Введение в линию по производству заготовок
Линия производства заготовок — важнейшая часть сталеплавильного процесса. Заготовки представляют собой цельные квадратные или прямоугольные стальные профили, служащие сырьем для широкого ассортимента готовой стальной продукции, такой как арматура, катанка, фасонный прокат и бесшовные трубы.
Основным методом производства заготовок на современных сталеплавильных заводах является непрерывная разливка, хотя существуют и более старые методы, такие как литье в слитки и прокатка. Мы сосредоточимся на методе непрерывной разливки, поскольку он наиболее распространен и эффективен.
Производственная линия машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) — это ключевое оборудование, которое непрерывно разливает расплавленную сталь из сталеплавильных печей в стальные заготовки (такие как слябы, квадратные, круглые, фасонные и т. д.). Она служит основным звеном, связывающим сталеплавильное и прокатное производство в чугунолитейном производстве. Используя технологию непрерывной кристаллизации, она заменяет традиционный процесс «слиток — первичная прокатка». Обладая такими преимуществами, как высокая эффективность производства, низкое потребление энергии, высокий выход металла и стабильное качество продукции, он является одним из отличительных признаков оборудования в современном производстве стали.
I. Основные узлы машин непрерывного литья заготовок
Машины непрерывной разливки стали состоят из нескольких подсистем, работающих согласованно. Основные компоненты включают в себя:
1. Система приёма и транспортировки расплавленной стали
Ковш: удерживает расплавленную сталь, транспортируемую из сталеплавильных печей (конвертеров, электропечей и т. д.). Он представляет собой стальной корпус, футерованный огнеупорными материалами, с нижним подвижным стаканом, регулирующим поток расплавленной стали. Производительность зависит от производительности сталеплавильного цеха (например, 100 т, 200 т, 300 т).
Поворотный стол ковша: поддерживает ковш и обеспечивает его вращение на 180°, перемещая расплавленную сталь из положения удержания в положение разливки (над промежуточным ковшом), обеспечивая бесперебойность процесса непрерывной разливки из нескольких печей.
2. Система промежуточного ковша
Ковш: огнеупорный сосуд, расположенный между сталеразливочным ковшом и кристаллизатором, выполняющий функции «буфера» и «очистителя». Его функции включают в себя:
Стабилизацию потока расплавленной стали для смягчения колебаний, возникающих при прямой разливке из ковша;
Распределение расплавленной стали для многоручьевых машин непрерывного литья заготовок (например, для многоручьевой разливки квадратных заготовок);
Стимулирование флотации включений в расплавленной стали (за счет расширения каналов потока и увеличения времени пребывания) для ее очистки.
Сливной желоб промежуточного ковша и устройство регулирования потока: Оснащенный нижним желобом (в паре со стаканом промежуточного ковша), он регулирует поток расплавленной стали в кристаллизатор с помощью стопорного стержня или скользящего желоба. Его точность напрямую влияет на качество заготовок.
3. Система кристаллизатора («сердце» машины непрерывного литья заготовок)
Кристаллизатор: Ключевое оборудование для первоначального затвердевания и формования расплавленной стали. Форма его внутренней полости соответствует поперечному сечению заготовки (например, прямоугольная для квадратных заготовок, плоская для слябовых заготовок, круглая для круглых заготовок).
Основной компонент: Медная гильза кристаллизатора (изготовлена из высокочистой пурпурной меди или хромоциркониевой меди). Её внутренняя стенка гладкая, а внешняя имеет каналы для охлаждающей воды. Принудительное охлаждение циркулирующей водой быстро затвердевает поверхность расплавленной стали, образуя корку.
Система вибрации кристаллизатора: обеспечивает вертикальную вибрацию кристаллизатора по заданной траектории (например, синусоидальной), предотвращая прилипание первоначально затвердевшей корки к внутренней стенке кристаллизатора и уменьшая образование поверхностных трещин в отлитой заготовке.
Система защитного шлака: вводит защитный шлак (порошкообразный или гранулированный) в кристаллизатор для покрытия поверхности расплавленной стали. Это обеспечивает изоляцию, изолирует сталь от воздуха (предотвращая вторичное окисление), смазывает корку и адсорбирует включения.
4. Система вторичного охлаждения
Эта система, расположенная под кристаллизатором, включает в себя несколько наборов водяных форсунок или устройств распыления воздуха и воды. Система дополнительно охлаждает слитки (ещё жидкие в сердцевине) по мере их вытягивания из кристаллизатора.
