книги из ГПНТБ / Непрерывная разливка стали на радиальных установках

кристаллизатор), приблизительно пропорционально пе­ риметру отливаемой заготовки. Эта зависимость, уста­ новленная вначале эмпирически [8], была подтверждена и обоснована математически [9]:

для прямоугольного слитка

где V — линейная скорость разливки, м/мин;

D, D' — соответственно толщина и ширина слитка, мм; f — коэффициент, который колеблется в пределах

100—300 [10, 11].

Теоретическое обоснование зависимости (5) дано в литературе [13]. Зависимости (4) и (5) могут быть пе­ реписаны в форме следующего общего уравнения [12];

ганцовистых пружинных). Обзор практики работы раз­ личных установок непрерывной разливки стали показы­ вает, что типичным значением коэффициента К являет­

0,33 до 0,40 т/(ч-см), для заготовок средних размеров

(140X140 мм, 150X150 мм, 200X200 мм) он составляет

0,25—0,30 т/(ч-см). Можно считать достаточно хорошо установленным Фактом, что принятыми являются ско­ рости, равные 0,25—0,30 т/ч на каждый сантиметр пери­ метра непрерывнолитой заготовки1. Учитывая, что в бу­ дущем, конечно, можно ожидать увеличения скоростей

1 Экономические аспекты непрерывной разливки стали. Орга­ низация объединенных наций. Нью-Йорк, 1968.

10

разливки, для дальнейших рассуждений принимаем за­ висимость

где V — скорость разливки, м/мин; Р — периметр заготовки, м;

F — площадь поперечного сечения заготовки, м2; р — плотность металла, т/м3;

0,5 — коэффициент пропорциональности, т/(мин-м). Расчеты по формуле (9) показывают, что получаю­ щиеся скорости разливки удовлетворительно совпадают с рекомендациями типовой технологической инструкции

по непрерывной разливке стали (МЧМ СССР).

В. С. Рутес на основании расчетов и экспериментов по определению времени затвердевания вертикальных не­ прерывных слитков дает следующие эмпирические фор­ мулы для определения длины жидкой фазы:

где а — сторона квадрата или толщина сляба, см; и — скорость разливки, м/мин.

По формулам (10) —(12) построены номограммы для определения длины жидкой фазы, если известна толщи-

П

на заготовки и скорость разливки [5]. Л. А. Скворцов, Л. Д. Акименко [14] построили номограмму для опреде­ ления длины жидкой фазы, если кроме толщины заго­ товки и скорости вытягивания известен средний коэффи­ циент теплоотдачи в зоне вторичного охлаждения. За ос­ нову приняты зависимости (10) —(12), которые соответ­

2000 ккал/(м2-ч-град)], т. е. в четыре раза приводит к сокращению длины жидкой фазы всего лишь на 15%. Если учесть, что режимы вторичного охлаждения опре­ делены в довольно узких пределах для широкого сорта­ мента марок сталей, то влиянием вторичного охлаждения на длину жидкой фазы можно пренебречь. По данным этих же авторов, изменение режима охлаждения в кри­ сталлизаторе также мало влияет на скорость затвердева­ ния.

Для определения отношения L^jD подставим значе­

12

длину жидкой фазы в зависимости от толщины непре­ рывнолитой заготовки:

для слябов шириной до 1200 мм

Отношение длины жидкой фазы к диаметру заготов­ ки можно определить по уравнениям:

для слябов шириной до 1200 мм

для непрерывнолитых заготовок в десятки раз больше, чем для обычных слитков. При столь высоких значениях отношения длины жидкой фазы к толщине непрерывно­ литой заготовки весьма важно определить наиболее вы­ годное положение продольной оси заготовки во время затвердевания, так как величина отношения LmjD оказы-

13

вает влияние на протяженность технологической линии установки непрерывной разливки стали LT, которая опре­ деляется выражением

где hp — расстояние от уровня металла в сталеразливоч­ ном ковше до мениска металла в кристалли­

заторе; /с — длина участка резки и длина мерной заготовки

готовке; ак — коэффициент, учитывающий некоторые конструк­

ционные длины (ак= 1,0ч-1,1).

