Непрерывное литье - Continuous casting

Макроструктура непрерывнолитой меди (чистота 99,95%), травленый, ∅ ≈ 83 мм.

Непрерывное литье, также называемый литье прядей, это процесс, посредством которого расплавленный металл затвердевает в "полуфабрикат" заготовка, цвести, или же плита для последующей прокатки на чистовых станах. До внедрения технологии непрерывной разливки в 1950-х гг. стали заливался в стационарные формы для формирования слитки. С тех пор «непрерывное литье» эволюционировало для достижения улучшенного выхода, качества, производительности и экономической эффективности. Это позволяет производить более качественные металлические профили с меньшими затратами благодаря изначально более низким затратам на непрерывное стандартизованное производство продукта, а также обеспечивает повышенный контроль над процессом за счет автоматизации. Этот процесс чаще всего используется для литья стали (с точки зрения тоннажа). Алюминий и медь также непрерывно литые.

Сэр Генри Бессемер, из Бессемеровский конвертер известность, получил патент в 1857 г. на разливку металла между двумя противоположно вращающимися роликами. Основные принципы этой системы недавно были реализованы сегодня при разливке стальной полосы.

Оборудование и процесс

Непрерывное литье. 1: Ковш. 2: Стопор. 3: Промковщик. 4: Покров. 5: Плесень. 6: Опора рулона. 7: зона поворота. 8: Покров. 9: Уровень ванны. 10: Мениск. 11: Единица вывода. 12: Плита.

A: Жидкий металл. B: затвердевший металл. C: Шлак. D: Медные пластины с водяным охлаждением. E: Огнеупорный материал.

Непрерывное литье (промежуточный ковш и пресс-форма). 1: Ковш. 2: Промковщик. 3: Плесень. 4: Плазменная горелка. 5: стопор. 6: Прямая зона.

Стали

В ковш выпускается расплав из печей. После проведения любых обработок в ковше, таких как легирование и дегазация, и достижения нужной температуры ковш транспортируется к верхней части разливочной машины. Обычно ковш устанавливается в паз вращающейся башни разливочной машины. Один ковш находится в положении «на разливке» (подает разливочную машину), в то время как другой подготовлен в положении «вне разливки» и переключается в положение разливки, когда первый ковш пуст.

Из ковша чугун поступает через огнеупорный кожух (труба) к ванне выдержки, называемой промковщик. Промежуточный ковш позволяет резервуару с металлом питать разливочную машину во время переключения ковшей, таким образом, действуя как буфер для горячего металла, а также сглаживая поток, регулируя подачу металла в изложницы и очищая металл (см. Ниже).

Металл сливается из промежуточного ковша через другой кожух в верхнюю часть котла с открытым дном. плесень. Глубина формы может составлять от 0,5 до 2 метров (от 20 до 79 дюймов) в зависимости от скорости разливки и размера секции. Форма охлаждается водой для отверждения горячего металла, непосредственно контактирующего с ним; это первичное охлаждение процесс. Он также колеблется вертикально (или почти вертикально по изогнутой траектории), чтобы предотвратить прилипание металла к стенкам формы. Смазка (либо порошки, плавящиеся при контакте с металлом, либо жидкости) добавляются к металлу в форме для предотвращения прилипания и улавливания любых частиц шлака, включая частицы оксида или окалины, которые могут присутствовать в металле и их в верхнюю часть бассейна, чтобы сформировать плавающий слой шлака. Кожух установлен так, что горячий металл выходит из него ниже поверхности слоя шлака в кристаллизаторе и, таким образом, называется погружным входным соплом (SEN). В некоторых случаях нельзя использовать кожухи между промежуточным разливочным устройством и кристаллизатором (литье открытым способом); В этом случае сменные дозирующие форсунки в основании промежуточного ковша направляют металл в формы. В некоторых схемах непрерывной разливки используется несколько форм из одного промежуточного ковша.

