Расчёт параметров непрерывной разливки стали

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

“Магнитогорский государственный технический университет  им. Г. И. Носова” 
 
 
 
 

Кафедра металлургии черных металлов 
 
 
 
 
 
 

КУРСОВАЯ РАБОТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«РАЗЛИВКА И КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ СТАЛИ»

НА ТЕМУ

«РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ СТАЛИ» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил ст. гр. МС 05-1                                                    И. С. Исаев-Сафонов

Проверил доцент, к.т.н.                                                                В. Н. Селиванов 
 
 
 
 
 
 
 

Магнитогорск

2009 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Аннотация 
 

     Рассмотрен  процесс непрерывной разливке стали, рассчитаны основные технологические параметры этого процесса на двухручьевой машине непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) криволинейного типа с радиусом кривизны базовой стенки кристаллизатора 10,0 м. Рассчитана длительность разливки при скорости вытягивания заготовки 0,8 м/мин, а также годовая производительность МНЛЗ. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 
 

     Критерием отработанности технологии непрерывной разливки стали является стабильность процесса и качество непрерывно-литой металлопродукции; последнее определяется степенью поражённости непрерывно литого слитка различными дефектами поверхности и внутреннего строения.

     Основным  видом дефектов поверхности непрерывно-литой  заготовки являются различные трещины – горячие и холодные. Обязательным условием возникновением горячих трещин является наличие жидких прослоек между дендритами вследствие неудовлетворительного охлаждения металла в кристаллизаторе и в зоне вторичного охлаждения.

     Причинами образования трещин непрерывно-литого слитка является высокая температура разливаемой стали (перегрев свыше 40 ⁰), повышенное содержание серы и фосфора, нарушение конусности кристаллизатора, расхождение стыков между его стенками; разогрев ребра выше температуры перехода в область низкой пластичности (свыше     1340 ⁰).

     Дальнейшее развитие трещин происходит в зоне вторичного охлаждения, где слиток охлаждается водой, подаваемой из форсунок между поддерживающими элементами. Под действием ферростатического давления происходит выпучивание оболочки слитка, в результате чего на её поверхности возникают (увеличиваются) растягивающие напряжения. При непосредственном контакте с охлаждающей водой происходит резкое увеличение температурного градиента по сечению оболочки и усадка её с одновременным развитием сетчатых трещин [1].

     Глубина поперечных трещин на следах качания кристаллизатора составляет от 1,0 до 10-15 мм по грани, а районе углов достигает 50 мм. Одним из наиболее важных факторов, влияющих на развитие этих трещин, является химический состав стали. Поперечные трещины на следах качания образуются после затвердевания металла.

     Условия охлаждения локальных участков непрерывно-литых  слитков также влияет на степень  развития поперечных трещин по складке  от качения кристаллизатора.

     Все внутренние трещины образуются в  результате высоких напряжений и деформаций в участках оболочки слитка, которые при высокой температуре обладают низкими пластичностью и прочностью [2].

     В настоящей работе необходимо определить параметры жидкой стали марки 15Х, разливаемого на машине непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Рассчитать скорость разливки и диаметр каналов стаканов в сталеразливочном и промежуточном ковшах. А также определить параметры настройки кристаллизатора и зоны вторичного охлаждения (ЗВО), при вытягивании заготовки со скоростью 0,8 м/мин. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Краткое описание МНЛЗ и принцип  её работы 
 

     Использование МНЛЗ позволяет получать все преимущества, характерные для агрегатов непрерывного действия: высокую производительность, повышение выхода годного и качества продукции, сокращение производственных затрат и экономии сырьевых и энергетических ресурсов. При этом улучшаются условия труда, и сокращается загрязнение воздушного и водного бассейнов, и создаются условия для полной механизации и автоматизации процесса разливки стали.

