CCM (continuous casting machine) nebo UNRS (continuous casting of steel) [1] - hutní jednotka pro lití oceli . Původní název „UNRS“ byl později prakticky nahrazen zkratkou „CCM“ [1] [2] , jelikož v závislosti na provedení a účelu na něj lze odlévat nejen ocel.
Tekutá ocel se nepřetržitě nalévá do vodou chlazené formy nazývané forma . Před litím se do formy vloží speciální zařízení s aretační rukojetí (" seed ") jako dno pro první část kovu. Po ztuhnutí kovu se osivo vytahuje z formy a táhne s ním tvářecí ingot. Tok tekutého kovu pokračuje a ingot neustále roste. Ve formě ztuhnou pouze povrchové vrstvy kovu a vytvoří pevný plášť ingotu, který zadržuje kapalnou fázi podél středové osy. Proto je za formou umístěna sekundární chladicí zóna, nazývaná také druhá krystalizační zóna. V této zóně dochází v důsledku nuceného povrchového chlazení k tuhnutí předvalku v celém průřezu. Tento proces tváření ingotů je způsob, jak získat ingoty neomezené délky. V tomto případě se ve srovnání s litím do forem výrazně snižuje ztráta kovu pro ořezávání konců ingotů, která např. při lití klidné oceli činí 15–25 %. Navíc je díky kontinuitě lití a krystalizace dosaženo úplné stejnoměrnosti struktury ingotu po celé jeho délce [3] .
Během krystalizace se vytvořený ingot kovu neustále pohybuje nahoru a dolů vzhledem k formě pomocí malých válců umístěných v proudu. Tím se snižuje počet trhlin - defektů. Kolem každého proudu se vytváří silné elektromagnetické pole, které umožňuje vytvoření správné krystalové struktury obrobku [3] .
Hlavními výrobci plynule litých bram ve světě jsou Japonsko , USA , Čína , Německo , Korea a Rusko . Tvoří více než dvě třetiny světové produkce bram. V roce 2013 bylo na světě jen něco málo přes 650 odlévačů bram s celkovým počtem pramenů přes 850 jednotek [4] [5] .
Podle geometrie formy
Podle počtu proudů
Podle geometrie ingotu
Asi 2/3 veškeré vyrobené oceli se odlévají na odlévače bram [6] .
Myšlenka kontinuálního lití vznikla v polovině 19. G. Bessemer , který navrhl nalít tekutou ocel mezi dva vodou chlazené válce. Avšak nejen na této úrovni technologie, ale ani v současné době není možné realizovat takovou myšlenku bezingotového válcování. V roce 1943 vyvinul Siegfried Junghans pohyblivou formu pro odlévání sochorů [1] .
První semiindustriální (pilotní) instalace se objevily hned po skončení druhé světové války v několika předních průmyslových zemích. Experimentální stroj vertikálního typu byl tedy postaven v roce 1946 v závodě v Low Moor (Velká Británie), v roce 1948 - v Babcock a Wilcox (Beaver Fall, USA) [7] , v roce 1950 - v Mannesmann AG ( Duisburg , Německo ).
V SSSR byl v roce 1945 postaven první experimentální stroj pro plynulé odlévání vertikálního typu oceli PN-1-2 TsNIICherMet , který byl určen pro odlévání kulatých a čtvercových sochorů (čtvercová strana a průměr do 200 mm). Zkušenosti získané při odlévání v tomto závodě umožnily určit některé hlavní znaky procesu odlévání a s tím spojené požadavky na konstrukci jednotlivých strojních součástí. V roce 1947 byl spuštěn experimentální stroj pro plynulé odlévání (CCM) PN-3 TsNIICherMet, určený k výzkumu a vývoji technologického postupu pro polokontinuální odlévání oceli a speciálních slitin do sochorů malých profilů.
Poté, v roce 1948, byl spuštěn závod PN-4 TsNIICerMet, určený k výzkumu a vývoji technologického postupu pro polokontinuální odlévání oceli různých jakostí do desek o tloušťce 200 mm a šířce 500 mm, a v roce 1949 GTN-5 závod TsNIICerMet, který umožnil odlévat ingot o tloušťce maximálně 300 mm šířce 900 mm [8] .
