89) Зона вторичного охлаждения.

Обычно, говоря о зоне вторичного охлаждения (ЗВО), подразумевают ту часть МНЛЗ под кристаллизатором, где охлаждение происходит интенсивнее, чем просто при охлаждении на воздухе. Функционально зона вторичного охлаждения является крайне важной с точки зрения качества заготовки. Это, в первую очередь, относится к предотвращению формирования различного рода термических внутренних напряжений в твердом каркасе заготовки. Параметры вторичного охлаждения оказывают влияние на геометрическую форму заготовки и качество макроструктуры.

Система вторичного охлаждения МНЛЗ состоит из опорных элементов, поддерживающих заготовку, устройств, обеспечивающих охлаждение слитка, а также специальных устройств, воздействующих на структуру кристаллизующейся заготовки (электромагнитное воздействие, мягкое обжатие, и т.д.).

Опорные элементы направляют движение заготовки и предотвращают деформацию граней слитка под действием ферростатического давления. Непосредственно под кристаллизатором, где оболочка заготовки имеет небольшую толщину и прочность, ее деформация может приводить к прорывам металла, а в нижних зонах вторичного охлаждения – к образованию трещин и ликвационных полосок вблизи фронта затвердевания. Особые требования предъявляются к поддерживающим устройствам, расположенным непосредственно под кристаллизатором, где оболочка заготовки имеет еще малую толщину и высокую температуру. Наибольшее распространение в настоящее время получили роликовые секции.

На участке загиба и выпрямления непрерывнолитого металла на криволинейных МНЛЗ, кроме выполнения функции поддержания заготовки, на ролики добавляется функция правки заготовки. Известны различные схемы участков выпрямления слябов: со стационарной установкой роликов, с плавающей кассетой поддерживающих роликов, с подпружиненными поддерживающими роликами, с балансирной установкой верхних роликов, с балансирной установкой четырехроликовых блоков и т.п. [355].

Снижение температуры в зоне вторичного охлаждения достигается путем опрыскивания заготовки водой или водовоздушной смесью, отвода тепла к поддерживающим роликам, а также вследствие конвекции и лучеиспускания в окружающую среду.

Интенсивность охлаждения во вторичной зоне должна выбираться таким образом, чтобы температура поверхности заготовки в процессе ее перемещения оставалась постоянной или медленно уменьшалась. Достаточно часто предпочтение отдается варианту, при котором температура поверхности медленно снижается по всей длине ЗВО.

Температура поверхности непрерывнолитой заготовки устанавливается таким образом, что тепловой поток через корку слитка и теплоотвод на поверхности слитка получаются примерно одинаковыми. Повышение интенсивности теплоотвода ограничивается конечным термическим сопротивлением корки заготовки. Интенсивным охлаждением можно снизить температуру поверхности непрерывного слитка, однако, на температурный режим в корке заготовки и на суммарный теплоотвод оно оказывает лишь несущественное влияние. Принято считать, что оптимальной температурой поверхности заготовки в ЗВО является диапазон 1000 – 1100 °С. При этом выбор рационального уровня температур заготовки в ЗВО зависит от ряда факторов, включающих марку стали, метод охлаждения, тип МНЛЗ и пр. Характер отвода тепла в зоне вторичного охлаждения приведен на рис.4.26.

Водовоздушное охлаждение осуществляется мельчайшими частицами воды, которые распыляются воздухом. Вода, распыленная струей воздуха на мельчайшие капли (размер капель 20-150 мкм), образует как бы поток тумана, который по форме представляет собой конус. Распыление воды происходит в основном в результате соударения двух потоков – водяного и воздушного. Распылитель представляет собой как бы две независимые форсунки – для воды и для воздуха,- струи от которых пересекаются. Оба потока выходят из распылителя в направлении поверхности непрерывнолитой заготовки и встречаются один с другим, образуя факел мелкодисперсных капель воды. Воздух при этом способе охлаждения играет двоякую роль: он обеспечивает распыление воды и сообщает каплям необходимую высокую кинетическую энергию. Характер распыления воды определяется расходом и давлением воздуха и поддается регулированию в широком диапазоне параметров.

