Материал: Конструкторско-технологическая подготовка изготовления сталеразливочного стенда УРНС

Конструкторско-технологическая подготовка изготовления сталеразливочного стенда УРНС

ВВЕДЕНИЕ

Металлопродукция включает в себя совокупность конструкционных, трубопроводных и прочих видов изделий, изготавливаемых из металла. На сегодняшний день спрос на металлопродукцию весьма широк, благодаря её свойствам и универсальности. Непрерывная разливка стали является важнейшим технологическим этапом в производстве металлопродукции, поскольку она обеспечивает перевод стали из жидкого состояния в твердое с приданием ей определенной геометрической формы. Кроме этого условия охлаждения и затвердение стали во время непрерывной разливки в значительной мере предопределяют высокое качество металлопродукции в сравнении с консервативной системой разливки в слитки.

Технологический процесс и машины непрерывной разливки стали постоянно развиваются и совершенствуются, что расширяет сферу их применения и создает предпосылки для трансформации сталеплавильного передела в целом. Уровень эффективности использования технологий непрерывной разливки стали учитывается при создании новых производств и модернизации действующих. В свою очередь это стимулирует дальнейшее развитие конструкций машин непрерывной разливки стали, обеспечивая большую привлекательность их дизайна и конкурентоспособность.

В целом многолетний прогресс в теории, технологии и оборудовании для непрерывной разливки стали был достигнут за счет целого ряда факторов, среди которых нужно выделить следующие:

более глубокое понимание и теоретическое обоснование процесса литья и формирования заготовки;

широкое применение новых и высокоэффективных материалов (покрытие рабочей поверхности кристаллизаторов, огнеупоры);

радикальное повышение надежности стандартных деталей и узлов (например, подшипники качения, элементы систем управления электрическим оборудованием);

увеличение уровня автоматизации за счет широкого применения разного рода датчиков, сервоприводов, моделей и программного обеспечения для управления процессом;

применение более функциональных решений в части оптимизации процессов текучести стали в промежуточном ковше (промковше) и кристаллизаторе при использовании наиболее современных и точных методик расчетов гидродинамики, которое стало возможным за счет расширения возможностей вычислительной техники.

Несмотря на некоторые незначительные отличия, основные технологические и конструктивные особенности МНЛЗ довольно хорошо изучены и разработаны. Дальнейшее их развитие и совершенствование достигается за счет обеспечения высокой гибкости и функциональности машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), включая совмещение процессов литья и прокатки.

Череповецкий металлургический комбинат - крупнейший стальной актив дивизиона - основан в 1955 году. В 2015 году коллектив ЧерМК отметит 60 лет с момента выпуска первого чугуна, который состоялся 24 августа 1955 года. Комбинат является предприятием с полным металлургическим циклом, в состав которого входит более 100 крупных технологических агрегатов от переработки железорудных материалов и углей до глубоко передельных агрегатов. Большая часть производимой на Череповецком металлургическом комбинате стали используется в дальнейшем для производства проката в виде листовой и сортовой продукции, включая горяче- и холоднокатаный лист, плиты, рулоны, горячекатаные профили, холодноштампованную фасонную сталь и трубы.

. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ВКР

Разливка стали и ее затвердевание являются завершающими звеньями в цепи основного металлургического процесса. Однако старые методы разливки стали в изложницы весьма малопроизводительны и являются препятствием к механизации и автоматизации всего металлургического цикла. В будущем производство стали с затвердеванием в традиционной изложнице, очевидно, будет ограничиваться только теми случаями, когда непрерывная разливка не может быть применена.

Установка непрерывной разливки заменяет в действительности следующие стадии металлургического производства: разливку в изложницы, затвердевание слитков, их стрипперование, нагрев в колодцевых печах, первичное обжатие и вводит вместо них единственную стадию непрерывной заливки стали в кристаллизатор, сечение которого соответствует необходимому сечению заготовки, и непрерывное вытягивание затвердевшей заготовки из машины. Таким образом, непрерывная разливка является таким процессом, который превращает жидкую сталь из ковша непосредственно в заготовку любого сечения.

Широкое применение непрерывной разливки стали обусловлено рядом существенных преимуществ перед старым способом разливки в изложницы. Это прежде всего уменьшение капитальных затрат примерно на 30 % за счет отсутствия обжимных станов и отделения нагревательных колодцев. При использовании непрерывной разливки стали достигается повышение производительности труда на 15 - 25 % в результате механизации производства, происходит улучшение качества непрерывных слитков и структуры металла. Например, повышается степень однородности слитка, качество поверхности, уменьшается осевая рыхлость слитка и т.д. Выход годного увеличивается на 10 - 15 %, а при разливке легированных сталей на 15 - 20 % по сравнению с разливкой в изложницы и доходит до 96 % и более [12].

Непрерывная разливка стали обеспечивает поточность производства и предоставляет хорошие возможности для комплексной механизации и полной автоматизации процесса разливки при непрерывном характере процесса и большом массовом расходе металла. При непрерывной разливке достигается значительное улучшение организации производства, условий труда и окружающей среды.

