Общая характеристика непрерывной разливки

1. Разновидности и преимущества способа

Непрерывную разливку или литье вместо разливки стали в изложницы начали применять в последние 30 лет. В настоя­щее время этим способом разливают около 83% выплавляемой в мире стали, а в развитых капиталистических странах до 97% производимой стали.

Наиболее распространен способ непрерывной разливки, заключающийся в том, что жидкую сталь непрерыно заливают в водоохлаждаемую изложницу без дна — кристаллизатор, из нижней части которого вытягивают затвердевший по перифе­рии слиток с жидкой сердцевиной. Далее слиток движется через зону вторичного охлаждения, где полностью затверде­вает, после чего его разрезают на куски определенной дли­ны. Основа этого способа — вытягивание формирующегося слитка из кристаллизатора, т.е. скольжение слитка по его стенкам с возникновением при этом значительных сил тре­ния, что является определенным недостатком способа; из-за трения возникают разрывы затвердевающей оболочки движуще­гося слитка, что ограничивает скорость разливки. Этим способом в настоящее время получают преимущественно литые заготовки (слитки) толщиной от 100—150 до 250—300 мм, что позволило ликвидировать два энергоемких этапа металлурги­ческого производства— прокатку на обжимных станах и наг­рев слитков перед этой прокаткой в нагревательных колод­цах.

Интенсивно ведутся исследования по дальнейшему совер­шенствованию и разработке новых оборудования и технологии непрерывной разливки. Одно из важных разрабатываемых на­правлений — получение литых заготовок значительно меньшей толщины, чем в настоящее время (например, тонких слябов и полос) и заготовок, приближающихся по сечению к конечному прокату, что позвлит применять для их прокатки станы меньшей мощности, обеспечивая экономию энергозатрат.

Другим важным направлением является начавшееся внедре­ние способа непрерывной разливки, предусматривающего пе­ремещение рабочей поверхности кристаллизатора (в виде вращающихся колес, лент и др.) вместе со слитком в на-554

чальный период его формирования, что исключает трение и позволяет существенно увеличить скорость разливки (ско­рость движения слитка).

Еще одно перспективное и уже давно разрабатываемое на­правление — создание литейно-прокатных агрегатов, позво­ляющих сочетать непрерывную разливку с прокаткой. Непре­рывным способом разливают преимущественно спокойную сталь, поскольку при разливке кипящей стали не достигает­ся существенного увеличения выхода годного и трудно полу­чить достаточную толщину беспузыристой корки в слитке из-за большой скорости разливки и сложности обеспечения не­обходимой степени окисленности металла.

Основные преимущества непрерывной разливки по сравнению с разливкой в изложницы:

1) существенно повышается выход годного металла. Так, для спокойной стали получение слябов или блюмов путем не­прерывной разливки вместо разливки в изложницы с после­дующей прокаткой обеспечивает повышение выхода годного на 10—15 % от массы разливаемой стали. Объясняется это тем, что верхняя часть каждого слитка (13—20 %) идет при про­катке в обрезь из-за наличия усадочной раковины, а при непрерывной разливке образуется одна усадочная раковина в конце разливки плавки;

2) упрощается и удешевляется производство по заводу в целом, т.к. исключаются два энергоемких этапа технологи­ческого процесса — прокатка слитков на обжимных станах (блюмингах или слябингах) и нагрев слитков до ~1100°С в нагревательных колодцах перед прокаткой; при этом отпада­ет необходимость в блюмингах и слябингах, уменьшаются энергетические затраты, потребность в рабочей силе и пло­щадь завода;

 

3) повышается качество металла, в первую очередь вследствие снижения химической неоднородности из-за более быстрого затвердевания малых по толщине слитков;

4) уменьшаются затраты ручного труда и улучшаются условия труда при разливке;

5) создаются условия для автоматизации процесса раз­ливки.

Комплекс оборудования и механизмов для непрерывной разливки — называют установкой непрерывной разливки стали - УНРС или машиной непрерывного литья заготовок — МНЛЗ.

2. Основные типы УНРС

УНРС с вытягиванием слитка из кристаллизатора. УНРС этого типа, как отмечалось, нашли наиболее широкое применение и имеют много разновидностей. В зависимости от направления основной технологической оси установки (направления дви­жения отливаемого слитка) различают (рис. 166) УНРС вер­тикального типа а, с изгибом слитка б, вертикально-радиальные в, радиальные г, криволинейные д, наклонно-криволинейные е, горизонтальные ж.

