НОВОСТИ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЛИТЕРАТУРА СЛОВАРЬ ВИДЕО

МОДЕЛИРОВАНИЕ | НЕПРЕРЫВНАЯ РАЗЛИВКА И КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ СТАЛИ

Внедрение первой промышленной установки конвейерного литья

Dr. Jochen Wans, Jцrg Bausch, Christian Geerkens , Hans-Jьrgen Hecken, Jochen Schlьter
Перевод с английского - Гойда Д.И.

Введение

В отличие от многих других материалов, сталь является предметом повышенной востребованности. Высокотехнологичные детали, изготовленные из современных сталей, уже имеют разнообразное применение. В будущем производство инновационной продукции требует наличия марок стали со значительно улучшенными свойствами.

Поэтому металлурги сталкиваются с проблемой разработки новых стальных сплавов, которые удовлетворяют специфические требования. Тем не менее, производство, использование и утилизация стали сегодня также должны соответствовать экологическим стандартам. Понятия особо высоколегированные и сверх высоколегированные стали предназначены для использования в производстве легких автомобилей, морских применений или в химической промышленности. Использование этих сплавов сочетает в себе оптимальные механические свойства и, следовательно, представления металлургов и существующих установок и оборудования с новыми проблемами [1].

Строительные заводы и оборудование должны разработать подходящие установки и процессы для своих заказчиков. Акцент здесь делается на развитии существующих процессов, которые предлагают клиентам финансовую выгоду. Одним из примеров этого является технология CSP® компании SMS SIEMAG, которая существует уже более 20 лет. Другой основной областью является разработка новых концепций оборудования.

Последняя разработка оборудования основывается на технологии конвейерного литья (BCT®), что в настоящее время реализуется компанией SMS Siemag впервые в промышленном масштабе.

Литейная машина BCT®

Рисунок 1 Литейная машина BCT®

В объедененном проекте с Salzgitter Flachstahl GmbH эта установка используется для реализации отливки формы заготовки, близкой к заданной и прокатки марок стали HSD®.

Главная технологическая экспертиза была разработана совместно с университетом Clausthal.

Машиностроители SMS SIEMAG представляют основу для коммерческого запуска этой перспективной технологии литья.

Таким образом, SMS SIEMAG будет распространять портфолио изготовленных на заказ и энергоэффективных установок литья и прокатки.

Революционная технология конвейерного литья это еще один технологический прорыв на пути разливки форм заготовок, близких к заданным. Установка BCT® обеспечит разнообразие производственных темпов и размеров изделий, в зависимости от желаемой концепции установки. Продукция технологии BCT® будет включать в себя сплавы, которые нельзя разлить на установках непрерывного литья и рядовые марки стали, склонные к трещинообразованию.

В настоящей статье мы хотели бы подчеркнуть преимущества технологии, прогресс, достигнутый в области инженерии первой в промышленных масштабах разливочной машины BCT® и сообщить о специфических чертах проекта и процесса.

BCT® - технологический прорыв

Отливка форм заготовок, близких к заданным, горизонтальным конвейерным литьем стали открывает новые технологические возможности.

Многие марки стали, которые в настоящее время влекут за собой потери в традиционных установках, как ожидается, будут выгодно производится на установках BCT®. Стали с необычными свойствами могут теперь впервые быть получены в промышленном масштабе: HSD® стали [2] с высоким содержанием марганца, кремния и алюминия, что обеспечивает соответственно малый вес, высокую прочность и в то же время легко деформируемость.

Все это стало возможным путем литья металла на движущейся литейной форме без добавления потока литья, а также горизонтальным затвердеванием литой полосы, свободным от напряжений.

Быстрое затвердевание в инертной атмосфере открывает широкий спектр возможных шихтовых материалов [3]. Литейная машина может быть объединена с конвертерным или электродуговым сталеплавильным цехом.

Установки BCT® могут быть специально приспособлены к потребностям клиентов SMS SIEMAG. Полоса средней ширины может быть получена так же хорошо, как и широкая полоса. Клиенты с маленькими производственными мощностями будут обслуживаться соответствующими установками, так же, как производители стали с средним и высоким годовым тоннажом. Литейная машина будет спроектирована необходимой металлургической длины и с заданной скоростью литья.

