CCM (continuous casting machine) eller UNRS (continuous casting of steel) [1] - en metallurgisk enhet för att gjuta stål . Det ursprungliga namnet "UNRS" ersattes senare praktiskt taget av förkortningen "CCM" [1] [2] , eftersom, beroende på design och syfte, inte bara stål kan gjutas på det.
Flytande stål hälls kontinuerligt i en vattenkyld form som kallas en form . Innan hällning införs en speciell anordning med ett låsgrepp (" frö ") i formen, som botten för den första delen av metallen. Efter stelning av metallen dras fröet ut ur formen och släpar det formande götet med sig. Flödet av flytande metall fortsätter och götet växer kontinuerligt. I formen stelnar endast ytskikten av metallen och bildar ett fast skal av götet, som håller kvar vätskefasen längs den centrala axeln. Därför finns en sekundär kylzon, även kallad den andra kristallisationszonen, bakom formen. I denna zon, som ett resultat av forcerad ytkylning, stelnar ämnet över hela tvärsnittet. Denna götformningsprocess är ett sätt att erhålla göt av obegränsad längd. I det här fallet, i jämförelse med gjutning i formar , minskas förlusten av metall för att trimma ändarna på göten kraftigt, vilket till exempel vid gjutning av lugnt stål är 15–25%. Dessutom, på grund av kontinuiteten av gjutning och kristallisation , uppnås fullständig enhetlighet av strukturen av götet längs hela dess längd [3] .
Under kristallisationen rör sig det bildade götet av metall ständigt upp och ner i förhållande till formen med hjälp av små cylindrar placerade i strömmen. Detta minskar antalet sprickor - defekter. Ett starkt elektromagnetiskt fält skapas runt varje ström, vilket möjliggör bildandet av arbetsstyckets rätta kristallstruktur [3] .
De största tillverkarna av stränggjutna plattor i världen är Japan , USA , Kina , Tyskland , Korea och Ryssland . De står för mer än två tredjedelar av världens produktion av plattor. Från och med 2013 fanns det drygt 650 skivgjutmaskiner i världen med ett totalt antal trådar över 850 enheter [4] [5] .
Enligt formens geometri
Efter antal strömmar
Enligt götens geometri
Cirka 2/3 av allt producerat stål gjuts på gjutjärn [6] .
Idén om stränggjutning lades fram i mitten av 1800-talet. G. Bessemer , som föreslog att hälla flytande stål mellan två vattenkylda valsar. Men inte bara på den tekniknivån, utan också för närvarande, är det omöjligt att implementera en sådan idé om götlös rullning. 1943 utvecklade Siegfried Junghans en rörlig form för gjutning av ämnen [1] .
De första semi-industriella (pilot) installationerna dök upp omedelbart efter slutet av andra världskriget i flera ledande industriländer. Så en experimentell maskin av vertikal typ byggdes 1946 vid en fabrik i Low Moor (Storbritannien), 1948 - vid Babcock och Wilcox (Beaver Fall, USA) [7] , 1950 - vid Mannesmann AG ( Duisburg , Tyskland ).
I Sovjetunionen byggdes den första experimentella stränggjutningsmaskinen för vertikalt stål PN-1-2 TsNIICherMet 1945 och var avsedd för gjutning av runda och fyrkantiga ämnen (fyrkantig sida och diameter upp till 200 mm). Erfarenheterna från gjutningen vid denna anläggning gjorde det möjligt att fastställa några av huvuddragen i gjutprocessen och de tillhörande kraven för konstruktionen av enskilda maskinkomponenter. 1947 lanserades en experimentell kontinuerlig gjutmaskin (CCM) PN-3 TsNIICherMet, designad för att forska och utveckla en teknisk process för semi-kontinuerlig gjutning av stål och speciallegeringar till ämnen av små sektioner.
Sedan, 1948, lanserades PN-4 TsNIICherMet-anläggningen, designad för att forska och utveckla en teknisk process för semi-kontinuerlig gjutning av stål av olika kvaliteter till plattor 200 mm tjocka och 500 mm breda, och 1949, GTN-5 TsNIICherMet-anläggning, som gjorde det möjligt att gjuta ett göt med max 300 mm tjocklek 900 mm bredd [8] .