В пресс-форме тонкая металлическая оболочка рядом со стенками пресс-формы затвердевает до того, как средняя секция, теперь называемая жгутом, выйдет из основания пресс-формы в распылительную камеру. Основная часть металла в стенках пряди все еще расплавлена. Прядь немедленно поддерживается близко расположенными роликами с водяным охлаждением, которые поддерживают стенки пряди против ферростатического давления (сравните гидростатическое давление ) все еще затвердевающей жидкости внутри пряди. Для увеличения скорости затвердевания прядь опрыскивают большим количеством воды, когда она проходит через распылительную камеру; это вторичное охлаждение процесс. Окончательное затвердевание нити может произойти после того, как нить выйдет из распылительной камеры.

Именно здесь конструкция МНЛЗ может быть разной. Это описывает машину для литья «изогнутого фартука»; также используются вертикальные конфигурации. В машине для литья изогнутого фартука жгут выходит из кристаллизатора вертикально (или по почти вертикальной криволинейной траектории), и по мере прохождения через распылительную камеру ролики постепенно изгибают жгут в горизонтальном направлении. В вертикальной разливочной машине прядь остается вертикальной при прохождении через распылительную камеру. Формы в машине для литья изогнутых фартуков могут быть прямыми или изогнутыми, в зависимости от базовой конструкции машины.

В настоящей горизонтальной разливочной машине ось кристаллизатора горизонтальна, а поток стали горизонтален от жидкости к тонкой оболочке к твердой (без изгибов). В машинах этого типа используются колебания прядей или пресс-формы для предотвращения прилипания к пресс-форме.

После выхода из распылительной камеры прядь проходит через правильные валки (если литье не на вертикальной машине) и вытяжные валки. Может быть горячая прокатка стойте после извлечения, чтобы воспользоваться горячим состоянием металла для предварительной формовки конечной пряди. Наконец, прядь разрезается на отрезки заданной длины механическими ножницами или передвижными кислородно-ацетиленовыми горелками, маркируется для идентификации и отправляется либо на склад, либо на следующий процесс формования.

Во многих случаях прядь может проходить через дополнительные ролики и другие механизмы, которые могут сплющивать, катить или выдавливать металл в его окончательную форму.

Машины для литья алюминия и меди

непрерывное горячее вертикальное литье в процессе (алюминий)
расплавленный алюминий заливается в эту литейную форму (вид сверху)
нижний конец литейной формы
Полученные алюминиевые заготовки (после обрезки по размеру)

Алюминий и медь можно отливать горизонтально, и их легче отлить в почти чистая форма, особенно полосы, из-за более низких температур плавления.

Ассортимент непрерывнолитых профилей

Литейные машины предназначены для заготовка, цвести или же плита ролики.
Разливщики слябов обычно отливают секции, которые намного шире, чем толщина:
- Обычные слябы имеют ширину 100–1600 мм, толщину 180–250 мм и длину до 12 м при обычной скорости разливки до 1,4 м / мин; однако ширина слябов и скорость разливки в настоящее время увеличиваются.
- Доступны более широкие плиты размером до 3250 × 150 мм.
- На конкретном сталелитейном предприятии доступны толстые плиты размером до 2200 × 450 мм, обычно от 200 до 300 мм.
- Тонкие слябы (низкоуглеродистая сталь): 1680 × 50 мм на конкретном предприятии, обычно толщиной от 40 до 110 мм в зависимости от индивидуальной конструкции машины^[1]
Обычные блюм-ролики отливают секции размером более 200 × 200 мм. Длина цветения может варьироваться от 4 до 10 м.
Разливочные машины для литья заготовок отливают меньшие размеры сечения, например, квадрат менее 200 мм, длиной до 12 м. Скорость заброса может достигать 4 м / мин.
Круги: диаметром 500 мм или 140 мм.
Обычные балочные заготовки: похожи на Двутавровые балки в поперечном сечении; 1048 × 450 мм или 438 × 381 мм габаритные
Почти чистая форма заготовки балки: габаритная 850 × 250 мм
Полоса: толщиной 2–5 мм и шириной 760–1330 мм

