Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Непрерывная разливка стали. Машины непрерывного литья заготовок

Покупка
Основная коллекция
Артикул: 744374.01.99
Рассмотрена сущность процесса непрерывной разливки стали, приведены краткие исторические сведения, классификация МНЛЗ, данные о размещении машин в отделении непрерывной разливки стали. Обобщены сведения о конструкции основных технологических узлов МНЛЗ. Проанализирована компоновка узлов наиболее часто использующихся в действующих цехах слябовых и сортовых МНЛЗ, а также тонкослябовой МНЛЗ. Для студентов металлургических направлений подготовки, а также специалистов в области металлургического производства.
Столяров, А. М. Непрерывная разливка стали. Машины непрерывного литья заготовок : учебное пособие / А. М. Столяров, В. Н. Селиванов. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2020. - 192 с. : ил., табл. - ISBN 978-5-9729-0490-7. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1167774 (дата обращения: 29.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.

A. M. Столяров, В. Н. Селиванов










            НЕПРЕРЫВНАЯ РАЗЛИВКА СТАЛИ.


МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК




Учебное пособие
















Москва Вологда «Инфра-Инженерия»

2020

УДК 621.746.5.047.06
ББК 34.327я7

    С81


Рецензенты:

заведующий кафедрой металлургических технологий и оборудования Новотроицкого филиала ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский технологический университет „Московский институт стали и сплавов”» кандидат технических наук, доцент А. Н. Шаповалов;
ведущий специалист ДПК ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат» кандидат технических наук Д. В. Юречко





     Столяров, А. М.
С81 Непрерывная разливка стали. Машины непрерывного литья заготовок : учебное пособие / А. М. Столяров, |В. Н. Селиванов. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2020. - 192 с. : ил., табл.
        ISBN 978-5-9729-0490-7

     Рассмотрена сущность процесса непрерывной разливки стали, приведены краткие исторические сведения, классификация МНЛЗ, данные о размещении машин в отделении непрерывной разливки стали. Обобщены сведения о конструкции основных технологических узлов МНЛЗ. Проанализирована компоновка узлов наиболее часто использующихся в действующих цехах слябовых и сортовых МНЛЗ, а также тонкослябовой МНЛЗ.
     Для студентов металлургических направлений подготовки, а также специалистов в области металлургического производства.


УДК 621.746.5.047.06
ББК 34.327я7



ISBN 978-5-9729-0490-7 © Столяров А. М., | Селиванов В. Н., 12020

                      © Издательство «Инфра-Инженерия», 2020
                      © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2020

ОГЛАВЛЕНИЕ


ВВЕДЕНИЕ...........................................5

ГЛАВА 1.
СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ СТАЛИ
И КРАТКИЕ ИСТОРИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ........................7
     Контрольные вопросы..........................13

ГЛАВА 2.
КОНСТРУКЦИЯ И РАЗМЕЩЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ МНЛЗ ....   15
     2.1. Классификация МНЛЗ......................15
     2.2. Размещение МНЛЗ в отделении непрерывной разливки стали...............................20
     Конт  рольные вопросы........................23

ГЛАВА 3.
КОНСТРУКЦИЯ ОСНОВНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ МНЛЗ.................................24
     3.1. Сталеразливочный ковш...................24
     3.2. Сталеразливочный стенд..................28
     3.3. Промежуточный ковш......................30
     3.4. Устройства для перемещения и подъема промежуточного ковша.........................43
     3.5. Кристаллизатор..........................46
     3.6. Механизм качания кристаллизатора........60
     3.7. Зона вторичного охлаждения..............65
         3.7.1. Конструкция поддерживающих устройств...65
         3.7.2. Охлаждение заготовки..............73
     3.8. Тянуще-правильное устройство............82
     3.9. Затравка................................84
     3.10. Устройства для отделения и транспортировки затравки.....................................88
     3.11. Устройства для разделения заготовки на мерные части..............................93
     3.12. Устройства для маркировки заготовок...101
     3.13. Устройства для электромагнитного перемешивания стали на МНЛЗ.................103
     3.14. Оборудование для мягкого обжатия непрерывнолитой заготовки...................114
     3.15. Схема компоновки технологических узлов МНЛЗ.122