     Двух  ручьевая криволинейная машина непрерывной разливки стали с металлургической длиной 37,0 м, представляет собой системы, обеспечивающие получение из жидкой стали марки 15Х готовой заготовки с размерами поперечного сечения 220*1600 мм. При использовании МНЛЗ криволинейного типа с радиусом кривизны базовой стенки кристаллизатора сталь из сталеразливочного ковша вместимостью 360 т поступает в промежуточный ковш, а из него в кристаллизатор. В кристаллизаторе образуется оболочка, заполненная жидкой сталью. Частично затвердевшая заготовка с помощью транспортирующей системы – тянущей клети поступает в шесть секций зоны вторичного охлаждения, где происходит полное затвердевание заготовки с применение охлаждающего реагента - воды. Затвердевший слиток режется на мерные длины, с помощью газокислородного резака, и готовые заготовки направляются в прокатные цеха или на склад.

     При подготовке МНЛЗ к разливке в каждом из двух кристаллизаторе с помощью специального устройства – затравки – устраивается сплошное дно. Верхний конец затравки, имеющий пазы, вводиться в кристаллизатор, её противоположенный конец находиться в зацеплении с тянущим устройством. По мере наполнения кристаллизатора, длиной   1200 мм, металл затекает в пазы и, быстро затвердевая, образует прочное сцепление с затравкой. Затем включается тянущее устройство и частично затвердевший металл – твёрдая оболочка с жидкой сердцевиной вытягивается в зону вторичного охлаждения водой.

     Для образования прочной оболочки –  корки металла, стенки разборного кристаллизатора изготовляют из материала - медь, обладающей высокой теплопроводностью, и интенсивно охлаждающейся водой. Для уменьшения трения между коркой (оболочкой) твёрдого металла и стенками кристаллизатора, предотвращения смачивания стенок кристаллизатора жидкой сталью и создания нейтральной или восстановительной атмосферы, на поверхность металла в кристаллизаторе присаживают твёрдые шлакообразующие смеси. Наряду с этим для предотвращения разрыва оболочки и прилипания корки металла к стенкам кристаллизатора последний совершает возвратно-поступательное движение (качение) с помощью специальных механизмов.

     Из  кристаллизатора, как уже указывалось, частично затвердевший слиток попадает в зону вторичного охлаждения, которая  состоит из опорных элементов  и устройств, обеспечивающих охлаждение слитка. Опорные элементы должны предотвратить деформацию оболочки и искажение её формы под действием ферростатического давления. Охлаждение осуществляется орошением поверхности слитка водой, расход которой рассчитан ниже.

     После того как полностью затвердевший слиток в месте соединения с затравкой выходит из тянущего устройства, затравка отсоединяется от слитка и убирается специальным механизмом, а слиток поступает в устройство для газокислородной резки. По окончанию разливки остатки слитка выводятся из машины, убирается промежуточный ковш, проводиться контроль и настройка действия механизмов и системы охлаждения, затем вновь вводиться затравка [3]. 
 
 
 
 

     1 Параметры жидкого  металла 
 

     Действующие стандарты, определяющие требования к  химическому составу металла, допускаю довольно высокое содержание вредных примесей – серы и фосфора (обычно 0,040-0,050 %). Непрерывная разливка металла с повышенным содержанием вредных примесей сопряжена с рядом трудностей. Так, например, повышенное содержание серы требует снижения скорости разливки. В противном случае непрерывно-литые заготовки оказываются пораженными различными дефектами (чаще всего поверхностными и внутренними трещинами). Кроме того, при разливке такого металла возможно возникновение аварийных ситуаций, связанных с прорывами затвердевшей корки.

     Обычно  верхний предел содержание серы и  фосфора в стали, разливаемой  на МНЛЗ, устанавливается в интервале  от 0,015 до 0,025 %. Выбор конкретного  значения предельного содержания вредных  примесей определяется возможностями  технологии выплавки и ковшевой обработки металла в сталеплавильном цехе. С учётом приведённой выше информации и исходя из того, что на машине разливаю сталь марки 15Х, принимаем допустимое значение содержания серы и фосфора в металле на уровне 0,015 %.

     Температуру ликвидус для легированной стали определяем по формуле, учитывая то, что 1 % хрома снижает температуру ликвидус на 1 ⁰С

     Температура разливаемого металла, оказывается, существенно  влияет как на технологию непрерывной разливки, так и на качество получаемой заготовки. Наилучшие результаты получаются в том случае, когда металл в промежуточном ковше имеет перегрев над температурой ликвидус 20-30 ⁰С.