Способы разливки стали

Непрерывная разливка стали. Основная часть установки для непрерывной разливки стали - кристаллизатор. Стенки его полые, в них циркулирует вода. Ниже кристаллизатора расположена секция вторичного охлаждения - своеобразный "душ", который позволяет регулировать ход кристаллизации. Здесь же система роликов, образующая ограждение на пути еще не полностью затвердевших слитков, и устройство, вытягивающее слитки из кристаллизатора. Из ковша крана металл заливают в промежуточный

1 - прибыльная часть слитка; 2 – ковш, откуда он поступает в кристаллизатор.

усадочная раковина ; 3 – мелкие Чтобы первая порция жидкой стали не прошла

Зерна, 4 - вытянутые столбчатые насквозь раньше, чем она застынет, дно крис

кристаллы; 5 - равноосные кристаллы.

Разрез стального слитка

таллизатора заблаговременно закрывают металлическим брусом, или, как говорят металлурги, вводят затравку. Один конец бруса "запирает" кристаллизатор, другой зажат в валки тянущего устройства.

Разливка готовой стали из ковша в

наложницы. Когда наружные слои стали затвердеют, в действие вступают тянущие устройства, которые вытягивают из

Схема установки непрерывной разливки стали кристаллизаторов за

травку и как бы приросшую к ней заготовку. Теперь процесс идет безостановочно. В кристалли-

з атор непрерывно заливают сталь, из него выходит стальная заготовка. Пройдя через "душ", она затвердевает насквозь, после этого ее разрезают на части нужного размера. Отрезанные куски заготовки с помощью системы рольгангов поступают на приемные стеллажи. При непрерывной разливке стали, благодаря более быстрому охлаждению и затвердеванию, слитки получаются однороднее, прочнее, отходов почти нет. Непрерывная разливка намного эффективнее, чем обычная. Однако основную массу стали, которая выплавляется в нашей стране и в других странах, пока еще разливают в изложницы. Полученный таким путем слиток подвергают затем следующей технологической операции - обжиму.

Прокатка стали. Прокатка стали, или обжим стального слитка, совершается на блюмингах или слябингах. Слиток при этом раскатывается и превращается в длинный брус или пластину, а сам металл становится плотнее, так как при этом устраняются ("завариваются") мелкие поры, имевшиеся в слитке. Это становится возможным потому, что нагретая добела сталь сохраняет одно из важнейших свойств железа - способность необратимо изменить свою форму. Перед обжимом слитки выдерживают 4-6 ч в нагревательных колодцах при 1100-1300° С. Затем их кладут на электрическую тележку - электрокар и везут к блюмингу. Блюминг - это высокопроизводительный прокатный стан для обжима в блюмы крупных стальных слитков, массой от 1 до 18 т. Производительность современных крупных блюмингов около 6 млн. т слитков в год. Блюминг в подлинном смысле слова исполинская машина: моторы, обслуживающие его систему, обладают мощностью в десятки тысяч киловатт. Такого количества энергии достаточно, чтобы обеспечить электричеством небольшой город. Масса блюминга - тысячи тонн. Обжимное устройство блюминга - это станина, в которой укреплены 2 больших валка, диаметром иногда больше 1 м и длиной до 2,8 м. Валки вращаются навстречу друг другу. Верхний валок блюминга может подниматься и опускаться, уменьшая или увеличивая просвет между собой и нижним валком. На станине блюминга поставлен большой циферблат со стрелкой. Она и показывает размер просвета между валками, который, как правило, должен быть несколько меньше высоты слитка. Управляет блюмингом оператор, при помощи рычагов он приводит в движение механизмы.

