Машины непрерывного литья заготовок

Способ непрерывного литья заготовок является одним из наиболее важных достижений металлургии XX века и за сравнительно короткий период времени получил самое широкое распространение в мировом сталеплавильном производстве. Он коренным образом изменил не только процесс разливки стали, но и все металлурги­ческое производство. Сейчас примерно 40 % мировой выплавки стали разливается на машинах непрерывного литья загото­вок (МНЛЗ).

Принцип непрерывной разливки заключается в том, что жидкую сталь из ковша заливают в интенсивно охлаждаемую сквоз­ную форму прямоугольного или квадратного сечения — кристаллизатор, где происходит частичное затвердевание непрерывно вытягиваемого слитка, дальнейшее его затвердевание происходит при прохождении зоны вторичного охлаждения. Процесс непре­рывного литья позволяет получать заготовки (после резки) для прокатных станов, а также его можно совместить с непрерывной прокаткой в одном агрегате.

Основные преимущества непрерывного литья стали по сравне­нию с разливкой в изложницы заключаются в следующем. От­падает необходимость в большом парке изложниц и сталеразливочных тележек, в применении стрипперных кранов и стационар­ных машин для извлечения слитков из изложниц, установок для охлаждения и подготовки составов с изложницами под разливку, в установке центровых и поддонов, а также блюмингов и слябин­гов, а в" ряде случаев и заготовочных станов. Снижаются эксплу­атационные расходы и затраты электроэнергии, повышается выход годного металла вследствие минимальных потерь металла в скрап; ликвидации литников, резкого уменьшения расхода металла на обрезь в прокатных цехах и т. д. Значительно повышается качество металла вследствие уменьшения поверхностных пороков и улучшения структура слитка. Процесс непрерывного литья поддается полной автоматизации.

Машины непрерывного литья заготовок делятся на пять основ­ных типов: вертикальные, вертикальные с изгибом слитка, ра­диальные, криволинейные и горизонтальные.

Начало промышленного применения непрерывного литья поло­жили машины вертикального типа, у которых кристаллизатор, роликовая проводка, тянущее и режущее устройства расположены по вертикали на высоту 23—35 м, а в ряде случаев и до 43 м. Машины вертикального типа позволяют получать слитки высо­кого качества, однако их широкому использованию препятствуют присущие им крупные недостатки — большая высота и низкая скорость литья- С целью уменьшения высоты здания и возмож­ности подачи сталеразливочных ковшей к рабочей площадке вертикальные МНЛЗ выполняют с расположением концевой части машины в железобетонном колодце. Помимо удорожания стро­ительства, это приводит к необходимости применения сложных систем выдачи заготовок из колодца. Повышение скорости литья путем увеличения длины зоны кристаллизации слитка на вер­тикальных машинах не может быть реализовано, так как с увеличением высоты возникает большое ферростатическое давление, приводящее к выпучиванию корки слитка и ее разрушению с про­рывом наружу жидкой фазы.

Создание машин с изгибом слитка роликами на выходе из тянущего устройства и переводом его в горизонтальную плоскость не дало ощутимого уменьшения высоты машины, но усложнило ее конструкцию.

В настоящее время МНЛЗ вертикального типа с изгибом слитка не устанавливают. Исключение составляют вертикальные машины для литья пустотелых трубных заготовок и слитков специальных профилей, которые будут применяться в силу специфических условии кристаллизации металла в этих случаях.

Машины горизонтального типа из-за недостаточной отработки узлов и технологического процесса не получили широкого рас­пространения, однако неоспоримые преимущества - минимальная высота машины и отсутствие деформаций слитка при литье — делают их перспективными.

Наиболее широкое применение получили радиальные машины, отличающиеся от машин вертикального типа и с изгибом слитка меньшей высотой (рис.6) и повышенной скоростью литья.

Рисунок 6 – Схемы сопоставления высот МНЛЗ заготовок различного типа:

а - вертикального; б - с изгибом слитка; в - радиального

 

Повышения скорости литья в радиальных машинах достигают увеличением про­тяженности зоны кристаллизации путем увеличения радиуса технологической оси, причем увеличение радиуса и высоты машины на единицу длины дает в l,5 раза большее приращение длины радиального участка.

МНЛЗ криволинейного типа отличаются от радиальных машин наличием переходного криволинейного участка между радиаль­ным и прямолинейными участками технологической линии.