Rok 1947 znamenal další milník v kontinuálním lití. Dne 27. května 1947 byla založena Laboratoř bezingotového válcování a kontinuálního lití, kterou vedl M. S. Boychenko. Laboratorní tým zahrnoval prominentní vědce Veniamin Veniaminovič Fulmacht, Viktor Savelievich Rutes, Dmitrij Petrovič Evteev.
Dopravníkový způsob lití oceli poprvé prakticky zavedl Michail Fjodorovič Goldobin v závodě sestaveném v roce 1949 v závodě Moskevský srp a kladivo. Stroj měl dva horizontální dopravníky, složené z ocelových poloforem, které tvoří formu o délce 9 m. Dopravník a předvalek se pohybovaly současně stejnou lineární rychlostí. Dopravníkový stroj odléval přířezy o rozměrech 120 x 120 a 140 x 140 mm s výkonem 25-35 t/hod., na kterých bylo za 5 let odlito 9500 t oceli [9] .
V letech 1952-1954. v otevřené výhni Bezhetského strojírenského závodu, šikmý poloprovoz prof. I. Ano, granát. Při zkouškách bylo odlito cca 4000 tun sochorů o průřezu 250 × 250 mm při rychlosti odlévání 0,8–1,1 m/min. Šikmé instalace vyžadovaly nižší kapitálové náklady ve srovnání s vertikálními instalacemi a umožňovaly provádět sekundární chlazení v požadované délce, ale vyžadovaly větší výrobní plochy než vertikální instalace [10] .
V letech 1947-1948. byl uveden do provozu a později experimentální závod závodu Babcock-Wilcox s kapacitou 10-12 t/h - řada poloprovozních závodů v mnoha zemích (Anglie - závody Bier v Sheffieldu a Laud Moor v Bradfordu; USA - Steel korporace; Německo - Mannesman; NDR - závod Delen a další). V roce 1949 vznikl stroj 3igfried Jungans, který přinesl řadu vylepšení v konstrukci a provozu forem. Využil tedy například vratný pohyb a mazání formy různými oleji, rostlinnými i syntetickými [11] .
V Sovětském svazu byl v roce 1951 spuštěn pilotní závod na polokontinuální lití oceli, nejprve v závodě Krasnyj Okťabr a v roce 1953 v Novotulském metalurgickém závodě [12] [13] .
Od roku 1952 se vratný pohyb formy začal používat na všech strojích pro plynulé lití (CCM), kromě instalací horizontálního typu.
V Japonsku a SSSR začal průmyslový vývoj CCM v roce 1955. Poté byl v závodě Krasnoye Sormovo spuštěn první stroj na plynulé odlévání, vytvořený pod vedením akademika I. P. [14] .
Začátek 70. let je charakteristický širokým průmyslovým zaváděním strojů pro plynulé lití bramových sochorů. Nízkorychlostní vertikální odlévací stroje (UNRS) byly nahrazeny radiálními a křivočarými stroji s výrazně vyšší rychlostí odlévání.
Dne 30. června 1960 byl spuštěn v té době největší světový závod UNRS (Continuous Steel Casting Plant) vertikálního typu Doněcké metalurgie [2] . Do roku 1970 se na ní zvládalo odlévání asi 30 druhů oceli do bram různého průřezu a celkový počet odlitků se zvýšil z 16,7 tis. v roce 1960 a 117,4 tis. tun v roce 1961 na 247,8 tis. . Na tomto stroji byl proveden velký soubor prací na vývoji režimů odlévání a chlazení polotovarů z různých jakostí oceli, které poskytly výchozí data pro návrh a konstrukci ještě větších strojů tohoto typu v tuzemsku. Byl vyvinut originální automatizační systém, který byl uznán jako standardní. V tomto závodě byla poprvé odzkoušena a zavedena do výroby řada zásadně nových technologických řešení - odlévání metodou „melt-for-melt“, použití žebrovaných forem, odlévání pod vrstvu amorfního grafitu, použití nových typů dávkovacích zařízení, nové metody dezoxidace oceli. Celkové úspory ze zavedení nové technologie kontinuálního lití oceli a vylepšení hlavních technologických celků UNRS činily více než 2 miliony rublů. v roce. Za účasti D. A. Dyudkina, A. M. Kondratyuka a V. G. Osipova bylo na CCM zvládnuto odlévání více než devatenácti druhů oceli [15] .