Раскаленный слиток направляется в пространство между валками, которые тотчас увлекают его, протаскивая вперед и уменьшая в сечении. Затем валки выпускают слиток, и он двигается по рольгангу – роликам - вперед и также быстро возвращается назад к валкам. Оператор непрерывно меняет направление вращения валков блюминга и роликов рольганга. Одновременно он опускает верх-кий валок, уменьшая зазор между валками: Слиток, уже раз побывавший между валками, снова попадает в просвет (зазор) между ними, но уже уменьшенный. Валки сдавливают его вторично, потом снова и снова, и каждый раз все сильнее. В процессе обжима слиток несколько раз переворачивают с помощью специального механизма - кантователя. Блкшинг - это высокопроизводительный прокатный стан для обжима крупных стальных слитков. Чтобы превратиться в длинный брус, слиток проходит через валки от 11 до 19 раз. И весь этот процесс длится меньше 1 мин. Такая работа требует не только высокого искусства, но и очень большого напряжения: ведь оператор в течение минуты совершает более 100 движений. Чтобы облегчить этот труд, советские ученые и конструкторы создали полностью автоматизированный блюминг, управляемый ЭВМ. Полученный брус по рольгангу направляется к ножницам. Здесь о брезают негодные части и делят брус на куски - блюмы. Слитки обжимают и на слябингах. Это такие же машины, как и блюминги, но на них установлена двойная система валков: одни - горизонтальные, другие, несколько меньшего диаметра, - вертикальные. На слябингах слиток превращается в длинную пластину, которая режется на плоские заготовки - слябы. Слиток металла проходит через системы валков от 11 до 19 раз. Валки вращаются навстречу друг другу, раскатывая слиток металла в брус или пластину.

Клеть блюминга "1120"

Системы валков в блюминге Схема работы валков

К алибры. Чтобы получить разные формы металла, в верхнем и нижнем валках делают вырезы нужной формы и получают ручей, или калибр. Теперь должно быть ясно, насколько проще получать такие же заготовки на установках непрерывной разливки. Со временем блюминги и слябинги, на которых сейчас осуществляют прокатку стали, устареют. Дальнейший путь блюмов и слябов зависит от назначения стали. Далее из блюмов

Калибр и слябов делают металл необходи

мой формы, или, как говорят металлурги, разных профилей.

Профилирование. На одних заводах прокатные станы производят стальные листы для кузовов автомобилей, на других - трубы для газопроводов, на третьих - рельсы, на четвертых - сортовой прокат, т.е. изделия относительно простых геометрических форм: квадрат, круг, полоса, угол.

Чтобы превратить заготовку (блюм или сляб) в полосу или лист, ее пропускают между гладкими валками. А чтобы изготовить более сложные профили, в нижнем и верхнем валках делают вырезы необходимой формы. Сблизив валки так, чтобы вырез одного точно пришелся над вырезом другого, получают ручей, или, как его называют металлурги, калибр. Металл нужной формы получают постепенно, пропуская его через ряд все более и более приближающихся к окончательной форме калибров. Иногда их число достигает 20. Затем готовый прокат поступает на пилы или ножницы, где его разрезают на куски нужной длины.

Очень мощные и высокопроизводительные станы применяются для прокатки балок и рельсов. На Уралмашзаводе в Екатеринбурге (Свердловске) построен рельсобалочный стан с автоматической поточной линией для отделки рельсов. Процесс протекает без применения тяжелого физического труда. Стан состоит из 240 отдельных машин общей массой свыше 15 тыс. т.

Удобны и высокопроизводительны станы непрерывного действия. В непрерывном стане, где осуществляется обжатие, клети устанавливаются последовательно одна за другой. Выйдя из одной клети, полоса автоматически попадает в другую, затем в третью, причем все клети работают с совершенно одинаковой скоростью. Некоторые станы такого типа способны выпускать более 2 млн. т листов в год. Толщина прокатного листа контролируется автоматически на ходу.

Все большую роль в народном хозяйстве играют трубные станы, особенно в связи с развитием трубопроводов для транспортировки на дальние расстояния нефти, природного газа и других продуктов. Сеть трубопроводов, пересекающих нашу страну в разных направлениях, достигает многих десятков тысяч километров. При этом диаметр труб, по которым течет газ, все время увеличивается. Первые трубопроводы были диаметром 0,8 м, следующие - 1,02 м, затем 1,2 и 1,4 м. На очереди прокладка трубопроводов диаметром более 2 м. В связи с этим возникла необходимость в коренном пересмотре технологии производства. Применяются два принципиально различных способа производства труб. При первом в нагретой добела (температура 1200-1300° С) заготовке на специальном стане делают отверстие (ее прошивают) - получается короткая гильза, которую потом раскатывают в длинную трубу. Так получают бесшовные трубы.

Профилировочный стан Пресс для формовки труб

Челябинского трубопрокатного завода.

При втором способе стальной лист большого диаметра сворачивают и сваривают по прямой линии или по спирали. Очень эффективны и экономичны станы спиральной сварки труб из стальной ленты. Такие станы сконструированы работниками Всесоюзного научно-исследовательского института металлургического машиностроения (ВНИИМЕТМАШ).

