходит полностью затвердевший. Он проходит тянущие ролики и поступает в зону резки, где его без остановки разрезают на заготовки мерной длины с помощью газорезки или летучими ножницами (дисковыми пилами).

Преимуществом вертикальных МНЛЗ являются наиболее благоприятные условия формирования качественных заготовок для широкого диапазона марок сталей, профилей и размеров слитков. В них обеспечивается наименьшее содержание различных включений в результате всплывания. Распределение включений более равномерное, чем на любой другой установке. Вследствие этого вертикальные машины наиболее универсальны по сортаменту разливаемых сталей и размерам заготовок.

Основным недостатком вертикальных МНЛЗ является их большая высота. Вертикальное расположение установки с подземным колодцем ограничивает возможности увеличения скорости разливки и мерной длины отливаемой заготовки. Чем выше скорость разливки, тем длиннее технологический путь непрерывной заготовки, поэтому при современных значениях скоростей высота вертикальных машин становится недопустимо большой.

Уменьшить высоту установки можно путем перевода слитка в горизонтальное положение. Благодаря этому фактору все остальные типы МНЛЗ по сравнению с вертикальным обладают преимуществами.

Вертикальные МНЛЗ с изгибом (рис. 3.1, схема 2) и выводом слитка перед резкой в горизонтальное положение позволяют уменьшить высоту установки. Преимущества такого типа МНЛЗ заключаются в отсутствии колодца и, следовательно, снижении капитальных затрат, поскольку слиток режется на горизонтальной плоскости и все операции упрощаются. Основным недостатком таких установок является двойная деформация слитка при изгибе и распрямлении, поэтому в них затруднена разливка сталей, склонных к красноломкости.

3.3 Радиальные МНЛЗ: преимущества и недостатки

Установки криволинейного типа (радиальные и криволинейные) получают в настоящее время все большее распространение, что объясняется прежде всего, стремлением уменьшить строительную высоту машины. В работах некоторых авторов объединяются понятия "радиальные" и "криволинейные", в других же работах эти понятия рассматриваются отдельно. Для более четкой классификации представляется целесообразным разделить эти понятия и рассматривать отдельно особенности каждого типа.

Радиальными называются такие установки (рис. 3.1, схема 3), в которых отливаемая заготовка в течение всего периода затвердевания проходит дугу определенного радиуса кривизны и выпрямляется одностадийно после полного затвердевания. Кристаллизатор, где формируется непрерывная заготовка, также имеет изгиб под определенным радиусом. Сформировавшийся в нем изогнутый слиток продолжает двигаться по дуге того же радиуса, что и радиус изгиба кристаллизатора, а затем выпрямляется в тянущеправильном механизме и выдается на горизонтальный рольганг, где его режут на мерные заготовки. Вывод на горизонтальный участок происходит в результате одной операции – выпрямления. Преимущество радиальных МНЛЗ: в них не происходит никакой деформации заготовки до полного ее затвердевания, так как заготовка движется по дуге окружности. Деформация (распрямление) происходит в одной точке после полного затвердевания заготовки. Недостатком радиальных МНЛЗ является значительная высота установки для обеспечения достаточно высокой производительности.

3.4 Криволинейные МНЛЗ: преимущества и недостатки

Криволинейными называются установки (рис. 3.1, схема 4), в которых кривая, описывающая профиль продольной оси отливаемой заготовки, имеет переменный радиус. В этих машинах происходит многостадийная деформация оболочки неполностью затвердевшей заготовки. Установки имеют, как правило, радиальный кристаллизатор. Особенностью криволинейных машин является разгиб слитка в нескольких точках по переменному радиусу, что позволяет более плавно приводить слиток в горизонтальное положение и улучшить тем самым его качество. Жидкая фаза здесь может доходить до горизонтального участка. Машины криволинейного типа являются самым распространенным типом МНЛЗ.

В криволинейных машинах достигается существенное снижение высоты установки по сравнению с вертикальными и радиальными при той же самой производительности МНЛЗ.

Основные элементы криволинейной МНЛЗ приведены на рис. 3.3.

Рис. 3.3 – Схема криволинейной МНЛЗ

1 ‑ промежуточный ковш; 2 ‑ кристаллизатор; 3 ‑ зона вторичного охлаждения; 4 ‑ водяные форсунки; 5 ‑ поддерживающие ролики; 6 ‑ тянущая клеть; 7 ‑ газокислородная резка

Для многих сталей непрерывные слитки, полученные на криволинейных машинах, не уступают по качеству вертикальным. Однако в ряде случаев при установке радиальных кристаллизаторов наблюдается асимметричность затвердевания, односторонняя ликвация по малому радиусу.