Запуск и контроль процесса

Запуск машины непрерывного литья под давлением включает размещение заглушки (по сути, изогнутой металлической балки) через распылительную камеру, чтобы закрыть основание формы. Металл заливается в форму и извлекается с помощью заглушки, как только она затвердевает. Чрезвычайно важно, чтобы впоследствии была гарантирована подача металла, чтобы избежать ненужных остановок и перезапусков, известных как «ремонтные работы». Каждый раз, когда литейщик останавливается и перезапускается, требуется новый промежуточный ковш, так как любой неотлитый металл в промежуточном ковше не может быть слит, а вместо этого замерзает в виде «черепа». Чтобы избежать капитальных ремонтов, необходимо, чтобы плавильный цех, включая печи-ковши (если таковые имеются), строго контролировал температуру металла, которая может сильно варьироваться в зависимости от легирующих добавок, покрытия шлака и удаления шлака, а также предварительного нагрева ковша перед приемкой металла, среди прочего. параметры. Однако скорость разливки может быть снижена за счет уменьшения количества металла в промежуточном разливочном устройстве (хотя это может увеличить износ разливочного устройства), или, если разливочное устройство имеет несколько нитей, одна или несколько нитей могут быть отключены для компенсации задержек на входе. Капитальный ремонт может быть запланирован в производственной последовательности, если температура промежуточного разливочного устройства становится слишком высокой после определенного количества плавок или если срок службы незаменяемого компонента (например, погружного входного патрубка (SEN) в машине для разливки тонких слябов) становится слишком высоким. достиг.

Многие операции непрерывного литья теперь полностью контролируются компьютером. Несколько электромагнитных, тепловых или радиационных датчиков на кожухе ковша, разливочном устройстве и кристаллизаторе определяют уровень или вес металла, скорость потока и температуру чугуна, а также Программируемый логический контроллер (ПЛК) может устанавливать скорость отвода прядей с помощью управления скоростью отводящих валков. Подачу металла в формы можно контролировать тремя способами:

С помощью стопорных стержней, спускающихся через промежуточный ковш,
С помощью задвижек в верхней части кожухов формы,
Если металл разливается открытым способом, то поток металла в формы регулируется исключительно внутренним диаметром дозирующих форсунок. Эти насадки обычно взаимозаменяемы.

Общую скорость разливки можно регулировать, изменяя количество металла в промежуточном разливочном устройстве с помощью задвижки ковша. ПЛК также может устанавливать скорость колебаний пресс-формы и скорость подачи порошка в пресс-форму, а также поток воды в охлаждающих форсунках внутри пряди. Компьютерное управление также позволяет передавать важные данные о литье в другие производственные центры (в частности, в сталеплавильные печи), позволяя регулировать их производительность, чтобы избежать «переполнения» или «недогрузки» продукта.

Проблемы

Загрязнение кислородом

Хотя большая степень автоматизации помогает производить отливки без усадки и небольшой сегрегации, непрерывная разливка бесполезна, если металл заранее не очищен или становится «грязным» в процессе литья. Одним из основных способов загрязнения горячего металла является окисление, которое происходит быстро при температурах расплавленного металла (до 1700 ° C для стали); также могут присутствовать включения газа, шлака или нерастворенных сплавов. Чтобы предотвратить окисление, металл максимально изолирован от атмосферы. Для этого открытые поверхности жидкого металла покрываются кожухами или, в случае ковша, разливочного устройства и формы, синтетическим покрытием. шлак. В промежуточном ковше любые включения, менее плотные, чем жидкий металл, - пузырьки газа, другой шлак или оксиды, или нерастворенные сплавы - также могут всплывать на поверхность и задерживаться в слое шлака. Хотя промежуточный ковш и изложница заполняются впервые в начале цикла литья, жидкость сильно загрязнена кислородом, и первые произведенные изделия обычно помещаются на карантин или направляются клиентам, которым не требуется высококачественный материал.