Управляя интенсивностью распыления (объемом и давлением воды), система непрерывно утолщает оболочку слитка до полного затвердевания сердцевины. Это предотвращает чрезмерное охлаждение, которое может привести к возникновению внутренних напряжений или трещин в слитке.
5. Система волочения и транспортировки
Волочильный стан: Состоит из нескольких пар приводных валков и обеспечивает тягу для непрерывного вытягивания слитка из кристаллизатора, одновременно выпрямляя его, чтобы исключить изгиб при затвердевании и обеспечить прямолинейность слитка.
Конвейерный рольганг: Перемещает слиток из правильного стана на последующие этапы, такие как зона резки и охладитель. Скорость рольганга синхронизирована со скоростью вытягивания слитка для обеспечения плавной транспортировки.
6. Система резки
Режет непрерывно движущийся слиток на заданные длины (например, 6 м, 9 м, 12 м, в зависимости от требований прокатного стана).
Машина для газовой резки: использует кислородно-топливное (например, пропановое) пламя для плавления и разделения заготовок. Подходит для резки заготовок различного сечения и марок стали и является основным оборудованием.
Механические летучие ножницы: Для заготовок малого сечения (например, квадратных или круглых) могут использоваться высокоскоростные летучие ножницы, обеспечивающие более высокую эффективность резки и превосходную размерную точность.
7. Охлаждающий стол и система окончательной обработки
Охлаждающий стол: Используется для охлаждения слитков, снижая температуру с 800–1000 °C до температуры окружающей среды посредством естественного или принудительного воздушного охлаждения. Это предотвращает внутренние напряжения или деформации, вызванные быстрым охлаждением (например, ступенчатые или цепные охлаждающие столы).
Оборудование для окончательной обработки: Включает в себя правильные машины (для дальнейшей коррекции кривизны заготовок), оборудование для очистки поверхности (для удаления окалины и дефектов) и маркировочное оборудование (для печати номера печи, технических условий, марок стали и т. д.).
II. Принцип работы машин непрерывного литья заготовок
Разливка расплавленной стали: Очищенная расплавленная сталь (температурой приблизительно 1500–1580 °C) заливается из ковша в промежуточный ковш, затем через сопло промежуточного ковша поступает в кристаллизатор.
Первоначальное затвердевание: Внутри кристаллизатора расплавленная сталь контактирует с охлажденными медными стенками. Поверхность быстро охлаждается и затвердевает, образуя корку толщиной приблизительно 10–30 мм, в то время как внутренняя часть остается жидкой.
Непрерывное волочение: Протяжно-правильная машина непрерывно вытягивает сляб вместе с коркой из кристаллизатора в зону вторичного охлаждения.
Полное затвердевание: В зоне вторичного охлаждения водяной туман непрерывно охлаждает сляб, заставляя корку постепенно расширяться к центру до полного затвердевания.
Резка по мерным размерам: Затвердевший сляб разрезается на отрезки заданной длины, охлаждается на холодильнике и превращается в заготовки, пригодные для прокатки.
III. Классификация машин непрерывного литья заготовок
В зависимости от сечения заготовки и области применения машины непрерывного литья заготовок подразделяются на следующие категории:
МНЛЗ для квадратной заготовки: производит заготовки квадратного или прямоугольного сечения (например, 150×150 мм, 200×200 мм) для прокатки прутков, катанки и мелкоразмерного проката.
МНЛЗ для слябовой заготовки: производит литые заготовки слябовой формы с высоким соотношением ширины к толщине (например, толщиной 200–300 мм, шириной 1000–3000 мм), используемые для прокатки листов средней толщины, горячекатаных рулонов и т. д.
МНЛЗ для круглой заготовки: производит литые заготовки круглого сечения (диаметром 100–400 мм), в основном для прокатки бесшовных стальных труб.
Машина непрерывного литья заготовок специального профиля: производит литые заготовки специального сечения (например, двутавровые и двутавровые), которые напрямую поставляются на прокатные станы специального профиля для обработки.
Кроме того, машины непрерывного литья заготовок можно классифицировать по количеству ручьев на одноручьевые, двухручьевые и многоручьевые (например, шестиручьевые, восьмиручьевые). Многоручьевые машины непрерывного литья заготовок позволяют одновременно производить несколько литых заготовок, что повышает эффективность.