Po dlouhou dobu byly hlavním typem UNRS na celém světě vertikální instalace. V 80. letech se více rozšířily radiální a křivočaré instalace [5] . První radiální UNRS na světě vznikla v roce 1962 v Ukrajinském institutu kovů (UkrNIIMe) pod vedením prof. V. T. Sladkoshteev [16] a první experimentální jednovláknový sekční CCM radiálního typu byl postaven v závodě UZTM v Jekatěrinburgu; v zahraničí byla podobná instalace postavena v roce 1963 ve Švýcarsku [17] . K instalaci bylo přijato A. S. SSSR č. 817395/22-2 ze dne 2. února 1963 (Autoři V. T. Sladkoshteev, M. A. Kuritsky, R. V. Potanin, V. I. Akhtyrsky, B. A. . Tofpenets) .
V roce 1966 byla v závodě UZTM ( Jekatěrinburg ) rekonstruována experimentální slévač, aby byla zajištěna deformace obrobku až do konce jeho tuhnutí [18] .
V roce 1964 bylo na světě pouze 5 UNRS radiálního typu a v roce 1970 již 149, tedy asi 50 % jejich tehdejšího celkového počtu. Radiální a křivočaré UNRS jsou i dnes akceptovány jako hlavní typ instalací v tuzemských i zahraničních závodech. Jejich předností ve srovnání s vertikálními litinami je třikrát až čtyřikrát nižší výška, možnost údržby běžným dílenským zvedacím zařízením, vysoké rychlosti lití, možnost získání ingotů neomezené délky a nižší investiční náklady na stavbu [19] .
V roce 1978 byl v Lipecké slévárně "Centrolit" přijat do sériové výroby nový model LNLCH-3 (linka kontinuální litiny třetí generace) s horizontální licí linkou. Při vytahování litiny se například vytahuje 50 mm dopředu a hned 10-15 mm dozadu. Zpětný pohyb profilu ve formě umožňuje eliminovat mezery v porušené kůře vytvrzovaného litinového profilu a tím zabránit vylamování taveniny z formy a navíc díky vyrovnání licí teploty , je zabráněno možnému vychladnutí litiny.
V roce 1983 byly v závodě Torez postaveny horizontální stroje navařování tvrdých slitin pro přídavné tyče pro svařování a navařování ze slitin typu sormit a stelit s kapacitou až 1000 tun/rok.
V roce 1986 byly v kyjevském závodě "Lenin's Forge" instalovány horizontální stroje na odlévání hliníkových bronzů. Druhý horizontální stroj na odlévání hliníkových bronzů byl rovněž postaven v závodě Leninskaya Kuznitsa, což umožnilo současně vyrábět osm sochorů o průměru 8 mm a odlévat až 2 tisíce tun ročně plynule odlévaných sochorů z hliníkových bronzů.
Bylo spočítáno, že přímá úspora energetických zdrojů na každou tunu ocelových předvalků získaných v CCM je podle různých odhadů až 60 kg koksovatelného uhlí, 52 kg ropy, 40 m³ zemního plynu, 9 m³ kyslík, 160 kWh elektřiny [20] .
Koncem 90. let byl také v Západosibiřském metalurgickém závodě za účasti Danieliho postaven a uveden do provozu stroj na plynulé odlévání kruhových sochorů . V roce 2012 byla rekonstruována CCM-2 s výkonem 140 t/h [21] .
Milníky ve výrobě radiálních a křivočarých koleček:
Kontinuální lití oceli je progresivní technologie a v průmyslových zemích se tento proces rychle rozvíjel v 70. a 80. letech 20. století. Téměř ve všech těchto zemích a v Číně přesáhl podíl kontinuálního lití oceli 95 %. V Rusku byl podíl tohoto procesu v roce 2007 téměř 55% a na Ukrajině - 30%. .
CCM zahrnuje mimo jiné ocelovou licí pánev 1 a mezilehlé 2 pánve, vodou chlazenou formu 3, sekundární chladicí systém, zařízení pro vytahování obrobku z formy, zařízení pro řezání a pohyb ingotu.