Прорывы

Основная проблема, которая может возникнуть при непрерывной разливке: прорыв жидкого металла: по какой-либо причине твердая оболочка пряди разрывается и позволяет все еще расплавленному металлу, находящемуся внутри, вылиться наружу и засорить машину. В большинстве промышленных сред это событие является очень дорогостоящим, поскольку приводит к останову пряди и обычно требует длительного ремонта, включающего удаление разлитого материала из прядильного оборудования и / или замену поврежденного оборудования. Прорыв обычно происходит из-за того, что стенка оболочки слишком тонкая, чтобы поддерживать столб жидкости над ней, состояние, которое имеет несколько основных причин, часто связанных с управлением теплом.^[2] Неправильный поток охлаждающей воды к форме или струи охлаждающей струи могут привести к недостаточному отводу тепла от затвердевающего металла, что приведет к слишком медленному утолщению твердой оболочки. Если скорость извлечения металла слишком высока, оболочка может не успеть затвердеть до требуемой толщины даже при усиленных охлаждающих струях. Точно так же поступающий жидкий металл может быть слишком горячим, и окончательное затвердевание может произойти дальше по стренге в более поздний, чем ожидалось, момент; если эта точка находится ниже правильных валков, оболочка может сломаться от напряжений, приложенных во время правки. Прорыв может также произойти в результате физических нарушений или повреждения оболочки внутри формы в течение первых секунд затвердевания. Чрезмерная турбулентность внутри формы может вызвать неправильный рисунок оболочки, который ненормально разрастается, или может захватывать капли шлака внутри оболочки, что снижает прочность стенки.^[3] Часто скорлупа прилипает к поверхности формы и разрывается; современные пресс-формы с инструментами и компьютерные системы управления обычно обнаруживают это и временно замедляют литейное устройство, чтобы позволить стене снова замерзнуть и зажить, пока она все еще поддерживается в форме.^[4] Если разрыв происходит около выхода формы или имеет неожиданную серьезность, оболочка все равно может выйти из строя в результате прорыва после выхода из стенки формы. Если поступающий металл сильно перегрет, может быть предпочтительнее остановить литейщик, чем рисковать прорывом. Кроме того, свинцовое загрязнение металла (вызванное противовесами или свинцово-кислотные батареи в исходной загрузке стали) может образовывать тонкую пленку между стенкой кристаллизатора и сталью, препятствуя отводу тепла и росту оболочки, а также увеличивая риск прорыва.

Прочие соображения

Другая проблема, которая может возникнуть, - это кипение углерода - растворенный в стали кислород вступает в реакцию с присутствующим углерод создавать пузыри из монооксид углерода. Как термин кипятить Предполагается, что эта реакция является чрезвычайно быстрой и бурной, с образованием большого количества горячего газа, и особенно опасна, если она происходит в ограниченном пространстве литейной машины. Кислород можно удалить, «убив» его путем добавления кремний или алюминия к стали, которая реагирует с образованием оксид кремния (кремнезем) или оксид алюминия (оксид алюминия). Однако слишком много глинозема в стали забивает форсунки и заставляет сталь «забиваться».

Вычислительная гидродинамика и другие методы потока жидкости широко используются при проектировании новых операций непрерывной разливки, особенно в промежуточном разливочном устройстве, чтобы гарантировать, что включения и турбулентность удалены из горячего металла, но гарантируют, что весь металл достигнет формы до того, как это произойдет. слишком сильно остывает. Незначительные корректировки условий потока в разливочном устройстве или пресс-форме могут означать разницу между высокой и низкой степенью брака продукта.

Стартовый бар

Стартовый стержень, также называемый фиктивным стержнем, имеет свободный конец, который является гибким для хранения, и по существу жесткий участок на конце, который закупоривает форму. Стартовый стержень состоит из отдельных блоков, прикрепленных к одной стороне плоского стержня, имеющего сегменты и расположенных встык. Регулируемые прокладки в виде конических блоков расположены между блоками стержня, чтобы позволить стартовому стержню быть самонесущим в изогнутой конфигурации, соответствующей траектории разливки. Более гибкий стержень в конце стержня стартера позволяет изгибать стержень стартера до более узкого радиуса, чем радиус пути разливки, в то время как блоки расходятся веером в неподдерживаемой конфигурации. Пандус для хранения предназначен для поддержки гибкого конца в сохраненном положении. Перед началом разливки стартовые стержни проходят через литейную машину (в обратном направлении разливки) с помощью гидравлических приводов. После подачи до дна формы процесс упаковки формы может продолжаться, чтобы обеспечить плавный запуск.