Эти основные преимущества создают предпосылки для дальнейшего развития способа непрерывной разливки стали и полной замены старого способа разливки в изложницы в ближайшем будущем.

В настоящее время для разливки стали на УНРС применяется поворотная платформа, однако она обладает существенными недостатками: низкая производительность и недостаточная ремонтопригодность. В этой связи модернизация конструкции поворотной платформы сталеразливочного стенда установки непрерывной разливки стали является экономически и технологически обоснованной и актуальной задачей.

Целью работы является разработка основных вопросов технологического проектирования механосборочного участка по изготовлению детали «зуб» для поворотной платформы сталеразливочного стенда установки непрерывной разливки стали в электросталеплавильном цехе комбината ПАО «Северсталь». Для достижения поставленной цели были определены и решены следующие задачи:

провести анализ литературных источников по состоянию применения установок непрерывной разливки стали;

изучить технологические процессы производства разливки стали на непрерывной установках;

разработать конструкцию поворотной платформы;

рассчитать и спроектировать траверсу;

провести расчет напряженно-деформированного состояния траверсы;

разработать технологический процесс изготовления детали типа «зуб».

. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

.1 Описание работы устройства непрерывной разливки стали

Со времени возникновения идеи непрерывной разливки стали до ее практического осуществления прошло столетие. Современные машины непрерывного литья заготовок отличаются большим разнообразием и выполняются по различным схемам, что объясняется длительным периодом разработок, проводимых во многих странах, а также многообразием задач, решаемых при получении непрерывнолитых заготовок разных форм и размеров, с разным технологическим назначением при дальнейшем переделе. Существенное значение имеют условия размещения установок на ограниченных площадках, при реконструкции старых цехов и заводов.

В связи с этим идет непрерывный поиск лучших конструкций машин непрерывного литья заготовок, совершенствуются отдельные узлы существующих установок. Во всех действующих установках металл разливается сверху. В последнее время проводятся изыскания по непрерывной разливке металла не сверху, а снизу.

Можно рассмотреть несколько основных принципов классификации конструкций МНЛЗ:

по направлению технологической оси машины, то есть по расположению выдаваемого в процессе литья непрерывного слитка;

по назначению или сортаменту заготовок и вместимости сталеразливочных ковшей;

по числу ручьев в одной машине и планировке.

Основные различия применяемых и разрабатываемых конструкций МНЛЗ состоят главным образом в расположении слитка в процессе литья [4]. По этому признаку выделяют следующие основные типы МНЛЗ: вертикальные установки с резкой заготовок в вертикальном положении; вертикальные с изгибом заготовки; радиальные установки с постоянным радиусом изгиба заготовки; криволинейные с переменным радиусом изгиба; наклонные установки; горизонтальные установки. Перечисленные типы конструкций МНЛЗ схематично показаны на рисунке 2.1 [13].

Рисунок 2.1 - Типы конструкций МНЛЗ

Вертикальные установки (рисунок 2.1, схема 1) с непрерывной подачей металла в кристаллизатор и вытягиванием слитка со скольжением корки. Установки изготавливались с прямолинейным кристаллизатором и резкой слитков в вертикальном положении. С увеличением производительности такой установки возрастает ее высота. Наиболее крупные вертикальные МНЛЗ имеют высоту до 40-50 м. Вертикальные МНЛЗ имеют широкое применение благодаря созданию наиболее благоприятных условий формирования качественных заготовок для широкого диапазона марок сталей, профилей и размеров слитков. В них обеспечивается наименьшее содержание различных включений в результате всплывания. Распределение включений более равномерное, чем на любой другой установке. Вследствие этого вертикальные машины наиболее универсальны по сортаменту разливаемых сталей и размерам заготовок.

Вертикальные МНЛЗ с изгибом (рисунок 2.1, схема 2) и выводом слитка перед резкой в горизонтальное положение позволяют уменьшить высоту установки. Преимущества такого типа МНЛЗ заключаются в отсутствии колодца и, следовательно, снижении капитальных затрат, поскольку слиток режется на горизонтальной плоскости и все операции упрощаются. Основным недостатком таких установок является двойная деформация слитка при изгибе и распрямлении, поэтому в них затруднена разливка сталей, склонных к красноломкости.

Радиальными (рисунок 2.1, схема 3) называются такие установки, в которых отливаемая заготовка в течение всего периода затвердевания проходит дугу определенного радиуса кривизны и выпрямляется одностадийно после полного затвердевания. Кристаллизатор, где формируется непрерывная заготовка, также имеет изгиб под определенным радиусом. Сформировавшийся в нем изогнутый слиток продолжает двигаться по дуге того же радиуса, что и радиус изгиба кристаллизатора, а затем выпрямляется в тянущеправильном механизме и выдается на горизонтальный рольганг, где его режут на мерные заготовки. Вывод на горизонтальный участок происходит в результате одной операции - вьшрямления. В радиальных установках не происходит никакой деформации заготовки до полного ее затвердевания, так как заготовка движется но дуге окружности. Деформация (распрямление) происходит в одной точке после полного затвердевания заготовки.