Самая компактная литейно-прокатная установка BCT® производит 15 мм литой полосы - толщина близкая к заданной, что позволяет обеспечить достаточную степень деформации для достижения оптимальных механических свойств и сохраняет энергию деформации, пространство и, в конечном счете стоимость.

Первая опытно промышленная литейная машина BCT

В мае 2010 года, Salzgitter Flachstahl заключили контракт с SMS SIEMAG на строительство первой в мире горизонтальной промышленной разливочной машины BCT®.

Используя существующую инфраструктуру, финансовая концепция первой установки может быть составлена в сотрудничестве с Salzgitter, внимание которого сконцентрировано на тестировании технологии литья. SMS SIEMAG богаты на опыт в области планирования, строительства и опытной эксплуатации экспериментальных установках, созданных в НИИ MEFOS в Швеции, а также технологическая компетенция Технического университета Клаустале являются важнейшими факторами, которые способствовали разработке и проектированию новой машины. В Клаустальском техническом университете на факультете металлургии лабораторная ленточная литейная машина успешно осуществила разливку новых HSD® марок стали.

Новая разливочная машина BCT® будет установлена на сталелитейном заводе Peiner Trаger GmbH (Salzgitter Group) (рис. 2). Марки стали HSD®, на которых здесь сконцентрировано внимание получают с помощью установленного и патентованного оборудования SMS Siemag, включающего дуговую сталеплавильную печь с технологией ARCCESS®, установку печь-ковш и вакууматор. Разливочная машина BCT® будет производить заготовки толщиной 15 мм и шириной 1000 мм. Основные части установки уже рассчитаны на ширину 1600 мм, чтобы позволить в будущем расширить ассортимент продукции.

Установка разливочной машины BCT® в Пайне

Рисунок 2 Установка разливочной машины BCT® в Пайне

На заводе в Salzgitter существующий четырехвалковый прокатный стан будет модернизирован для обеспечения дальнейшей обработки литой полосы, полученной в Пайне.

SMS Siemag поставляет основную и вспомогательную технику, все механические компоненты установки, включая полный набор X-Pact® электрики и автоматики, а также будет возводить оборудование для разливочной машины BCT® и модернизировать прокатный стан.

В конце 2012 года, партнеры по сотрудничеству Salzgitter Flachstahl и SMS SIEMAG будут совместно проверять объекты в целях реализации преимуществ этой технологии в промышленных масштабах.

Разливочная машина BCT® и ее продольный разрез

Рисунок 3 Разливочная машина BCT® и ее продольный разрез

Для защиты от вторичного окисления жидкую сталь разливают из обычного ковша в промежуточный накрытый ковш и оттуда, с помощью погружного стакана, в предварительно нагретую систему подачи. Из этой системы сталь течет в движущейся горизонтальной форме, которая состоит из конвейерной ленты и боковых подпорок с внутренним охлаждением.

Нижняя часть конвейерной ленты интенсивно охлаждается водой и работает на скоростях до 30 м/мин. Форма не осуществляет колебательные движения, поэтому необходимо первоначальное затвердевание, добавка шлакообразующей смеси не требуется.

Атмосфера инертного газа над конвейерной лентой защищает затвердевание стали. В конце разливочной машины газовая смесь оказывает непосредственное влияние на структуру затвердевание.

Электромагнитные устройства для воздействия на поток стали, а также охлажденные вытяжки расположены над конвейерной лентой. Поперечная мешалка поддерживает плавное и равномерное распределение жидкой стали до боковых плотин. Продольная мешалка синхронизирует движение конвейерной ленты с потоком жидкой стали. Эта технология перемешивания является результатом совместной разработки. SMS Elotherm GmbH будет поставлять оба устройства.

