Непрерывное литье

В настоящее время доля непрерывной разливки в производстве стали превысила 90%.

Непрерывное литье - это процесс непрерывного литья для изготовления полуфабрикатов из черных и цветных сплавов . При непрерывной разливке металл разливают через охлаждаемую бездонную форму и выводят вниз, вбок или вверх вместе с затвердевшей оболочкой и в основном еще жидким сердечником. После застывания прядь делится.

Непрерывной разливки не следует путать с экструзией , с помощью которого твердые секции и полые секции пример из алюминия , пластик (см экструзии ) и керамики производятся.

технология

По расположению кристаллизаторов различают горизонтальную и вертикальную непрерывную разливку. Горизонтальное непрерывное литье применяется только для цветных металлов. Вертикальные машины непрерывного литья под давлением с изогнутой формой отливают предварительно гнутый полуфабрикат так, чтобы его можно было оттянуть в горизонтальном направлении. Затем полуфабрикат должен быть распрямлен после того, как он достиг горизонтали, перед резкой. В вертикальных формах либо длина отливки ограничена системной высотой, либо прядь необходимо согнуть, оставив стержень в жидком состоянии, и снова выпрямить после того, как она достигнет горизонтали.

Для вертикальной непрерывной разливки, которая в основном используется для цветных металлов, используется медная изложница с водяным охлаждением, открытая снизу, также известная как форма с буртиком. Жидкий металл подается в него через распределительную систему непрерывно с отмеренной скоростью разливки. В простейшем виде между печью и формой находится разливочный тигель, также называемый промежуточным ковшом. Оболочка прядей формируется внутри формы, которая охватывает изначально еще жидкую сердцевину. Прядь, выходящая из формы, опускается в емкость, которая способствует дальнейшему охлаждению, и постоянно орошается водой. В прерывистом процессе глубина этой охлаждающей ванны ограничивает длину заготовок, стержней или заготовок.

Установки непрерывного литья заготовок изготавливаются с одной, двумя и более нитями. Чем меньше поперечное сечение, тем больше струн требуется для соответствия пропускной способности вышестоящих агрегатов. С другой стороны, используются системы форм, особенно при отливке круглых стержней (также известных как круглые заготовки или экструзионные заготовки), которые позволяют одновременно отливать до 32 круглых заготовок диаметром в диапазоне 120–150 мм. .

Технология непрерывного литья мало отличается от того , обрабатываются ли стали , медные сплавы или алюминий . Основное различие заключается в температурах, которые варьируются от примерно 700 ° C для чистого или легированного алюминия до> 1600 ° C для стали. Попытки забросить непрерывно восходят к середине 19 века. Решительный прогресс был достигнут с 1930 г. (процесс Юнгханса-Росси для легких и тяжелых металлов).

В отличие от кокильного литья, при котором производятся отливки индивидуальной формы, непрерывное литье представляет собой полунепрерывный или непрерывный процесс. В случае полунепрерывных систем их высота определяет максимальную длину соответствующего непрерывнолитого продукта. Непрерывная работа - это отливка бесконечной пряди. Его можно либо разделить пилой («летающей пилой»), как только участок пряди достаточно затвердеет, либо прядь отклонится к изгибу и покинет систему в виде горизонтальной пряди. Эта технология используется, среди прочего, при производстве чушек для непрерывной разливки для литейных цехов или при переработке медных материалов в пруток или трубы. Также применяется непрерывное литье медных сплавов как по горизонтали, так и по вертикали.

Продукты непрерывного литья называются полуфабрикатами, потому что они должны пройти дополнительные этапы обработки до конечного продукта. В основном используются прокатка , прессование и глубокая вытяжка в сочетании с заранее запланированным аутсорсингом в случае наличия места или Температура окружающей среды или термическая обработка на входе или выходе (отпуск и старение).

