CCM (mașină de turnare continuă) sau UNRS (turnare continuă a oțelului) [1] - o unitate metalurgică pentru turnarea oțelului . Denumirea originală „UNRS” a fost ulterior înlocuită practic de abrevierea „CCM” [1] [2] , întrucât, în funcție de proiectare și scop, nu numai oțel poate fi turnat pe el.
Oțelul lichid este turnat continuu într-o matriță răcită cu apă numită matriță . Înainte de turnare, în matriță este introdus un dispozitiv special cu o prindere de blocare („ sămânță ”), ca fund pentru prima porțiune a metalului. După solidificarea metalului, sămânța este scoasă din matriță, trăgând împreună cu ea lingoul de formare. Fluxul de metal lichid continuă, iar lingoul este în continuă creștere. În matriță, doar straturile de suprafață ale metalului se solidifică, formând o înveliș solidă a lingoului, care reține faza lichidă de-a lungul axei centrale. Prin urmare, o zonă de răcire secundară, numită și a doua zonă de cristalizare, este situată în spatele matriței. În această zonă, ca urmare a răcirii forțate a suprafeței, țagla se solidifică pe întreaga secțiune transversală. Acest proces de formare a lingoului este o modalitate de a obține lingouri de lungime nelimitată. În acest caz, în comparație cu turnarea în matrițe , pierderea de metal pentru tăierea capetelor lingourilor este redusă drastic, ceea ce, de exemplu, la turnarea oțelului calm este de 15-25%. În plus, datorită continuității turnării și cristalizării , se obține uniformitatea completă a structurii lingoului pe toată lungimea sa [3] .
În timpul cristalizării, lingoul de metal format se mișcă constant în sus și în jos față de matriță prin intermediul unor mici cilindri amplasați în flux. Acest lucru reduce numărul de fisuri - defecte. În jurul fiecărui flux se creează un câmp electromagnetic puternic, ceea ce permite formarea structurii cristaline adecvate a piesei de prelucrat [3] .
Principalii producători de plăci turnate continuu din lume sunt Japonia , SUA , China , Germania , Coreea și Rusia . Acestea reprezintă mai mult de două treimi din producția mondială de plăci. Începând cu 2013, existau puțin peste 650 de turnatoare de plăci în lume, cu un număr total de fire de peste 850 de unități [4] [5] .
Conform geometriei matriței
După numărul de fluxuri
După geometria lingoului
Aproximativ 2/3 din tot oțelul produs este turnat pe roțile de plăci [6] .
Ideea turnării continue a fost propusă la mijlocul secolului al XIX-lea. G. Bessemer , care a propus turnarea oțelului lichid între două role răcite cu apă. Cu toate acestea, nu numai la acel nivel de tehnologie, ci și în prezent, este imposibil să implementați o astfel de idee de rulare fără lingouri. În 1943, Siegfried Junghans a dezvoltat o matriță mobilă pentru turnarea țaglelor [1] .
Primele instalații semi-industriale (pilot) au apărut imediat după sfârșitul celui de-al Doilea Război Mondial în câteva țări industriale de vârf. Deci, o mașină experimentală de tip vertical a fost construită în 1946 la o fabrică din Low Moor (Marea Britanie), în 1948 - la Babcock și Wilcox (Beaver Fall, SUA) [7] , în 1950 - la Mannesmann AG ( Duisburg , Germania). ).
În URSS, prima mașină experimentală de turnare continuă pentru oțel de tip vertical PN-1-2 TsNIICherMet a fost construită în 1945 și a fost destinată turnării țaglelor rotunde și pătrate (latură pătrată și diametru până la 200 mm). Experiența dobândită în timpul turnării la această fabrică a făcut posibilă determinarea unora dintre principalele caracteristici ale procesului de turnare și cerințele asociate pentru proiectarea componentelor individuale ale mașinii. În 1947, a fost lansată o mașină experimentală de turnare continuă (CCM) PN-3 TsNIICherMet, menită să cerceteze și să dezvolte un proces tehnologic de turnare semi-continuă a oțelului și aliajelor speciale în țagle de secțiuni mici.
Apoi, în 1948, a fost lansată uzina PN-4 TsNIICherMet, menită să cerceteze și să dezvolte un proces tehnologic de turnare semi-continuă a oțelului de diferite calități în plăci de 200 mm grosime și 500 mm lățime, iar în 1949, GTN-5 Uzina TsNIICherMet, care a făcut posibilă turnarea unui lingou cu o grosime de maxim 300 mm 900 mm lățime [8] .
