Конструирование машин для металлургических процессов

В результате экономится время, существенно сокращаются  общие сроки проектирования и, как результат, сокращаются сроки создания машины.

При создании сложного металлургического  агрегата (например, МНЛЗ) для стадий «эскизный проект – согласование – технический проект» требуется  около 12 месяцев.

По тому же агрегату ОТР может быть выполнено за 6 месяцев.

Сроки рабочего конструирования  остаются теми же, что и в 3-х стадийном  проектировании, т.к. главный элемент  – творческая доработка конструкции  – занимает основное время на стадии рабочего проекта.

 

Итак, последовательность этапов создания машин:

Таблица №2

N п/п	Наименование	Согласование с заказчиком
1	Концепция	+
2	Задание	+
3	ОТР	+
4	Рабочий проект	+
5	Изготовление
6	Монтаж	+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. МНЛЗ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

4.1 История

 

За период своего развития, а первая промышленная установка непрерывной разливки стали ( УНРС ) была в СССР введена в эксплуатацию в 1959г., технология непрерывной разливки стали достигла высокого уровня. Этому способствовало значительное расширение географии применения технологии и круга специалистов из многих стран, принимавших участие в ее освоении и совершенствовании.

В 1959г. промышленная УНРС была только в нашей стране, а  сегодня:

  - Япония и европейские  страны разливает непрерывным  способом всю выплавляемую сталь;

  - США и Китай около 70 % выплавляемой стали;

  - наша страна около  половины выплавляемой стали.

Начало освоения НРС  было тяжелым и сопровождалось авариями, человеческими травмами, жертвами, причиной которых были неконтролируемые выплески жидкого металла – из кристаллизатора, ПК и СК.

На первых УНРС вопросы  повышения производительности не рассматривались. Задача ставилась получить качественный слиток и безопасное производство.

Первые УНРС были слябовые. Затем получило развитие направление  приближений отливаемых сечений к конечному продукту. Постепенно появились блумовые, а вслед за ними и сортовые установки.

Совершенствовалась технология, конструкция, но наиболее существенным образом эволюция коснулась формы  технологической линии.

Первая и большая  группа последовавших за ними УНРС были вертикальные.

Условия кристаллизации благоприятные, т.к. силы гравитации и  направления технологической оси  совпадали. Именно на этих УНРС научились  получать качественные слитки и освоили  все технологические приемы по транспортировке  жидкого металла и направления его в кристаллизатор. Добились безаварийной работы.

Но производительность вертикальных УНРС ограничивалась низкими  скоростями разливки, т.к. увеличение скорости требовало удлинения жидкой фазы, что приводило к увеличению высоты технологической линии и, следовательно, стоимости строительства.

В башенном варианте отметка  разливочной площадки достигала  + 24м, а в колодцевом отметка низе установки доходила до (– 40м.).

Выявилось явное противоречие между техникой и экономикой. Выход  был найден в изменении формы технологической линии.

Первыми с таким предложением выступили конструкторы – механики. Они предложили выполнить технологическую  линию как часть окружности большого радиуса. Новое предложение имело  два очень важных достоинства: отметка разливочной площадки понижалась с + 24м до +13м, что резко сокращало стоимость строительства, а в будущем радиальная установка естественным образом могла совмещаться с прокатным станом, что сулило большую экономию газа, затрачиваемого на нагрев слитка перед прокаткой. Новое предложение встретило сопротивление технологов – металлургов, сомневающихся в получении качественного слитка на радиальной УНРС и привыкших работать на вертикальных установках.

Но практика подтвердила  правильность предложения конструкторов. С момента появления радиальной технологической линии непрерывной разливки, УНРС переименована в МНЛЗ, а «слиток» в «заготовку».

Технология и конструкция  МНЛЗ непрерывно совершенствуются. Каждая вновь вводимая в эксплуатацию машина на одном из заводов мира имеет положительные отличия от МНЛЗ, введенных в эксплуатацию ранее. И этот процесс совершенствования далеко не окончен.

Действующие в мире МНЛЗ имеют формы технологической  линии:

- вертикальные;

- вертикальный участок,  изгиб заготовки по радиусу, деформация заготовки (загиб – разгиб) в затвердевшем состоянии;

- вертикальный участок,  изгиб – разгиб заготовки в  двухфазном состоянии;

- радиальные с разгибом  затвердевшей заготовки в одной  точке (через «коленку»)

- радиальные с разгибом  заготовки в двухфазном состоянии в нескольких точках по сложной кривой, специальным образом рассчитанной.

Цель изменения формы  технологической линии – повышение  скорости разливки при обеспечении  качества заготовки, требуемого прокатчиком.

В свою очередь повышение  скорости разливки вызвано определившимися экономическими требованиями повышения производительности единичного агрегата.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.2. Концепция

(рис.30)

 

В данном разделе рассмотрим концепцию, применительно к блумовой МНЛЗ, как наиболее конструктивно сложной.

На основании опыта  создания и эксплуатации МНЛЗ на металлургических заводах нашей страны и за рубежом, используя материалы научных  конференций и ежегодных конгрессов сталеплавильщиков формулируем  концепцию создания МНЛЗ ближайшего будущего.

4.2.1.Высокая единичная мощность

 

В данном случае в понятие  «мощность» вложена величина годовой  производительности, которая должна быть не ниже 800 000 т заготовок в год. В настоящее время мощность МНЛЗ достигла величины 500 000 т заготовок в год, т.е. для производства 800 000 т понадобилось бы две машины. С учётом перспективы в качестве ориентира единичная мощность блумовой МНЛЗ может быть принята равной 1000000 т / год.

