Непрерывная разливка стали. Технология и преимущества непрерывной разливки. Виды машин непрерывного литья заготовок.

 

Непрерывную разливку 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 странах до 97 % производимой стали.

       Наиболее распространен способ непрерывной разливки, заключающийся в том, что жидкую сталь непрерывно 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 позволит применять для их прокатки станы меньшей мощности, обеспечивая экономию затрат энергии.

       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 начальный 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.

       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. 4.6.) УНРС вер­тикального типа а, с изгибом слитка б, вертикально-радиальные в, радиальные г, криволинейные д, наклонно-криволинейные е, горизонтальные ж.

 

Рис. 4.6. Разновидности УНРС с вытягиванием слитка из кристаллизатора: 1 — кристаллизатор;

 2— отливаемый слиток

 

 

       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, полых трубных загото­вок и заготовок сложного профиля (например, двутаврового). В последние годы начали внедрять УНРС для отливки тон­ких слябов (толщиной 30 - 70 мм).

       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 имеют от трех до восьми ручьев. 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 160 мм, 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.

       Затвердевание непрерывно вытягиваемого слитка. Принципиальная схема непрерывной разливки с вытягиванием затвердевающего слитка из кристаллизатора показана на Рис. 4.7. В таком слитке можно выделить два участка активного охлаждения - кристаллизатор и зону вторичного охлаждения. Заливаемый в кристаллизатор металл при кон­такте 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.

           

 

 

       Рис. 4.7. Схема отливки и затвердевания непре­рывного слитка:

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

 

 

       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 опорные устройства (например, ролики 4, см. Рис. 4.7.), 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 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 = К∙а²∙v, где а — толщина отливаемого слитка, м; v — скорость вытя­гивания слитка, м/мин; К — коэффициент, зависящий от ве­личины отношения ширины b к толщине а слитка (при величи­не b /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 возникновение в кристаллизаторе участков неравномерности, в целом удовлетворительно подчиняется закону квадратного корня, т.е. толщину корки (см) можно определить по фор­муле , где  - длительность затвердевания, мин; — расстояние от данной точки до уровня металла в кристаллизаторе, м;  - скорость разливки, м/мин; k — коэффициент затвердева­ния, изменяющийся от 2,3 до 3,3 см/мин^0.5 (величина k 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.

       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. Этот ковш небольшой (менее 1,6 м) высоты с одним, а на многоручьевых УНРС с несколькими разливочными стаканами, как правило, имеющими стопора; ковш вмещает 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 ковше 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).

       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 ⁰С) 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 кованого 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 200х200 мм).

       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. 4.8 (кристаллизатор для отливки слитков плоского сечения).

       Рис. 4.8. Составной кристаллизатор с петлевой системой охлаждения: 1 — стяжной болт; 2 и 3 — ось и сухарь положения узкой стенки; 4 — стальная плита; 5 — водоподводящий коллектор; 6 — направление движения воды; 7 — каналы для воды в медных плитах; 8 — каналы для воды в стальных плитах; 9— медная плита; 10 — слив воды; 11— ребра жесткости; 12— опора кристаллизатора на раму механизма качания.

       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 стенок кристаллизаторов изготовляют гладкой или волнистой. Волнистая поверхность снижает пораженность слитка продольными трещинами.

       Механизм качания кристаллизатора обеспечивает в течение всей разливки возвратно-поступательное движение кристаллизатора вверх-вниз, т.е. вдоль отливаемого слитка, что необходимо для предотвращения отрыва верхней тонкой части корки от движущегося слитка вследствие трения о стенки кристаллизатора. В случае отрыва верхняя часть корки зависает на стенках кристаллизатора, а место разрыва движется с остальной частью слитка вниз, и после его выхода из кристаллизатора происходит вытекание жидкого металла в зону вторичного охлаждения (прорыв металла под кристаллизатором) с аварийной остановкой разливки. Положительное воздействие возвратно-поступательного движения объясняется следующим: в период совместного движения кристаллизатора и слитка вниз трение между ними отсутствует и затвердевающая корка слитка утолщается и упрочняется так, что при последующем движении кристаллизатора вверх она не разрывается.

       Движение кристаллизатора чаще всего осуществляют по синусоидальному закону, величина шага качания изменяется в пределах 3 — 20 мм, частота от 40 до 200—300 циклов в минуту, обычно при увеличении скорости частоту качания увеличивают.

       Зона вторичного охлаждения представляет собой располагаемую ниже кристаллизатора часть УНРС, где на поверхность движущегося слитка подают охлаждающую среду. Как уже отмечалось, в этой зоне от слитка должно отбираться тепло, выделяющееся при кристаллизации жидкого металла, а поверхность слитка не должна охлаждаться ниже 800—1000 °С. Чтобы достичь этого применяют “мягкое” охлаждение (распыленной водой, водовоздушной смесью), рассредоточивая его на большое расстояние по длине слитка (на 70—9О % протяженности жидкой фазы, т.е. металлургической длины УНРС).

       Оборудование зоны вторичного охлаждения состоит из охлаждающих и опорных устройств; обычно эта зона заключена в герметичный кожух, необходимый для улавливания пара, образующегося при испарении подаваемой на горячий слиток воды.

       Форсунки располагают между опорными роликами или брусьями в один, два, три ряда вдоль направления движения слитка в зависимости от его ширины. При отливке плоских слитков охлаждают широкие грани; у узких граней форсунки устанавливают лишь под кристаллизатором.