1947 a marcat o altă piatră de hotar în turnarea continuă. La 27 mai 1947 a fost înființat Laboratorul de laminare fără lingot și turnare continuă, condus de M. S. Boychenko. Echipa de laborator a inclus oameni de știință de seamă Veniamin Veniaminovici Fulmacht, Viktor Savelievici Rutes, Dmitri Petrovici Evteev.
Metoda transportorului de turnare a oțelului a fost implementată practic pentru prima dată de Mihail Fyodorovich Goldobin la o fabrică asamblată în 1949 la uzina de secera și ciocanul din Moscova. Mașina avea două transportoare orizontale, formate din semi-multe din oțel, care formează o matriță lungime de 9 m. Transportorul și țagla se deplasau simultan cu aceeași viteză liniară. Mașina de transport a turnat semifabricate cu dimensiunile de 120 x 120 și 140 × 140 mm cu o capacitate de 25-35 tone/oră, pe care au fost turnate 9500 de tone de oțel în decurs de 5 ani [9] .
În 1952-1954. în atelierul cu vatră deschisă al Uzinei de Construcții de Mașini Bezhetsk, o uzină pilot înclinată prof. Eu. Da. Grenadă. În timpul testelor, aproximativ 4000 de tone de țagle cu o secțiune transversală de 250 × 250 mm au fost turnate la o viteză de turnare de 0,8–1,1 m/min. Instalațiile înclinate au necesitat mai puține costuri de capital în comparație cu instalațiile verticale și au permis efectuarea răcirii secundare pe lungimea necesară, dar au necesitat suprafețe de producție mai mari decât instalațiile verticale [10] .
În 1947-1948. a fost pusă în funcțiune o uzină experimentală a uzinei Babcock-Wilcox cu o capacitate de 10-12 tone/oră și ulterior - un număr de uzine pilot în multe țări (Anglia - uzinele Bier în Sheffield și Laud Moor în Bradford; SUA - Steel Corporation; Germania - Mannesman; RDG - fabrică Delen și altele). În 1949, a fost creată mașina 3igfried Jungans, care a adus o serie de îmbunătățiri în proiectarea și funcționarea matrițelor. Deci, de exemplu, a folosit mișcarea alternativă și lubrifierea matriței cu diferite uleiuri, atât vegetale, cât și sintetice [11] .
În Uniunea Sovietică , în 1951, a fost lansată o fabrică pilot de turnare semi-continuă a oțelului, mai întâi la uzina Krasny Oktyabr , iar în 1953 la Uzina metalurgică Novotulsky [12] [13] .
Din 1952, mișcarea alternativă a matriței a început să fie utilizată la toate mașinile de turnare continuă (CCM), cu excepția instalațiilor de tip orizontal.
În Japonia și URSS, dezvoltarea industrială a CCM a început în 1955. Apoi, la uzina Krasnoye Sormovo , a fost lansată prima mașină de turnare continuă, creată sub îndrumarea academicianului I.P. [14] .
Începutul anilor 1970 se caracterizează prin introducerea industrială pe scară largă a mașinilor de turnare continuă a plăcilor. Rotilele verticale cu viteză redusă (UNRS) au fost înlocuite cu mașini radiale și curbilinii cu o viteză de turnare semnificativ mai mare.
La 30 iunie 1960, a fost lansată cea mai mare din lume la acea vreme UNRS (instalație de turnare continuă a oțelului) de tip vertical a Uzinei Metalurgice Donețk [2] . Până în 1970, s-a stăpânit turnarea a aproximativ 30 de grade de oțel în plăci de diferite secțiuni, iar numărul total de piese turnate a crescut de la 16,7 mii în 1960 și 117,4 mii tone în 1961 la 247,8 mii tone în 1965 anul și 391,1 mii tone în 1965. . Pe această mașină s-a efectuat un set mare de lucrări pentru dezvoltarea modurilor de turnare și răcire semifabricate din diferite grade de oțel, care au furnizat datele inițiale pentru proiectarea și construcția mașinilor și mai mari de acest tip în țară. A fost dezvoltat un sistem de automatizare original, care a fost recunoscut ca standard. O serie de soluții tehnologice fundamental noi au fost testate și introduse în producție la această fabrică - turnarea conform metodei „topire pentru topire”, utilizarea matrițelor cu nervuri, turnarea sub un strat de grafit amorf, utilizarea de noi tipuri. a dispozitivelor de dozare, noi metode de dezoxidare a oțelului. Economiile totale din introducerea unei noi tehnologii pentru turnarea continuă a oțelului și îmbunătățirea principalelor unități tehnologice ale UNRS s-au ridicat la peste 2 milioane de ruble. în an. Cu participarea lui D. A. Dyudkin, A. M. Kondratyuk și V. G. Osipov, turnarea a peste nouăsprezece clase de oțel a fost stăpânită la CCM [15] .