Прямое ленточное литье

Прямое литье полосы - это процесс непрерывного литья для производства металлического листа непосредственно из расплавленного состояния, который сводит к минимуму потребность в значительной вторичной обработке. Для низкоуглеродистой листовой стали это относительно новый процесс, коммерческий успех которого пришелся на последнее десятилетие.^[5]^[6]

Двухленточное непрерывное литье

Двухленточная непрерывная разливка - это процесс непрерывной разливки, в ходе которого производятся большие объемы непрерывных металлических стержней или полос постоянного прямоугольного поперечного сечения. Для непрерывной разливки с двумя ремнями используется движущаяся изложница, состоящая из параллельных лент из углеродистой стали, которые натянуты как верхняя и нижняя поверхности разливки. Цепи из прямоугольных стальных или медных блоков, движущихся вместе с ремнями и разнесенных в соответствии с желаемой шириной отливки, образуют стороны формы.

Расплавленный металл вводится в двухленточную машину непрерывного литья заготовок из промковщик через штуцер, расположенный между разливочными лентами. Металл охлаждается за счет прямого контакта с ремнями, которые, в свою очередь, охлаждаются циркулирующей водой под высоким давлением. На поверхности отливки ленты можно наносить различные покрытия для обеспечения требуемых характеристик поверхности раздела форм и предотвращения адгезии.

Отливка из двухленточной машины непрерывного литья под давлением синхронизируется и напрямую подается в горячую установку. прокатка мельница. Комбинирование операций разливки и прокатки может привести к значительной экономии энергии и затрат по сравнению с другими процессами литья, которые включают стадии промежуточного литья и повторного нагрева.

Отливка металлов на двухленточных машинах непрерывного литья заготовок: Медь (пруток, полоса, Анод ), Алюминий (полоса), цинк (полоса), свинец (полоса)

Производственные показатели и скорость: Производительность двухленточной непрерывной разливки составляет до 60 тонн в час со скоростью до 14 метров в минуту.

Двухленточная непрерывная разливка - это почти чистая форма процесс литья, который значительно снижает потребность в дополнительных операциях прокатки или формовки. Например, при отливке медной анодной пластины литая плита не прокатывается, а скорее разрезается на отдельные анодные пластины.

Охлаждающие ленты обычно изготавливаются из низкоуглеродистой стали и удерживаются под напряжением внутри литейной машины для обеспечения плоскостности и точности. Когда «холодная» лента входит в область формы, она нагревается в зоне литья и подвергается воздействию мощных сил, вызванных тепловое расширение. При отливке широкой полосы эти силы необходимо контролировать, чтобы исключить коробление и уменьшить тепловую деформацию ленты на входе в форму. Этими силами можно управлять путем предварительного нагрева лент перед входом в пресс-форму или путем их магнитной стабилизации, когда они входят в пресс-форму.

Подогрев ремня: Для разливки широкой полосы можно использовать систему предварительного нагрева ленты, чтобы довести ленту до 150 ° C или выше непосредственно перед входом в литейную форму, уменьшая влияние холодного обрамления. Катушки индукционного нагрева можно использовать по ширине для предварительного нагрева каждой ленты. Помимо предотвращения термической деформации, высокая температура предварительного нагрева служит для удаления влаги с поверхности ленты.

Магнитная стабилизация: При отливке широкой полосы тенденции к локализованным тепловым искажениям можно противостоять за счет использования высокопрочных опорных валков с магнитной лентой внутри области формы. Движущийся ремень удерживается на опорных роликах с помощью намагниченных вращающихся ребер, удерживающих ремень в плоской плоскости.

Внутри двухленточной машины непрерывного литья расплавленный металл постепенно затвердевает на поверхностях формы по мере его движения через область формы, при этом резервуар расплавленного металла находится между затвердевающими внешними поверхностями. Покрытия ремня, текстуры и модификации газового слоя используются для точной настройки скорости передачи тепла от литого металла к ремню. Затвердевание на всю толщину может происходить уже на 30% пути через форму для тонкой полосы или на расстоянии до 2 м от выхода формы для большого стержня, где требуется водяное охлаждение на выходе и роликовая опора.