3

     3.16. Автоматизированная система управления МНЛЗ...........................123
     Контрольные вопросы.......................141

ГЛАВА 4.
МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК
ПАО «МАГНИТОГОРСКИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ......................................143
     4.1. Комбинированная криволинейная МНЛЗ...143
     4.2. Высокопроизводительная криволинейная МНЛЗ .... 148
     4.3. Криволинейные МНЛЗ с вертикальным участком ... 153
     4.4. Тонкослябовая МНЛЗ..................166
     4.5. Сортовая МНЛЗ.......................177
     Контрольные вопросы......................188

ЗАКЛЮЧЕНИЕ....................................189

РЕКОМЕНДУЕМЫЙ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.........190


4

ВВЕДЕНИЕ


     Непрерывная разливка является основным способом разливки стали. Промышленное внедрение этого способа ознаменовало начало нового этапа в развитии черной металлургии. Это обусловлено важными преимуществами, которые непрерывная разливка стали на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) имеет перед разливкой в изложницы:
     1. Высокая производительность МНЛЗ, особенно при работе методом «плавка на плавку», когда в одной серии без остановок разливается металл нескольких десятков, даже сотен плавок и значительно сокращаются простои оборудования.
     2. Существенное (на 15...20 %) увеличение выхода годного проката из-за снижения потерь металла при осуществлении обрези. На МНЛЗ отливается длинная непрерывнолитая заготовка, от которой только один раз делается обрезь в ее начале и конце, в то время как при прокатке слитков, отлитых в изложницах, это делается от раската из каждого слитка. Повышению выхода годного металла способствует увеличение количества плавок в серии.
     3. Улучшение качества разлитого металла, выражающееся в высокой химической однородности и низкой загрязненности неметаллическими включениями. Это происходит вследствие более быстрого затвердевания непрерывнолитой заготовки, имеющей значительно меньшую толщину, чем слиток в изложнице, и ассимиляции (усвоении) включений покровным шлаком как в промежуточном ковше, так и в кристаллизаторе.
     4. Снижение капитальных затрат на строительство нового металлургического предприятия. При этом отсутствует необходимость в целом ряде цехов и отделений, связанных с изготовлением и подготовкой изложниц к разливке (цех изложниц, цех подготовки составов), извлечением слитков из изложниц (отделение стрипперова-ния), нагревом слитков перед прокаткой (отделение нагревательных колодцев), прокаткой слитков на заготовки (обжимные станы: блюминги и слябинги).

5

      5. Экономия сырьевых и энергетических ресурсов вследствие сокращения технологической цепочки производства проката.
      6. Более ритмичное снабжение прокатных станов заготовками большей массы, что способствует повышению производительности агрегатов.
      7. Высокий уровень механизации и автоматизации процесса разливки стали.
      8. Повышение производительности и улучшение условий труда разливщиков.
      Машины непрерывного литья заготовок имеют различную конструкцию. Известно множество разнообразных конструкций МНЛЗ. Однако в реальных производственных условиях применяются лишь несколько типов машин.
      В настоящем учебном пособии предлагается рассмотреть конструкцию, оборудование основных элементов и технологических узлов МНЛЗ, наиболее широко использующихся в сталеплавильных цехах современных металлургических предприятий.

6

ГЛАВА 1. СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ СТАЛИ И КРАТКИЕ ИСТОРИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ



Рис. 1.1. Схема непрерывной разливки стали

      Сущность процесса непрерывной разливки стали (рис. 1.1) состоит в получении непрерывнолитой заготовки при заливке жидкого металла из сталеразливочного ковша через промежуточный ковш в кристаллизаторы с постоянным вытягиванием из них кристаллизующейся заготовки. В зависимости от вида используемого кристаллизатора различаются два способа разливки:
      1.      Разливка металла в подвижный кристаллизатор, который перемещается синхронно с формирующейся заготовкой.
      2.      Разливка металла в неподвижный или качающийся (совершающий колебательные - возвратно-поступательные движения) кристаллизатор, из которого вытягивается формирующаяся заготовка.
      По первому способу разливка производится в кристаллизаторы, выполненные в виде:
      -      вращающихся валков (машины «бесслитковой прокатки»);
      -      бесконечных звеньев: цепей, лент (конвейерные литейные машины);
      -      вращающихся колес и лент (роторные машины).
      Схема машины «бесслитковой прокатки» представлена на рис. 1.2.