В установках с вертикальным (прямолинейным) кристаллизатором совмещаются преимущества вертикальных и криволинейных машин. Вследствие симметричности затвердевания корочки в вертикальном кристаллизаторе улучшается качество слитка. Выравнивание фронта кристаллизации существенно снижает вероятность прорыва и создает возможность увеличения скорости разливки.

В установках криволинейного типа происходит многоступенчатая деформация неполностью затвердевшей заготовки. Теоретически затвердевающая заготовка имеет профиль параболы, гиперболы или клотоиды, практически же профиль заготовки по длине состоит из определенного числа радиальных участков с различными радиусами кривизны. Профиль кривой выбирают таким образом, чтобы оболочка слитка испытывала только минимальные деформации, снижающие вероятность появления внутренних трещин в слитке. Выпрямление отливаемой заготовки в ряде случаев происходит до окончания полного ее затвердевания.

При выборе варианта криволинейной МНЛЗ обычно учитывают сортамент отливаемых заготовок и марки сталей.

Установки криволинейного типа имеют следующие преимущества:

– высота криволинейных машин снижается в 3-4 раза по сравнению с вертикальными, для их размещения не требуется строить глубокие колодцы или громоздкие здания разливочных пролетов;

– капитальные затраты на их строительство значительно снижаются по сравнению с вертикальными;

– все оборудование доступно грузоподъемным средствам и удобно для обслуживания;

– практически неограниченная длина зоны вторичного охлаждения позволяет примерно на 25 % увеличить скорость разливки без увеличения высоты установки;

– возможность получения неограниченных по длине заготовок, что важно для повышения производительности прокатных станов, так как большая мерная длина слитков соответствует современным требованиям к массе рулона (до 40 т);

– возможность совмещения МНЛЗ с прокатным станом в единый непрерывный технологический агрегат;

– низкое ферростатическое давление в незатвердевшей части слитка;

– снижение массы технологического оборудования.

Основные недостатки МНЛЗ криволинейного типа:

– необходимость разгибания слитков, следовательно, невозможность разливать стали, склонные к горячим трещинам, а также сложность отливки слитков толщиной более 350 мм;

– сравнительно большая площадь для размещения в цехе;

– возможность размывания корочки по наружному радиусу криволинейного кристаллизатора струей металла;

– односторонняя ликвация, смещенная в сторону малого радиуса в результате асимметричного затвердевания в криволинейном кристаллизаторе.

Однако последние два недостатка устраняются при применении вертикального кристаллизатора и специальных конструкций погружных стаканов.

3.5 Наклонные МНЛЗ: преимущества и недостатки

Наклонные МНЛЗ существуют (рис. 3.1, схема 5), в основном, конвейерного типа. В них происходит совместное движение кристаллизатора и слитка без скольжения корочки, т. е. нет перемещения слитка относительно кристаллизатора. Основным узлом являются два конвейера, наклоненные под углом 10-30 ° к горизонту и размещенные один над другим.

Полуизложницы верхнего и нижнего конвейера при смыкании образуют канал (кристаллизатор) длиной несколько метров с соответствующим профилем. Жидкая сталь из ковша направляется в промежуточное разливочное устройство с хоботом, входящим в канал кристаллизатора. Слиток с жидкой сердцевиной после кристаллизатора охлаждается водой и затем разрезается.

Преимущества наклонных МНЛЗ:

– небольшая высота и низкие капитальные затраты;

– высокая скорость и производительность, превышающая в несколько раз производительность МНЛЗ, работающих со скольжением корочки. Например, при отливке квадратной заготовки сечением со стороной 120-140 мм достигается скорость разливки 5 м/мин;

– возможность совмещения с прокаткой.

Недостатки наклонных МНЛЗ:

– неравномерность затвердевания, несимметричность структуры слитков.

3.6 Горизонтальные МНЛЗ: преимущества и недостатки

Горизонтальные МНЛЗ (рис. 3.1, схема 6) с водоохлаждаемым медным кристаллизатором и вытягиванием слитка со скольжением корочки. Вначале они применялись для разливки чугуна и цветных металлов. Горизонтальные установки пока не нашли широкого распространения.

Это самые компактные машины для отливки заготовок сечением от 20 до 360 мм. Технологические особенности таких машин позволяют отливать заготовки круглого или квадратного сечения. Число ручьёв составляет от 1 до 3. Поэтому горизонтальные МНЛЗ имеют небольшую производительность, около 200 тыс. т/год. Такие МНЛЗ идеально подходят при строительстве небольших мини-заводов и при реконструкции существующих электросталеплавильных цехов небольшой производительности.