Непрерывное литье стали

Специальная техника

Принцип МНЛЗ

Установка непрерывного литья под давлением состоит из

  • револьверная головка для установки сталеразливочного ковша,
  • распределитель, который направляет расплав в форму,
  • пресс - формы с расплавом (основная область охлаждения),
  • Иммерсионная трубка и теневая трубка
  • Шиферная пластина для регулирования жидкой стали
  • устройство колебания и удержания пресс-формы,
  • система направления стренги (разливочная дуга) с вторичным охлаждением,
  • приводные и правильные устройства,
  • роликовый стол на выходе,
  • линия поперечной резки (газорезательная машина, ножницы),
  • маркировочная машина (маркировка) и
  • холодная прядь.

Расплав обычно транспортируется так называемым паромом от плавильного агрегата через разливочный кран к установке непрерывной разливки и используется в башне ковша. Расплав поступает в распределитель через нижний слив (желоб), который закрывается задвижкой. Чтобы жидкая сталь не вступала в реакцию с кислородом воздуха, жидкую сталь направляют в теневую трубку или покрывают литейным порошком. Распределитель изначально выполняет функцию буферной емкости, так что процесс непрерывной разливки не прерывается при смене ковша. В случае систем с несколькими линиями распределитель также выполняет функцию распределения жидкой стали по отдельным линиям. Расплав покрывается в распределителе слоем шлака (в основном, золы рисовой шелухи).

Расплав свободно течет из распределителя или через погружную трубку (также известную как разливочная трубка) в форму . Поток регулируется с помощью пробки или заслонки в зависимости от мениска в пресс-форме. Чтобы избежать слеживания глинозема (Al 2 O 3 ) на носике распределителя , его частично промывают аргоном, и расплав можно тормозить или перемешивать электромагнитным способом, чтобы влиять на течение жидкой стали. Уровень формы в кристаллизаторе покрыт шлаком. Это предотвращает повторное окисление расплава, связывает поднявшиеся примеси и действует как смазка между затвердевшей оболочкой и формой. Для образования шлака на мениск непрерывно наносят литейный порошок. Во время литья кристаллизатор колеблется, чтобы предотвратить прилипание стали к охлаждаемым стенкам кристаллизатора (например, медным и никелевым пластинам) и поддержать процесс транспортировки. На выходе из формы жгут имеет затвердевшую оболочку толщиной в несколько сантиметров, в то время как большая часть поперечного сечения остается жидкой. Под кристаллизатором жгут охлаждается снаружи по так называемой дуге литья (радиус круговой зоны 10 м) путем распыления воздуха / воды (вторичный). Он также поддерживается роликами, чтобы уменьшить количество выпуклостей, возникающих из-за ферростатического давления на оболочку пряди . Эти направляющие ролики для стренги, которые подвергаются самым высоким нагрузкам, являются одними из центральных компонентов машины непрерывного литья под давлением из-за их влияния на поверхность стренги. По этой причине на ролики нанесен ранее наваренный антикоррозийный и износостойкий слой. Сегодня эти роли все чаще производятся в виде «композитного литья» с использованием процесса центробежного литья .

По сравнению с другими металлами, такими как алюминий или медь, сталь имеет относительно низкую теплопроводность . В результате получается длинная нить длиной до 20 м от мениска до полного затвердевания расплава (так называемая «металлургическая длина»). Только после застывания прядь можно разрезать на отдельные плиты . Поэтому системы, в которых пряди продолжают вертикально после выхода из формы, требуют большой общей высоты и используются редко. В большинстве систем прядь изгибается по радиусу (в зависимости от толщины пряди) примерно от 7 до 15 м, пока она снова не будет выпрямлена с помощью устройства для гибки и правки, когда она достигнет горизонтального угла. Форма может быть как прямой, так и изогнутой. В прямых формах прядь выходит из формы вертикально вниз и изгибается только последующей роликовой направляющей; в криволинейных формах прядь уже имеет форму дуги окружности. Обе концепции имеют свои особые преимущества и недостатки, которые возникают из-за того, что, с одной стороны, трещины возникают в результате изгиба нити, а с другой стороны, длинный вертикальный путь прохождения жидкости дает преимущества для чистоты материала. сталь, поскольку примеси могут подняться в шлак. После затвердевания прядь разрезается на куски на разгрузочном рольганге с горелками .