1947 markerade ännu en milstolpe inom kontinuerlig gjutning. Den 27 maj 1947 etablerades Laboratory of Ingotless Rolling and Continuous Casting, under ledning av M. S. Boychenko. Laboratorieteamet inkluderade framstående vetenskapsmän Veniamin Veniaminovich Fulmacht, Viktor Savelievich Rutes, Dmitry Petrovich Evteev.
Transportörmetoden för att hälla stål implementerades först praktiskt av Mikhail Fyodorovich Goldobin vid en fabrik som monterades 1949 vid Sickle and Hammer-fabriken i Moskva. Maskinen hade två horisontella transportörer, bestående av stålhalvformar, som bildar en gjutform på 9 m. Transportören och ämnet rörde sig samtidigt med samma linjära hastighet. Transportörmaskinen gjuter ämnen med dimensionerna 120 x 120 och 140 × 140 mm med en kapacitet på 25-35 ton/timme, på vilka 9500 ton stål gjuts inom 5 år [9] .
Åren 1952-1954. i den öppna härdbutiken i Bezhetsk Machine-Building Plant, en benägen pilotanläggning prof. I. Ya. Granat. Under testerna göts cirka 4000 ton ämnen med ett tvärsnitt på 250 × 250 mm med en gjuthastighet på 0,8–1,1 m/min. Lutande installationer krävde mindre kapitalkostnader jämfört med vertikala installationer och tillät sekundär kylning att utföras över den erforderliga längden, men de krävde större produktionsytor än vertikala installationer [10] .
Åren 1947-1948. en experimentanläggning i Babcock-Wilcox-fabriken med en kapacitet på 10-12 ton/timme togs i drift och senare - ett antal pilotanläggningar i många länder (England - Bier-fabriker i Sheffield och Laud Moor i Bradford; USA - Steel Corporation; Tyskland - Mannesman; DDR - anläggning Delen och andra). 1949 skapades maskinen 3igfried Jungans, som gjorde ett antal förbättringar i formarnas design och funktion. Så, till exempel, använde han fram- och återgående rörelse och smörjning av formen med olika oljor, både vegetabiliska och syntetiska [11] .
I Sovjetunionen lanserades 1951 en pilotanläggning för semi-kontinuerlig gjutning av stål, först vid Krasny Oktyabr- fabriken och 1953 vid Novotulsky Metallurgical Plant [12] [13] .
Sedan 1952 började formens fram- och återgående rörelse användas på alla stränggjutningsmaskiner (CCM), utom för horisontella installationer.
I Japan och Sovjetunionen började den industriella utvecklingen av CCMs 1955. Sedan, vid Krasnoye Sormovo-fabriken , lanserades den första kontinuerliga gjutmaskinen, skapad under ledning av akademikern I.P. [14] .
Början av 1970-talet kännetecknas av den omfattande industriella introduktionen av stränggjutningsmaskiner för skivämnen. De låghastighets vertikala hjulen (UNRS) ersattes av radiella och kurvlinjära maskiner med en betydligt högre gjuthastighet.
Den 30 juni 1960 lanserades världens vid den tiden största UNRS (kontinuerlig stålgjutningsanläggning) av vertikal typ av Donetsk Metallurgical Plant [2] . Fram till 1970 behärskades gjutning av cirka 30 stålsorter till plattor av olika sektioner, och det totala antalet gjutgods ökade från 16,7 tusen 1960 och 117,4 tusen ton 1961 till 247,8 tusen ton 1965 år och 391,19 tusen ton . På denna maskin utfördes en stor uppsättning arbeten för att utveckla sätten att gjuta och kyla ämnen från olika stålkvaliteter, vilket gav de första uppgifterna för design och konstruktion av ännu större maskiner av denna typ i landet. Ett originalautomationssystem utvecklades, som var erkänt som standard. Ett antal fundamentalt nya tekniska lösningar testades först och introducerades i produktionen vid denna anläggning - gjutning enligt "smälta-för-smälta"-metoden, användning av räfflade formar, gjutning under ett lager av amorf grafit, användning av nya typer av doseringsanordningar, nya metoder för ståldeoxidation. De totala besparingarna från införandet av en ny teknik för kontinuerlig gjutning av stål och förbättringen av de viktigaste tekniska enheterna i UNRS uppgick till mer än 2 miljoner rubel. i år. Med deltagande av D. A. Dyudkin, A. M. Kondratyuk och V. G. Osipov bemästrades gjutning av mer än nitton stålkvaliteter vid CCM [15] .