Ученые и инженеры разных стран уже много лет ищут пути ускорения процессов формообразования металлов. Так, станы, прокатывающие стальные ленты, пропускают через свои валки металл со скоростью курьерского поезда - 125 км/ч. Большой производительностью обладают непрерывные агрегаты печной сварки труб. Каждый такой агрегат - это цех-великан, внутри которого в одной технологической линии работают десятки взаимодействующих машин. Управляет сложным процессом один оператор - все операции механизированы и автоматизированы. По мере движения ленты машины нагревают ее, формуют, сваривают в трубу, вытягивают в длину, уменьшают в диаметре, калибруют, разрезают на одинаковые части, нарезают резьбу. Ежеминутно стан выдает 500 м труб.

На Магнитогорском металлургическом комбинате в 1969 г. вступил в действие скоростной широкополосный стан "2500". Из широкой стальной ленты, которую прокатывает этот стан, можно штамповать целиком кузовы легковых автомобилей. Впервые в мире российские ученые разработали оригинальную технологию изготовления изделий для машиностроительной промышленности круглой и конусной формы на прокатных станах. Один из таких станов работает на Московском автомобильном заводе. Приводные валки, вращаясь, обжимают раскаленное тело заготовки, придавая ему форму и размеры будущего изделия - автомобильной полуоси. Прокатка вытеснила трудоемкие операции: ковку на специальных прессах и механическую обработку на токарных станках.

Московский автомобильный завод не исключение. На таких же станах в Коломне получают шпиндели текстильных веретен, в Минске - тракторные полуоси, в Днепродзержинске - разные изделия для тракторов, электродвигателей, буровых машин. В ВНИИМЕТМАШе сконструирован стан для прокатки шестерен разного размера и назначения. Внедрение нового прогрессивного метода производства шестерен даст народному хозяйству огромную экономию средств и металла.

Внедрение непрерывных процессов в металлургию и машиностроение имеет огромное значение для все более широкой механизации и автоматизации всех видов производства черной металлургии, способствует коренному улучшению качества металлопродукции за счет внедрения прогрессивных способов производства металла. Один из таких прогрессивных способов получения металла - применение кислорода вместо воздуха в доменном процессе. В домну вдувают нагретый воздух. Вместе с каждой молекулой кислорода поступает около 4 молекул азота, который ни в каких химических реакциях не участвует. А между тем на его нагрев тратится тепло. Применение кислорода вместо воздуха упрощает весь доменный процесс. Открывается возможность уменьшить размеры и мощность оборудования для подачи дутья, транспортирования и очистки газов. Громоздкие воздухонагреватели можно будет заменить более простыми. При достаточной концентрации кислорода в дутье можно будет уменьшить высоту печей, а это позволит снизить жесткие требования к механической прочности кокса. Не меньшее значение имеет использование кислорода при выплавке стали. Даже небольшое обогащение кислородом поступающего в мартеновскую печь воздуха сокращает длительность плавок примерно на 25%. Применение кислорода - только поправка к известной двухступенчатой технологической схеме, по которой сначала в доменной печи из руды получают чугун, а затем в специальных агрегатах его переделывают в сталь. Ученые-металлурги давно пытаются найти экономически выгодные способы получения стали более коротким, непрерывным путем. Один из последних вариантов этой идеи выглядит так: домна, работающая на кислородном дутье, выпускает чугун; по пути своего следования поток чугуна обрабатывается кислородом, насыщается необходимыми добавками и, превращаясь в сталь, разливается на машине непрерывной разливки. Успехи автоматики позволили создать проект металлургического завода непрерывного действия, где разрозненные процессы будут соединены в единую поточную систему.

Задача бездоменного производства, или, как его называют, прямого получения железа с суточной производительностью 500 т, решается уже много десятков лет. Бездоменный процесс можно представить себе, например, так. во вращающихся трубчатых печах железная руда превращается в железо. При помощи магнитов крупинки железа отделяются от остальной массы - и чистый продукт готов для дальнейшей обработки. Из железного порошка можно штамповать готовые изделия. Из него можно варить сталь различных сортов, прибавляя необходимые добавки (легирующие элементы).

С вводом в эксплуатацию гигантских электростанций металлургия получит много дешевой электроэнергии. Это создаст благоприятные условия для развития электрометаллургического производства и для еще более широкого применения электричества на всех последующих стадиях обработки железных сплавов. Успехи атомной физики натолкнули на идею так называемой радиационной металлургии.