CCM (máquina de colada continua) o UNRS (colada continua de acero) [1] - una unidad metalúrgica para verter acero . El nombre original "UNRS" fue luego prácticamente suplantado por la abreviatura "CCM" [1] [2] , ya que, dependiendo del diseño y propósito, no solo se puede fundir acero.
El acero líquido se vierte continuamente en un molde enfriado por agua llamado molde . Antes de verter, se introduce en el molde un dispositivo especial con un agarre de bloqueo (" semilla "), como fondo para la primera porción del metal. Después de la solidificación del metal, la semilla se extrae del molde, arrastrando consigo el lingote de formación. El flujo de metal líquido continúa y el lingote crece continuamente. En el molde, solo solidifican las capas superficiales del metal, formando una cubierta sólida del lingote, que retiene la fase líquida a lo largo del eje central. Por lo tanto, detrás del molde se encuentra una zona de enfriamiento secundaria, también denominada segunda zona de cristalización. En esta zona, como resultado del enfriamiento superficial forzado, la palanquilla se solidifica en toda la sección transversal. Este proceso de formación de lingotes es una forma de obtener lingotes de longitud ilimitada. En este caso, en comparación con la fundición en moldes , la pérdida de metal para recortar los extremos de los lingotes se reduce considerablemente, lo que, por ejemplo, cuando se funde acero en calma es del 15 al 25%. Además, debido a la continuidad de colada y cristalización , se consigue una completa uniformidad de la estructura del lingote en toda su longitud [3] .
Durante la cristalización, el lingote de metal formado se mueve constantemente hacia arriba y hacia abajo en relación con el molde por medio de pequeños cilindros ubicados en la corriente. Esto reduce el número de grietas - defectos. Se crea un fuerte campo electromagnético alrededor de cada flujo, lo que permite la formación de la estructura cristalina adecuada de la pieza de trabajo [3] .
Los principales productores de planchones de colada continua en el mundo son Japón , EE.UU. , China , Alemania , Corea y Rusia . Representan más de dos tercios de la producción mundial de planchón. A partir de 2013, había poco más de 650 coladas de planchones en el mundo con un número total de hilos de más de 850 unidades [4] [5] .
Según la geometría del molde.
Por número de flujos
Según la geometría del lingote
Alrededor de 2/3 de todo el acero producido se vierte en ruedas para losas [6] .
La idea de la colada continua se planteó a mediados del siglo XIX. G. Bessemer , quien propuso verter acero líquido entre dos rodillos enfriados por agua. Sin embargo, no solo a ese nivel de tecnología, sino también en la actualidad, es imposible implementar tal idea de laminación sin lingotes. En 1943, Siegfried Junghans desarrolló un molde móvil para la fundición de palanquilla [1] .
Las primeras instalaciones semiindustriales (piloto) aparecieron inmediatamente después del final de la Segunda Guerra Mundial en varios de los principales países industriales. Entonces, se construyó una máquina experimental de tipo vertical en 1946 en una planta en Low Moor (Gran Bretaña), en 1948 - en Babcock and Wilcox (Beaver Fall, EE. UU.) [7] , en 1950 - en Mannesmann AG ( Duisburg , Alemania) ).
En la URSS, la primera máquina de colada continua experimental para acero de tipo vertical PN-1-2 TsNIICherMet se construyó en 1945 y estaba destinada a colar palanquillas redondas y cuadradas (lado cuadrado y diámetro de hasta 200 mm). La experiencia adquirida durante la fundición en esta planta permitió determinar algunas de las características principales del proceso de fundición y los requisitos asociados para el diseño de componentes individuales de la máquina. En 1947 se lanzó una máquina experimental de colada continua (CCM) PN-3 TsNIICherMet, diseñada para investigar y desarrollar un proceso tecnológico para la colada semicontinua de acero y aleaciones especiales en palanquillas de pequeñas secciones.
Luego, en 1948, se inauguró la planta PN-4 TsNIICherMet, destinada a investigar y desarrollar un proceso tecnológico para la colada semicontinua de acero de diversos grados en planchones de 200 mm de espesor y 500 mm de ancho, y en 1949, la GTN-5 Planta TsNIICherMet, que permitió colar un lingote con un espesor máximo de 300 mm un ancho de 900 mm [8] .
1947 marcó otro hito en la colada continua. El 27 de mayo de 1947 se inauguró el Laboratorio de Laminación Sin Lingotes y Colada Continua, dirigido por M. S. Boychenko. El equipo de laboratorio incluyó a los científicos prominentes Veniamin Veniaminovich Fulmacht, Viktor Savelievich Rutes, Dmitry Petrovich Evteev.
