МОДЕРНИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ ГИЛЬЗОВЫХ КРИСТАЛЛИЗАТОРОВ ДЛЯ ЛИТЬЯ КРУГЛЫХ ЗАГОТОВОК*
© Ганкин Владимир Борисович, Шапиро Андрей Владимирович, Сивак Борис Александрович, Рябков Дмитрий Витальевич,
АХК«ВНИИМЕТМАШ им. академика А.И.Целикова», Россия, 109428, Москва, Рязанский проспект, 8-а, Тел.: +7 (495) 171 99 43, e-mail: ¡nform@vniimetmash.ru
Паршин Валерий Михайлович
ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П.Бардина», Россия, 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., 9/23. Тел.: +7 (495) 777 93 01
Развитие нефтяного, газового, энергетического машиностроения вызывают необходимость создания рациональных способов производства труб.
К качеству заготовок для производства труб предъявляются повышенные требования, вызванные спецификой поперечной прокатки на трубных станах и особенностью деформации цен тральной зоны заготовок.
Анализ состояния промышленного производства литых круглых трубных заготовок в нашей стране показал, что для его развития и улучшения технико-экономических показателей необходимо снизить овальность непрерывнолитых заготовок, улучшить их макроструктуру, повысить скорость непрерывного литья и благодаря этому повысить выход годного и существенно снизить аварийность.
Одним из основных дефектов круглых заготовок является овальность, которая приводит к наружным и подповерхностным трещинам, прорывам и вынуждает производить обточку заготовок перед прокаткой.
Возникновение и развитие овальности круглой заготовки начинается в кристаллизаторе. В начальный период затвердевания вблизи мениска появляется первичная разнотолщинность оболочки, которая возникает из-за появления газового зазора, величина и продолжительность существования которого различны в разных точках по периметру поперечного сечения круглой заготовки.
Основной задачей вновь разработанной конструкции кристаллизатора для производства круглых НЛЗ различного сечения является создание гильзы, обеспечивающей стабильный процесс литья круглых заготовок, жесткое центрирование круглой заготовки в гильзе с целью ограничения возможности поворота и смещения затвердевающей оболочки заготовки, снижения овальности, исключения трещин и уменьшения газового зазора между затвердевающей заготовкой и стенкой гильзы кристаллизатора. Решение указанной задачи позволяет одновременно увеличить скорость и серийность непрерывного литья и улучен шить качество заготовки.
о
Для снижения овальности и повышения скорости ™ литья круглых заготовок была разработана новая конструкция гильзы кристаллизатора, обеспечивающая:
Щ - стабильность процесса литья;
< _
5 'Работа представлена на соискание Премии Правительства РФ в обл
- жесткое центрирование круглой заготовки в кристаллизаторе для обеспечения равномерного контакта оболочки слитка с кристаллизатором.
Решение этой задачи обеспечило существенное уменьшение овальности и практически полностью исключило появление трещин на заготовках. Это было достигнуто благодаря разработке и внедрению оригинальной конструкции верхней части рабочей полости гильзы, на которой по периметру поперечного сечения равномерно расположены вогнутости, постепенно сходящие на нет, от верха до границы между воронкообразным и формообразующим участками.
На рис. 1, а показано поперечное сечение гильзы со стороны подвода металла. На нем видны вогнутости в верхней воронкообразной части. Геометрия вогнутостей в развертке поперечного сечения соответствует синусоиде по периметру. По высоте /;. (рис. 1, б) вогнутости выполнены убывающими по параболе от максимума на верхнем торце гильзы а1 до нуля на границе между воронкообразным участком к. и формообразующим участком к.,, что соответствует усадке при формировании оболочки слитка и существенно снижает овальность заготовки. Длина участка с вогнутостями /-7 составляет 30-45% от общей длины гильзы к, так как на этом участке формирующаяся корочка слитка наиболее пластична. Точка I- (рис. 1, я и в) расположения базового радиуса МНЛЗ находится на стыке между вогнутостями воронкообразной части.
Форма, количество и длина участков вогнутых поверхностей зависят от размерного и марочного сортамента получаемых слитков.
Для исследования особенностей взаимодействия затвердевающей оболочки заготовки в кристаллизаторе с профилированной стенкой гильзы был проведен анализ деформирования затвердевающей оболочки круглого слитка на участке кристаллизатора с четырьмя синусоидальными вогнутостями.
Математическая модель деформирования поперечного сечения затвердевающей круглой заготовки построена на основе теории изгиба криволинейных стержней. Разработан алгоритм, позволяющий расчетным путем получить распределение контактного давления по периметру оболочки заготовки при ее взаимодействии со стенками гильзы в процессе движения вдоль кристаллизатора.
1 науки и техники.
с-с
аг
.¿г
—Ш ш
щ
а.
2
и
и
Рис
лЯ #
«¡г дл>'
л |Г л4 # ^
Температура над ликвидусом, "С 2. Зависимость скорости литья от перегрева стали
А\ к \А !
