Механизм качания кристаллизатора. Режимы движения кристаллизатора по трапецеидальному или синусоидальному законам

Лекция № 4

Механизм качания кристаллизатора

На ранней стадии развития непрерывного литья стали, разливку пытались осуществить через неподвижный кристаллизатор с непрерывной подачей в него жидкого металла и вытягиванием заготовки с установленной скоростью. Однако, при такой схеме разливки добиться стабильного процесса литья не удавалось.

В процессе разливки по различным причинам, обусловленным состоянием рабочей поверхности кристаллизатора, соответствием качества технологической смазки, маркам стали, точностью установки и др., силы трения между стенками кристаллизатора и образующейся корочкой, вызванные ферростатическим давлением, могут резко возрастать. В результате, тонкая и непрочная корочка в районе мениска как бы прилипает к стенкам на одном или нескольких участках по периметру, и, зависнув на этом уровне, перестает скользить относительно стенок кристаллизатора. Под действием усилий, вытягивающих слиток, в ней увеличиваются растягивающие напряжения, которые при превышении прочностных характеристик корочки приводят к ее разрыву. Разрыв в этом случае происходит обычно в районе нижней границы плотной зоны контакта, где под действием усадки корочка начинает отходить от стенок кристаллизатора. При этом верхняя часть корочки остается на месте, а нижняя продолжает двигаться вниз. Если за время пребывания металла в кристаллизаторе на месте разрыва не успевает сформироваться и срастись с основной новая корочка достаточной прочности, то на выходе из кристаллизатора или в верхней части зоны вторичного охлаждения произойдет прорыв жидкого металла. Поэтому, для того чтобы исключить аварийное состояние, необходимо создать условия, обеспечивающие полное “залечивание” места разрыва, а по возможности и предотвратить его возникновение. Для решения первой задачи достаточно прервать на несколько секунд движение корочки относительно кристаллизатора, что легко достигается остановкой машины через определенные отрезки времени. При этом толщина затвердевшего слоя и его прочность возрастают, но существенно снижается производительность. На современных МНЛЗ поставленная задача решается путем сообщения кристаллизатору непрерывного возвратно-поступательного движения или качания. Задавая определенный режим движения, при котором кристаллизатор некоторое время опускается вниз со скоростью вытягивания слитка, удается снять на некоторое время не только растягивающие напряжения, возникающие в его корке, но и получить дополнительное время на ее упрочнение за счет увеличения толщины.

Однако в случае синхронного движения слитка и кристаллизатора непрерывно формирующаяся оболочка слитка будет вести себя так же, как и при неподвижном кристаллизаторе, прилипая и подвисая на некоторых участках к его стенкам. В результате последующего движения кристаллизатора вверх в оболочке слитка вновь возникнут растягивающие напряжения, которые могут привести к частичному или полному ее разрыву. Происходить эти разрывы будут, как правило, в самых верхних горизонтах оболочки, примыкающих к мениску жидкого металла, где только что сформировавшаяся корка имеет минимальную прочность. При движении вниз разрывы будут залечиваться, но качество залечивания будет лимитироваться временем опускания кристаллизатора.

Для ослабления действия растягивающих напряжений были разработаны режимы движения, предусматривающие синхронное со слитком опускание кристаллизатора вниз и его возврат со скоростями, в 2…3 раза превышающими скорость вытягивания слитка, то есть с опережением. Но ликвидировать разрывы полностью не удалось.

Более эффективными оказались режимы движения кристаллизатора по трапецеидальному или синусоидальному законам, позволяющие изменять скорость движения в пределах одного такта. В этом случае на определенном отрезке времени опускания кристаллизатора скорость его движения увеличивается, опережая скорость вытягивания слитка. Возникает так называемое отрицательное скольжение, под действием которого оболочка слитка подвергается деформации сжатия и отрывается от стенок кристаллизатора, находясь не в растянутом, а в сжатом состоянии. При этом в случае разрыва корки, возникающего при движении вверх, разорванные ее края сдвигаются и уплотняются, что ускоряет залечивание.

По трапецеидальному закону кристаллизатор три четверти периода качания опускается вниз со скоростью, более высокой, чем слиток, а одну четверть движется вверх со скоростью в 3 раза большей, чем слиток. Такой режим обеспечивает высокую стабильность разливки, но высокая скорость подъема кристаллизатора вызывает большую нагрузку на привод, что ограничивает частоту качания и ускоряет износ механизма.

Синусоидальный закон характеризуется плавным изменением скорости движения кристаллизатора.

Возвратно-поступательное движение кристаллизатора, предусматривающее опережение слитка, характеризуется ухудшением качества поверхности, что проявляется в образовании на поверхности слитка поперечных складок глубиной 0,1…1,5 мм. В районе складок начальная корочка тоньше и высока степень загрязнения металла неметаллическими включениями. Все это создает определенные предпосылки для прорыва металла на выходе из кристаллизатора, а также для потерь металла при прокатке.