Непрерывно литая полоса выходит с конвейера горизонтально. Это управляется ведущим роликом и тремя парами правильных роликов, которые могут повлиять на ровность полосы. Вниз по течению эти ролики измеряют как толщину полосы, так и ее профиль. Непрерывно литая полоса затем поступает в закрытый рольганг, в котором полная инертизации процесса обеспечивается до конца установки.

Рольганг сопровождается по длине сочетанием двух тянущих роликов и петледержателя, расположенного между ними. В дополнение к дальнейшей транспортировке литой полосы гарантируется, что влияния, которые ниже по течению оказываются на литую полосу - разделены.

Второй блок тянущих роликов подает полосу на движущиеся гидравлические ножницы. Для резки ножницы ускоряются до скорости литой полосы, после чего лист режется на мерные длины.

Рольганг ускоряет листы, которые здесь имеют максимальную длину 9 м; в конце рольганга листы замедляется снова. Поперечный толкатель выталкивает листы на гидравлическую подъемную площадку. Листы укладываются на поддоны, загружаются фуры и доставляются в прокатный цех в Зальцгиттер.

Преимущества разливочной машины BCT®

BCT® существенно отличается от обычного процесса непрерывной разливки и от двухвалковой технологии. Отдельные вопросы объясняются в следующем.

Подача металла в движущуюся форму.

Существенным аспектом качества для дальнейшей обработки литого продукта является его профиль. Из-за причин, связанных с процессом, настройка геометрической точности литой полосы BCT® начинается с подачи расплавленного металла на горизонтально движущуюся форму, которая состоит из конвейерной ленты и боковых подпорок.

Должно обеспечиваться распределение расплавленного металла по всей ширине и толщине отливки. Ширина выпускного отверстия разливочного стакана меньше ширины формы, при этом полученная разность должна быть заполнена расплавленным металлом [4]. Рисунок 4 показывает разницу в ширине в выпускное отверстие стакана.

Вид в  противоположном направлении литья с разницей ширины между разливочным стаканом и формой

Рисунок 4а Вид в противоположном направлении литья, с разницей ширины между разливочным стаканом и формой. Источник: Технический университет Клаусталь, ИМЕТ

Технический рисунок вид в  противоположном направлении литья с разницей ширины между разливочным стаканом и формой

Рисунок 4 б Технический рисунок, вид в противоположном направлении литья, с разницей ширины между разливочным стаканом и формой

Расплавленный металл дополнительно ужимается за счет поверхностного напряжения, возникающего, когда расплавленный металл превышает уровень края керамического разливочного стакана [рис.5]. В зависимости от состава разливаемой стали и от заданной атмосферы, поведения потока может меняться. Специальные сплавы, содержащие большие количества оксидов, как правило, подвергаются усиленному ужатию. Это происходит из-за поверхностного окисления расплавленного металла, что приводит к ограниченной пропускной способности к краям формы.

Вид в противоположном направлении литья с ужатием расплавленного металла

Рисунок 5 Вид в противоположном направлении литья с ужатием расплавленного металла. Источник: Технический университет Клаусталь, ИМЕТ

Эти два явления могут быть нейтрализованы несколькими действиями. Защита от вторичного окисления путем добавления инертного газа, разработка геометрии разливочного стакана плюс электромагнитное воздействие на расплавленный металл (рис. 6). Решения, касающиеся механической часть подтверждаются моделированием потока. Моделируемый поток расплавленного металла может быть представлена как функция массового расхода, геометрии и электромагнитного поля.

Моделирование потока расплавленного металла

Рисунок 6 Моделирование потока расплавленного металла без электромагнитного поля (выше) и с эффектами электромагнитного поля. Поле сил является причиной равномерного распределения расплавленного металла по всей ширине еще до начала кристаллизации.

Условия охлаждения и затвердевания

Разливочная машина BCT® в Пайне оснащена зоной первичного охлаждения длиной 11 м. Косвенное охлаждение формы позволяет стали затвердевать в процессе ее горизонтального перемещения. Литая полоса толщиной 15 мм не испытывает каких-либо внешних напряжений.