       Опорные устройства системы вторичного охлаждения предназначены для предотвращения деформации (выпучивания) тонкой затвердевшей корки слитка под воздействием давления вышележащих слоев жидкой стали, находящейся в центральной, незатвердевшей части слитка.

       Затравка предназначена для образования временного дна в кристаллизаторе перед началом разливки и для вытягивания первых метров отливаемого слитка. Затравка снабжена головкой, в которой имеется углубление в виде «ласточкиного хвоста» или Г-образной формы (Рис. 4.9.); сечение головки затравки соответствует сечению отливаемого слитка. Перед началом разливки затравку вводят в кристаллизатор и ее головка образует временное дно, а низ затравки находится в тянущих валках. Заливаемый в кристаллизатор металл застывает в углублении головки, обеспечивая сцепление затравки со слитком. При включении тянущих валков затравка начинает двигаться вниз и тянет за собой слиток. После выхода затравки из тянущих валков ее отделяют от слитка.

       Рис. 4.9. Затравка в кристаллизаторе перед началом разливки: а — с головкой, имеющей паз в виде ласточкиного хвоста; б — с Г-образной головкой;

1 - затравка; 2 — головка затравки; 3 — кристаллизатор

 

           

 

 

       Устройство для резки слитка на куски определенной длины (заготовки) представляет собой газорезку и реже гидравлические ножницы. Газорезка — это подвижная тележка, снабженная двумя газокислородными резаками, которые при резке перемещаются поперек слитка, а сама газорезка при этом движется вместе со слитком, сцепляясь с ним перед началом резки пневматическими захватами. После окончания резки газорезка возвращается в исходное положение, после чего цикл повторяется. Недостатком газовой резки являются потери металла, превращающегося в месте резки в окалину.

       Оборудование для быстрой смены ковшей. Современные УНРС оборудованы поворотными и иногда передвижными стендами, которые удерживают во время разливки сталеразливочный ковш над промежуточным и обеспечивают быструю замену ковшей при разливке методом “плавка на плавку”. Поворотный стенд (Рис. 4.10.) имеет располагаемую на основании 1 поворотную платформу 2, на которую через ось 6 опирается консоль 7. В подвесках 4 консоли можно установить два ковша; вертикальное перемещение ковша достигают качанием консоли, при этом тяга 3 обеспечивает плоскопараллельное движение подвесок и ковшей. При разливке методом «плавка на плавку» после опорожнения ковша 5, б стенд поворачивают на 180⁰, устанавливая тем самым второй ковш 5, а над промежуточным, и тотчас начинают подачу металла из второго ковша в промежуточный. Разливка во время поворота стенда продолжается за счет расходования металла, имевшегося в промежуточном ковше.

 

      

       Рис. 4.10. Повторный стенд УНРС: 1 — опорная станина; 2 — поворотная платформа; 3 — тяга; 4 — подвеска; 5а и 5б — сталеразливочный ковш; 6 — ось крепления консоли; 7 — консоль; 8 — промежуточный ковш; 9 — несущая рама тележки; 10 — тележка; 11 — опорные ролики; 12 — рабочая площадка УНРС

       Устройство 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. 4.11 показана схема одной из вертикальных УНРС, располагаемой частично в колодце и частично в надземном сооружении. Из сталеразливочного ковша сталь поступает в промежуточный ковш, 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.

       За зоной вторичного охлаждения расположены 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.

 

Рис. 4.11. 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

           

 

       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 непрерывно отливаемом слитке очень велика. Высота крупных вертикальных УНРС достигает 40—45 м и для их размещения необходимо сооружение глубоких 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 росте скорости 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 = (30÷40)∙а, 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. 4.12. Жид­кая сталь из сталеразливочного ковша поступает в промежу­точный ковш, 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 до 7 пар роликов.

 

 

       Рис. 4.12. Криволинейная слябовая УНРС:

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 четырехроликовые); 8 — опорные бал­ки; 10 — механизм прижатия и пе­ремещения роликов; 11 — газорез­ка; 12 — рольганг

 

 

       Верхняя часть роликовой проводки предотвращает выпу­чивание корки слитка. Приводными, обеспечивающими движениеи разгибание слитка, обычно выполняют ролики нижнего ряда.

       Машины конструируют так, что горизонтальное 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 (Рис. 4.13, 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 необходимости иметь большой радиус изгиба не достигается заметно­го снижения высоты по сравнению с вертикальной УНРС.

 

 

       Рис. 4.13. Схема УНРС с изгибом затвердевшего слитка (а) и верти­кально-радиальной УНРС (б): 1 — промежуточный ковш; 2 — вер­тикальный кристаллизатор; 3 — ме­ханизм качания кристаллизатора; 4 — опорные ролики; 5 — тянущая клеть; 6 — изгибающий валок; 7 — слиток; 8 — тянуще-правильная клеть; 9 - газорезка; 10-12 - участки роликовой проводки соот­ветственно вертикальный, изгибаю­щий и радиальный; 13 - правильная машина

 

 

       Вертикально-радиальные УНРС имеют (Рис. 4.13, 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. 4.14.) в футе­рованный металлоприемник и далее в жестко соединенный с ним кристаллизатор через разделительное 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; чаще раздели­тельное кольцо делают из нитрида бора.

 

 

       Рис. 4.14. Схема горизонтальной УНРС: 1 — 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

 

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 4 м/мин.

       Горизонтальные УНРС из-за малой высоты вписываются в габариты любого цеха и предназначены прежде 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.

       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 рту 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. 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