В зависимости от формы поперечного сечения отливаемого слитка различают слябовые УНРС; сортовые и блюмовые; УНРС для отливки заготовок круглого сечения; полых трубных за­готовок; слитков сложного профиля, близких по сечению к готовому прокату.

Широкое промышленное применение нашли слябовые УНРС (отливка слитков плоского сечения толщиной 150—300 и ши­риной до 2600 мм), сортовые и блюмовые (отливка слитков квадратного сечения размером до 400x400 мм и слитков пря­моугольного сечения с небольшой величиной отношения шири­ны к толщине (до 1,5—2,0) при толщине до 300 мм; реже применяются УНРС для отливки слитков круглого сечения ди­аметром до 500 мм. УНРС для отливки полых трубных загото­вок и заготовок сложного профиля (например, двутаврового) находятся в стадии промышленного освоения.

В последние годы начали внедрять УНРС для отливки тон­ких слябов (толщиной 30—70 мм).

Рис. 166. Разновидности УНРС с вытягиванием слитка из кристал­лизатора: 1 — кристаллизатор; 2 — отливае­мый слиток

В зависимости от числа одновременно отливаемых из од­ного сталеразливочного ковша слитков,. УНРС могут быть одно-, двух- и многоручьевыми; с увеличением числа ручьев увеличивается производительность установки. Слябовые УНРС

обычно делают двухручьевыми, сортовые и блюмовые — чаще трех-восьмиручьевыми. Разливку на УНРС ведут до израсхо­дования металла в сталеразливочном ковше или же разливают без перерыва металл из нескольких ковшей (разливка мето­дом "плавка на плавку").

Применяют также установки полунепрерывной разливки, на которых отливают слиток определенной длины (6-10 м). Этот слиток затем разрезают на части в холодном состоянии.

Скорость разливки, то есть скорость движения слитка при его толщине более 150 мм обычно находится в пределах от 0,5 до 1,5—2,5 м/мин, хотя на отдельных УНРС достигну­ты и большие скорости; при отливке слитков малой толщины (квадрат размером менее 90x90 мм и слябы толщиной менее 70 мм) скорость разливки достигает 4—8 м/мин.

УНРС без скольжения слитка в кристаллизаторе начали применять для разливки стали в последние годы. Отсутствие скольжения обеспечивается за счет совместного движения поверхности кристаллизатора и слитка в начале его форми­рования, что достигается подачей жидкого металла на дви­жущуюся охлаждаемую поверхность, выполняющую роль крис­таллизатора.

Основные разновидности УНРС подобного типа: барабанные и одноленточные с подачей жидкого металла на поверхность вращающегося барабана (валка) или движущейся непрерывной ленты; двухвалковые, когда металл подают в зазор между двумя вращающимися валками; двухленточные когда металл подают в зазор между двумя движущимися непрерывными лен­тами (сплошными или гусеничными); барабанно-ленточные (роторные), когда металл льют в зазор между вращающимся барабаном и движущейся лентой.

УНРС последнего типа (роторные) применяют для отливки слитков с сечением, близким к прямоугольному толщиной до 160мм, остальные— для отливки полос и лент толщиной ме­нее 10—20 мм и шириной до 800—1000 мм.

Благодаря отсутствию трения между слитком и кристал­лизатором скорость движения отливаемого слитка на таких УНРС значительно выше, чем на УНРС со скольжением слитка; при отливке полос и лент толщиной менее 1—2 мм эта ско­рость может достигать 100—150 м/мин и более.

 

3. Затвердевание непрерывно вытягиваемого слитка

Из промежуточного ковша

Принципиальная схема непрерывной разливки с вытягиванием затвердевающего слитка из кристаллизатора показана на рис. 167. В таком слитке можно выделить два участка активного охлаждения — кристаллизатор и зону вторичного охлаждения. Заливаемый в кристаллизатор металл при кон-такте с его медными водоохлаждаемыми стенками переохлаж­дается и затвердевает, образуя корку слитка требуемой конфигурации. На расстоянии 200—600 мм от верха кристал­лизатора находится зона непосредственного контакта с кор­кой слитка, где теплоотвод максимальный (1,4—2,3 МВт/м²); ниже вследствие усадки корки между ней и стенками крис­таллизатора возникает газовый зазор, резко снижающий теп­лоотвод (до 0,3—0,6 МВт/м²). В этой зоне вследствие воз­можной деформации непрочной корки и стенок кристаллизато­ра могут появляться участки плотного и неплотного контак­та, в которых из-за различия в теплоотводе температура и толщина затвердевающей корки будут различаться. Эта неод­нородность способствует возникновению дефектов — в местах уменьшенной толщины корки вследствие термических напряжений могут возникать продольные наружные трещины, а в пере­охлажденных участках плотного контак­та — паукообразные поверхностные тре­щины.