El método de transportador para verter acero fue implementado prácticamente por primera vez por Mikhail Fyodorovich Goldobin en una planta ensamblada en 1949 en la planta de Sickle and Hammer de Moscú. La máquina disponía de dos transportadores horizontales, compuestos por semimoldes de acero, que forman un molde de 9 m de largo, el transportador y la palanquilla se movían simultáneamente a la misma velocidad lineal. La máquina transportadora fundió piezas en bruto con dimensiones de 120 x 120 y 140 × 140 mm con una capacidad de 25-35 toneladas / hora, en las que se fundieron 9500 toneladas de acero en 5 años [9] .
En 1952-1954. en el taller de hogar abierto de la planta de construcción de maquinaria de Bezhetsk, una planta piloto inclinada prof. I. Ya. Granada. Durante las pruebas, se fundieron alrededor de 4000 toneladas de palanquillas con una sección transversal de 250 × 250 mm a una velocidad de fundición de 0,8–1,1 m/min. Las instalaciones inclinadas requerían menos costos de capital en comparación con las instalaciones verticales y permitían llevar a cabo un enfriamiento secundario en la longitud requerida, pero requerían áreas de producción más grandes que las instalaciones verticales [10] .
En 1947-1948. se puso en funcionamiento una planta experimental de la planta Babcock-Wilcox con una capacidad de 10-12 toneladas/hora y posteriormente - varias plantas piloto en muchos países (Inglaterra - plantas de Bier en Sheffield y Laud Moor en Bradford; EE. Corporation; Alemania - Mannesman; RDA - planta Delen y otros). En 1949 se crea la máquina 3igfried Jungans, que introdujo una serie de mejoras en el diseño y funcionamiento de los moldes. Así, por ejemplo, utilizó el movimiento alternativo y la lubricación del molde con varios aceites, tanto vegetales como sintéticos [11] .
En la Unión Soviética , en 1951, se puso en marcha una planta piloto para la colada semicontinua de acero, primero en la planta de Krasny Oktyabr , y en 1953 en la Planta Metalúrgica de Novotulsky [12] [13] .
Desde 1952, el movimiento alternativo del molde comenzó a utilizarse en todas las máquinas de colada continua (CCM), excepto en las instalaciones de tipo horizontal.
En Japón y la URSS, el desarrollo industrial de los CCM comenzó en 1955. Luego, en la planta de Krasnoye Sormovo , se lanzó la primera máquina de colada continua, creada bajo la dirección del académico I.P. [14] .
El comienzo de la década de 1970 se caracteriza por la introducción industrial generalizada de máquinas de colada continua de palanquilla plana. Las ruedas verticales de baja velocidad (UNRS) fueron reemplazadas por máquinas radiales y curvilíneas con una velocidad de fundición significativamente mayor.
El 30 de junio de 1960, se inauguró la UNRS (planta de fundición continua de acero) más grande del mundo del tipo vertical de la planta metalúrgica de Donetsk [2] . Hasta 1970, se dominó la fundición de aproximadamente 30 grados de acero en losas de varias secciones, y el número total de fundiciones aumentó de 16,7 mil en 1960 y 117,4 mil toneladas en 1961 a 247,8 mil toneladas en 1965 y 391,1 mil toneladas en 1970 . En esta máquina se llevó a cabo un gran conjunto de trabajos para desarrollar los modos de fundición y enfriamiento de piezas en bruto de varios grados de acero, lo que proporcionó los datos iniciales para el diseño y construcción de máquinas de este tipo aún más grandes en el país. Se desarrolló un sistema de automatización original, que fue reconocido como estándar. Una serie de soluciones tecnológicas fundamentalmente nuevas se probaron por primera vez y se introdujeron en la producción en esta planta: fundición según el método "fundir por fusión", el uso de moldes con nervaduras, fundición bajo una capa de grafito amorfo, el uso de nuevos tipos de dosificadores, nuevos métodos de desoxidación del acero. Los ahorros totales derivados de la introducción de una nueva tecnología para la colada continua de acero y la mejora de las principales unidades tecnológicas de la UNRS ascendieron a más de 2 millones de rublos. en el año. Con la participación de D. A. Dyudkin, A. M. Kondratyuk y V. G. Osipov, se dominó la fundición de más de diecinueve grados de acero en el CCM [15] .
