Типы МНЛЗ: преимущества и недостатки

// // Металлургия //

Машины непрерывной разливки стали (МНЛЗ) предназначены для перевода стали, находящейся в жидкой фазе, в твердое состояние в виде заготовки, обладающей определенными геометрическими характеристиками и качественными показателями поверхности и внутренней структуры, устанавливаемыми техническими требованиями.

При этом конструкции МНЛЗ совершенствуются на протяжении всего времени их промышленного применения. К основным направлениям, в которых проходят эти усовершенствования, относятся: повышение производительности и компактности, уменьшение трудоемкости и энергозатрат рабочего процесса, обеспечение высокого качества конечного продукта (заготовки), применение автоматизированных систем для управления работой агрегатов.

Конструкция первых МНЛЗ, появившихся в середине прошлого века, была вертикальной. Их главным преимуществом было формирование заготовки в вертикальной плоскости, что обеспечивало высокое качество ее внутренней структуры и простоту конструкции машины. К основному недостатку вертикальных МНЛЗ относится ограничение по скорости разливки, что снижало их производительность. Данная проблема была решена повышением производительности конвертеров.

Следующим этапом развития МНЛЗ являются решения, направленные на повышение количества ручьев и скорости разливки. В результате в конструкции МНЛЗ стали использовать загиб затвердевшей заготовки по одно- или многоточечной схеме. Порезка заготовки выполнялась в горизонтальном положении. Таким образом удалось улучшить условия выдачи заготовок на холодильник.

В 70-е гг. была разработана радиальная конструкция МНЛЗ. В них был использован кристаллизатор с радиусом, соответствующим базовому радиусу МНЛЗ. Разгиб заготовки производился после ее затвердевания, а готовая заготовка выдавалась на холодильник в горизонтальной плоскости. К преимуществам радиальных МНЛЗ относится небольшая высота и повышенная скорость разливки, что обеспечивало их большую производительность. Однако при этом качество заготовок заметно снижалось, поскольку в кристаллизаторе наблюдалось всплытие неметаллических включений к стенке меньшего радиуса, а разгиб заготовки сопровождался образованием внутренних трещин. Для устранения последнего недостатка используется многоточечная система разгиба.

Повысить производительность удалось с появлением криволинейных МНЛЗ. В их конструкции использовались два типа кристаллизаторов – радиальные и вертикальные. У первых кристаллизатор и первый участок ЗВО (зоны вторичного охлаждения) имели постоянную кривизну (базовый радиус), а второй участок ЗВО выполнялся с переменной кривизной. Таким образом, заготовка с жидкой сердцевиной плавно разгибалась. В криволинейных МНЛЗ, оборудованных вертикальным кристаллизатором, в ЗВО имеется вертикальный участок, располагаемый непосредственно под кристаллизатором. После него располагается участок, на котором выполнялся многоточечный загиб заготовки, а затем участок с постоянной кривизной. Для выпрямления полностью или частично затвердевших заготовок используется многоточечная схема, обладающая более чем пятью контактными точками, что исключает образование трещин и прорыва металла в твердой корочке.

Преимущества криволинейных МНЛЗ заключаются в повышенном качестве заготовок (их подповерхностных и поверхностных слоев) и уменьшении габаритов машины. Главным их недостатком является необходимость точной настройки технологической линии, в особенности роликов ЗВО и зон загиба/разгиба заготовки. Именно от качества работы данных участков зависит соответствие величины деформации твердой корочки принятым требованиям.

МНЛЗ криволинейного типа нашли широкое применение при отливке слябов с толщиной менее 70 мм. В этом случае внутренняя полость кристаллизатора имеет чечевицеобразную форму, что обеспечивает повышение толщины заготовки на участке подвода металла. К преимуществам криволинейных тонкослябовых МНЛЗ относится возможность получения слябов с шириной более 3000 мм и снижение энергетических и материальных потерь при последующем прокатном переделе, что обеспечивается их совмещением в литейно-прокатном модуле (ЛПМ).

Значительно сократить затраты на строительные работы позволяют МНЛЗ горизонтального типа, поскольку они обладают компактностью, что позволяет размещать их на действующих производственных площадках. Также отсутствует необходимость в формировании глубокого колодца и увеличении высоты здания. Данные МНЛЗ позволяют лить трещиночувствительные и хрупкие сплавы и стали, поскольку в процессе затвердевания отсутствуют деформации заготовки. К недостаткам горизонтальных МНЛЗ относится низкое качество заготовок, поскольку пузырьки газа и неметаллические включения всплывают к верхней грани, и проблематичность совместного функционирования металлоприемника с кристаллизатором.

Одной из новейших разработок является МНЛЗ, обеспечивающая прямое получение листа. Таким образом из технологической схемы исключается горячая прокатка заготовок. В данных МНЛЗ в кристаллизатор входят два противоположно вращающихся валка, располагаемых под промковшом. При разливке жидкая сталь поступает в зазор между валками, где кристаллизуется после контакта с их поверхностью. Таким образом формируются корочки, движущиеся вместе с валками и на выходе из них формирующие лист. Его толщина определяется межвалковым расстоянием, а ширина – расстоянием между боковыми стенками кристаллизатора.

Применение таких двухвалковых МНЛЗ обеспечивает снижение энергозатрат (до 10 раз), потерь с окалиной (до 50 раз), выбросов парниковых газов (до 20 раз), затрат на капитальное строительство, а также повышение производительности рабочего персонала (до 10 раз).