Толщина корки на выходе из кристал­лизатора должна быть достаточной, что­бы выдержать усилие вытягивания и дав­ление жидкой стали. Эта толщина тем больше, чем больше время пребывания корки в кристаллизаторе и обычно сос­тавляет 10—25 мм, а температура по­верхности 900-1250 °С.

В зоне вторичного охлаждения на по­верхность движущегося слитка подают распыленную воду и устанавливают опор-Рис. 167. Схема отливки и затвердевания непре­рывного слитка:

1 г- кристаллизатор; 2 — жидкий металл; 3 - за­твердевший металл; 4 — опорный ролик; 5 — форсунка для подачи распьЕленной воды на слиток; 6 — тянущие

валки

ные устройства (например, ролики 4, см. рис. 167), кото­рые предотвращают возможное выпучивание корки слитка под воздействием давления столба жидкой стали. Выбор способа охлаждения в этой зоне базировался на опыте, который по­казал, что при слишком интенсивной подаче охладителя (на­пример, подаче воды струями) из-за переохлаждения поверх­ности слитка и возникающих при этом термических напряже­ний в слитке образуются внутренние и сетчатые поверхност­ные трещины. Поэтому применяют распыленную воду ("мягкое охлаждение"). Расход воды уменьшается по мере отдаления от кристаллизатора; его рассчитывают так, чтобы отводи­лось тепло, выделяющееся при кристаллизации стали, а тем­пература корки во избежание образования трещин снижалась бы от исходной (900-1250 °С в начале зоны) не более, чем до 800-1000 °С в конце, причем в тем меньшей степени, чем выше склонность стали к трещинообразованию.

Длина зоны вторичного охлаждения составляет 80—100 % глубины лунки жидкого металла в слитке. Эту глубину (м) приближенно определяют по эмпирической формуле L = Ka\ где а — толщина отливаемого слитка, м; v — скорость вытя­гивания слитка, м/мин; К - коэффициент, зависящий от ве­личины отношения ширины Ъ к толщине а слитка (при величи­не Ь/а, равной 1, 2, 3, 4, 6 и более, величина К соответ­ственно составляет 240, 290, 320, 332 и 340 Мин/м²). Например, при отливке сляба сечением 300x1200 мм со ско­ростью 0,6 м/мин, глубина лунки составит 17,2 м, а при скорости 1,2 м/мин — 34,4 м.

Как показал опыт, продвижение фронта затвердевания в кристаллизаторе и зоне вторичного охлаждения, несмотря на нозникновение в кристаллизаторе участков неравномерности, в целом удовлетворительно подчиняется закону квадратного корня, т.е. толщину корки (см) можно определить по фор­муле

5 = У т или S = kv l/v,

где т — длительность затвердевания, мин; / — расстояние от данной точки до уровня металла в кристаллизаторе, м; v — скорость разливки, м/мин; к — коэффициент затвердева­ния, изменяющийся от 2,3 до 3,3см/мин^0,5 (величина к уменьшается при увеличении сечения слитка и зависит также от состава стали и ряда условий охлаждения).

В непрерывном слитке наблюдаются те же структурные зо­ны, что и при разливке в изложницы — мелкие неориентиро­ванные кристаллы у поверхности, расположенные за ними столбчатые кристаллы и различно ориентированные кристаллы в середине слитка.

& 2. УСТРОЙСТВО УСТАНОВОК НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ 1. УНРС с вытягиванием и скольжением слитка

Существует несколько типов установок непрерывной разлив­ки, основанных на вытягивании слитка из кристаллизатора с их взаимным скольжением. Широко применяемые УНРС этого типа служат в основном для отливки слябов и слитков квад­ратного и прямоугольного сечения. Наибольшее распростра­нение получили установки вертикального, криволинейного и радиального типов, реже применяются вертикально-ради­альные УНРС, установки с изгибом слитка, горизонтальные УНРС. В последние годы внедряют УНРС для отливки тонких слябов, разрабатываются наклонно-криволинейные установки. В зависимости от количества одновременно отливаемых слит­ков УНРС могут быть одно-, двух- и многоручьевыми. Вертикальные УНРС

На рис. 168 показана схема одной из вертикальных УНРС, располагаемой частично в колодце и частично в надземном сооружении. Из сталеразливочного ковша сталь поступает в промежуточный, а из него в кристаллизатор с вертикальными стенками, совершающий возвратно-поступательное движение вверх—вниз. После выхода из кристаллизатора слиток с жид­кой сердцевиной движется вниз через зону вторичного охлаждения, включающую систему форсунок и опорные устрой­ства, которые могут быть выполнены в виде роликов или брусьев и предотвращают выпучивание корки слитка.