Multă vreme, principalul tip de UNRS din întreaga lume au fost instalațiile verticale. În anii 1980, instalațiile radiale și curbilinie [5] au devenit mai răspândite . Primul UNRS radial din lume a fost creat în 1962 la Institutul Ucrainean de Metale (UkrNIIMe) sub îndrumarea prof. V. T. Sladkoshteev [16] , iar primul CCM secțional experimental monocatenar de tip radial a fost construit la uzina UZTM, Ekaterinburg; în străinătate, o instalație similară a fost construită în 1963 în Elveția [17] . A. S. URSS Nr. 817395/22-2 din 2 februarie 1963 a fost primit pentru instalare (Autori V. T. Sladkoshteev, M. A. Kuritsky, R. V. Potanin, V. I. Akhtyrsky, B. A. . Tofpenets) .
În 1966, la uzina UZTM ( Ekaterinburg ), a fost reconstruită o turnare experimentală pentru a asigura deformarea piesei de prelucrat până la sfârșitul solidificării acesteia [18] .
În 1964, în lume existau doar 5 UNRS de tip radial, iar în 1970 erau deja 149, adică aproximativ 50% din numărul lor total la acel moment. UNRS radial și curbiliniu sunt acceptate și astăzi ca principal tip de instalații la instalațiile interne și străine. Avantajele acestora în comparație cu fontele verticale sunt înălțimea de trei până la patru ori mai mică, posibilitatea de întreținere prin echipamente generale de ridicare a atelierului, viteze mari de turnare, posibilitatea obținerii de lingouri de lungime nelimitată și costuri de capital mai mici pentru construcție [19] .
În 1978, un nou model LNLCH-3 (linie de fontă continuă de a treia generație) cu o linie de turnare orizontală a fost acceptat pentru producția de masă la turnătoria din Lipetsk „Centrolit”. Când o turnare de fier este extrasă, de exemplu, aceasta este trasă înainte cu 50 mm și imediat 10-15 mm înapoi. Mișcarea de întoarcere a profilului în matriță face posibilă eliminarea golurilor din crusta spartă a profilului din fontă întărită și, prin urmare, împiedică ruperea topiturii din matriță și, în plus, datorită egalizării temperaturii de turnare , se previne posibila răcire a fontei.
În 1983, la uzina Torez au fost construite mașini orizontale de suprafață de aliaje dure pentru tije de umplutură pentru sudare și suprafață din aliaje de tip sormit și stellit cu o capacitate de până la 1000 tone/an.
În 1986, la uzina din Kiev „Forja lui Lenin” au fost instalate mașini orizontale pentru turnarea bronzurilor de aluminiu. A doua mașină orizontală pentru turnarea bronzurilor de aluminiu a fost construită și la uzina Leninskaya Kuznitsa, ceea ce a făcut posibilă producerea simultană a opt țagle cu un diametru de 8 mm și turnarea a până la 2 mii de tone pe an de țagle turnate continuu din bronzuri de aluminiu.
S-a calculat că economisirea directă a resurselor energetice pentru fiecare tonă de țagle de oțel obținută la CCM este, conform diverselor estimări, de până la 60 kg cărbune cocsificabil, 52 kg petrol, 40 m³ gaz natural, 9 m³ oxigen, 160 kWh de energie electrică [20] .
La sfârșitul anilor 1990, la Uzina Metalurgică din Siberia de Vest a fost construită și pusă în funcțiune și o mașină de turnare continuă pentru țagle rotunde, cu participarea lui Danieli . În 2012, CCM-2 a fost reconstruit cu o capacitate de 140 t/h [21] .
Repere în crearea roților radiale și curbilinii:
Turnarea continuă a oțelului este o tehnologie progresivă, iar în țările industrializate acest proces s-a dezvoltat rapid în anii 1970 și 1980. În aproape toate aceste țări și în China, ponderea turnării continue a oțelului a depășit 95%. În Rusia, ponderea acestui proces în 2007 a fost de aproape 55%, iar în Ucraina - 30%. .
CCM include, printre altele, un turnător de oțel 1 și unul intermediar 2, o matriță răcită cu apă 3, un sistem secundar de răcire, dispozitive pentru tragerea piesei de prelucrat din matriță, echipamente pentru tăierea și mutarea lingoului.