Under lång tid var den huvudsakliga typen av UNRS över hela världen vertikala installationer. På 1980-talet blev radiella och kurvlinjära installationer [5] mer utbredda . Världens första radiella UNRS skapades 1962 vid Ukrainian Institute of Metals (UkrNIIMe) under ledning av prof. V. T. Sladkoshteev [16] , och den första experimentella enkelsträngade sektions-CCM av radiell typ byggdes vid UZTM-fabriken, Jekaterinburg; utomlands byggdes en liknande installation 1963 i Schweiz [17] . A. S. USSR nr 817395/22-2 daterad 2 februari 1963 mottogs för installationen (Författare V. T. Sladkoshteev, M. A. Kuritsky, R. V. Potanin, V. I. Akhtyrsky, B. A. . Tofpenets) .
1966, vid UZTM- fabriken ( Yekaterinburg ), rekonstruerades en experimentell gjutmaskin för att säkerställa deformationen av arbetsstycket till slutet av dess stelning [18] .
1964 fanns det bara 5 UNRS av radiell typ i världen, och 1970 fanns det redan 149, det vill säga ungefär 50% av deras totala antal vid den tiden. Radiella och kurvlinjära UNRS accepteras fortfarande idag som huvudtypen av installationer vid inhemska och utländska anläggningar. Deras fördelar i jämförelse med vertikala gjutjärn är tre till fyra gånger lägre höjd, möjlighet till underhåll av allmän verkstadslyftutrustning, höga gjuthastigheter, möjligheten att erhålla göt av obegränsad längd och lägre kapitalkostnader för konstruktion [19] .
1978 accepterades en ny modell LNLCH-3 (tredje generationens kontinuerliga gjutjärnslinje) med en horisontell gjutlinje för massproduktion vid Lipetsk-gjuteriet "Centrolit". När exempelvis ett järngjutgods dras ut dras det framåt 50 mm och genast 10-15 mm bakåt. Returrörelsen av profilen i formen gör det möjligt att eliminera luckor i den brutna skorpan på den härdande gjutjärnsprofilen och därigenom förhindra att smältan bryts ut ur formen, och dessutom på grund av utjämningen av gjuttemperaturen , förhindras eventuell nedkylning av gjutjärnet.
1983 byggdes horisontella maskiner vid Torez-fabriken för ytbeläggning av hårda legeringar för tillsatsstänger för svetsning och ytbeläggning från legeringar av sormit- och stellittyper med en kapacitet på upp till 1000 ton/år.
1986 installerades horisontella maskiner vid Kiev-fabriken "Lenins smedja" för gjutning av aluminiumbrons. Den andra horisontella maskinen för gjutning av aluminiumbrons byggdes också vid Leninskaya Kuznitsa-fabriken, vilket gjorde det möjligt att samtidigt producera åtta ämnen med en diameter på 8 mm och gjuta upp till 2 tusen ton per år av kontinuerligt gjutna ämnen från aluminiumbrons.
Det har beräknats att den direkta besparingen av energiresurser för varje ton stålämne som erhålls vid CCM är, enligt olika uppskattningar, upp till 60 kg kokskol, 52 kg olja, 40 m³ naturgas, 9 m³ av syre, 160 kWh el [20] .
I slutet av 1990 -talet byggdes också en stränggjutningsmaskin för runda ämnen som togs i drift vid West Siberian Metallurgical Plant med deltagande av Danieli . 2012 rekonstruerades CCM-2 med en kapacitet på 140 t/h [21] .
Milstolpar i skapandet av radiella och kurvlinjära hjul:
Stränggjutning av stål är en progressiv teknik, och i industriländer utvecklades denna process snabbt under 1970- och 1980-talen. I nästan alla dessa länder och i Kina översteg andelen stränggjutning av stål 95 %. I Ryssland var andelen av denna process 2007 nästan 55%, och i Ukraina - 30%. .
CCM inkluderar bland annat en stålgjutande 1 och en mellanliggande 2 skänkar, en vattenkyld form 3, ett sekundärt kylsystem, anordningar för att dra arbetsstycket från formen, utrustning för att skära och flytta götet.