В установке, показанной на рис. 168, верхние опорные устройства выполнены в виде расположенных вдоль слитка чугунных брусьев, по которым скользит слиток. Ниже брусьев расположены опорные вращающиеся ролики (непривод­ные). Для облегчения монтажа и ремонта группы брусьев или роликов объединяют общим каркасом в отдельные секции. В машинах для отливки слитков квадратного или близкого к

 

Рис. 168. Схема УНРС вертикально­го типа:

1 — сталеразливочный ковш; 2 — промежуточный ковш; 3 — кристал­лизатор; 4 — опорная рама крис­таллизатора; 5 — механизм качания кристаллизатора; 6 — секции опор­ных брусьев; 7 — механизмы прижа­тия и перемещения брусьев и роли­ков; 8 — опорная колонна; 9 — секции опорных роликов; 10 — тя­нущая клеть; 11 — газорезка; 12 — путь подъемной тележки; 13 — те­лежка для подъема слитков

квадрату прямоугольного сечения опорные устройства расположены со всех четырех сторон слитка; при отливке плоских слитков — вдоль двух широких граней слит­ка. В машинах для отливки плос­ких слитков один ряд опорных ус­тройств закреплен жестко, а дру­гой снабжен механизмом перемеще­ния, что позволяет изменять тол­щину отливаемого слитка.

За зоной вторичного охлаждения расположена одна или две тянущие клети, которые обеспечивают вытягивание и регулирование скорости движения слитка, а также пред­отвращают проскальзывание слитка вниз. Каждая клеть сос­тоит из двух или трех пар валков, соединенных с приводом и прижимаемых к слитку гидроцилиндрами.

Ниже тянущих клетей движущийся слиток разрезают на куски мерной длины с помощью газорезки. Отрезанные заго­товки падают в корзину (тележку), которая, двигаясь по наклонным рельсам, поднимает заготовку до уровня пола це­ха и одновременно поворачивает ее в горизонтальное поло­жение.

Основной недостаток вертикальных УНРС — большая высо­та, обусловленная тем, что затвердевание слитка должно закончиться до его попадания в тянущую клеть и газорезку, а протяженность зоны затвердевания по высоте (глубина лунки жидкого металла) в непреывно отливаемом слитке очень велика. Высота крупных вертикальных УНРС достигает 40—45 м и для их размещения необходимо сооружение глубо-

ких колодцев и высоких зданий, что удорожает строительст­во и усложняет эксплуатацию оборудования. Другим сущест­венным недостатком является то, что необходимость ограни­чивать высоту УНРС ограничивает скорость разливки (при ее росте, как следует из приводившейся на с. 559 формулы, существенно возрастает глубина лунки жидкого металла, т.е. затвердевание может не закончиться до входа слитка в тянущую клеть и зону резки).

Криволинейные и радиальные УНРС

В установках этого типа в радиальном кристаллизаторе фор­мируется изогнутый по определенному радиусу слиток. Чтобы при последующем разгибании в слитке не образовывались трещины, радиус изгиба должен быть не менее 25-кратной толщины слитка. Обычно радиус изгиба выбирают в соответ­ствии с соотношением R = (3(Н40)д, где а — толщина слит­ка, м.

В радиальных УНРС по выходе из кристаллизатора слиток движется по дуге с постоянным радиусом. После прохождения нижней точки дуги полностью затвердевший слиток разги­бают, переводя его в горизонтальное положение.

В криволинейных УНРС слиток вначале движется по дуге, определяемой радиусом кривизны кристаллизатора, а затем еще в зоне вторичного охлаждения радиус кривизны дуги увеличивается, т.е. происходит постепенное разгибание слитка с жидкой сердцевиной с последующим переводом в горизонтальное положение. Рассредоточение деформации имеет целью снизить возникающие при этом в корке слитка напряжения и вероятность возникновения трещин.

