Конструирование машин для металлургических процессов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.4.6 Универсальные тянущие  клети с шестеренными блоками  -переходниками

Различное количество ручьев на МНЛЗ, и различные комбинации, связанные с определением приводных валков тянуще – правильных устройств (ТПУ) вызывают в свою очередь множество различных комбинаций конструкций тянущих клетей –и приводов вращения валков.

В таблице №3 предложены универсальные конструкции ТК, отвечающие любой заданной комбинации,  исходных данных. Главным элементом этих конструкций является компактной и прочный и шестерённый  блок, с помощью  которого можно передавать вращение между различными образом расположенными  валами. Такие элементы блока как зубчатые колеса, подшипники, валы –унифицированы.

Предложенное в таблице  решения может быть использовано блумовых и сортовых МНЛЗ с криволинейной  технологической линией.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№ п/п	Наименование клети, шаг  установки на ручье	Кол-во ручьев		Расположение привода вращения валков		Соединение привода с валком			Хар-ка шестеренных блоков
									Кол-во		Описание конструкции
1	2	3		4		5			6		7
1.	Двухвалковая, шарнирная, с двумя приводными валками от привода- наездника Блум-1900 Сорт -1400	≥1		Наездник, на верхней качающейся траверсе		Через шестеренный блок			2		Привод вращения валков расположен на подвижной траверсе и включает: двигатель, тормоз, коническо -цилиндрический планетарный редуктор. Верхний шестеренный блок располагается с левой стороны клети  по ходу заготовки и объединяет выходной вал редуктора, валок и соединительный вал, проходящий через полую ось поворота подвижной траверсы. Нижний шестеренный блок (ШБ) располагается с правой стороны клети  и объединяет соединительный вал (1) с нижним валом (4)
2.	Двухвалковая, шарнирная,с двумя приводными валками от стационарного привода Блум -1900 Сорт-1400		≤2		Стационарно, на раме, на определенном расстоянии от ручья		С помощью шпинделя ,через соединительный вал	2		Верхний ШБ располагается с левой стороны клета и соединяет верхний валок с соединительным валом, нижний ШБ располагается с правой стороны клети и соединяет нижний валок с соединительным валом
3.	Двухваловая, шарнирная с двумя  приводными валками от стационарного  привода Блум-1500 Сорт -1000		<5 >2		Стационарно, на рамена определенном расстоянии от ручья		С помощью шпинделей, на 1 ручей  через соединительный вал, на 2 через  ШБ	2		Первый ручей –также как и  №2 второй ручей - верхний ШБ располагается  с левой стороны клети и  объединяет верхний вал, соединительный вал и шпиндель ШБ с редуктором. Нижний ШБ располагается с правой стороны клети и соединяет нижний валок.
4.	Многовалковая (10 ти валковая), с нижними  приводными валками, и прижимками верхними, перемещающимися по направляющим Блум -600 Сорт -400		<5 >2		Стационарно, на раме, на определенном расстоянии от ручья		С помощь. шпинделей	5		первый ручей -соединение редуктор -нижний валок через шпиндель. Второй ручей   через ШБ, соединенный с шейкой валка и располагается вертикально.
										К рис. П.З. варианты: 1.   клеть имеет только нижний  приводной валок. Первый  ручей -шпиндель соединена с валом напрямую (4) Второй ручей -шпиндель вал 1 -вал4 (ШБ) 2.   клеть имеет только верхний  приводной валок. Первый ручей-шпиндель  соединенный с валом напрямую (3) 3.   второй ручей -ШБ 1-3.

 

 

 

 

 

 

4.7. Привод вращения  нижних валков ТК от стационарно-установленных  редукторов и двигателей

4.4.8 Выбор скорости разливки

 

Скорость разливки напрямую связана  с заданной производительностью  и количеством ручьев.

По концепции, сформулированный ранее, годовая производительность должна быть равна или более 800000 + питой  заготовки, а количество ручьев -3. для  анализа и выбора оптимальной  скорости разливки (Vр) примем конкретные исходные данные:

Емкость стальковша   -130 нт

Сечение заготовки -300 360 мм

Выход годного -97%

Режим разливки –«К –Н –К» в  течение 28 дней, 2 дня подготовительное пауза, цикл -30 дней.