7

Рис. 1.2. Схема машины «бесслитковой прокатки» Генри Бессемера

     Конструкция этой машины была запатентована в 1857 г. родоначальником идеи непрерывной разливки стали англичанином Г. Бессемером. Заливка жидкого металла должна была осуществляться в зазор между двумя водоохлаждаемыми цилиндрами диаметром 1220 мм каждый, вращающимися навстречу друг другу. Для предотвращения растекания металла вдоль оси валков служили специальные реборды. На этой машине предполагалось производство стальной ленты (штрипса) толщиной 2,5 мм. Однако реализовать этот способ разливки в XIX веке не удалось. Изобретение Г. Бессемера значительно опередило свое время.
     Лишь в 30...40-х годах следующего - XX века начались опытные исследования по непрерывной разливке стали. Так в 1946 г. отечественным инженером М.Ф. Голдобиным была спроектирована машина конвейерного типа, схема которой приведена на рис. 1.3.
     Такая машина была построена в 1950 г. на заводе «Серп и Молот» (г. Москва, СССР). Сталь на этой машине разливалась в наклонном, близком к горизонтальному, направлении и слиток кристаллизовался в движущемся канале, образованным стальными полуизложницами на двух конвейерных лентах. Машина М. Ф. Голдобина получила еще название машины «гусеничного» типа. На ней отливались стальные заготовки квадратного поперечного сечения со стороной от 100 до 150 мм, прямоугольного


8

сечения от 100x250 мм до 140x500 мм и других фасонных профилей. Рабочая скорость при отливке квадратной заготовки 140x140 мм колебалась в интервале 3,0... 4,2 м/мин. Средняя производительность машины составляла 18.35 т/ч.


Рис. 1.3. Схема конвейерной машины М. Ф. Голдобина

      В настоящее время разработаны различные варианты схем для литья тонкой полосы, предназначенные для использования в литейно-прокатных агрегатах (ЛПА). Так, например, на рис. 1.4 представлена схема производства полосы процессом CSP (compact strip production - компактное производство полосы).



горячей прокатки

Рис. 1.4. Схема процесса CSP

9

     Первое металлургическое предприятие по производству полосы построено в 1989 году в г. Crawsfordsvill (США) фирмами «Nucor» и «SMS Demag» (Германия). К 2014 году в мире насчитывалось 24 агрегата CSP производительностью более 30 млн т. Толщина литой полосы составляла 1,5...4,0 мм, а горячекатаной - 0,7...2,5 мм.
     Наибольшее распространение для непрерывной разливки металлов получили машины с качающимся кристаллизатором, из которого производилось вытягивание кристаллизующейся заготовки. По этому способу в 30-х годах XX века началась разливка цветных металлов и сплавов, в основном, алюминиевых и медных. Это объяснялось более простой технологией разливки таких материалов по сравнению со сталью (низкая температура расплава вследствие меньшей температуры плавления, возможность вытягивания формирующейся заготовки из кристаллизатора с высокой скоростью из-за большой теплопроводности материала). При переходе к непрерывной разливке стали необходимо было решать задачу резкого снижения стойкости кристаллизатора и другие проблемы. Все это создавало дополнительные трудности для осуществления этого процесса.
     Первые успешные опыты по опробованию непрерывной разливки стали скользящим методом были проведены в 1939 г. в Германии 3. Юнгансом. В ФРГ опытная установка для непрерывной разливки стали вертикального типа была построена в 1950 г. В Англии и США аналогичные установки появились несколько раньше - в 1946 г., а в Австрии позже - в 1952 г.
     В СССР работы по освоению аналогичного метода непрерывной разливки стали были начаты в 1944 г. 3а достаточно короткий срок (три года) были созданы конструкции машин для полунепрерывной разливки ПН-1, ПН-2 и ПН-3. Следует отметить, что при полунепрерывном способе разливки металла отлитая заготовка целиком извлекается и разрезается на мерные части вне машины. На машинах же непрерывной разливки заготовка режется непосредственно на машине при помощи специальных устройств. В 1948 г. были разработаны более крупные полунепрерывные машины ПН-4 и ПН-5. Накопленные опыт и положительные результаты исследований позволили перейти к промышленным исследованиям. Так в 1950 г. была сооружена опытно-промышленная установка полунепрерывного литья на заводе «Красный Октябрь». Промышленные установки вертикального типа для непрерывной разливки стали впервые в мире

