Партнерский проект с компанией Руспроектэксперт

Тел.: 8-495-771-14-07

Проектирование


E-mail и смс рассылка - все для Вашего бизнеса!

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ ЗАГОТОВОК, БЛИЗКИХ ПО-РАЗМЕРАМ К ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ

Одним из перспективных направлений будущего развития металлургических заводов является замена традиционной технологии производства листов и рулонов, основанной на непрерывной разливке толстых слябов, на новые процессы, обеспечивающие снижение капитальных затрат, расхода энергии и сокращение ц икла производства от выплавки стали до готовой продукции

Таким новым процессом, разработанным в последнее время в ряде стран, является совмещенный процесс непрерывной разливки тонких слябов и их' прокатки в линии на непрерывном полосовом стане. Существует несколько разновидностей этого процесса — отливка в конический вертикальный кристаллизатор (разработка фирмы "SMS", Германия), отливка в вертикальный кристаллизатор постоянного сечения с последующим обжатием сляба в зоне вторичного охлаждения как с жидкой фазой, так и после полного затвердевания (разработка фирмы "Маннесманн — Демаг", Германия) и отливка в конический радиальный кристаллизатор с последующим обжатием в зоне вторичного охлаждения (разработка фирмы "Даниэли и Ко", Италия).

Для реализации преимуществ непрерывной отливки тонких сечений требуется решить ряд теоретических и практических задач. Рассматриваемая технология в теоретическом плане основана на объединении процессов кристаллизации металла и формоизменения затвердевающего слитка. Не только эта, но и рад других разрабатываемых перспективных технологий, также связаны с деформацией кристаллизующегося металла: например, от ливка полосы на двухвалковой установке, получение профильных заготовок и др.

Для разработки технологии в ЦНИИЧМе создан комплекс компьютерных программ. Применение таких математических моделей, построенных на современных представлениях о физических явлениях, особенно необходимо при разработке новых технологий. В оптимальном случае такие модели позволяют количественно установить наиболее выгодные значения параметров.

При непрерывной разливке стали через кристаллизатор переменного сечения в нижней его части предусматривается прямоугольная форма, отвечающая окончательным размерам сляба. Для математического описания поведения оболочки слитка в таком кристаллизаторе необходим более детальный по сравнению с известными решениями анализ сложных условий нарастания оболочки слитка при ее деформации на участке относительно небольшой протяженности (длина конической части кристаллизатора лежит в пределах 0,5— 1,0 м) при высокой скорости разливки 5 — 6 м/мин. В таких условиях значительное влияние на кинетику нарастания оболочки оказывают перегрев жидкой стали, конвективные и гидродинамические потоки в жидкой лунке, которые замедляют рост корки на начальном этапе и ускоряют на конечном этапе. Нарастание оболочки в кристаллизаторе переменного сечения сопровождается изменением ее формы, сводящимся к изгибу, ее сжатию или растяжению.

Исследование поведения кристаллизующейся оболочки, находящейся под воздействием сжимающих и растягивающих усилий, а также фер ростатического давления, показало, что на начальном этапе затвердевания возможно образование дефектов поверхности типа разрывов и складок.

Очевидно, что идеальной могла бы быть форма кристаллизатора, при которой сокращение контура кристаллизатора и оболочки одинаково. Однако практически это не может быть реализовано, так как изменение температуры оболочки по длине кристаллизатора в сильной степени зависит от скорости разливки и от ряда других факторов. Программы, созданные в ЦНИИЧМе, позволяют в принципе в зависимости от заданных технологических параметров определить оптимальный профиль кристаллизатора, обеспечивающий получение слябов высокого качества.