Величина /гр определяется высотой сталеразливочно­ ного и промежуточного ковшей и минимально необходи­ мым расстоянием между ними и кристаллизатором. Ве­ личина /с зависит от способа резки и требований про­ катного производства. Указанные величины, хотя их можно изменить, принимая ряд мер, не зависят от усло­ вий затвердевания непрерывной заготовки. Основным параметром, зависящим только от условий затвердева­ ния заготовки, как это было показано, является величи­ на отношения длины жидкой фазы к толщине заготовки

U /D .

До 1962 г. на всех установках непрерывной разливки стали продольную ось затвердевающей заготовки прини­ мали прямой, расположенной вертикально (к уровню пола цеха)! При расположении продольной оси затвер­ девающей заготовки по вертикальной прямой в общую строительную высоту установки непрерывной разливки стали Н0 вписываются все три составляющие технологи­ ческой линии и, следовательно, H0— LT. Строительная высота наиболее крупных установок непрерывной раз- :ливки стали, на которых продольная ось слитка распо­

150—200 мм высота вертикальных УНРС достигает, как правило, 25—30 м. При подземном расположении обору­ дования для размещения установки сооружают железо­ бетонные колодцы глубиной 25—30 м [б, 15—17; 18, с

14

298; 19—20], а при напольном расположении — метал­ лические башни высотой 30—40 м [18, с. 298; 29].

Строительная высота установок остается весьма большой независимо от того, расположена ли установка в башне, заглублена ли в подземный колодец или пред­ ставляет собой нечто среднее. При вертикальном распо­ ложении отливаемой заготовки возникают также допол­ нительные ограничения. )в случае необходимости нельзя увеличить на действующей установке длину непрерыв­ ных слитков для прокатки. Совмещение непрерывной разливки с прокаткой без порезки слитков также исклю­ чается. Известные трудности возникают и при эксплуа­ тации таких громоздких установок и их строительстве.

[Отличительной чертой радиальных установок являет­ ся, как уже указывалось, тс, что затвердевание непре­ рывной заготовки в ней происходит в криволинейном по­ ложении. Профиль кривой, описывающей продольную ось затвердевающей заготовки, время начала деформа-

Рие. 1. Принципиальная схема УНРС для отливки слитков с по­ стоянным радиусом Кривизны и выпрямлением после полного за­ твердевания:

1 — «кристаллизатор; 2 — ролики 'вториічіноро охлаждения; 3 — івалиси піра.вилі.-

НО-ТЯіН'УЩѲГО у іе т р о й е РВЯ

15

ций изгиба и выпрямления заготовки определяют в ос­ новном два варианта УНРС радиального типа.

Наиболее распространены УНРС, на которых заго­ товка затвердевает от начала и до конца в криволиней­ ном положении с постоянным радиусом кривизны и вы­ прямляется одностадийно после полного затвердевания. Принципиальная схема такой УНРС показана на рис. 1.

В установках первого варианта не происходит ника­ кой деформации заготовки до полного ее затвердевания, так как заготовка движется по дуге окружности. Дефор­ мация (распрямление) происходит после полного за­ твердевания заготовки.

Другая разновидность УНРС радиального типа, схе­ ма которой показана на рис. 2, отличается тем, что кри­ вая, описывающая профиль продольной оси отливаемой заготовки, имеет переменный радиус. В этом варианте становится неизбежной многостадийная деформация оболочки неполностью затвердевшей заготовки. За пре­ делами радиального кристаллизатора заготовке, имею­ щей профиль окружности, придается профиль параболы, гиперболы или клотоиды, после чего осуществляется од­ ностадийное и многостадийное выпрямление заготовки.