Для литья снизу или сверху в кристаллизатор вводится пусковая линия (холодная линия), которая закрывает нижнюю часть. Заливная сталь затвердевает на стартовой линии и вместе с ней тянется вниз. По достижении металлургической длины исходная и литая прядь отделяются друг от друга (разъединяются).

Типы процессов в зависимости от конечного продукта

Плиты на складе
Придерживайтесь при остывании

При непрерывной разливке различают несколько процессов, которые зависят от формата разливаемой пряди:

  • При непрерывном литье заготовок и блюмов отливают круглые или почти квадратные поперечные сечения ( заготовки ) или даже профильные поперечные сечения. Из них изготавливают прутки, проволоку и профили.
  • При непрерывной разливке слябов для производства листового проката производятся слябы - прямоугольные пряди большой ширины (до более 2600 мм) и малой толщины (до 600 мм) . Еще одно различие делается в непрерывной разливке слябов:
    • Непрерывное литье слябов в целом (толщиной от 100 мм до 600 мм)
    • Отливка слябов или (толщиной от 70 до 300 мм)
    • Отливка тонких слябов (толщиной от 40 до 100 мм)
    • Сборное ленточное литье (толщина от 15 до 50 мм)
    • Ленточное литье (толщина несколько мм).

Благодаря двум последним процессам возможна значительная экономия в области системных технологий и энергетического баланса. Дальнейшее сокращение процессов формования достигается за счет литья тонкой полосы (см. Там).

Предварительное ленточное литье

При литье слябов получается тонкий сляб толщиной около 50 мм, который можно прошивать непосредственно на производственной линии стана горячей прокатки. Между литейной машиной и прокатным агрегатом требуется только одна уравнительная печь. С помощью этого метода можно недорого перерабатывать многие марки стали. Недостатки - низкая гибкость и качество поверхности полос.

Лента литье

Литье полосы - это процесс непрерывного литья, при котором производятся металлические полосы, которые затем либо не формируются, либо формируются только за несколько проходов (проходящих через прокатную клеть ). Этот процесс в основном используется для цветных металлов.

Двухроликовая ленточная разливка стали была запатентована Генри Бессемером еще в 19 веке . Однако он не смог подготовить его к выпуску на рынок. Он не использовался в промышленности для нержавеющих сталей и электротехнических сталей до 1990 года. Здесь сталь затвердевает между двумя вращающимися в противоположных направлениях роликами с водяным охлаждением и полностью затвердевает в виде полосы максимальной толщины 6 мм, перемещаемой вниз. Скорость литейных валков должна быть точно согласована с температурой литья, так как прорыв происходит, если затвердевание не завершено (слишком высокая температура литья и / или скорость валков). Однако, если расплав затвердевает слишком рано, силы на валках слишком велики и могут даже парализовать процесс (слишком низкая температура литья и / или скорость валков).

Прокатная клеть обычно интегрирована в систему, в которой (при небольшой толщине отливки) толщина полосы 1 мм - в то же время возможный минимум - получается после одного прохода прокатки. Прокатанная тонкая полоса охлаждается водой и наматывается на рулоны, так называемые « бухты ».

Преимущество этого процесса заключается в небольших инвестициях и возможности производства небольших партий по низкой цене. Поскольку повторный нагрев, необходимый для прокатки слябов, больше не требуется, появляется дополнительная экономия с точки зрения затрат времени и энергии.

Непрерывное литье алюминия

Хилмар Р. Мюллер дает почти полный обзор процессов непрерывного литья цветных металлов: Непрерывное литье цветных металлов - обзор . В: Неделя материалов 2015 в Дрездене . Симпозиум 18 - Непрерывное литье цветных металлов, doi : 10.13140 / RG.2.1.1251.3762 / 1 . 