Процесс затвердевания контролируется с помощью отвода тепла. Кроме зональной подачи воды и характеристик конвейерной ленты, таких как материал ленты, ее геометрия и структура, решения механико-оборудование разработано на MEFOS и Clausthal пробных установок для несущей конструкции конвейерной ленты являются одними из важнейших факторов, влияющих на систему охлаждения и затвердевания.

Из верхней части конвейерной ленты тепловая энергия рассеивается через излучения и конвекцию к механическим компонентам оборудования верхнего строения.

Проектирование секции охлаждения и прилегающих механических компонентов выполнялось на основании тепловых расчетов. И температура литой полосы и подвижной ленты может быть определена.

Рисунок 7 показывает расчетную температуру непрерывно литой полосы в зависимости от времени, изготовленной из низкоуглеродистой стали, а также конвейерной ленты (температура на нижнем рисунке).

Bременная кривая литой полосы

Bременная кривая конвейерной ленты

Рисунок 7 временная кривая литой полосы (вверху) и конвейерной ленты (внизу). Низкоуглеродистая сталь, скорость разливки 29 м/мин

Мониторинг процесса

Система датчиков играет важную роль в мониторинге и управлении процессом BCT®. Особое внимание должно быть уделено системе подачи металла, с помощью которой жидкий металл перетекает на движущуюся конвейерную ленту. Количество измерительных систем установлен для получения переменных процесса. В дополнение к температуре и положению погружного стакана, измеряется уровень заполнения металла. Таким образом, процесс включает в себя точное измерение в реальном времени уровня жидкой стали, которое является неотъемлемой частью системы управления массового расхода.

Интеграция системы датчиков для измерения горизонтального уровня заполнения металла

Рисунок 8 Интеграция системы датчиков для измерения горизонтального уровня заполнения металла в системе подачи металла.

Зона формы также отслеживаться в режиме реального времени в определенных позициях. В дополнение к уровню заполнения и температуре, измерения производятся в атмосфере путем анализа газа и положения конвейерной ленты.

В рамках дальнейшего процесса, система отслеживания обнаруживает положение литой полосы и контролирует вмешательства тянущих валкоа и петлителя (затравки). При дальнейшем бесконтактного измерения скорости литой полосы, резка осуществляется синхронно со скоростью продукта.

Выводы

Разработанная новая концепция оборудования, основанная на технологии конвейерного литья (BCT®) в настоящее время осуществляется машиностроительной компанией SMS Siemag AG впервые в промышленном масштабе. В объединённом проекте с Salzgitter Flachstahl GmbH это установка используется для реализации разливки заготовки по форме близкой к заданной и прокатки марок стали HSD®. На первом этапе проекта, разливочная машина BCT® будет производить заготовку толщиной 15 мм и 1000 мм в ширину. Установка будет установлена на сталелитейном заводе Peiner Trаger GmbH компании Salzgitter Group.

Технология конвейерного литья позволяет производить новые стальные сплавы с помощью горизонтального литья, и позволяет производить марки стали, которые в обычных установках могут быть получены лишь в ограниченной степени. BCT® характеризуется затвердеванием без напряжений и не требует использования ШОСа при разливке. Вместе с университетом Клаустхаля была разработана основа технологического процесса.

Оборудование установки BCT® является гибким, когда речь заходит об его интеграции в новый или существующий конвертерный или электро-сталеплавильный цех. Производственные мощности и размеры продукции разрабатываются специально для каждого клиента.

Уникальными техническими особенностями процесса являются системы подачи жидкого металла на движущуюся форму, контроль затвердевания полосы, а также мониторинг процесса.

Salzgitter Flachstahl и SMS Siemag будут совместно вводить в эксплуатацию установку BCT® в конце 2012 года.

© 2013 - 2015 Steellab.com.ua

Перепечатывание и использование материалов в электронном формате разрешается только при наличии гиперссылки на SteelLab.com.ua

Использование материалов в печатных изданиях допускается только с письменного разрешения администрации и/или автора материалов.

Материалы размещенные на сайте опубликованы c согласия автора(-ов), либо получены из открытых интернет источников.

 

bizonoff web studio