Большая часть криволинейных УНРС предназначена для отливки слитков прямоугольного сечения, схема подобной машины для отливки слябов представлена на рис. 169. Жид­кая сталь из сталеразливочного ковша поступает в промежу­точный, а затем в радиальный кристаллизатор, снабженный механизмом качания. После выхода из кристаллизатора сли­ток, проходя через зону вторичного охлаждения, движется по роликовой проводке, образованной верхним и нижним ря­дами роликов. У узких торцевых граней ролики имеются лишь вблизи кристаллизатора. Для удобства замены при ремонтах группы соседних верхних и нижних роликов объединены в отдельные секции, где в общем каркасе смонтировано от 2

 

Рис. 169. Криволинейная слябовая УНРС:

'3 рабочая -4 площадка

\ш»жш,

1 — сталеразливочный ковш; 2 — промежуточный ковш; 3 — кристал­лизатор; 4 — опорная рама крис­таллизатора; 5 — механизм качания кристаллизатора; 6, 7, 9 — секции роликовой проводки (соответствен­но четырнадцати-, десяти- и че-тырехроликовые); 8 — опорные бал­ки; 10 — механизм прижатия и пе­ремещения роликов; 11 — газорез­ка; 12 — рольганг

до 7 пар роликов. Каждая секция опирается на фундамент, при этом нижний ряд роликов является неподвижным (базо­вым), а верхний снабжен пружинным или гидравлическим ме­ханизмом прижатия к слитку и механизмом перемещения, что позволяет изменять толщину отливаемого слитка.

Верхняя часть роликовой проводки предотвращает выпу­чивание корки слитка. Приводными, обеспечивающими движе­ние и разгибание слитка, обычно выполняют ролики нижнего ряда. При этом ролики, расположенные вблизи кристаллиза­тора обычно являются неприводными, на участке с постоян­ным радиусом кривизны лишь некоторые ролики соединены с приводом, а на участке разгибания и выпрямления все или почти все ролики приводные. В связи с тем, что по мере увеличения толщины затвердевающей корки жесткость слитка возрастает, диаметр роликов по мере отдаления от кристал­лизатора увеличивается. Так при отливке слитков толщиной 300 мм диаметр роликов от 150—200 мм у кристаллизатора возрастает до 480—600 мм на горизонтальном участке.

Машины конструируют так, что горизонтальноое движение слитка осуществляется на уровне пола цеха. На этом же участке производят резку слитка на куски мерной длины. Максимальный радиус существующих УНРС этого типа при отливке слитков толщиной до 350 мм составляет 12 м.

Основные преимущества этих машин по сравнению с верти­кальными: меньшая высота, что снижает стоимость сооруже­ния УНРС и здания цеха; возможность повышения скорости разливки, поскольку газорезку можно установить далеко от кристаллизатора и благодаря этому допустимо существенное увеличение глубины лунки жидкого металла в слитке; воз­можность резки слитка на куски большой длины. По этим причинам в последние годы почти отказались от сооружения вертикальных УНРС и строят преимущественно криволинейные и радиальные.

УНРС с изгибом слитка

УНРС этого типа (рис. 170, а) имеют вертикальный кристал­лизатор и вертикально направленную систему вторичного охлаждения с расположенной за ней тянущей клетью, которые не отличаются от аналогичных устройств машин вертикально­го типа. Далее движущийся слиток изгибают, переводя в горизонтальное положение при помощи ролика, установленно­го за тянущей клетью. Затем слиток поступает в выпрямляю­щие валки, за которыми располагают газорезку. Подобные машины применяют при отливке слитков небольшой толщины (< 150 мм), поскольку при большей толщине из-за необходи-

Рис. 170. Схема УНРС с изгибом
затвердевшего слитка (а) и верти­
кально-радиальной УНРС (б):
1 — промежуточный ковш; 2 — вер­
тикальный кристаллизатор; 3 - ме­
ханизм качания кристаллизатора;
4 — опорные ролики; 5 — тянущая
клеть; 6 — изгибающий валок; 7 —
слиток; 8 — тянуще-правильная
клеть; 9 - газорезка; 10-12 -
участки роликовой проводки соот­
ветственно вертикальный, изгибаю­
щий и радиальный; 13 — правильная
"• & машина

мости иметь большой радиус изгиба не достигается заметно­го снижения высоты по сравнению с вертикальной УНРС.