Некоторое распространение получили УНРС ради­ ального типа, на которых первоначальная оболочка слитка формируется в вертикальном кристаллизаторе,

Рис. 2. Принципиальная схема УНРС для отливки криволинейных елишов с многоступенчатой деформацией при разгибе:

іб

/

l

)

Рис. 3. Принципиальная схема УНРС .радиального типа с прямо­ линейным кристаллизатором:

затем отливаемой заготовке придается профиль кривой, имеющей радиус переменной кривизны. Это достигается многостадийной деформацией затвердевающей за готовки с последующим выпрямлением. Схема этого варианта радіальной УНРС приведена на рис. 3.

В установках второго и третьего вариантов происхо­ дит обычно многоступенчатая деформация неполностью затвердевшей заготовки. Теоретически затвердевающая заготовка имеет профиль параболы, гиперболы или кло­

Ч И Т А n L -----------

to u t из определенного числа радиальных участков с раз­ личными радиусами кривизны. Профиль кривой выбира­ ют таким образом, чтобы оболочка заготовки испытыва­ ла только минимальные деформации, невызывающие внутренних трещин в слитке. Выпрямление отливаемой заготовки в ряде случаев происходит и до окончания полного затвердевания заготовки.

При выборе варианта радиальной УНРС обычно учи­ тывают сортамент отливаемых заготовок и марки ста­ лей. Некоторые стали при температуре кристаллизации характеризуются весьма низкой пластичностью, так что при наличии жидкой фазы можно деформировать заго­ товки ограниченного сортамента марок стали.

Как видно из рассмотренных вариантов принципи­ альной схемы УНРС радиального типа, при отливке за­ готовок в криволинейном положении существенным об­ разом изменяется соотношение между длиной технологи­ ческой линии и строительной высотой. Рассмотрим это на примере радиальной УНРС первого варианта, основу которого составляют следующие исходные положения:

кривая, описывающая профиль продольной оси за­ твердевающего слитка, имеет постоянную кривизну, т. е. является дугой окружности;

кристаллизатор располагается на дуге окружности в месте пересечения ее с горизонтальной линией из центра кривизны;

выпрямление криволинейного непрерывного слитка осуществляется по касательной в точке пересечения ок­ ружности с вертикальной осью из центра кривизны;

в момент начала деформации изгиба кристаллиза­ ция непрерывного слитка полностью заканчивается. , Изложенному соответствует схема основных парамет-,: ров криволинейного непрерывного слитка, показанная на рис. 1. Как известно, уравнение окружности в пара­

метрическом виде определяют равенствами:

X = Х0-f R cos t- Y = Yc + R sin t.

Если принять, что центр окружности расположен в начале координат, то X=Rcost; Y=Rsint. Тогда выпол­ нение условия о расположении кристаллизатора на дуге окружности в месте пересечения ее с горизонтальной осью из центра кривизны достижимо, если угол t ра­ вен 0. При этом X — R. Выполнение условия о выпрямле-

18

нші криволинейного слитка по касательной в точке пе­ ресечения окружности с вертикальной осью достижимо,

криволинейным слитком, равны радиусу его продольной

линейного слитка относится к точке пересечения кривой с осью ОХ, а окончание затвердевания — к точке пере­ сечения окружности с осью ОУ, то длину жидкой фазы в слитке можно выразить как

Высота радиальных УНРС второго варианта, очевид­ но, будет еще меньше.

УНРС радиального типа имеют следующие преиму­

щества:

А. меньшая в 3—4 раза высота по сравнению с верти­ кальными, для их размещения не требуется строить глу­ бокие колодцы или громоздкие здания разливочных про­

летов; все оборудование доступно грузоподъемным сред­

ствам и удобно для обслуживания; практически неограниченная длина зоны вторичного

охлаждения позволяет увеличить скорость разливки без

увеличения высоты установки; Ч) можно получать неограниченные по длине заготовки,

что весьма важно для повышения производительности

прокатных станов; Л можно совмещать УНРС с прокатным станом в еди­

ный технологический агрегат;

(^капитальные затраты на строительство радиальных УНРС меньше, чем на строительство вертикальных.

19