3 Я2
■Л - £ Iе
%
/У ■у,-% 1 **
у/ 1 % ' / И
я И 5 _
Рис. 1. Конструктивное исполнение рабочей полости гильзы для предотвращения овальности круглых заготовок
В целях определения рациональной геометрии внутренней полости гильзы возможно построение приближенной расчетной модели. Это основано на том, что при моделировании деформационных процессов в заготовке на начальном этапе ее затвердевания в кристаллизаторе принимается во внимание, что процессы теплоотдачи и деформирования главным образом происходят в радиальном направлении. Это позволяет рассматривать процесс деформирования оболочки заготовки как последовательное деформирование движущегося кольцевого сечения заготовки при равномерном по периметру и переменных по высоте охлаждении и затвердевании.
Гильзы новой конструкции диаметром 156 мм были применены при реконструкции кристаллизатора МНЛЗ-2 Волжского трубного завода. Коренному изменению при реконструкции подверглись все узлы кристаллизатора, в том числе рубашка охлаждения, узлы уплотнений и устройства, обеспечивающие взаимное центрирование рубашки охлаждения, что помимо улучшения служебных свойств кристаллизатора позволило значительно облегчить его обслуживание. Следует отметить, что в связи с необходимостью увеличения скорости литья и гильза и кристаллизатор были удлинены с 700 до 800 мм. Кроме того, была реконструирована роликовая подвеска под кристаллизатором.
Расход воды был увеличен на 60% и составил 2000 л/мин, скорость протока охлаждающей воды увеличилась с 5,6 до порядка 10 м/с, в результате охлаждение гильзы стало более равномерным и интенсивным.
Качество круглой заготовки и скорость литья в значительной степени зависят от особенностей конструкции и протяженности зоны вторичного охлаждения (ЗВО), задача которой состоит в обеспечении равномерного охлаждения по периметру поперечного сечения заготовки, а вдоль ее оси - охлаждения с постепенно убывающей интенсивностью в соответствии с заданным законом, исключающим появление трещин, вызванных термическими напряжениями.
В конструкции ЗВО МНЛЗ-2 Волжского трубного завода изменены порядок установки и тип форсунок, разработаны режимы охлаждения по секциям в ЗВО в зависимости от марочного сортамента стали, С целью исключения повторного разогрева непрерывно-литой заготовки была введена дополнительно четвертая зона охлаждения.
Применение гильзы кристаллизатора новой конструкции обеспечило значительное повышение скорости литья и увеличение среднего теплового потока в кристаллизаторе.
В связи с успешным внедрением и положительными результатами эксплуатации оборудования зоны кристаллизации конструкции ВНИИМЕТМАШ на МНЛЗ-2 ВТЗ, руководство завода обратилось
Ж 2,7 2,9
Скорость литья, м/мин
□ до реконструкции □ после реконструкции
Рис. 3. Зависимость плотности среднего теплового потока от скорости литья до и после реконструкции
с предложением о модернизации кристаллизатора для литья заготовок диам. 150 мм конструкции фирмы SMS-Demag, который был установлен в 2007 г. В результате проведенных работ в кристаллизатор была встроена гильза новой конструкции для литья заготовок диам. 156 мм.
Технические показатели реконструированной МНЛЗ-2 Волжского трубного завода при разливке круглых заготовок диам. 156 мм иллюстрируют графики, приведенные на рис. 2 и 3.
С учетом положительных результатов, достигнутых на МНЛЗ-1 и МНЛЗ-2 ВТЗ, была реконструирована блюмовая МНЛЗ металлургического завода ТМК-Решица (Румыния) с целью получения непре-рывнолитых заготовок диам. 177 мм. Для этого потребовалось заменить кристаллизаторы, первую секцию ЗВО, коллекторы всех четырех секций, оснастить МНЛЗ системой автозапуска. Реконструированная МНЛЗ пущена в эксплуатацию в феврале 2008 г. При этом серийность разливки составляла 2-5 плавок в зависимости от заказа по марочному сортаменту.
Показатели качества заготовок диам. 177 мм превышают гарантийные параметры, обусловленные кон-
трактными обязательствами. Выход годного при производстве труб с использованием непрерывнолитых заготовок диам. 177 мм по сравнению с катаными круглыми заготовками, полученными из блюмов сечением 260x340 мм, возрос с 87 до 92%, в основном за счет исключения обточки заготовок из-за овальности.
Для производства гильз новой конструкции разработана технология и технологическая оснастка.
При проведении экспериментов на Волжском трубном заводе выявлено, что при разливке сталей с содержанием хрома 1-1,5% и марганца 1,5-2% наблюдается повышенное сопротивление вытягиванию непрерывнолитой заготовки из кристаллизатора. С учетом этого в конструкцию верхней части гильзы внесены изменения. Также определено, что при производстве гильз из меди, легированной серебром, наблюдается повышение средней стойкости гильз до порядка 300-350 плавок. Стойкость гильз, легированных фосфором, в среднем 200-250 плавок.
За достижение значительных научно-практических результатов данная разработка выдвинута на соискание премии Правительства Российской Федерации в области науки и техники.
Информация
В листопрокатном цехе Магнитогорского металлургического комбината вошло в строй
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.