УДК 621.746.047
КРИСТАЛЛИЗАТОР МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК
© Вдовин Константин Николаевич1, д-р техн. наук, e-mail: KN.Vdovin@gmail.com;
Позин Андрей Евгеньевич2, канд. техн. наук, e-mail: pozin.ae@mrk.mmr.ru; Подосян Артур Арутюнович2, канд. техн. наук, Петров Игорь Евгеньевич2
1 ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова». Россия, г. Магнитогорск
2 ЗАО «Механоремонтный комплекс ОАО ММК». Россия, г. Магнитогорск Статья поступила 26.03.2015 г.
Показана важность работы кристаллизатора машин непрерывного литья заготовок без ремонта и определены основные места износа узких стенок. Рассмотрены вопросы настройки узких стенок перед разливкой. Указаны пути совершенствования конструкции кристаллизатора. Представлена новая конструкция узких стенок и даны сравнительные показатели основных тепловых показателей существующих и нового кристаллизаторов. Кристаллизатор предлагаемой конструкции может быть запущен в производство.
Ключевые слова: кристаллизатор; медная стенка; износ; вставка; непрерывная разливка.
Непрерывная разливка - высокоэффективный, энергосберегающий и экологически чистый процесс, обеспечивающий увеличение выхода годного металла как в деформированном, так и недеформированном состоянии. Главным звеном машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), определяющим эффективность непрерывной разливки стали и достижение высокого качества получаемых слябов, является кристаллизатор, конструкция которого практически неизменна со дня появления непрерывной разливки.
По сути кристаллизатор - это теплообменный канал, в котором образуется прочная корочка затвердевшего металла, и, следовательно, материал, из которого изготавливают его стенки, должен быть как можно более теплопроводным. Традиционно стенки кристаллизаторов изготавливают из меди, поэтому при высоких температурах разливки они достаточно быстро выходят из строя (разупрочняются), а с учетом возникающего между стенками и затвердевшим слябом трения происходит еще их механический износ, особенно в нижней части узких стенок (рис. 1) [1, 2].
Экономические потери, связанные с простоями МНЛЗ, затратами на ремонт и изготовление новых медных стенок, очень велики. Кроме того, получение качественной продукции непосредственно после МНЛЗ напрямую зависит от конструкции кристаллизатора.
Цель данной работы - исследование возможности изменения конструкции узких стенок кристаллизатора слябовой МНЛЗ с целью улучшения качества получаемой заготовки.
Группа исследователей ЗАО «Механоремонтный комплекс» ММК и МГТУ им. Г.И.Носова несколько лет отслеживала стой-
кость узких стенок слябовых кристаллизаторов, особенно в их нижней части.
В сечении по ходу движения сляба кристаллизатор представляет собой трапецию, расположенную меньшим основанием к роликовой проводке МНЛЗ. Таким образом в производственной практике компенсируется усадка стали или уменьшение размера сляба по высоте кристаллизатора в результате его охлаждения и кристаллизации. Путем специальной настройки узких медных стенок выставляется угол между ребрами трапеции (узкими стенками) и вертикальной осью (конусность). На практике при этом учитывается примерно 1%-ная усадка слитка по ширине, которая специально рассчитывается на каждое сечение сляба. Если конусность недостаточная, образуется зазор между затвердевающей корочкой слитка и охлаждаемой стенкой, а если увеличенная, то повышается сила трения, что и приводит к повышенному износу медных стенок. При этом может даже возникнуть прорыв жидкого металла.
В результате исследований узкие стенки кристаллизатора выполнили трехплоскостны-ми, а в нижней части сделали специальные фаски [3]. Это по-
Рис. 1. Износ обычной узкой стенки кристаллизатора МНЛЗ
Рис. 2. Новая конструкция кристаллизатора: 1 и 2 - опорные плиты; 3 - уплотнительные прокладки; 4 - шпильки;
5 - узкие стенки; 6 - широкие стенки; 7 - рабочая полость кристаллизатора; 8 - продольные вырезы; 9 - продольный выступ;
10 - продольные медные вставки; 11 - боковое ребро; 12-15 - боковые грани; 16 - боковое ребро продольной вставки;
17 - задняя боковая грань вставки; 18 - водоохлаждаемые каналы
зволило в нижней части рабочей полости кристаллизатора в углах сопряжения широких и узких стенок создать дополнительные зоны разгрузки контактного давления ребер граней вытягиваемой заготовки на поверхность узких стенок. А так как ребра заготовки по сравнению с ее гранями имеют большую твердость, то указанные дополнительные зоны способствуют значительному снижению интенсивности их трения о поверхность узких стенок, что существенно снижает износ. Изменение конструкции узких стенок кристаллизатора позволило повысить их стойкость более чем в два раза.
