4.4.1.5 Горизонтальные унрс.
Создание установок горизонтального типа позволяет решать ряд как экономических, так и организационных проблем:
– снижение капитальных затрат;
– возможность размещения установок в действующих цехах, так как для этого не требуется строительство колодцев и башен;
– уменьшение эксплуатационных затрат благодаря удобству обслуживания, так как все оборудование расположено на уровне пола цеха;
– возможность совмещения установки непрерывной разливки с прокатным станом.
Действующие конструкции горизонтальных УНРС созданы трудом металлургов многих стран; в числе первых были работы советских специалистов. В 70-е годы в СССР начали работать УНРС горизонтального типа, разработанные УкрНИИметом (рис. 103).
Рис. 103. Схема горизонтальной унрс конструкции укрниимета:
1 – металлоприемник; 2 – пористая пробка для продувки металла инертным газом;
3 – кристаллизатор; 4 – индуктор
Практика работы УНРС такого типа показала, что горизонтальные УНРС лучше выполнять наклонными. Некоторый наклон улучшает условия удаления газов из кристаллизатора при заливке первой порции металла, а также улучшает процесс окончания разливки. При строго горизонтальном положении кристаллизатора и опускании в конце разливки уровня мениска в металлоприемнике до верхней образующей кристаллизатора необходим этап прекращения разливки и ожидания полного затвердевания слитка. Не имеющие этого недостатка наклонные УНРС обычно также называют установками горизонтального типа.
В настоящее время в мире работают десятки горизонтальных УНРС различных конструкций. Наиболее распространены конструкции, у которых процесс получения заготовки основан на принципе периодического ее вытягивания из неподвижного кристаллизатора, жестко соединенного через торцовую стенку с металлоприемником. Организация управления циклом вытягивание – обратный ход на отдельных установках различается. Частота цикла достигает 200 цикл/мин (иногда до 300 цикл/мин, что требует особого внимания к качеству изготовления оборудования).
Ответственными узлами горизонтальной УНРС (ГУНРС) являются металлоприемник, кристаллизатор и соединение металлоприемника с кристаллизатором. Вместимость и конструкция металлоприемника должны обеспечить:
– стабильную подачу металла в кристаллизатор;
– условия для всплытия неметаллических включений;
– предотвращение вторичного окисления металла;
– возможность прекращения подачи металла в кристаллизатор в любой момент разливки (прекращение разливки, аварийная ситуация и т. п.).
Для ГУНПС разных конструкций используют различные технологии, такие, например, как индукционный подогрев металла, подача сверху инертного газа (и для предотвращения окисления поверхности металла, и для повышения при необходимости ферростатического давления), перемешивание металла (продувкой аргоном или при помощи индукторов), применение затворов шиберного или иного типа и т.п., увеличение вместимости металлоприемника (до >10 т) и др.
На (рис. 104) показана схема металлоприемника ГУНРС, снабженного шиберным затвором, индуктором и крышкой. Одной из ответственных деталей ГУНPC является так называемое разделительное кольцо, соединяющее металлоприемник с кристаллизатором. К материалу этой детали предъявляют особо высокие требования, поскольку кроме высокой точности размеров эта деталь должна обладать высокой термической стойкостью, стойкостью к разрушениям, налипанию металла и включений, низким температурным коэффициентом линейного расширения и другими свойствами. Обычно для изготовления разделительных колец используют такие дорогостоящие и дефицитные материалы, как порошки нитрида бора (BN), иногда нитрида кремния (Si3N4). испытывают новые материалы типа SIALON (SijAlyONZ). Затраты на изготовление и эксплуатацию разделительных колец существенно влияют на экономичность работы ГУНРС. Более дорогостоящим, чем для обычных УНPC, является и кристаллизатор ГУНРС. Типы и конструкции кристаллизаторов различны. На некоторых ГУНРС используют кристаллизаторы с несколькими (например, тремя) зонами теплоотвода.
Рис. 104. Металлоприемник гунpc конструкции фирмы «фест-альппне»: 1 – корпус; 2 – кристаллизатор; 3 – шиберный затвор; 4 – индуктор для подогрева метала
Первая зона – кольцо из нитрида бора, вторая (образование корочки заготовки) – из медно-бериллиевого сплава с высокой твердостью и износостойкостью, третья – графитовая вставка. Поскольку теплопроводность графита ниже, чем меди, обеспечивается равномерное распределение температур по сечению заготовки. Графит уменьшает также силы трения между заготовкой и кристаллизатором.
Схема образования корочки при кристаллизации в ГУНРС отличается от схемы, характерной для вертикальных кристаллизаторов (рис. 105). Более высокое, чем в вертикальных кристаллизаторах, ферростатическое давление обеспечивает лучший контакт с металлом горизонтального кристаллизатора. В связи с этим интенсивность отвода тепла от металла в горизонтальном кристаллизаторе выше (примерно в 1,5 раза); соответственно длина горизонтальных кристаллизаторов обычно меньше, чем вертикальных (коэффициент затвердевания стали в горизонтальных кристаллизаторах достигает 26–30 мм/мин 0,5).
Рис. 105. Распределение ферростатического давления в вертикальном (а) и горизонтальном (б) кристаллизаторах: 1 – кристаллизатор; 2 – корочка слитка; 3 – ферростатическое давление
Конструкции ГУНРС непрерывно совершенствуются. На (рис. 106) показана схема ГУНРС, разработанная Внииметмашем. Особенностью установки является то, что в ней фронт кристаллизации перемещается не в одном направлении, как у обычных установок, а в двух, причем противоположных, направлениях. Такой способ разливки исключает образование неравномерной структуры заготовки. Медный водоохлаждаемый кристаллизатор совершает возвратно-поступательные движения. Скорость вытягивания заготовки регулируют таким образом, чтобы фронт кристаллизации начинался на некотором расстоянии от отверстия питателя. Общая длина кристаллизатора при отливке заготовок сечением 150x150 мм составляет 1200–1500 мм. После выхода из кристаллизатора заготовка попадает в зону вторичного охлаждения душирующего типа. Установка получила название «Горизонт».
Рис. 106. Схема ГУНРС с двусторонним вытягиванием заготовки конструкции внииметмаша
5. Организация работ в разливочном пролете 154
5.1. Регламентация работ и нормативы времени на выполнение отдельных операций 154
5.2. Пропускная способность разливочного пролета 155
5.3. Рабочие площадки и транспорт 156
5.4. Использование кислорода и сжатого воздуха в разливочном пролете 160
5.5. Общие вопросы организации производства 163