Вертикально-радиальные УНРС

Установки подобного типа имеют (рис. 170, б) вертикальный кристаллизатор и расположенный ниже него небольшой по вы­соте (менее 3—4 м) вертикальный участок зоны вторичного охлаждения, включающий опорные ролики и форсунки для по­дачи на слиток распыленной воды. Далее расположена секция валков, изгибающих слиток с жидкой сердцевиной по дуге с определенным радиусом и затем радиальная роликовая прово­дка. После прохождения нижней точки дуги слиток попадает в тянуще-правильные валки, которые переводят его в гори­зонтальное положение, затем слиток разрезают газорезкой.

Основное достоинство этих установок по сравнению с криволинейными и радиальными — более простые в изготовле­нии и обслуживании прямолинейные кристаллизатор и верх зоны вторичного охлаждения, хотя общая высота установки несколько больше, чем УНРС радиального типа (на 2-4 м).

Горизонтальные УНРС

Работа большинства установок горизонтального типа основа­на на периодическом вытягивании слитка из неподвижного кристаллизатора.

Технологическая ось машин этого типа расположена гори­зонтально или наклонена на угол до 15° к горизонтали. Сталь из разливочного ковша поступает (рис. 171) в футе­рованный металлоприемник и далее в жестко соединенный с

Рис. 171. Схема горизонтальной УНРС:

/ — сталеразливочный ковш; 2 — металлоприемник; 3 — огнеупорное раздели­тельное кольцо; 4 — кристаллизатор; 5 — зона вторичного охлаждения; 6 — во­дяные форсунки; 7 - слиток; 8 — механизм вытягивания слитка; 9 - газорезка; 10 — рольганг

 

ним кристаллизатор через разделительноое кольцо 3, отвер­стие в котором немного меньше размера полости кристалли­затора. Разделительное кольцо должно быть стойким против тепловых ударов и размывания потоком металла, быть мало­теплопроводным, чтобы здесь не застывала сталь, и к нему не должен прилипать затвердевающий металл; чаше раздели­тельное кольцо делают из нитрида бора.

После кристаллизатора затвердевший по периферии слиток попадает в зону вторичного охлаждения, которая представ­ляет собой рольганг с системой водяных форсунок; опорные устройства обычно отсутствуют, поскольку из-за малого ферростатического давления выпучивание корки слитка не происходит. Далее расположен механизм периодического вы­тягивания слитка. Механизм перемещает слиток вперед на 10—50 мм, затем возвращается назад, после чего цикл пов­торяется; во время обратного движения механизма слиток остается неподвижным, либо несколько осаживается назад. Число циклов изменяется от 20 до 200 в минуту. Периоди­ческое вытягивание слитка заменяет качание кристаллизато­ра, используемое на вертикальных и криволинейных машинах для предотвращения зависания и разрывов корки слитка в кристаллизаторе. За механизмом вытягивания расположена газорезка и рольганг с приводными роликами для транспор­тировки отрезанных заготовок на склад.

Горизонтальные УНРС применяют для отливки сортовых слитков квадратного сечения и прямоугольного сечения, близкого к квадратному толщиной до 200 мм и круглых заго­товок диаметром до 330 мм; скорость разливки 4м/мин.

Горизонтальные УНРС из-за малой высоты вписываются в габариты любого цеха и предназначены црежде всего для ус­тановки в существующих цехах при замене разливки в излож­ницы на непрерывную разливку. Помимо возможности размеще­ния в существующих цехах достоинства горизонтальных УНРС: небольшие капитальные затраты вследствие малой высоты и меньшего количества оборудования; свободный доступ персо­нала ко всем узлам УНРС вследствие их размещения на уров­не пола цеха; отсутствие необходимости регулировать рас­ход металла в кристаллизатор, поскольку он определяется скоростью вытягивания слитка; удаление поверхности жидко­го металла из кристаллизатора, что исключает в слитке де­фекты из-за окисления и охлаждения поверхности металла. 566

УНРС для отливки тонких слябов

Большинство существующих слябовых УНРС служат для отливки плоских слитков толщиной 200-300 мм, которые в последую­щем прокатывают на лист. В последние годы в связи с не­обходимостью повышения экономичности производства пришли к выводу о целесообразности отливки значительно более тонких заготовок, для прокатки которых требуются менее мощные станы, что значительно снижает энергозатраты и другие издержки. Начата эксплуатация и сооружают новые УНРС для получения слябов толщиной от 30—40 до 70-80 мм.