(2015).  (Continuous Casting of Non-ferrous Metals – an Overview).

Специальная техника

Непрерывное литье алюминия, также под общим обозначением, форматы литья с приводом, а также другие, как периодический, так и непрерывный процесс . В первом случае производятся прутки или круглые заготовки длины, заданной системой, во втором случае литая прядь разрезается летучей пилой после достижения определенной длины, как гласит технический термин, и это как процесс литья продолжается. Технологию также можно охарактеризовать как полунепрерывную, упомянутая выше бесконечная нить обеспечивает настоящую непрерывность.

непрерывнолитые круглые прутки, разрезанные и упакованные

Независимо от такого различения, связанного с системой, жидкий металл также подается в изложницу в случае алюминия через разливочный тигель, или через разливочный канал и распределительную систему после литейной формы, или через несколько. В литейный канал могут добавляться важные для сплава добавки - автоматически дозируемые в зависимости от скорости разливки. Обычно это лигатуры, содержащие титан и бор, влияющие на структуру ( измельчители зерна ). Быстро затвердевающая снаружи нить в форме с водяным охлаждением, известная как процесс первичного охлаждения, отводится в охлаждающий резервуар (вторичное охлаждение) для дальнейшего охлаждения и затвердевания. Опускание и заливка в форму происходят одновременно. Скорость литья или опускания, которая составляет в среднем от 5 до 15 см / мин, определяется литым сплавом.

В структуре отливки всегда видны разные скорости затвердевания металлических расплавов. Из-за очень быстрого литья в песчаные формы по сравнению, из-за затвердевания с водяным охлаждением нет фазовых выделений, то есть при спектральном спектрографическом анализе поперечных сечений прядей обычно нет различий в составе. Однако быстрый отвод тепла во время непрерывной разливки не позволяет уравновесить напряжение внутри затвердевающей структуры. Холодное старение или термообработка (отжиг на твердый раствор) устраняют напряжения, которые могут привести к растрескиванию во время прокатки. Подобные сегрегации экссудации в гипсовой повязке не устраняются таким образом, перед дальнейшей обработкой гипсовая корка шлифуется. Погрешность литья можно ограничить, если позаботиться о том, чтобы всегда сохранять зависящий от сплава усадочный зазор между затвердевающим металлом и стенкой формы как можно меньше, поскольку воздух препятствует рассеиванию тепла. Гораздо большей проблемой, чем усадочный зазор при непрерывной разливке алюминия и его сплавов, является чувствительность жидкого металла к поглощению водорода и образованию оксидов , каждое из которых требует специальной обработки расплава.

Обработка расплава при непрерывной разливке

Проблема поглощения, предотвращения и удаления водорода

Если непрерывное литье производится в литейном цехе, который подчиняется первичному плавильному заводу - в международном масштабе технически это литейный цех, - он доставляется только к металлу , который ранее был обработан плавлением , будь то чистый алюминий или уже легированный на стороне плавильного завода . Обработка, проводимая в смесителе или раздаточной печи, имеет первостепенную цель - удалить из расплава примеси в результате электролиза, а это означает значительное снижение содержания натрия и кальция. Удаление заданного содержания водорода проводят в самый последний возможный момент. До начала века предпочтение было отдано хлорированию с использованием газообразного хлора или добавок, выделяющих хлор, поскольку оно быстро превращало два мешающих элемента в их хлориды и позволяло им превращаться в шлак. Избыток хлорида алюминия также имел полезный промывочный эффект, поскольку он выходит из расплава при заданных температурах при кипении. По экологическим причинам использование хлора все больше сокращалось примерно с 1980 года, и аргон или фреон использовались с минимальным количеством хлора. Изобретение коробки SNIF, называемой камерой обработки, которая подключалась непосредственно перед распределительной системой, позволило более точно дозировать и удалять водород в последней точке перед заливкой, тем самым ограничивая возможность восстановления из влажного окружающего воздуха. Также современно размещать необходимое измельчение зерна непосредственно перед ящиком СНИФ с контролируемой подачей проволоки, легированной оребрением. Удаление оксидов, если они уже не были промыты в ходе обработки, представляет собой фильтрацию (см. Там).