Durante mucho tiempo, el principal tipo de UNRS en todo el mundo fueron las instalaciones verticales. En la década de 1980, las instalaciones radiales y curvilíneas [5] se generalizaron . El primer UNRS radial del mundo se creó en 1962 en el Instituto Ucraniano de Metales (UkrNIIMe) bajo la dirección del prof. V. T. Sladkoshteev [16] , y se construyó el primer CCM seccional monocatenario experimental de tipo radial en la planta UZTM, Ekaterimburgo; en el extranjero, se construyó una instalación similar en 1963 en Suiza [17] . Para la instalación se recibió A. S. USSR No. 817395/22-2 del 2 de febrero de 1963 (Autores V. T. Sladkoshteev, M. A. Kuritsky, R. V. Potanin, V. I. Akhtyrsky, B. A. . Tofpenets) .
En 1966, en la planta de UZTM ( Ekaterimburgo ), se reconstruyó una rueda experimental para asegurar la deformación de la pieza hasta el final de su solidificación [18] .
En 1964, solo había 5 UNRS de tipo radial en el mundo, y en 1970 ya había 149, es decir, alrededor del 50% de su número total en ese momento. Los UNRS radiales y curvilíneos todavía se aceptan hoy como el tipo principal de instalaciones en plantas nacionales y extranjeras. Sus ventajas en comparación con las fundiciones verticales son de tres a cuatro veces menos altura, la posibilidad de mantenimiento por medio de equipos generales de elevación de taller, altas velocidades de fundición, la posibilidad de obtener lingotes de longitud ilimitada y menores costos de capital para la construcción [19] .
En 1978, un nuevo modelo LNLCH-3 (línea de fundición continua de hierro de tercera generación) con una línea de colada horizontal fue aceptado para la producción en masa en la fundición "Centrolit" de Lipetsk. Cuando se saca una fundición de hierro, por ejemplo, se tira hacia adelante 50 mm e inmediatamente 10-15 mm hacia atrás. El movimiento de retorno del perfil en el molde permite eliminar los huecos en la corteza rota del perfil de fundición que se está endureciendo y así evitar que la masa fundida se desprenda del molde, y además, debido a la igualación de la temperatura de colada , se previene el posible enfriamiento del hierro fundido.
En 1983 se construyeron en la planta de Torez máquinas horizontales de recargue de aleaciones duras para varillas de aporte para soldadura y recargue a partir de aleaciones del tipo sormita y estelita con capacidad de hasta 1000 ton/año.
En 1986, se instalaron máquinas horizontales en la planta de Kiev "Lenin's Forge" para fundir bronces de aluminio. En la planta de Leninskaya Kuznitsa también se construyó la segunda máquina horizontal para la fundición de bronces al aluminio, que permitió producir simultáneamente ocho palanquillas con un diámetro de 8 mm y fundir hasta 2 mil toneladas por año de palanquillas de colada continua a partir de bronces al aluminio.
Se ha calculado que el ahorro directo de recursos energéticos por cada tonelada de palanquilla de acero obtenida en el CCM es, según diversas estimaciones, de hasta 60 kg de carbón coquizable, 52 kg de petróleo, 40 m³ de gas natural, 9 m³ de oxígeno, 160 kWh de electricidad [20] .
A fines de la década de 1990, también se construyó y puso en funcionamiento una máquina de colada continua para palanquillas redondas en la Planta Metalúrgica de Siberia Occidental con la participación de Danieli . En 2012, se reconstruyó CCM-2 con una capacidad de 140 t/h [21] .
Hitos en la creación de ruedas radiales y curvilíneas:
La colada continua de acero es una tecnología progresiva, y en los países industrializados este proceso se desarrolló rápidamente en las décadas de 1970 y 1980. En casi todos estos países y en China, la cuota de fundición continua de acero superó el 95%. En Rusia, la participación de este proceso en 2007 fue de casi el 55%, y en Ucrania, del 30%. .
El CCM incluye, entre otras cosas, una colada de acero 1 y una cuchara intermedia 2, un molde enfriado por agua 3, un sistema de enfriamiento secundario, dispositivos para sacar la pieza de trabajo del molde, equipo para cortar y mover el lingote.
Después de la liberación del metal de la unidad de fundición de acero, el acabado de la aleación en términos de composición química y temperatura en la unidad de horno de cuchara (AKF) , la cuchara de vertido de acero se mueve mediante una grúa de fundición al soporte giratorio CCM. Plataforma giratoria: una estructura giratoria con dos posiciones para instalar cubos. Después de vaciar la cuchara en la artesa durante el proceso de colado, el soporte se gira 180° y la cuchara llena previamente instalada se transfiere a la posición de vertido en la artesa. Al mismo tiempo, el balde vacío se reemplaza por uno lleno. Esto asegura la presencia de metal fundido en la artesa.