УНРС для отливки тонких слябов — это в большинстве случаев установки с изгибом слитка, т.е. они имеют верти­кальные кристаллизатор и зону вторичного охлаждения и за ними изгибающий ролик, после которого слиток движется по дуге, попадая в выпрямляющие валки. Далее выпрямленный слиток движется в горизонтальном направлении и его разре­зают на куски мерной длины.

Проблема создания подобных установок связана в основ­ном с трудностью осуществления подвода жидкого металла в кристаллизатор, поскольку диаметр погружного разливочного стакана превышает ширину полости кристаллизатора. Решают эту проблему двумя способами. Одна разновидность УНРС предусматривает применение тонких плоского сечения по­гружных стаканов ("щелевидных" стаканов); в УНРС другого типа применяют "воронкообразные" кристаллизаторы. Такой кристаллизатор имеет в нижней части плоские параллельные широкие стенки, формирующие тонкий плоский слиток, а в середине верхней части имеется воронкообразное расшире­ние, куда входит плоский погружной стакан (см. рис. 181). Формирующаяся в верхней воронкообразной части кристалли­затора оболочка слитка при его вытягивании деформируется и слиток приобретает в нижней части кристаллизатора прямоугольное сечение.

УНРС для отливки тонких слябов подразделяют также на две следующие разновидности: установки, у которых сечение выходящего из кристаллизатора слитка остается неизменным, и установки, у которых слиток с жидкой сердцевиной под­вергают обжатию, уменьшая его толщину.

Кроме того, в Германии разработана конструкция УНРС с вертикально-радиальным кристаллизатором, у которой для

облегчения ввода погружного стакана широкие стенки крис­таллизатора в верхней его части расположены вертикально, а ниже они изогнуты по дуге, формируя изогнутый слиток, движущийся далее по радиальной роликовой проводке с по­следующим выпрямлением и переводом в горизонтальное поло­жение, причем на радиальном участке слиток подвергают об­жатию.

Скорость разливки на УНРС для отливки тонких слябов достигает 4—6,5 м/мин.

Наклонно-криволинейные УНРС

Установки подобного типа разработаны недавно и ведется отработка технологии разливки на таких УНРС и совершенст­вование их отдельных узлов. По устройству такие УНРС схо­жи с криволинейными и отличаются от обычных криволинейных тем, что дугообразный кристаллизатор установлен (см. рис. 166, е) наклонно, т.е. так, что его условная про­дольная ось наклонена на угол 40-45° к горизонтали. После выхода из кристаллизатора движущийся слиток разгибают в нескольких точках, переводя в горизонтальное положение.

Благодаря наклонному расположению кристаллизатора такие УНРС имеют (рис. 166, е) значительно меньшую высо­ту, чем обычные криволинейные и считаются перспективными для установки в существующих сталеплавильных цехах при внедрении непрерывной разливки вместо разливки стали в изложницы.

Основные узлы УНРС

Ниже описаны основные узлы, используемые на широко рас­пространенных УНРС с вытягиванием слитка из кристаллиза­тора.

Промежуточный ковш, обеспечивающий подвод жидкого ме­талла из сталеразливочного ковша в кристаллизатор— это ковш небольшой (менее 1,6 м) высоты с одним, а на много­ручьевых УНРС с несколькими разливочными стаканами, как правило, имеющими стопора; ковш вмеещает от 8—10 до 15 % массы металла в сталеразливочном ковше. Помимо подвода жидкого металла в кристаллизатор промежуточный ковш обес­печивает постоянство условий подачи металла в кристалли­затор в течение всей разливки, т.е. одинаковый и неболь­шой напор струи металла, поступающего в кристаллизатор

(за счет поддержания в ковшв| постоянного уровня металла высотой 0,6—1,2 м); регулирование стопором скорости пода­чи металла в кристаллизатор; подачу металла в несколько кристаллизаторов на многоручьевых УНРС; разливку по мето­ду "плавка на плавку" (запас металла в промежуточном ков­ше позволяет продолжать разливку в периоды, когда опорож­ненный сталеразливочный ковш заменяют новым).

На сортовых УНРС для отливки слитков малого сечения (менее 125x125 мм) иногда применяют промежуточные ковши со стаканами-дозаторами без стопоров. Постоянство уровня металла в кристаллизаторе поддерживают при этом измене­нием скорости вытягивания слитка из кристаллизатора (ско­рости разливки).