Криволинейными (рисунок 2.1, схема 4) называются установки, в которых кривая, описывающая профиль продольной оси отливаемой заготовки, имеет переменный радиус. В этих машинах происходит многостадийная деформация оболочки не полностью затвердевшей заготовки. Установки имеют, как правило, радиальный кристаллизатор Особенностью криволинейных машин является разгиб слитка в нескольких точках по переменному радиусу, что позволяет более плавно приводить слиток в горизонтальное положение и улучшить тем самым его качество. Жидкая фаза здесь может доходить до горизонтального участка. На машинах криволинейного типа разливаются слябы больших размеров и значительной толщины (до 300-350 мм). В криволинейных машинах достигается дальнейшее снижение высоты установки по сравнению с вертикальными и радиальными.

Наклонные МНЛЗ (рисунок 2.1, схема 5) существуют, в основном, конвейерного типа. В них происходит совместное движение кристаллизатора и слитка без скольжения корочки, т.е. нет перемещения слитка относительно кристаллизатора. Основным узлом являются два конвейера, наклоненные под углом 10-30° к горизонту и размещенные один над другим. Полуизложницы верхнего и нижнего конвейера при смыкании образуют канал (кристаллизатор) длиной несколько метров с соответствующим профилем. Жидкая сталь из ковша направляется в промежуточное разливочное устройство с хоботом, входящим в канал кристаллизатора. Слиток с жидкой сердцевиной после кристаллизатора охлаждается водой и затем разрезается.

Горизонтальные МНЛЗ (рисунок 2.1, схема 6) с водоохлаждаемым медным кристаллизатором и вытягиванием слитка со скольжением корочки. Вначале они применялись для разливки чугуна и цветных металлов. В последнее время успешно осваивается разливка сталей на горизонтальных установках, применение которых в дальнейшем будет повышаться.

В зависимости от сортамента заготовок МНЛЗ можно разделить по типу заготовок для дальнейшего передела - на слябовые, блюмовые сортовые и трубные заготовки или по форме отливаемых заготовок для прямоугольных, квадратных, круглых заготовок, специальных профилей [1].

По количеству ручьев конструкции МНЛЗ разделяются в зависимости от сортамента слитков и ряда технологических факторов. Количество ручьев, принимаемое при проектировании установки непрерывной разливки, выбирается таким образом, чтобы можно было разлить всю содержащуюся в ковше сталь до того, как ее температура опустится ниже допустимого уровня. Для конкретного производства или цеха количество ручьев должно определяться в зависимости от производительности цеха и каждой установки, формы и размеров поперечного сечения заготовок, вместимости сталеплавильного агрегата и разливочного ковша, а также от некоторых других технологических факторов.

Очевидно, не может быть универсальных машин непрерывного литья заготовок. Каждый тип конструкции МНЛЗ имеет свою специфику, отличительные черты и области применения, где лучше выявляются и используются его преимущества [4].

В состав МНЛЗ входят следующие основные технологические узлы: стенд для сталеразливочных ковшей; тележки или подъемно-поворотные столы промежуточных ковшей; промежуточные ковши; кристаллизаторы и механизм их качания; затравки и механизмы для их перемещения и введения в кристаллизатор; конструкции зоны вторичного охлаждения; тянуще-выпрямляющие системы; приспособления для резки заготовки на мерные длины; оборудование для выдачи заготовок и транспортирования их из зоны МНЛЗ.

Стенд для сталеразливочных ковшей это приспособление, на которое ковши устанавливаются во время разливки <#"897883.files/image002.gif">

Рисунок 2.2 - Поворотный стенд для сталеразливочных ковшей:

- поворотный стенд; 2 - ковш в рабочем положении; 3 - тележка для промежуточного ковша; 4 - промежуточный ковш; 5 - кристаллизатор.

Тележки или подъемно-поворотные столы промежуточных ковшей служат для быстрой замены промежуточных ковшей при разливке металла методом «плавка на плавку». На МНЛЗ, оборудованных поворотными стендами для сталеразливочных ковшей, применяют самоходные тележки с вертикальным перемещением промежуточных ковшей и весоизмерительными устройствами. Тележки перемещаются по рельсам, установленным между сталеразливочным стендом и кристаллизатором.

Промежуточные ковши служат для стабилизации скорости подачи металла в кристаллизатор и равномерного распределения стали между несколькими кристаллизаторами при разливке на многоручьевых МНЛЗ. В последние годы промежуточные ковши большой емкости используют также как дополнительные агрегаты для внепечной обработки металла с целью перемешивания, дегазации, всплывания неметаллических включений, раскисления, модифицирования, корректировки химического состава металла.

Для обеспечения стабильного соответствия между скоростью вытягивания заготовки из кристаллизатора и скоростью подачи в кристаллизатор жидкого металла промежуточные ковши оборудованы дозирующими устройствами, в качестве которых используют стопорные устройства (футерованные огнеупорными катушками и стопоры-моноблоки), шиберные затворы и стаканы-дозаторы. В последнем случае скорость поступления металла в кристаллизатор определяется сечением стакана-дозатора и уровнем металла в промежуточном ковше.