10

начали эксплуатироваться в СССР: в 1953 г. на Ново-Тульском металлургическом заводе и в 1955 г. на заводе «Красное Сормово» (г. Горький).
      Установка на Ново-Тульском металлургическом заводе имела общую высоту 22 м (колодец глубиной 19 м). Металл из 10-тонного сталеразливочного ковша подавался в промежуточный ковш вместимостью 2,5 т. Установка была одноручьевой с кристаллизатором длиной 1,5 м. На ней можно было отливать непрерывнолитые слитки со следующими размерами поперечного сечения: толщиной до 200 мм и шириной до 600 мм. Вытягивание слитка с размерами поперечного сечения 150*150 мм из кристаллизатора производилось двумя роликовыми клетями со скоростью до 2 м/мин. Под кристаллизатором применялось


водяное охлаждение. При помощи подвижной газовой резки осуществлялось разделение слитка на мерные части. Отрезанная заготовка кантователем опускалась на нижний рольганг, поворачивалась и транспортировалась к вертикальному подъемнику, при помощи которого перемещалась на верхний рольганг. Сортамент разливаемого металла был представлен марками углеродистой и легированной стали.

Рис. 1.5. Схема вертикальной машины для непрерывной разливки стали
на заводе «Красное Сормово»:
1 - сталеразливочный ковш;
2 - промежуточный ковш;
3 - кристаллизатор;
4 - зона вторичного охлаждения;
5 - тянущие клети;
6 - газорезка;
7 - кантователь;
8 - отрезанная заготовка мерной длины

11

      На заводе «Красное Сормово» установка для разливки стали из 50-тонного ковша была уже двухручьевой. Схема ее приведена на рис. 1.5.
      Общая высота установки составляла около 17 м с колодцем глубиной 13 м. Промежуточный ковш имел вместимость 3.5 т. В кристаллизаторах разборной конструкции использовались медные стенки толщиной 13 мм. В них отливались слитки сечением 175x420 мм из углеродистой стали для последующей прокатки на сорт или лист.
      Расход воды на каждый кристаллизатор составлял 130.140 м³/ч. В качестве смазки на внутреннюю поверхность кристаллизатора подавались жидкий парафин или растительное масло. Расход воды на вторичное охлаждение слитка под кристаллизатором варьировался от 75 до 140 м³/ч. Производительность машины с двумя работающими кристаллизаторами составляла 50.55 т/ч.
      Первый сталеплавильный цех, в котором вся выплавленная сталь разливалась непрерывным способом, был построен СССР на Новолипецком металлургическом заводе.
      В 60-х годах XX века за рубежом начинается бурное строительство установок для непрерывной разливки стали. К началу 1966 г. там эксплуатировались уже 84 установки и 58 находились в стадии строительства. Наибольшая часть из действовавших машин (86 %) предназначалась для отливки сортовых заготовок квадратного, прямоугольного и круглого профилей. Наряду с уже традиционными установками вертикального типа появились и установки с другим расположением технологической оси: вертикальные с изгибом заготовки и радиальные машины (1963 г.). В то время наибольшее развитие непрерывная разливка получила в Англии. С течением времени приоритет по этому способу разливки перешел к Японии. В этой стране в 1980 г. было произведено 66,3 млн т непрерывнолитых заготовок, что составляло около 60 % от общего производства стали. В 100 странах к этому времени эксплуатировалось примерно 950 МНЛЗ, из которых 73 % были сортовыми и 27 % слябовыми. По темпам развития непрерывной разливки стали СССР, являвшийся пионером в промышленном применении этого способа, значительно отстал от промышленно-развитых стран. К концу 80-х годов в СССР насчитывалось 45 МНЛЗ, из которых больше половины (около 58 %) машин были слябовыми. В последний год существования СССР

12