Po uvolnění kovu z tavící jednotky oceli, dokončení slitiny z hlediska chemického složení a teploty na pánvové peci (AKF) je licí pánev přemístěna licím jeřábem na rotační stojan CCM. Točna - otočná konstrukce se dvěma pozicemi pro instalaci kbelíků. Po vyprázdnění pánve do mezipánve během procesu odlévání se stojan otočí o 180° a plná, dříve nainstalovaná pánev se přemístí do polohy nalévání do mezipánve. Zároveň je prázdný kbelík nahrazen plným. To zajišťuje přítomnost roztaveného kovu v mezipánvi.
Po otevření uzávěru pánve 1 začne do mezipánve 2 proudit tekutý kov. Mezipánev je jakýmsi nárazníkem mezi licí pánví a formou 3. Hladina kovu před licí zátkou je regulována uzávěrem 4. Po otevření zátky 5 (mechanismus zátky umožňuje plynule nastavit tok kovu do formy a udržovat v ní konstantní hladinu) z mezipánve, kov vstupuje do formy. Forma je vodou chlazená konstrukce, která pomocí servoventilu provádí vertikální oscilace, aby nedocházelo k tuhnutí kovu na stěnách formy a ke vzniku trhlin [27] .
V závislosti na konstrukci CCM se rozměry formy mohou lišit. Ve formě stěny vytvořeného ingotu (například desky) tuhnou. Dále, pod vlivem tažných válců 7, brama vstupuje do sekundární chladicí zóny (křivočará část proudu), kde je voda rozstřikována na kov tryskami. Poté, co kontinuální sochor dosáhne vodorovné části drážky válce, je rozřezán na kusy (řezání pomocí kyslíko-palivového řezacího hořáku, kotoučové pily nebo nůžek). Řezací hořák a pila pracují na „letmém“ principu, při řezání se pohybuje rychlostí rovnou rychlosti obrobku, po řezání se rychle přesune do výchozí polohy začátku řezání, aby provedl další fázi řezání cyklus. Některá zařízení pro plynulé lití nemají kontinuálně pracující řezací zařízení, u takových zařízení je další zpracování kontinuálního sochoru kombinováno s následným zpracováním, například zařízeními pro tažení drátu, nebo u malých rozměrů průřezu (10–30 mm) , svinuté do svitků pro další zpracování [27] .
V práci CCM existují tři režimy, které je třeba monitorovat a řídit:
Při řízení hydraulického režimu jsou řešeny dva hlavní úkoly:
Při automatizaci tepelného režimu je hlavním řídicím úkolem řídit sekundární chladící zónu a vytvářet chladící podmínky, které zabraňují nadměrnému ochlazování pláště ingotu a jeho rovnoměrnému tuhnutí.
Problematika řízení energeticko-výkonového režimu zahrnuje automatickou změnu šířky bramy během procesu odlévání, prováděnou pohybem stěn formy rychlostí až 100 mm/min pomocí několika hydraulických válců.
V práci CCM se rozlišuje řada základních automaticky řízených veličin. Zahrnují následující veličiny (limity měření jsou uvedeny v závorkách):
Pro zahájení procesu kontinuálního lití se před otevřením brány na pánvi mezipánve na poloměrovou část proudu umístí „semeno“, čímž se v oblasti formy vytvoří jakási kapsa. Poté, co je tato dutina vyplněna kovem, je „semeno“ vytaženo. Na konci radiusové části je mechanismus pro separaci semen. Po oddělení je vypouštěn válečkovým dopravníkem vyšší rychlostí, než je rychlost odlévání.
Kontinuální lití může oproti předchozímu způsobu lití oceli do formy zkrátit nejen čas eliminací některých operací, ale i kapitálové investice (například na stavbu kováren). Kontinuální lití poskytuje významné úspory kovu díky snížení ořezávání a energie vynaložené na ohřev ingotu v topných vrtech. Vyloučení topných vrtů umožnilo z velké části zbavit se atmosférického znečištění. Podle řady dalších ukazatelů: kvalita kovových výrobků, možnost mechanizace a automatizace, zlepšení pracovních podmínek je plynulé lití také efektivnější než tradiční metody. Kontinuální lití má ale i své stinné stránky. Oceli některých jakostí, např. varné, nelze tímto způsobem odlévat, malé objemy odlévání ocelí různých jakostí prodražují, neočekávané poruchy mají velký vliv na pokles celkové produktivity [13] .