4.2.2. Минимальное количество  ручьев под

 

заявленную мощность, что позволит повысить эффективность использования введенного в эксплуатацию оборудования.

В настоящее время  используются 4-х ручьевые машины с  максимальной мощностью ручья в 125 000 т / год. Конкретно речь идет о том, чтобы заменить 4-х ручьевые машины 3-х ручьевыми. При этом мощность одного ручья должна быть не ниже 300 000 т/год.

 

4.2.3. Высокая надежность  и долговечность оборудования

 

Необходимо обеспечить режим работы: 28 дней в месяце машины работают непрерывно в режиме «К-Н-К», два дня отводится на ремонт и  подготовку машины к следующему производственному циклу.

В течение 28 дней рабочего цикла не должно быть ни одного отказа в работе оборудования и систем управления.

Уменьшение числа ручьев способствует решению сформулированной задачи.

4.2.4. Минимальные сроки  строительства и монтажа

 

Это означает:

1) максимальный объём  сборки и монтажа узлов и  механизмов на заводе – изготовителя  вплоть до полной сборки машины;

2) подготовка строительных  конструкций (металлических)  на  заводе – изготовителе оборудования  МНЛЗ;

3) минимальный объем бетонных работ, что может быть достигнуто благодаря рациональным инженерным решениям по архитектуре машине.

4.2.5. Рациональная  и  надежная система

автоматизированного управления электроприводом и технологическим  процессом

 

Под рациональность подразумевается исключение лишних связей и лишних систем контроля и регулирования.

В качестве примера можно  рассмотреть два подхода. Первый, когда машина оснащена контрольными датчиками работы всех узлов и  каждого в отдельности информация, с которых интегрируется в компьютере и выводится на дисплей. Второй, когда конструкция механизмов и узлов столь надежна, что указанные датчики  теряют смысл.

Безусловно, второй подход рациональнее, т.к. направлен на прямое повышение надёжной работы. Первый лишь добросовестно дает информацию о поломках и только косвенно способствует повышению надежности. Система контроля работы узлов оборудования получается  весьма дорогостоящей, но не эффективной.

Под надежностью систем понимаем использование в них  прочного и надежного оборудования и резервирования элементов в обоснованных случаях.

4.2.6. Гибкость конструкции  машины и систем

управления при ведении  технологического процесса

 

Технолог, ведущий разливку должен иметь возможность менять технологические параметры (скорость разливки, подачу воды, частоту качения кристаллизатора), не останавливая машину.

Обладая такой возможностью, технолог может исключить аварийные  ситуации и положительно влиять на качество отливаемой заготовки. Кроме  того, гибкость конструкции позволяет  исключить дорогостоящие системы автоматизированного контроля за процессом.

4.2.7. Стабильное качество  заготовок

удовлетворяющие требованиям  стандартов и позволяющее осуществить  прямую передачу заготовок от МНЛЗ в прокатный цех без осмотра  и зачистки

 

Здесь главное в том, что такое качество заготовки позволяет совместить непрерывную разливку и прокатку в одной технологической машине.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   1

100         

        0 

          2          Сечение заготовки  

 

        Fтр.               a

 

        R                b

 

l3            5

4          6 

ц.т.  Р1                    Р2     Р3   

         М1       Db  

 

3           Fдв

  Gзаг          

Fсопр

  Rм1          M2           M3    

         Rм2             Rм3 

l2

 

l1

 

 

 

1-кристаллизатор;

2-ролики секции ВО;

3-направляющие ролики;

4-тянущая клеть (ТК) №1;

5-ТК №2;

6-ТК №3;

ТК-1,ТК-2,ТК-3 образуют тянуще-правильное устройство(ТПУ).

 

Рис.30 Схема  взаимодействия заготовки и элементов  машины

1- головка затравки;

2- звено;

3- звено;

а, d-размеры сечения затравки;

l-шаг звеньев.

 

Рис.31 Гибкая (цепная) затравка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.3 Структура конструкции  МНЛЗ

 

Структурно всю конструкцию  МНЛЗ можно разделить на три части (зоны):

А – оборудование разливочной площадки (РП)

включающие СК, ПК, средства, обеспечивающие безопасность персонала в аварийных  ситуациях. Согласованная работа всего  комплекса оборудования РП подчинено одной функции – подаче жидкого металла в кристаллизатор.

Причём, эта подача металла в  кристаллизатор должна быть непрерывной  в течении 28 дней, как это указанно в «Концепции».

На РП уже нельзя повлиять на химсостав  металла, но можно обеспечить заданный температурный режим жидкой стали. Для этого используются крышки на СК, ПК, специальные шлаки наведенные на поверхности жидкой ванны в ПК, разогрев футеровки ПК.

На РП, на специальных электронных  табло, можно видеть информацию о  количестве метала в СК и ПК на данный момент времени, длину уже отлитых заготовок.

В – оборудование технологической  линии,

представляющее собой в комплексе  собственно машину непрерывной разливки. Сюда входят: кристаллизатор (К) (первичное  охлаждение), механизм качания кристаллизатора (МКК), вторичное охлаждение (ВО), тянуще – правильное устройство (ТПУ), затравка, устройство хранения затравки (УХЗ).

Именно в этой части МНЛЗ происходит чудо – непрерывное превращение  жидкого металла в твердый.

Технологическая линия принимает  в кристаллизатор жидкую сталь с температурой 1550 С и выдает твердый металл с температурой 900 С. Эта превращение происходит примерно за 20 мин. При этом у жидкой стали отбирается большое количество теплоты, которая через воду и воздух в конечном счете рассеивается в окружающую среду. Приходится нести затраты на защиту оборудования от выделяемого тепла. На технологической линии обеспечивается и производительность и качество твердой заготовки.