 

Специальная часть

Производительность конвертора. Работу конвертора характеризуют годовой, а так же часовой производительностью. Годовую производительность в слитках (т/год) можно подсчитать по следующей формуле:

Емкость конвертера проектируемого цеха:

 

 

где П_г – годовая производительность цеха, т/год;

τ – длительность плавки, мин.;

1440 – число минут в сутках;

k – коэффициент выхода годного;

m – число рабочих суток в году, 365·0,8 = 292 сут/год.

 

Принимаем емкость конвертора 300 т.

 

Расчет потребного количества основного технологического оборудования

Число плавок в цехе за сутки:

 

 

где n – число конвертеров;

τ – продолжительность одной плавки;

k_и- коэффициент использования оборудования.

 

Число завалочных кранов определяется по формуле:

 

 

где А – число плавок в цехе за сутки, пл/сут.;

q_i – задолженность крана на загрузку совков, мин/пл, составляет 18-19 мин;

k_и- коэффициент использования крана, k_и=0,8.

 

Емкость совков для лома:

,

 

где d_л = 0,25– доля лома в составе металлошихты;

0,9 – выход жидкой стали;

γ = 1т/м³ – насыпная масса металлического лома.

 

Число совков для лома:

 

 

где к₃ = 1,15 – коэффициент запаса;

2 – учитывает загрузку лома двумя совками;

τ_об – длительность цикла оборота совка, ч., принимается в пределах 2,5 – 5 часов;

24 – число часов в сутках.

 

Число скраповозов, которые перевозят совки из шихтового пролета в загрузочный:

 

 

где τ_об – продолжительность цикла оборота скраповоза, которую принимают в пределах 15-35 минут.

 

Число заливочных кранов определяем по формуле:

 

 

где к_в =1,1 – коэффициент, учитывающий выполнение вспомогательных работ;

к_и = 0,8 – коэффициент использования крана;

q_i = 6…8 мин. – задолженность крана на заливку чугуна.

 

Число сталеразливочных ковшей:

 

 

где n_об – число ковшей, находящихся в обороте;

n_рем – число ковшей, находящихся в ремонте,

k₃= 1,2-1,3 – коэффициент запаса ковшей.

 

Число ковшей в обороте:

 

 

где τ_об – продолжительность оборота ковшей, зависит от организации работ в цехе и составляет 2,5 – 4 часа для ковшей емкостью 100-200т.

 

Число ковшей, находящихся в ремонте:

 

,

 

где n_ср, n_кап – соответственно число ковшей в среднем и капитальном ремонтах, шт.

 

Число ковшей, находящихся в капитальном ремонте, очень мало и им можно пренебречь.

Число ковшей, находящихся в среднем ремонте:

 

 

где τ_ср – продолжительность среднего ремонта, составляет 16-40 ч., зависит от емкости ковша и организации ремонта в цехе;

   α – стойкость футеровки ковша, можно принимать в пределах 8-16 плавок;

Итак, число сталеразливочных ковшей:

 

 

 

Число заливочных кранов:

где к_в =1,1 – коэффициент, учитывающий выполнение вспомогательных работ;

к_и = 0,8 – коэффициент использования крана;

q_i = 1 час – задолженность крана на разливку чугуна.

 

Линейная скорость разливки стали:

где k_с = 0,24 – коэффициент, учитывающий марку разливаемой стали;

  a и b – соответственно толщина и ширина отливаемой заготовки, м.

Определяем объем разливки стали в сутки:

Масса разливаемой стали в сутки:

Число ручьев МНЛЗ составит:

Определяем длительность разливки одной плавки:

Годовая производительность одной МНЛЗ при работе с паузами:

где G – масса стали в сталеразливочном ковше, т.,

К – выход годного, в пределах 0,95-0,98;

m – число рабочих суток машины в году, принимают в пределах 291-295 сут/год;

τ_м – время разливки одной плавки (машинное время), мин.;

τ_п – время между разливкой двух последовательных плавок, для МНЛЗ, принимается 40 мин

 

 

 

Приложение А

Схема технологических линий кислородно-конвертерного производства стали

Список использованной литературы

[1] В.Г. Воскобойников, В.А. Кудрин, А.М. Якушев Учебник для ВУЗов «Общая металлургия» Москва «Металлургия» 2000

[2] Целиков А. И., Полухин П. И., Гребеник В. М. и др. Уебник для ВУЗов «Машины и агрегаты металлургических заводов». В 3-х томах. Т. 2 Москва «Металлургия» 1988