Другой пакет программ связан с деформацией сляба с жидкой сердцевиной в зоне вторичного охлаждения. В реализованных моделях обжатия сляба используются теории вязкопластической или упругопластической деформации металла и аппарат теории прокатки. Особенность задач состоит в том, что необходимо учитывать значительное изменение температуры по объему деформируемого металла, а также влияние жидкой и двухфазной зон в сердцевине слитка. Для определения давления на ролики, в которых производится обжатие, и усилия вытягивания сляба из зоны вторичного охлаждения важно определить сопротивление деформации* различных структурных зон. При больших значениях сечения жидкой фазы сопротивление деформации становится пренебрежимо малым. При увеличении толщины оболочки и снижении доли жидкой фазы сопротивление деформации возрастает. Так как в зоне вторичного охлаждения можно управлять тепловыми и механическими параметрами кристаллизующегося слитка, то математическая модель увязывает эти параметры с параметрами обжатия.

На практике, для заданного расположения обжимающих роликов на основании оптимизационной модели. выбирается требуемый тепловой режим охлаждения слитка и все параметры, относящиеся к обжатию: усилия давления на ролики и усилия вытягивания, предельно допустимая степень обжатия для каждой пары роликов, исходя из предотвращения образования внутренних трещин, уширение сляба и суммарное обжатие. Результаты реальных расчетов представлены на рис.1.

Кроме основных программ разработан пакет вспомогательных программ, которые помог)т при осуществлении новых процессов получить хорошее качество непрерывнолитых слябов за счет повышения механических свойств металла при высоких температурах, улучшения макроструктуры слябов и снижения содержания неметаллических включений (рис.2).

По заказам и предложениям фирмы "Ньюкор" (США) и фирмы "Даниэли" (Италия) разработанные программы использовались для расчета оптимальной формы кристаллизатора переменного сечения и обжатия сляба в зоне вторичного охлаждения.

Применительно к отливке тонких слябов и лент в ЦНИИЧМе была разработана новая конструкция установки, имеющая название "Collets" (латинская транскрипция словосочетания КолесоТонкая сляба), в которой также может производиться обжатие слитка с жидкой фазой.

Принципиальное отличие установки "Collets" от существующего типа колесноленточных установок заключается в возможности перемещения барабанакристаллизатора относительно охватывающей барабан ленты в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Это позволяет изменять толщину сляба на выходе от максимальной, равной толщине зазора на мениске металла (в этом случае обжатия не происходит), до минимальной, равной 5 — 10 мм.

Установка "Collets" (рис.З) состоит из водоохлаждаемого барабанакристаллизатора i, длиной, равной ширине отливаемого сляба. Центр вращения Ох может перемещаться на величину X и Y. К торцам барабана прижимаются плоские реборды 2 с центром вращения 02. Реборды охватываются металлической лентой на величине сектора с центральным углом 90 — 180 град (при угле 180 град несколько усложняется конструкция установки, но феррос татическое давление на выходе снижается до нуля и имеется возможность повысить производительность установки). Барабан и реборды имеют самостоятельные приводы вращения.

В процессе разливки перемещением барабана устанавливается необходимая толщина отливаемого сляба. При этом торцевые грани сляба претерпевают деформацию сжатия, на них воздействуют силы трения о реборды. Для уменьшения толщины торцевых граней и снижения усилий для их деформации разработаны средства уменьшения теплоотвода от узких граней в сторону реборд.

Уменьшение ферростатического давления на выходе сляба из кристаллизатора, а также отсутствие трения скольжения между широкими гранями сляба и поверхностями барабана и ленты обеспечивают разливку с высокими скоростями и высокой производительностью, которая увеличивается с уменьшением толщины сляба.

На рис.4 приведен график, позволяющий производить выбор технологических параметров процесса разливки на установке "Collets".

Отличительными параметрами установки являются: отсутствие трения оболочки сляба о рабочие стенки кристаллизатора; малая величина ферростатического давления на выходе из установки (или равна нулю); простота выверки и настройки оборудования технологической оси; возможность изменения толщины сляба в процессе разливки; возможность прямого совмещения установки с прокатным станом; малые габариты и вес оборудования установки.

Установка "Collets" позволяет разливать тонкие ленты и слябы при меньших капитальных затратах и заменить другие типы установок аналогичного назначения.

Таким образом, при строительстве минизаводов расширяются возможности выбора различных типов установок для производства тонких слябов и лент.

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 3, Москва 1994

Экспертиза

на главную