Efter att metallen släppts från stålsmältenheten, efterbehandling av legeringen vad gäller kemisk sammansättning och temperatur vid skänk-ugnsenheten (AKF) , flyttas den stålgjutande skänken med en gjutningskran till CCM:s roterande stativ. Vridbord - en roterande struktur med två lägen för att installera skopor. Efter att skänken tömts i gjutlådan under gjutningsprocessen, vrids stativet 180° och den fulla, tidigare installerade skänken överförs till läget för att hällas i gjutlådan. Samtidigt byts den tomma hinken ut mot en full. Detta säkerställer närvaron av smält metall i tapplådan.
Efter att skänkporten 1 öppnats börjar flytande metall rinna in i tapplådan 2. Tapplådan är en slags buffert mellan hällskänken och formen 3. Metallnivån framför gjutstoppet regleras av luckan 4. Efter att ha öppnat proppen 5 (proppmekanismen gör att du smidigt kan justera flödet av metall in i formen och bibehålla en konstant nivå i den) från gjutlådan, kommer metallen in i formen. Formen är en vattenkyld struktur, som med hjälp av en servoventil utför vertikala svängningar för att förhindra stelning av metallen på formens väggar och förhindra uppkomsten av sprickor [27] .
Beroende på utformningen av CCM kan formens dimensioner variera. I formen stelnar väggarna på det bildade götet (till exempel plattan). Vidare, under påverkan av dragrullarna 7, kommer plattan in i den sekundära kylzonen (bäckens krökta sektion), där vatten sprutas på metallen genom munstycken. Efter att den kontinuerliga ämnet har nått den horisontella delen av rullspåret skärs den i bitar (skärning med en skärbrännare med syrebränsle, cirkelsåg eller sax). Skärbrännaren och sågen fungerar enligt en "flygande" princip, under kapning rör den sig med en hastighet som är lika med arbetsstyckets hastighet, efter kapning flyttar den sig snabbt till startpositionen för början av skärningen för att utföra nästa fas av skärningen cykel. Vissa stränggjutningsanläggningar har inte kontinuerligt arbetande skäranordningar; i sådana installationer kombineras vidarebearbetning av ett stränggjutningsämne med efterföljande bearbetning, till exempel genom tråddragningsinstallationer, eller, med små tvärsnittsdimensioner (10–30 mm) , ihoprullad till rullar för vidare bearbetning [27] .
I CCM:s arbete finns det tre lägen som måste övervakas och kontrolleras:
Vid kontroll av hydraulsystemet löses två huvuduppgifter:
Vid automatisering av den termiska regimen är huvudkontrolluppgiften att kontrollera den sekundära kylzonen och skapa kylförhållanden som förhindrar överdriven kylning av götskalet och dess enhetliga stelning.
Problemen med styrning av energi-effektläge inkluderar automatisk ändring av plattans bredd under gjutningsprocessen, utförd genom att flytta formens väggar med en hastighet på upp till 100 mm/min med hjälp av flera hydraulcylindrar.
I CCM:s arbete urskiljs ett antal grundläggande automatiskt styrda kvantiteter. De inkluderar följande kvantiteter (mätgränser anges inom parentes):
För att starta den kontinuerliga gjutprocessen, innan du öppnar porten på tappskänken, placeras ett "frö" på radiedelen av strömmen, så att en slags ficka bildas i området för formen. Efter att denna hålighet har fyllts med metall dras "fröet" ut. I slutet av radiedelen finns en fröavskiljningsmekanism. Efter separation matas den ut av ett rullbord med en högre hastighet än gjuthastigheten.
Jämfört med den tidigare metoden att hälla stål i en form, kan stränggjutning minska inte bara tiden genom att eliminera vissa operationer, utan också kapitalinvesteringar (till exempel för konstruktion av sänkningsverk). Stränggjutning ger betydande metallbesparingar på grund av minskningen av trimning och energi som spenderas på uppvärmning av götet i uppvärmningsbrunnarna. Uteslutningen av uppvärmningsbrunnar gjorde det möjligt att till stor del bli av med luftföroreningar. Enligt ett antal andra indikatorer: kvaliteten på metallprodukter, möjligheten till mekanisering och automatisering, förbättring av arbetsförhållandena, är stränggjutning också mer effektiv än traditionella metoder. Men stränggjutning har också sina baksidor. Stål av vissa kvaliteter, till exempel kokande, kan inte gjutas med denna metod, små volymer av gjutning av stål av olika kvaliteter ökar kostnaderna, oväntade haverier har stor inverkan på minskningen av den totala produktiviteten [13] .