Od počátku roku 2000 existuje trend k vytváření předlitků s poklesem tloušťky na 180–240 mm. Současně se aktivněji používá elektromagnetické míchání kapalného jádra, „měkká komprese“, což společně vede ke snížení axiální segregace a pórovitosti . Tak například v roce 2006 byl uveden do provozu pětivláknový CCM pro výrobu kulatého sochoru o průměru 150, 340, 360, 400 mm v metalurgickém závodě Taganrog . Každý proud je vybaven elektromagnetickým míchacím zařízením ve formě.
Trendem je také vytváření kombinovaných odlévačů, které umožňují odlévání různých sekcí bloků, ale i kulatých sochorů. Příkladem takového přístupu je čtyřvláknový radiální CCM-1 železáren a oceláren Nižnij Tagil , uvedený do provozu v roce 1995. Na tomto stroji se odlévá kulatý předvalek o průměru 430 mm nebo předvalek o průřezu 300 × 360 mm.
U sekčních pojezdů (čtverec 100-160 mm) se také prudce zvýšila rychlost na sekčních strojích. Tomu předcházel vývoj řady nových technických a technologických řešení a především modernizace konstrukce formy a zajištění možnosti lití kovu v dlouhých sériích. V důsledku toho se měrná produktivita jednoho proudu zvýšila asi 3-3,5krát a činila asi 200 tisíc tun na proud. tun za rok při rychlosti lití 4,5–6,6 m/min. Nejčastěji se pro předvalky používají 4-6 odlévací stroje, což jim umožňuje pracovat podle kombinovaného modulárního schématu: jednotka tavení oceli - jednotka pánvové pece - odlévač.
Inovativní řešení pro intenzifikaci tavení elektrickým obloukem (méně než 60 min.) a použití pánvových pecí určily na počátku 90. let účelnost vytváření minimlýnů s použitím vysoce výkonných vícevláknových odlévačů. Roční produkce takového modulu může dosáhnout 1,0–1,2 milionu tun oceli ročně. V tomto případě hraje zásadní roli pro zajištění kontinuálního lití v dlouhých sériích doba lití obrobků různých sekcí [29] .
Odlévací forma funguje jako výměník tepla, jehož úkolem je rychle odvádět teplo z oceli, která jí prochází. Směrem k okraji formy začíná licí kůra houstnout a přitom se opotřebovává povrch formy. Navíc difúze mědi z formy vede ke vzniku vad - prasklin na povrchu odlitků. V mnoha případech lze opotřebení měděné stěny formy a zachycení mědi v odlitku zabránit nanesením ochranných povlaků na dno formy. Na konci 20. století se k ochraně aktivně používaly chromové a niklové povlaky. V mnoha zemích převažují i nyní. Nikl lze nanášet různými způsoby a různými tloušťkami a má koeficient prostupu tepla blízký koeficientu mědi.
Na počátku 21. století se aktivní zavádění technologií žárového nástřiku začalo využívat k ochraně desek CCM forem pomocí keramických, metalokeramických povlaků a slitinových povlaků. Tyto nátěry umožňují ještě lepší ochranu povrchů forem. Byly vyvinuty metody pro vysokorychlostní nástřik povlaků plamenem, které umožňují nanášení cermetových materiálů s vynikajícími protierozními vlastnostmi a dobrým přenosem tepla. Má smysl nanášet plyno-tepelné povlaky na celou pracovní plochu formy. Díky nižší tepelné vodivosti kovokeramických povlaků je možné snížit a přesněji řídit rychlost ochlazování menisku. Tento typ chlazení je často označován jako "měkké" chlazení a umožňuje rovnoměrnější tvorbu ingotů a rovnoměrnější teplotní profil, což pozitivně ovlivňuje výkonnost formy a kvalitu odlitku. .
| Odlévání , slévárenská výroba | |
|---|---|
| Typy odlévání | |
| Související články | |
| Hutnictví železa | ||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Obecné pojmy Černé kovy Slitina Železárny a ocelárny Hutní komplex Historie výroby a použití železa | ||||||||||||
| Základní procesy |
| |||||||||||
| Hlavní jednotky |
| |||||||||||
| Hlavní produkty a materiály |
| |||||||||||