Количество жидкой стали  которое надо разлить:

В течение года -

В течение месяца

В течение суток 

Количество плавок, которое  н6адо разлить в течение суток:

Примем с некоторым резервом количество разливаемых за сутки  плавок -24. годовая производительность возрастает и достигает

800000 ·  ≈ 1000000 литой заготовки.

Требования, изложенные в концепции  выполняются: на таких численных  значениях:

- годовая производительность

800000 1000000 т\год

- количество плавок в сутки

19 24

- продолжительность разливки  одной плавки:

60 75 мин.

   

Весовая скорость разливки на ручье:

 

Выразим весовую скорость на ручье  через все погонного метра  заготовки (Gпм)

скорость разливки  (Vр)

Vвес = Vр ∙ Gп∙м

Vp = ;

Gпм = 0,3 ∙0,36∙1∙7,8 =0,84т

V = V =

 

Итак, скорость разливки, обеспечивающая требование концепции находится  в пределах:

Vp =0,86 0,7 м\мин

 

Проверим длину жидкой фазы, соответствующей указанной  скорости:

L = 240 ∙   Vp   b =300мм

=240 ∙0,3²∙0?86=18,576м

=240∙0,3²∙0,7=15,2м

L =15,2 18,576м.

В проанализированной форме  технологической линий разгиб заготовки  принят в одной точке (через «коленку»). Отсюда следует, что жидкая фаза должны оканчиваться до валков ТК -1.

Технологический радиус в нашем случае будет равен:

  R =40∙0,3 =12м.

Расстояние от мениска  кристаллизатора до ТК -1:

<18,576м.

Отсюда вывод: на машине с проанализированной технологической линией и радиусом 12 м можно разливать со скоростью 0,7 м\мин, т.е. машина не будет иметь перспективы повышения скорости разливки.

Если увеличить радиус до R=14м, то расстояние от мениска кристаллизатора до ТК-1 увеличится и составит:

 

>18,576м.

На такой машине с  радиусом 14м и той же технологической  линией можно полностью выполнить  требования концепции по производительности.

Однако необходимо обратить внимание и на требование концепции  по качеству заготовки.

И вот теперь приступим к обоснованию формы технологической линии машины с учетом требований концепции по производительности и качеству литой заготовки.

4.4.9  Выбор формы  технологической линии с учётом  требований по качеству литья  заготовок

 

В отличие от слитков, разлитых в изложницы, непрерывно-литая заготовка

(Н.Л.З.) затвердевает с  преимущественно радиальным отводом  тепла. 

Протяженность жидкой лунки  в зависимости от скорости литья, может достигать 40 м. У заготовок  прямоугольного сечения конус жидкой лунки, постепенно снижаясь, в своей вершине замыкается линией, а у квадратных или круглых заготовок – точкой.

В условиях даже небольших  нарушений стабильности процесса, а  тем более при останове движения заготовки, происходит опережение или  отставание фронта кристаллизации и, как следствие, нерегулярное образование перемычек в вершине жидкой лунки. Изолированные объемы затвердевают, претерпевая усадку с образованием раковин, осевой рыхлости, с развитием осевой макроликвации.

С уменьшением угла при  вершине конуса жидкой лунки, что характерно для высоких скоростей разливки, качество осевой зоны ухудшается. Качество осевой зоны также зависит от структуры, образующейся при окончательном затвердевании заготовки по сечению.

Макроликвация определяет различия в физико–механических характеристиках по сечению проката. В высокоуглеродистых сталях макроликвация может быть настолько большой, что при дальнейшем переделе, например, в производстве металлокорда, происходят обрывы при волочении.

В настоящее время  применяются технологические приемы, позволяющие в максимальной степени уменьшить ликвацию в процессе разливки на МНЛЗ.

К таким приемам относятся:

- снижение перегрева  стали в промковше

- электромагнитное перемешивание

- повышение жесткости  роликовой проводки и минимизация шагов между роликами

- мягкое обжатие (регламентированное  обжатие)

Из перечисленных приемов  наиболее интересными является мягкое обжатие.

Мягкое обжатие  заготовки – небольшое обжатие, которое компенсирует объемную усадку стали при затвердевании и тем самым предотвращает осевую рыхлость и ликвационное расслоение в центральной части заготовки.