Компании по переработке отходов, которые также могут производить непрерывно литой материал из лома, должны делать немного больше, особенно когда дело доходит до удаления водорода, поскольку расплавленный лом часто корродирован, то есть имеет слой гидроксида или маслянистый. Вам также следует уделять больше внимания разрушающим элементам, поскольку некоторые материалы для вторичной переработки поступают из литейных заводов и могут содержать множество нежелательных элементов. Не все нужно или можно удалить. С содержанием магния или меди может быть получен материал, подходящий для непрерывной разливки, богатые кремнием расплавы более подходят для производства литейных сплавов AlSi.

Проблема образования, предотвращения и удаления оксидов

При заданной тенденции к окислению расплавов алюминия, особенно с содержанием магния, необходимо ограничить окисление, применяя ингибирующие меры (обработка расплавом ). Плавающие в расплаве оксиды, попадающие в отливку, в основном гамма-оксиды в виде корок, всегда приводят к дефектам отливки. Защита от окисления также должна быть обеспечена с помощью технологии литья. В случае непрерывной разливки это может происходить посредством процессов перекачки и там, в разливочном потоке, а также в распределительной системе. Фильтрация обеспечивает хорошую безопасность в соответствии с современным уровнем техники.

Фильтрация расплава

Следует избегать включения оксидов при производстве алюминиевых изделий, к которым предъявляются особые требования к качеству, будь то форматное литье (полуфабрикаты) или литье под давлением . Если окисления избежать невозможно, расплав следует смыть путем ополаскивания. В прошлом это достигалось путем хлорирования расплава, то есть пропускания газообразного хлора либо из баллона, либо выпускаемого на месте. Однако с сегодняшней точки зрения хлорирование алюминиевых расплавов имеет ряд недостатков. Среди прочего, снижается содержание магния в расплаве и, в частности, возникают проблемы с точки зрения защиты окружающей среды , поскольку часть образующегося хлорида алюминия, который является летучим при температуре плавления, может попасть в окружающую среду. Использование хлора также нежелательно для гигиены рабочего места . Поэтому сегодня используются либо инертные газы, либо смеси с низким содержанием хлора. Дегазация и одновременно промывка, снижающая содержание водорода, удаляет более крупные оксиды, загрязненные водородом. Его можно дополнить дополнительной фильтрацией, которая также улавливает мелкие оксиды.

На современном уровне техники считаются два процесса фильтрации : либо с использованием пористого керамического фильтра, либо с фильтрующим слоем, через который протекает расплав и который в основном состоит из нефтяного кокса . Оба процесса подходят для улавливания оксидов до того, как расплав попадет в форму.

Фильтр для металлургии, который называют керамическим из-за его состава материала - не путать с одноименными частотными фильтрами, используемыми в электротехнике - может быть как круглым, так и квадратным и, в зависимости от решаемой задачи, иметь определенный номер пор на см². Во время непрерывной разливки он используется как можно ближе к распределительной системе установки непрерывной разливки и позволяет определенному количеству металла проходить через него до его замены (одноразовый фильтр).

Газовый противоток аргона или сухого азота также может быть встроен в проточную фильтрацию этого типа . Содержание алюминия после обработки должно быть <0,08 мл / 100 г алюминия.