După eliberarea metalului din unitatea de topire a oțelului, finisarea aliajului din punct de vedere al compoziției chimice și al temperaturii la unitatea de oțel-cuptor (AKF) , oala de turnare a oțelului este mutată de o macara de turnare la standul rotativ CCM. Turntable - o structură rotativă cu două poziții pentru instalarea găleților. După golirea oală în recipient în timpul procesului de turnare, suportul este rotit cu 180° și oală plină, instalată anterior, este transferată în poziția de turnare în recipient. În același timp, găleata goală este înlocuită cu una plină. Acest lucru asigură prezența metalului topit în tundish.
După ce poarta oală 1 este deschisă, metalul lichid începe să curgă în turnul de turnare 2. Tundishul este un fel de tampon între oalul de turnare și matrița 3. Nivelul de metal din fața opritorului de turnare este reglat de obturatorul 4. După deschiderea dopului 5 (mecanismul de oprire vă permite să reglați fără probleme fluxul de metal în matriță, menținând un nivel constant în acesta) din recipient, metalul intră în matriță. Matrița este o structură răcită cu apă, care, cu ajutorul unei servovalve, efectuează oscilații verticale pentru a preveni solidificarea metalului pe pereții formei și a preveni formarea fisurilor [27] .
În funcție de designul CCM, dimensiunile matriței pot varia. În matriță, pereții lingoului format (de exemplu, placa) se solidifică. În plus, sub influența rolelor de tragere 7, placa intră în zona de răcire secundară (secțiunea curbilinie a fluxului), unde apa este pulverizată pe metal prin duze. După ce țagla continuă a ajuns în secțiunea orizontală a canelurii rolei, aceasta este tăiată în bucăți (tăiere cu o pistolet de tăiere cu oxicombustibil, ferăstrău circular sau foarfece). Lanterna de tăiere și ferăstrăul funcționează pe un principiu „zburător”, în timpul tăierii se mișcă cu o viteză egală cu viteza piesei de prelucrat, după tăiere se deplasează rapid în poziția de pornire a începutului tăierii pentru a efectua următoarea fază a tăierii ciclu. Unele instalații de turnare continuă nu au dispozitive de tăiere care funcționează continuu; în astfel de instalații, prelucrarea ulterioară a unei țagle continue este combinată cu prelucrarea ulterioară, de exemplu, prin instalații de trefilare a sârmei sau, cu dimensiuni mici ale secțiunii transversale (10-30 mm) , rulat în bobine pentru prelucrare ulterioară [27 ] .
În activitatea CCM, există trei moduri care trebuie monitorizate și controlate:
La controlul regimului hidraulic, sunt rezolvate două sarcini principale:
La automatizarea regimului termic, sarcina principală de control este de a controla zona de răcire secundară și de a crea condiții de răcire care împiedică răcirea excesivă a carcasei lingoului și solidificarea uniformă a acestuia.
Problemele controlului modului energie-putere includ schimbarea automată a lățimii plăcii în timpul procesului de turnare, realizată prin deplasarea pereților matriței cu o viteză de până la 100 mm/min folosind mai mulți cilindri hidraulici.
În activitatea CCM, se disting o serie de cantități de bază controlate automat. Acestea includ următoarele mărimi (limitele de măsurare sunt indicate între paranteze):
Pentru a începe procesul de turnare continuă, înainte de a deschide poarta pe oala de turnare, pe secțiunea de rază a fluxului este plasată o „sămânță”, astfel se formează un fel de buzunar în zona matriței. După ce această cavitate este umplută cu metal, „sămânța” este extrasă. La capătul secțiunii de rază există un mecanism de separare a semințelor. După separare, este descărcat de o masă cu role la o viteză mai mare decât viteza de turnare.
În comparație cu metoda anterioară de turnare a oțelului într-o matriță, turnarea continuă poate reduce nu numai timpul prin eliminarea unor operațiuni, ci și investițiile de capital (de exemplu, pentru construcția de mori de presă). Turnarea continuă oferă economii semnificative de metal datorită reducerii tăierii și a energiei cheltuite pentru încălzirea lingoului în puțurile de încălzire. Excluderea puțurilor de încălzire a făcut posibilă eliminarea în mare măsură de poluarea atmosferică. Potrivit unui număr de alți indicatori: calitatea produselor metalice, posibilitatea de mecanizare și automatizare, îmbunătățirea condițiilor de lucru, turnarea continuă este, de asemenea, mai eficientă decât metodele tradiționale. Dar turnarea continuă are și dezavantajele ei. Oțelurile din anumite calități, de exemplu, cele fierbinți, nu pot fi turnate folosind această metodă, volumele mici de turnare ale oțelurilor de diferite calități le cresc costul, defecțiunile neașteptate au o mare influență asupra scăderii productivității generale [13] .
