Машиностроение и механика

Литейно-прокатные комплексы

При сооружении этих установок используется принцип со­вмещенных процессов отливки и прокатки листовых заготовок большой длины, т.е. двух технологий — непрерывного литья заготовки, поперечное сечение которой приближается по пара­метрам к размерам готового изделия, и непосредственного со­вмещения процесса разливки с прокаткой тонкой полосы. Схе­матически это можно представить следующим образом: непрерывное литье тонких заготовок - разделение полосы - подогрев, выравнивание температуры - горячая прокатка - охлаждение, смотка

Литейно-прокатные комплексы с тонкослябовыми (с толщиной заготовки до 100 мм) МНЛЗ начали сооружать в начале 90-х годов и в настоящее время их количество составляет более 1000 шт.

Другим вариантом получения листового проката являются установки непрерывной отливки полосы. Патент на прямую отливку полосы с подачей металла в за­зор между двумя вращающимися валками получен в 1866 г. Генри Бессемером.

Технология прямой отливки полосы обладает многими пре­имуществами, но прежде всего она исключает такие операции традиционного процесса, как отливка и зачистка слябов, по­вторный нагрев и горячая прокатка. В результате значитель­но сокращаются капитальные вложения, связанные с оборудо­ванием, и уменьшаются примерно на 85% энергозатраты по сравнению с традиционной технологией.

Из всех валковых машин в настоящее время находятся в эксплуатации только двухвалковые машины (рисунок 36). В этих установках кристаллизатор состоит из двух валков, расположенных непосредственно под промежуточным ковшом и вращающихся в противоположных направлениях. Жидкая сталь поступает в пространство между валками и при контак­те с поверхностью валков кристаллизуется, образуя корочки, которые двигаются вместе с поверхностью и выходят из вал­ков в форме листа, толщина которого определяется расстоя­нием между валками, а ширина — боковыми стенками крис­таллизатора.

Очень важная проблема — отвод тепла из зоны кристал­лизации, скорость потока которого составляет 10² —10⁴ °С/с. Вначале валки изготавливали из стали, затем из меди, сейчас наиболее широко используют сплав меди с хромом, в некото­рых случаях с покрытием поверхности валка никелем, что обес­печивает высокую теплопроводность и достаточную механи­ческую прочность инструмента. Для отвода выделяющегося тепла валки охлаждают водой.

Серьезную проблему представляет конструкция боковых стенок, которые должны удерживать жидкую сталь, предотв­ращая ее прорывы из кристаллизатора, и обеспечивать одина­ковую температуру металла около стенок и в средней части кристаллизатора, чтобы исключить деформацию кромок лис­та. В качестве материала боковых стенок используют нитрид бора или кремния.

Проводятся исследования по удержанию ванны жидкой стали с помощью электромагнитного поля.

Еще одна важная задача — получить лист заданной толщи­ны. Расширение валков при нагреве приводит к уменьшению зазора. Если при отливке сляба толщиной 150 мм изменение ширины на 1 мм несущественно и при горячей прокатке испра­вимо, то при отливке 2-3мм листа оно недопустимо. Следует, безусловно, избегать образования трещин и морщин на поверх­ности листа, так как при отливке тонкого листа трещина глубиной 1 мм может оказаться сквозной.

Продолжительность непрерывной разливки зависит глав­ным образом от срока службы прижимных боковых плит-уплотнителей (ограничителей жидкой ванны). Последние из­готавливают из несмачиваемых сталью композитных материа­лов. Износ использованных на установке плит составлял 0,5 и 1,3 мм/км полосы при отливке соответственно тонкой (2,8 мм) и толстой (4,2 мм) полос. Максимальный срок соответственно 100 и 129 мин (при разливке 90-т плавки).

Расчетная стойкость никелевого покрытия роликов отве­чает разливке 3 — 7 тыс.т стали в зависимости от толщины от­ливаемой полосы.

Технологическая схема получения тонкого листа с применением двухвалковых МНЛЗ позволяет в 8—10 раз снижать затраты энергетических ресурсов, в 40—50 раз сократить потери металла в окалину, в 5—10 раз повысить производительность труда, в 10—20 раз снизить выбросы парниковых газов при существенном уменьшении затрат на капитальное строительство, что обеспечивает экономическую мотивацию в части его дальнейшего развития и совершенствования. Сравнение энергозатрат при различных вариантах производства полосового проката приведено на рисунке 37.