Кормление в закрытом бассейне: При литье некоторых металлов, таких как алюминий, можно использовать полностью закрытую систему подачи металла «впрыском». Здесь металл под небольшим давлением вводится в закрытую полость формы. Поток металла регулируется путем поддержания заданного уровня в промежуточном разливочном устройстве. Подающая насадка, или сопло, обычно изготавливается из керамического материала, который является термостойким и проницаемым для газов, выделяемых из текущего металла.

Кормление в открытом бассейне: При литье других металлов, таких как медь, цинк и свинец, часто используется система подачи из открытого бассейна. В этом случае верхний ременной шкив смещен вниз по потоку от нижнего шкива. Металл течет через открытый желоб или промежуточный ковш в стоячую ванну с расплавленным металлом, образующуюся при схождении лент. Для защиты от окисления можно использовать защитные газы.

Сужение формы: Двухленточная литейная машина отличается от других литейных машин с подвижной формой тем, что все четыре поверхности формы независимы. Это позволяет конусным формам поверхности формы оставаться в контакте с литым изделием при его усадке. Охлаждающая вода с высокой скоростью, которая непрерывно поступает на заднюю сторону ремня, ударяется о ремень и создает на нем силу. Эта сила действует, чтобы прижать ленту к поверхности полосы или сляба при ее усадке, поддерживая тесный контакт ленты с литым изделием по всей форме. Каждая сторона кристаллизатора образована бесконечной цепочкой из перегородок, которые удерживаются на литой полосе регулируемыми подпружиненными направляющими.

Контроль уровня расплавленного металла: Чтобы обеспечить высокие скорости разливки и поддерживать как можно более высокий уровень ванны, можно использовать бесконтактные электромагнитные индикаторы уровня металла для определения уровня ванны в литейной машине.

Литье из алюминиевой или медной ленты: Промышленные двухленточные машины непрерывного литья полосы могут производить литьевые изделия толщиной от 10 до 35 мм и шириной до 2035 мм. После непосредственной подачи в стан горячей прокатки литая полоса обычно прокатывается до полосы толщиной 1–3 мм.

Литье медных прутков: Размеры в литом состоянии составляют от 35 до 75 мм в толщину и от 50 до 150 мм в ширину. После подачи непосредственно в стан горячей прокатки литой пруток обычно раскатывают в пруток диаметром 8 мм, который используется для волочения проволоки.

Отливка медного анода: К двухленточной разливочной машине добавляются специальные блоки дамбы, которые содержат формы анодных проушин и движущиеся гидравлические ножницы, для непрерывного литья медных анодов сетчатой формы. Ширина анода около 1 метра (без выступов) и толщина от 16 мм до 45 мм. Основным преимуществом этого процесса является однородность литого анода с точки зрения размера и качества поверхности. Аноды, отлитые этим способом, не требуют дополнительной подготовки после заливки.

Длина пресс-формы: Длина кристаллизатора составляет примерно от 2000 мм для машин для разливки полосы и до 3700 мм для машин для литья медных стержней.

внешняя ссылка

[1] "'Технология разливки тонких слябов четвертого поколения - настоящее и будущее »- MPT International». Stahleisen Communications. Архивировано из оригинал в 2014-07-28. Получено 2014-03-29.

[2] "'Моделирование дефектов непрерывного литья, связанных с потоком жидкости в литейной форме »- AIST Transactions, Iron and Steel Technology, июль 2006 г." (PDF). AIST International. Получено 2014-03-29.

[3] "'Неустойчивые явления потока жидкости в форме для непрерывной разливки стальных слябов и образование дефектов »- JOM Online». Общество минералов, металлов и материалов. Получено 2014-03-29.

[4] "'Анализ проблем литья с помощью онлайн-мониторинга температуры формы непрерывного литья - JOM Online ». Общество минералов, металлов и материалов. Получено 2014-03-29.

[5] «Список технических статей». ООО «Кастрип». Получено 2014-03-29.

[6] "Nucor побила рекорд стрип-литья с помощью процесса Castrip (R)"'". Nucor Corporation, пресс-релиз от 15 января 2008 г. Архивировано с оригинал 4 марта 2016 г.. Получено 2014-03-29.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]