De la începutul anilor 2000, a existat o tendință spre crearea de roți de flori cu o scădere a grosimii la 180-240 mm. În același timp, amestecarea electromagnetică a miezului lichid, „compresie moale”, este utilizată mai activ, ceea ce duce împreună la o scădere a segregării axiale și a porozității . Deci, de exemplu, în 2006, un CCM cu cinci toroane a fost pus în funcțiune pentru a produce o țagle rotundă cu un diametru de 150, 340, 360, 400 mm la Uzina metalurgică Taganrog . Fiecare flux este echipat cu o instalație de amestecare electromagnetică în matriță.
Există, de asemenea, o tendință spre crearea de roți combinate, care permit turnarea diferitelor secțiuni de flori, precum și a taglelor rotunde. Un exemplu de astfel de abordare este CCM-1 radial cu patru catene al fabricii de fier și oțel Nizhny Tagil , dat în exploatare în 1995. Pe această mașină se toarnă o țagle rotundă cu un diametru de 430 mm sau o floare cu o secțiune de 300 × 360 mm.
Pentru rotile secționale (pătrate 100-160 mm), viteza la mașinile secționale a crescut, de asemenea, brusc. Aceasta a fost precedată de dezvoltarea unui număr de noi soluții tehnice și tehnologice și, mai ales, de modernizarea designului matriței și de asigurarea posibilității de turnare a metalului în tiraje lungi. Ca urmare, productivitatea specifică a unui flux a crescut de aproximativ 3-3,5 ori și s-a ridicat la aproximativ 200 de mii de tone pe flux. tone pe an la o viteză de turnare de 4,5–6,6 m/min. Cel mai adesea, rotile cu 4-6 fire sunt utilizate pentru țagle, ceea ce le permite să funcționeze conform unei scheme modulare combinate: o unitate de topire a oțelului - o unitate cu oală-cuptor - o roată.
Soluțiile inovatoare pentru intensificarea topirii cu arc electric (mai puțin de 60 min.) și utilizarea unităților cu oală-cuptor au determinat oportunitatea creării mini-morilor cu ajutorul roților multi-torți de înaltă performanță la începutul anilor 1990. Producția anuală a unui astfel de modul poate ajunge la 1,0–1,2 milioane de tone de oțel pe an. În acest caz, un rol esențial pentru asigurarea turnării continue în serii lungi îl joacă timpul de turnare a pieselor de prelucrat de diferite secțiuni [29] .
Matrița de turnare funcționează ca un schimbător de căldură, a cărui sarcină este să elimine rapid căldura din oțelul care trece prin ea. Spre marginea matriței, crusta de turnare începe să se îngroașe, în timp ce uzează suprafața formei. În plus, difuzia cuprului din matriță duce la apariția unor defecte - fisuri pe suprafața pieselor turnate. În multe cazuri, uzura peretelui de cupru al matriței și blocarea cuprului în turnare pot fi prevenite prin aplicarea de acoperiri de protecție pe fundul matriței. La sfârșitul secolului al XX-lea, acoperirile de crom și nichel erau utilizate în mod activ pentru protecție. În multe țări ele predomină și acum. Nichelul poate fi depus în diferite moduri și grosimi și are un coeficient de transfer termic apropiat de cel al cuprului.
La începutul secolului al XXI-lea, introducerea activă a tehnologiilor de pulverizare termică a început să fie utilizată pentru a proteja plăcile matrițelor CCM folosind acoperiri ceramice, metalo-ceramice și acoperiri din aliaj. Aceste acoperiri permit o protecție și mai bună a suprafețelor matriței. Au fost dezvoltate metode pentru pulverizarea cu flacără de mare viteză a acoperirilor care permit depunerea materialelor cermet cu caracteristici antieroziune excelente și un bun transfer de căldură. Este logic să aplicați acoperiri termice cu gaz pe întreaga suprafață de lucru a matriței. Datorită conductivității termice mai scăzute a acoperirilor metalo-ceramice, devine posibilă reducerea și controlul mai precis al vitezei de răcire a meniscului. Acest tip de răcire este adesea denumit răcire „moale” și permite formarea mai uniformă a lingoului și un profil de temperatură mai uniform, ceea ce afectează pozitiv performanța matriței și calitatea turnării. .
| Turnare , productie de turnatorie | |
|---|---|
| Tipuri de turnare | |
| Articole similare | |
| Metalurgia feroasă | ||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Concepte generale Metale negre Aliaj Fabrica de Siderurgie Complex metalurgic Istoria producerii și utilizării fierului | ||||||||||||
Procesele de bază |
| |||||||||||
Unități principale |
| |||||||||||
| Principalele produse și materiale |
| |||||||||||