Высокая эффективность метода водовоздушного охлаждения объясняется тем, что благодаря высокой кинетической энергии с металлом одновременно контактирует большое количество распыленной воды. При одном и том же расходе воды площадь теплообмена между водой и заготовкой увеличивается: с одной стороны, вода мелко распылена и число капель очень велико, а с другой, - эти капли равномерно распределяются по поверхности заготовки, так как факел имеет устойчивую форму конуса. Вода, не испарившаяся при контакте с поверхностью заготовки, падает вниз в виде мелкого дождя, создавая зону охлаждения ближайших участков.

Устойчивое распыление воды на капли по всему факелу значительно улучшает характер охлаждения поверхности заготовки. Сам факел, несмотря на его эффективность, не является столь турбулентным, как струя воды, поэтому охлаждение металла более равномерное, без переохлаждения отдельных участков, как это бывает при охлаждении водяными струями. Кроме того, устойчивый конус факела обеспечивает равномерное распределение воды, что способствует устранению местного переохлаждения и повторного нагрева металла. Угол раскрытия конического факела для каждой форсунки точно известен, и он остается практически постоянным при любом расходе и давлении.

Поддерживающие устройства

В зоне вторичного охлаждения на корочку слитка действует ферростатическое давление столба жидкого металла, в результате чего воз­можно раздутие (выпучивание) по граням слитка. Для предотвра­щения этого в зоне вторичного охлаждения устанавливают рамы с поддерживающими роликами (рисунок 32).

В машинах для отливки слит­ков квадратного или близкого к квадрату прямоугольного сечения опорные устройства расположены со всех четырех сторон слитка; при отливке плоских слитков — вдоль двух широких граней слитка. 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. В связи с тем, что по мере увеличения толщины затвердевающей корки жесткость слитка возрастает, диаметр роликов по мере отдаления от кристал­лизатора увеличивается. Так при отливке слитков толщиной 300 мм диаметр роликов от 150—200 мм у кристаллизатора возрастает до 480—600 мм на горизонтальном участке.

Тянуще-выпрямляющая система. На МНЛЗ вертикального типа движение заготовке придают тянущие валки, которые составляют одну или две клети. Тянущая клеть, как правило, состоит из четырех валков. В этих клетях обжатие слитка с жидкой сердцевиной не допускается, поэтому тянущие клети размещают ниже зоны вторичного охлаждения.

На радиальных МНЛЗ тянуще-выпрямляющая система состоит из приводных роликовых проводок.

Затравка – подвижное дно кристаллизатора, необходимое для начала затвердевания заготовки. Головка затравки имеет профиль, который дает возможность захватить и вытянуть за собой твердеющий слиток. Размер головки на 1 – 2,5 мм меньше, чем размеры сечения внутреннего пространства кристаллизатора. Головка затравки соединяется с корпусом, длина которого достаточна для того, чтобы достигать уровня тянущей клети или специальных валков, которые приводят в движение затравку и заготовку.

После прохождения головкой затравки тянущей клети валки захватывают сам слиток. Затравка отделяется от слитка и выводится из зоны тянущих приспособлений.

В зависимости от конструкции МНЛЗ затравка может вводиться в кристаллизатор снизу или сверху.

Устройства для резки заготовки на мерные длины. Для разделения слитка на мерные длины чаще других используют два типа устройств – подвижные машины газовой резки и ножницы.

Наибольшее распространение получили машины газовой резки – приспособления, которые осуществляют порезку заготовки после захвата машиной движущегося слитка в процессе перемещения вместе с ним. Они имеют относительно простую конструкцию, небольшую металлоемкость и обеспечивают возможность быстрой замены вышедших из строя узлов. Существенным их недостатком являются значительные потери металла при резании (1 – 2%), а также большие расходы ацетилена и кислорода.

Для порезки заготовки чаще других используют два типа ножниц – колебательные гидравлические и импульсного (ударного) действия. Колебательные гидравлические ножницы применяют для порезки слябов и сортовых заготовок, импульсные ножницы – для резания сортовых заготовок небольшого сечения.

Оборудование для выдачи заготовок и транспортирования их из зоны МНЛЗ. На вертикальных МНЛЗ, размещаемых в колодцах, используют подъемники различной конструкции, которые поднимают заготовку на уровень пола цеха в горизонтальном положении или положении, приближающемся к вертикальному.

Накриволинейных и горизонтальных МНЛЗ передача литых заготовок после порезки на мерные длины в зоны осмотра и зачистки осуществляется на уровне пола цеха. Для передачи заготовок используют рольганг-тележки, толкатели, рольганги, краны и др.