Заметным преимуществом фильтрации является уменьшение обратного захвата водорода, связанное с удалением оксидов. В оксидсодержащих расплавах водород из влажного окружающего воздуха может присоединяться к оксидам, присутствующим через поверхность контакта воздух-расплав, с образованием гидроксидов и приводить к содержанию водорода, которое при измерении намного превышает предел растворимости. Насколько это технически возможно, рекомендуется защита поверхности ванны подходящими солевыми смесями, особенно в случае плавления, находящегося в раздаточных печах, или, в качестве альтернативы, защитным газом, который тяжелее воздуха.

литература

  • Швердтфегер: Металлургия непрерывного литья . Stahl Eisen Verlag, Дюссельдорф 1992, ISBN 3-514-00350-5 .
  • Алюминиевая мягкая обложка. Том 1, 16-е издание. Aluminium-Verlag, Дюссельдорф 2002, ISBN 3-87017-274-6 .
  • Дитер Альтенполь : Алюминий изнутри . 5-е издание. Aluminium-Verlag, Дюссельдорф 1994, ISBN 3-87017-235-5 .
  • Стефан Хассе (ред.): Foundry Lexicon. 17-е издание. Verlag Schiele and Schön, Берлин, ISBN 3-7949-0606-3 .

веб ссылки

Commons : Continuous casting  - коллекция изображений, видео и аудио файлов.

Индивидуальные доказательства

  1. ↑ Почти 90% всех медных материалов непрерывно или периодически перерабатываются в полуфабрикаты в процессе непрерывного литья. см. Брунхубер, Эрнст, отливка из медных сплавов, перевод с американского, Verlag Schiele & Schön, Берлин 1986, ISBN 3-7949-0444-3 .
  2. ↑ Первый в мире крупномасштабный завод непрерывной разливки стали был введен в эксплуатацию в 1948 году на заводе Breitenfelder Edelstahlwerk в Штирии .
  3. ↑ http://kerschgens.stahl-lexikon.de/index.php/stahllexikon/56-v/2802-Vorbandgie%C3%9Fen.html
  4. ↑ https://www.hindawi.com/archive/2016/1038950/
  5. ↑ Техническое примечание: Чтобы уменьшить усадочный зазор, с течением времени были предложены многочисленные меры, такие как литье с минимально возможным уровнем металла в кристаллизаторе. Другая возможность - использование конических или рифленых форм. Рифленая форма вызывает включения воздуха между стенкой формы и жидким металлом, чтобы задерживать рассеивание тепла, так что металл остается в контакте с охлаждающей поверхностью дольше при том же уровне металла в форме, но сжатие также смещается вниз и усадочный зазор становится короче. Бесконтактное непрерывное литье в магнитном поле, изобретенное в бывшем СССР, стало практичным во второй половине прошлого века компанией Alusuisse в то время , что в значительной степени устранило проблему усадочного зазора.
  6. ↑ Техническое примечание: Чем больше давление водяного пара над поверхностью и чем выше температура расплава , тем выше содержание водорода, которое устанавливается в расплаве как равновесие. Влияние температуры на равновесную растворимость водорода в алюминии показано на рисунке 1. Возможные содержания водорода в высокотемпературных расплавах показаны заштрихованными на рисунке 1. Необходимость уменьшения такого содержания обусловлена ​​тем, что растворимость алюминия в водороде после затвердевания падает до менее 10 от растворимости при температуре ликвидуса, и возникающий избыток более четко проявляется в виде пузырчатых полостей в отливке, чем медленнее протекает затвердевание. , например, литьем в песчаные формы. В случае очень быстрого затвердевания, как в случае с постоянными металлическими формами, снижается риск крупнопузырчатого осаждения; его место занимает мелкопузырьковая или мелкая пористость. Водорода , первоначально растворенные в расплаве не имеет достаточно времени , чтобы уйти от быстро затвердевающей структуры расплава, что означает , что более высокое содержание водорода, как правило , определяется в отвержденной литой, например , с помощью теста плотности , чем растворимая в состоянии равновесия.
  7. ↑ Устройство, работающее на этой основе, - это Snif-Box , который позволяет производить очистку расплава в «непрерывном процессе».