Промежуточный ковш по устройству схож с аналогичными ковшами для разливки стали в изложницы (см. рис. 159); в поперечном сечении промежуточные ковши чаще всего имеют форму вытянутого прямоугольника, чтобы обеспечить на мно­горучьевых УНРС подачу металла в несколько кристаллизато­ров, обычно располагаемых в одну линию. Футеровка ковша имеет арматурный слой из шамотного кирпича и рабочий слой из шамотного кирпича или из огнеупорной массы (набивной, наливной, либо нанесенной путем торкретирования). Рабочий слой заменяют после разливки одной—пяти плавок.

Для снижения теплопотерь ковши накрывают футерованными крышками, а до начала разливки футеровку прогревают до температуры 900-1200 °С.

Кристаллизатор является важнейшим конструктивным эле­ментом УНРС; он должен обеспечить быстрое формирование достаточно толстой и прочной корки слитка без дефектов. Для обеспечения этого и предотвращения расплавления само­го кристаллизатора при подаче в него жидкой стали, стенки кристаллизаторов делают водоохлаждаемыми, а внутреннюю их часть, соприкасающуюся с жидким металлом, выполняют из меди. Медь, несмотря на ее легкоплавкость (температура плавления 1083 °С) и невысокую твердость и прочность, применяют потому, что благодаря высокой теплопроводности она быстро передает тепло охлаждающей воде и даже при контакте с жидкой сталью не перегревается и сохраняет прочность.

Применяют кристаллизаторы трех типов: блочные, гильзо­вые и составные. Блочные кристаллизаторы делают из ко-

ваного или литого медного блока, толщина их стенок сос­тавляет 150—175 мм. В стенках блока сверлят продольные отверстия для охлаждающей воды. Гильзовые кристаллизаторы делают из медной гильзы (трубы) с толщиной стенки 6—20 мм, которую закрепляют в наружном стальном кожухе. Охлаждающая вода проходит по узкой (около 5 мм) щели меж­ду медной и стальной стенками со скоростью 6—7,5 м/с. Блочные и гильзовые кристаллизаторы применяют для отливки слитков небольшого сечения (менее 200x200 мм).

Рис. 172. Составной кристаллизатор с петлевой системой охлаждения для от­ливки плоских слитков:

Наибольшее распространение получили составные (сбор­ные) кристаллизаторы, которые выполняют из четырех от­дельных стенок, скрепленных в одно целое с помощью спе­циальных стяжных устройств. Общий вид одной из разновид­ностей подобных кристаллизаторов показан на рис. 172 (кристаллизатор для отливки слитков плоского сечения). Каждая стенка составного кристаллизатора состоит из мед­ной и стальной пластин (плит), скрепленных друг с другом с помощью шпилек. Медная плита обеспечивает быстрый теп-лоотвод, стальная — придает стенке прочность и при боль­ших размерах плиты ее делают литой с ребрами жесткости (рис. 172, 11).

Составные кристаллизаторы подразделяют на тонкостенные и толстостенные. Первые (рис. 173, а) имеют медную плас­тину толщиной 10—20 мм, причем в медной или стальной пластине вырезаны продольные канавки для охлаждающей воды так, что вода в них движется между медной и стальной пластинами. Недостаток таких кристаллизаторов в том, что в результате напряжений, возникающих из-за разности тем­ператур жидкой стали и охлаждающей воды, медные пластины малой толщины сравнительно легко коробятся, что вызывает их усиленный износ вытягиваемым слитком и неравномерное прилегание различных участков стенок кристаллизатора к поверхности слитка. Последнее способствует возникновению поверхностных трещин (продольных, паукообразных и иногда поперечных) и ужимин на слитке. По этой причине применяют в основном толстостенные кристаллизаторы, имеющие медные плиты толщиной 50—100 мм, в которых просверлены (см. рис. 173, б) круглые продольные каналы для охлаждающей воды обычно диаметром 20 мм. Благодаря меньшему коробле­нию толстых медных плит стойкость толстостенных кристал­лизаторов значительно выше, чем тонкостенных и снижается пораженность слитка поверхностными дефектами.

Форма поперечного сечения внутренней полости кристал­лизатора определяется сечением отливаемого слитка. Высоту кристаллизатора выбирают такой, чтобы за время пребывания в нем металла успела сформироваться достаточно прочная (толщиной 10—25 мм) наружная оболочка слитка; эта высота составляет 0,7—1,2 м. Внутреннюю рабочую поверхность сте-