Затрудненная подпитка двухфазной зоны жидкой лунки начинается при степени ее затвердевания  Ø = 0,3. При Ø = 0,7 ÷ 0,95 течение жидкого  металла в порах уже невозможно в силу возросшего гидродинамического сопротивления. Соответственно в момент, когда по центру заготовки степень затвердевания достигает значения 0,3 необходимо начинать компенсацию затрудненной подпитки и продолжать ее практически до вершины жидкой лунки. Это достигается, если соответствующим образом позиционировать жидкую лунку относительно валков или наоборот.

Экскурс в область  углубленного понимания технологических  процессов непрерывной разливки стали понадобился нам для  того, чтобы выбрать оптимальную форму технологической линии.

В этом поиске исходим  из того, чтобы механическое воздействие  на жидкую фазу (лунку) было минимально возможным, и находилось в пределах расчетных величин. Анализируя различные  варианты приходим к выводу о необходимости такой формы технологической линии, при которой обеспечивается плавный разгиб криволинейной н.л.з. (чисто радиальная форма технологической линии позволяет осуществить разгиб в одной точке, т.е. неплавный разгиб). Одновременно технологическая линия (ее форма) должны позволять вывести жидкую лунку на прямолинейный участок с тем, чтобы можно было осуществить мягкое обжатие валками, расположенными на горизонтальном а, возможно, и частично и на криволинейном участке технологической линии. Итак, в конечном виде рациональная по современным понятиям форма технологической линии включает три участка (см. рис. 34):

- радиальный участок

- криволинейный участок  плавного разгиба н.л.з. в 2-х  фазном состоянии

- прямолинейный участок,  где осуществляется мягкое обжатие  и окончательное затвердевание н.л.з.

В результате получаем возможность  существенно увеличить скорость разливки за счет вывода жидкой лунки  на прямолинейный участок и существенно  улучшить качество н.л.з. в центральной  части заготовки, благодаря мягкому  обжатию, которое по сути дела является технологическим инструментом влияния на качество.

Рис. 34 Технологическая  линия МНЛЗ рациональной (оптимальной) формы

• радиальная часть
• плавный разгиб с мягким обжатием

R – радиальная форма технологической линии

d – радиальный участок

a – участок плавного разгиба

b – участок мягкого обжатия

Переход от радиальной формы  технологической линии сопровождается незначительным уменьшением базового радиуса. Так, например, для заготовки  сечением 300х360:

- базовый радиус R = 12000 мм

- радиус при построении  плавного разгиба – R = 11923 мм

- длина участка плавного  разгиба – 7500 мм

4.4.10 Выбор конструкции  тянуще – правильного устройства  для оптимальной формы технологической  линии

 

Оптимальная форма технологической линии требует и оптимальной конструкции тянуще – правильного устройства.

Сформулируем требования, которым должна соответствовать  искомая конструкция:

- протяженность зоны  обжатия должна быть расчетной.  В нашем вышеуказанном примере  она должна быть 7500 мм 
- величина обжатия в одной паре валков должна быть в пределах 2,5÷3 мм [в нашем примере усилие прижима валка к заготовке, обеспечивающее это обжатие, равно 60 тн.]

- шаг по валкам должен  быть таким, чтобы исключить  возможность «раздутия» жидкой  лунки между валками. В нашем примере расчетная величина шага – 800 мм

Разделив протяженность  зоны обжатия на шаг валков, получим  количество пар валков:

(10 пар)

На рис. 35,36,37,38,39,40 показан  пример конструктивного решения  тянуще-правильного устройства (ТПУ), включающего 9 пар роликов. Конструкция выполнена универсальной и может занимать то положение на технологической линии, которое определено расчетами, учитывающими сечение заготовки, марку стали, производительность (скорость разливки).

Рациональным можно  назвать следующее расположение ТПУ на технологической линии:

- крайнее правое положение:  валок № 3находится в вертикальной  плоскости, проходящей через центр  окружности, диаметр которой равен  двум технологическим радиусам (R); валки № 4,5,6,7,8,9,10 расположены на горизонтальном участке технологической линии.

Участок плавного разгиба  формируется в этом случае валками  № 1,2,3 и неприводными отдельными парами валков, располагающихся влево от валка № 1 на расчетную величину. В этих неприводных парах верхние валки имеют гидравлический прижим к заготовке.