Sedan början av 2000-talet har det funnits en trend mot skapandet av blomhjul med en minskning i tjocklek till 180–240 mm. Samtidigt används elektromagnetisk blandning av den flytande kärnan, "mjuk kompression", mer aktivt, vilket tillsammans leder till en minskning av axiell segregation och porositet . Så, till exempel, 2006 togs en femsträngad CCM i drift för att producera en rund ämne med en diameter på 150, 340, 360, 400 mm vid Taganrog Metallurgical Plant . Varje ström är utrustad med en elektromagnetisk blandningsanläggning i formen.
Det finns också en trend mot att skapa kombinerade hjul, som gör det möjligt att gjuta olika sektioner av blommor, såväl som runda ämnen. Ett exempel på ett sådant tillvägagångssätt är den fyrsträngade radiella CCM-1 från Nizhny Tagil Iron and Steel Works , som togs i bruk 1995. På denna maskin hälls en rund ämne med en diameter på 430 mm eller en blomning med en sektion på 300 × 360 mm.
För sektionshjul (kvadrat 100-160 mm) ökade även hastigheten på sektionsmaskiner kraftigt. Detta föregicks av utvecklingen av ett antal nya tekniska och tekniska lösningar och framför allt moderniseringen av formens utformning och tillhandahållandet av möjligheten att gjuta metall i långa omgångar. Som ett resultat ökade den specifika produktiviteten för en ström med cirka 3-3,5 gånger och uppgick till cirka 200 tusen ton per ström. ton per år vid en gjuthastighet på 4,5–6,6 m/min. Oftast används 4-6 stränghjul för ämnen, vilket gör att de kan arbeta enligt ett kombinerat modulärt schema: en stålsmältenhet - en skänkugnsenhet - en gjutmaskin.
Innovativa lösningar för intensifiering av ljusbågssmältning (mindre än 60 min.) och användningen av skänkugnsenheter bestämde lämpligheten av att skapa minikvarnar med högpresterande flersträngsgjutmaskiner i början av 1990-talet. Den årliga produktionen av en sådan modul kan nå 1,0–1,2 miljoner ton stål per år. I detta fall spelas en viktig roll för att säkerställa kontinuerlig gjutning i långa serier av gjuttiden för arbetsstycken i olika sektioner [29] .
Gjutformen fungerar som en värmeväxlare, vars uppgift är att snabbt ta bort värme från stålet som passerar genom den. Mot kanten av formen börjar gjutskorpan att tjockna, samtidigt som formens yta slits ut. Dessutom leder diffusionen av koppar från formen till uppkomsten av defekter - sprickor på ytan av gjutgodset. I många fall kan slitage på gjutformens kopparvägg och kopparinneslutning i gjutgodset förhindras genom att applicera skyddande beläggningar på botten av gjutformen. I slutet av 1900-talet användes krom- och nickelbeläggningar aktivt för skydd. I många länder råder de även nu. Nickel kan avsättas på olika sätt och i olika tjocklekar och har en värmeöverföringskoefficient nära koppars.
I början av 2000-talet började aktiv introduktion av termisk sprutteknik användas för att skydda plattor av CCM-formar med keramiska, metallkeramiska beläggningar och legeringsbeläggningar. Dessa beläggningar ger ett ännu bättre skydd av formens ytor. Metoder har utvecklats för höghastighets flamsprutning av beläggningar som möjliggör avsättning av kermetmaterial med utmärkta anti-erosionsegenskaper och god värmeöverföring. Det är vettigt att applicera gastermiska beläggningar på hela formens arbetsyta. På grund av den lägre värmeledningsförmågan hos metallkeramiska beläggningar blir det möjligt att minska och mer exakt kontrollera kylningshastigheten för menisken. Denna typ av kylning kallas ofta för "mjuk" kylning och möjliggör mer enhetlig götbildning och en mer enhetlig temperaturprofil, vilket positivt påverkar formens prestanda och gjutkvalitet. .
| Gjutning , gjuteriproduktion | |
|---|---|
| Gjutning typer | |
| Relaterade artiklar | |
| Järnmetallurgi | ||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Allmänna begrepp Svarta metaller Legering Järn- och stålverk Metallurgiskt komplex Historien om produktion och användning av järn | ||||||||||||
| Kärnprocesser _ |
| |||||||||||
| Huvudenheter _ |
| |||||||||||
| Huvudprodukter och material |
| |||||||||||