Непрерывная разливка стали: принцип работы, необходимое оборудование, достоинства и недостатки метода

На сегодняшний день из стали изготавливается огромное количество самых различных вещей, деталей и т. д. Естественно, что для этого требуется большое количество исходного материала. Поэтому на заводах уже давно используют метод непрерывной разливки стали, характеризующийся самым главным признаком - высокой производительностью.

Основное оборудование для работы

На сегодняшний день известно о нескольких установках для разливки стали таким образом, а сокращенно их называют УНРС. Изначально была разработана и внедрена в производство установка вертикального типа, размещенная ниже уровня цехового пола на 20-30 метров. Однако потом основным двигателем развития этих установок стало желание отказаться от заглубления пола. Это привело к разработке и внедрению установок для непрерывной разливки стали башенного типа. Высота этих установок составляла 40 м. Однако сильного распространения такой вариант исполнения машины не получил по двум причинам. Во-первых, возводить такой агрегат в цеху достаточно проблематично и трудоемко. Во-вторых, еще больше трудностей возникало с его эксплуатацией.

Установки с изгибом и радиальные

С течением времени непрерывная разливка стали была переведена на работу с вертикальными машинами с изгибом. Основная особенность - это изгиб выходящего после валов слитка, на 90 градусов. После этого в установке применялся специальный правильный механизм для выпрямления слитка, и только после этого этапа проходила резка. Непрерывная разливка стали на таком оборудовании не стала слишком популярной по некоторым причинам. Во-первых, изгиб, конечно же, позволил уменьшить высоту, но при этом сильно ограничил сечение самого слитка. Чем больше нужно было получить сечение материала, тем больше должен был быть изгиб, а значит, высота снова увеличивалась. Во-вторых, машины с изгибом размещались в цехах выплавки стали с еще большими затруднениями, чем вертикальные.

На сегодняшний же день все большую популярность получают установки для непрерывной разливки стали радиального типа. На таком агрегате слиток формируется в кристаллизаторе и выходит из него по той же дуге, по которой и попал в него. После этого он будет выпрямляться тянуще-правильным механизмом. А далее уже можно приступать к резке слитка на заготовки. Именно такая конструкция на практике оказалась наиболее рациональной при организации грузопотока в сталеплавильном цеху.

С чего начинается разливка

Технология непрерывной разливки стали - достаточно сложный процесс. Однако справедливо будет отметить, что принцип остается одинаковым несмотря на используемую установку для производства. Рассмотреть технологию можно на примере вертикального УНРС.

К машине подается ковш для разливки стали посредством специального крана. После этого сталь перетекает в промежуточный ковш, имеющий стопор. Для оборудования с одним ручьем будет один стопор, для многоручьевых машин - по одному стопору на каждый поток. Кроме этого, у промежуточного ковша имеется специальная перегородка для удерживания шлака. Из промежуточного ковша сталь будет перетекать в кристаллизатор, проходя для этого через стакан-дозатор или стопорное устройство. Здесь важно отметить, что перед первой разливкой в кристаллизатор вводится затравка с нижней стороны. Она заполняет либо штангу сечения всего кристаллизатора, либо лишь форму заготовки. Верхний слой затравки и будет являться дном кристаллизатора. Кроме этого, он также имеет форму хвоста ласточки для будущей сцепки со слитком.

Дальнейшая разливка

Далее в процессе непрерывной разливки стали необходимо ждать, пока уровень сырья не поднимется над затравкой на высоту около 300-400 мм. Когда это происходит, то запускается механизм, приводящий в работу вытягивающее устройство. У него имеются тянущие валки, под воздействием которых затравка будет опускаться и тянуть за собой создаваемый слиток.

У машины непрерывной разливки стали кристаллизатор обычно из меди с полыми стенками. Он находится под интенсивным воздействием охлаждающей воды, а его внутреннее сечение соответствует форме слитка, который необходимо получить. Именно здесь формируется корка слитка-заготовки. При высоких скоростях разливки может происходить надрыв этой корочки и вытекание металла. Чтобы избежать этого, кристаллизатор характеризуется возвратно-поступательными движениями.

Характеристика работы кристаллизатора

В установке непрерывной разливки стали имеется электродвигатель, отвечающий за создание такого возвратно-поступательного движения. Осуществляется это через усилие редуктора с механизмом качания кулачкового типа. Сначала кристаллизатор движется в ту же сторону, что и заготовка, то есть вниз, а после завершения процесса возвращается обратно вверх. Ход качания составляет от 10 до 40 мм. Кристаллизатор является важным отделением при непрерывной разливке стали на любом типе оборудования, а потому его стенки смазываются парафином или любым другим смазывающим веществом, подходящим по характеристикам.