Скорость кристаллизатора особо не влияет на качество затвердевающего сляба, однако по углам сляба из-за большей скорости затвердевания образуются трещины, которые необходимо зачищать, так как иначе они останутся в готовом прокате. Чтобы изменить (снизить) скорость затвердевания углов сляба, разработали кристаллизатор с продольными вставками (рис. 2), что позволило сократить брак НЛЗ по угловым трещинам на 20%. На ММК стали всех марок, склонные к трещинообразованию (низколегированные, трубные и др.), разливают только через кристаллизаторы новой конструкции [3]. Но несмотря на положительный результат применения модернизированных кристаллизаторов, проблемы с угловыми трещинами не исчезли совсем.
Рис. 3. Рациональная форма сляба с переходными областями
Если кардинально изменить конструкцию кристаллизатора прямоугольного сечения, то возможно добиться полного исчезновения угловых трещин. Для этого разработали новую конструкцию узких стенок кристаллизатора МНЛЗ [4]. Предлагаемая конструкция узких стенок не только существенным образом изменит процесс теплообмена между стенками и слябом, но и будет способствовать получению сляба со скошенными углами. Такой сляб в процессе эджерной прокатки позволит снизить усилия прокатки примерно на 50-60% благодаря созданию на боковых участках сляба так называемых переходных областей, в которых толщина сляба будет уменьшена по направлению к боковой кромке (рис. 3).
Сводная таблица основных тепловых характеристик стенок кристаллизатора
Вариант стенки Коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2-К) Снимаемый суммарный тепловой поток, МВт Температура нагрева воды, °С Максимальная температура, °
в канале на стенке
Существующая 27 427,0 0,2 1,2 66,3 210,6
Новой 26 729,0 220,35
0,3 2,7 88,94
конструкции
Авторами статьи разработана методика теплового расчета узких стенок кристаллизатора, которая позволила реконструировать не только узкие стенки, но и полностью изменить схему их охлаждения. Для проверки методики сначала рассчитали основные тепловые показатели существующих стенок кристаллизатора, а затем новых стенок (см. таблицу). Расчет проведен для рабочей скорости разливки 0,7 м/мин при расходе воды 34 м3/ч.
Заключение. В результате проведенного математического моделирования возможности работы кристаллизатора с предлагаемой конструкцией узкой стенки с точки зрения сохранности ее в процессе разливки, установили, что стенка с продольными вставками может работать без перегрева. Подготовлены рабочие чертежи, позволяющие изготовить такую стенку из меди.
Библиографический список
1. Вдовин К.Н., Точилкин В.В., Ячиков И.М. Непрерывная разливка стали. Магнитогорск : МГТУ им. Г.И.Носова, 2012. 540 с.
2. Бердников С.Н., Позин А.Е., Подосян А.А., Вдовин К.Н. Результаты опытной эксплуатации новой конструкции узких стенок кристаллизатора слябовых МНЛЗ // Сталь. 2011. № 5. С. 21-23.
3. Пат. на пол. модель 89996 РФ, МП К В22D11/043. Кристаллизатор машины непрерывного литья заготовок / Кадошников В.И., Вдовин К.Н., Захаров И.М. и др. - заявл. 10.08.2009; опубл. 27.12.2009. Бюл. 36.
4. Пат. на пол. модель 113684 РФ, МПК В22D11/00. Кристаллизатор машины непрерывного литья заготовок / Галкин В.В., Бердников С.Н., Вдовин К.Н. и др. - заявл. 01.09.2011; опубл. 27.02.2012. Бюл. 6.
MOLD OF CONTINUOUS CASTING MACHINE
© Vdovin K.N., Pozin A.E., Podosyan A.A., Petrov I.E.
The importance of the work of CCM mold without repair is shown. The main places of narrow walls wear are determined. The narrow walls configuration before casting is described as well as the ways to improve the design of the mold. New design of narrow walls are presented and the comparative data of the main thermal indices of existing and new molds are given. The offered mold can be commercialized.
Keywords: mold; copper wall; wear; insert; continuous casting.
(\
Крупнейшую катастрофу в истории Турции рассмотрят на XIII Международном Форуме по промышленной безопасности.
Авария произошла на угольной шахте в г. Сома в иле Маниса на западе Турции. Согласно официальным данным 13 мая 2014 года взрыв с последующим возгоранием унес жизни 301 шахтера, выжить удалось 485 горнякам. Катастрофа вызвала широкую огласку, неоднозначную реакцию общественности и массовые протесты в Соме.
Генеральный директор палаты горных инженеров Турции (The Chamber of Mining Engineers of Turkey) Айхан Йюксель подробно расскажет участникам Форума о расследовании причин аварии, первых и последующих реакциях, а также о предпринятых мерах для предотвращения подобных катастроф в будущем.
XIII Международный Форум по промышленной безопасности пройдет в Санкт-Петербурге со 2 по 5 июня 2015 года в конгресс-центре «Московские ворота». Более подробную информацию о мероприятии вы сможете найти на сайте http://conference.gce.ru/.
По вопросам регистрации и выступления с докладом обращайтесь в оргкомитет Форума:
+ 7 (812) 325-06-21, + 7 (812) 331-83-53, e-mail: conference@gce.ru. \_)
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.