Стоит отметить, что в современном оборудовании уровень металла контролируется радиометрически, подавая управляющий сигнал на стопор ковша. В самом же кристаллизаторе над уровнем металла может создаваться либо нейтральная, либо восстановительная атмосфера, чтобы избежать окисления продукта во время его производства.

Корка слитка

Стоит отметить, что перспективным методом разливки считается также работа под вакуумом. Одна установка может осуществлять разливку через несколько кристаллизаторов сразу. Таким образом, количество ручьев одной установки может доходить до восьми.

Для формирования нижней части корки слитка используется действие теплоотвода холодной затравки. Слиток будет выходить из кристаллизатора под воздействием затравки, которая вытягивается в зону вторичного охлаждения (ЗВО). В середине заготовки сталь все еще будет находиться в жидком состоянии. Здесь важно отметить, что, по требованию технологии разливки стали, толщина корки должна быть не менее 25 мм на момент выхода из кристаллизатора. Чтобы удовлетворить эти требования, необходимо правильно выбрать скорость движения материала.

Характеристики установки и процесса литья

Технологические характеристики примерно следующие. Если сечение слитка 160х900 мм, то его скорость движения должна быть от 0,6 до 0,9 м/мин. Если сечение составляет 180х1000 мм, то скорость уменьшается до 0,55-0,85 м/мин. Наибольший показатель скорости требуется при сечении слитка квадратного типа 200х200 мм - 0,8-1,2 м/мин.

Исходя из приведенных выше показателей можно сделать вывод, что средняя скорость разливки одного ручья при использовании технологии непрерывного литья составляет 44,2 т/ч. Если превысить оптимальный показатель скорости, то будет увеличиваться центральная пористость.

Далее стоит отметить, что на стабильность литья и качество самого изделия влияет температура металла. Опытным путем было установлено, что при температуре более 1560 градусов по Цельсию поверхность слитка часто покрывается трещинами. Если температура будет ниже указанной, то часто случается затягивание стакана. Таким образом было установлено, что оптимальной температурой для метода непрерывного литья стали будет 1540-1560 градусов по Цельсию. Чтобы поддерживать такой показатель, температура нагрева печи перед выпуском должна быть в пределах 1630-1650 градусов.

Зона вторичного охлаждения

В данном участке осуществляется наиболее интенсивное и непосредственное охлаждение слитка при помощи воды, поступающей из брызгал. Здесь имеется специальная система холостых, а не силовых роликов. Их вращение предотвращает изгиб слитка или его коробление. Из-за интенсивного охлаждения в этой зоне стенки слитка будут быстро прибавлять в толщине, а кристаллизация будет распространяться вглубь. Скорость вытяжки слитка и степень его охлаждения должны быть подобраны таким образом, чтобы к моменту поступления слитка на тянущие валки он был уже полностью твердым.

Какие преимущества дает непрерывная разливка

Так как данный способ разливки стали заменил собой метод разливки в изложницы, то с этим методом и стоит сравнивать. В общем виде стоит выделить такие плюсы: большая производительность, уменьшение затрат и снижение трудоемкости процесса. Из-за постоянного формирования слитка усадочная раковина переносится в хвостовую часть, в отличие от изложниц, где каждый слиток имел собственную раковину. Из-за этого существенно возрастает процент выхода годного металла. УНРС позволяет получить заготовку самой разной формы, от небольшого квадрата 40х40 мм до прямоугольника 250х1000 мм. Использование машин для непрерывной разливки позволило полностью отказаться от обжимных станов. Это существенно удешевило процесс производства, а значит и цену на рынке. Кроме того, упростился сам процесс металлургического передела.

Недостатки

Несмотря на возможность высокой механизации и автоматизации процесса, на высокий процент годных слитков и прочие преимущества, описанные выше, у этого метода имеются и некоторые отрицательные стороны. Недостатки непрерывной разливки стали заключаются в следующем.

Во-первых, отсутствует возможность изготавливать слитки сложной конфигурации. Во-вторых, номенклатура слитков и заготовок достаточно ограниченная. Переоборудовать машины на разливку сырья другой марки достаточно сложно, что может повысить конечную стоимость продукта разной марки, если она производится на одном и том же заводе. Некоторые же марки стали, к примеру, кипящие, и вовсе нельзя изготовить, используя такой метод.

Последний недостаток непрерывного способа разливки стали очень существенный. Он заключается в возможной поломке оборудования. Выход из строя УНРС приведет к огромным потерям в производительности. Чем дольше будет идти ремонт, тем сильнее будут расти потери.