Después de abrir la compuerta de la cuchara 1, el metal líquido comienza a fluir hacia la artesa 2. La artesa es una especie de amortiguador entre la cuchara de vertido y el molde 3. El nivel de metal frente al tapón de fundición está regulado por el obturador 4. Después de abrir el tapón 5 (el mecanismo del tapón le permite ajustar suavemente el flujo de metal hacia el molde, manteniendo un nivel constante en él) desde la artesa, el metal ingresa al molde. El molde es una estructura refrigerada por agua, que con la ayuda de una servoválvula realiza oscilaciones verticales para evitar la solidificación del metal en las paredes del molde y evitar la formación de grietas [27] .
Dependiendo del diseño del CCM, las dimensiones del molde pueden variar. En el molde, las paredes del lingote formado (por ejemplo, losa) se solidifican. Además, bajo la influencia de los rodillos de tracción 7, la losa ingresa a la zona de enfriamiento secundaria (sección curvilínea de la corriente), donde se rocía agua sobre el metal a través de boquillas. Una vez que el tocho continuo ha alcanzado la sección horizontal de la ranura del rodillo, se corta en pedazos (corte con un soplete de corte de oxicombustible, sierra circular o tijeras). El soplete de corte y la sierra funcionan según un principio de "vuelo", durante el corte se mueve a una velocidad igual a la velocidad de la pieza de trabajo, después del corte se mueve rápidamente a la posición inicial del inicio del corte para realizar la siguiente fase del corte. ciclo. Algunas instalaciones de colada continua no tienen dispositivos de corte de operación continua; en tales instalaciones, el procesamiento adicional de una palanquilla continua se combina con el procesamiento posterior, por ejemplo, mediante instalaciones de trefilado, o con pequeñas dimensiones transversales (10–30 mm) , enrollado en bobinas para su posterior procesamiento [27 ] .
En el trabajo del MCP, hay tres modos que necesitan ser monitoreados y controlados:
Al controlar el régimen hidráulico, se resuelven dos tareas principales:
Al automatizar el régimen térmico, la principal tarea de control es controlar la zona de enfriamiento secundario y crear condiciones de enfriamiento que eviten el enfriamiento excesivo de la cubierta del lingote y su solidificación uniforme.
Los problemas del control del modo energía-potencia incluyen el cambio automático del ancho de la losa durante el proceso de colada, que se lleva a cabo moviendo las paredes del molde a una velocidad de hasta 100 mm/min utilizando varios cilindros hidráulicos.
En el trabajo del CCM, se distinguen una serie de cantidades básicas controladas automáticamente. Incluyen las siguientes cantidades (los límites de medición se indican entre paréntesis):
Para iniciar el proceso de colada continua, antes de abrir la compuerta de la cuchara de artesa, se coloca una "semilla" en la sección radial de la corriente, así se forma una especie de bolsa en la zona del molde. Después de llenar esta cavidad con metal, se extrae la "semilla". Al final de la sección del radio hay un mecanismo de separación de semillas. Después de la separación, se descarga mediante una mesa de rodillos a una velocidad mayor que la velocidad de fundición.
En comparación con el método anterior de verter acero en un molde, la colada continua puede reducir no solo el tiempo al eliminar algunas operaciones, sino también las inversiones de capital (por ejemplo, para la construcción de trenes de estampado). La colada continua brinda ahorros significativos de metal debido a la reducción del recorte y la energía gastada en calentar el lingote en los pozos de calentamiento. La exclusión de los pozos de calefacción permitió eliminar en gran medida la contaminación atmosférica. Según una serie de otros indicadores: la calidad de los productos metálicos, la posibilidad de mecanización y automatización, la mejora de las condiciones de trabajo, la colada continua también es más eficiente que los métodos tradicionales. Pero la colada continua también tiene sus inconvenientes. Los aceros de algunos grados, por ejemplo, los de ebullición, no se pueden colar con este método, los pequeños volúmenes de fundición de aceros de varios grados aumentan su costo, las averías inesperadas tienen una gran influencia en la disminución de la productividad general [13] .
Desde principios de la década de 2000, ha habido una tendencia hacia la creación de ruedas de flores con una disminución del grosor de 180 a 240 mm. Al mismo tiempo, la mezcla electromagnética del núcleo líquido, "compresión suave", se utiliza de forma más activa, lo que en conjunto conduce a una disminución de la segregación axial y la porosidad . Entonces, por ejemplo, en 2006, se puso en funcionamiento un CCM de cinco hilos para producir una palanquilla redonda con un diámetro de 150, 340, 360, 400 mm en la planta metalúrgica de Taganrog . Cada chorro está equipado con una planta mezcladora electromagnética en el molde.
También hay una tendencia hacia la creación de ruedas combinadas, que permiten lanzar varias secciones de tochos, así como palanquillas redondas. Un ejemplo de este enfoque es el CCM-1 radial de cuatro hilos de Nizhny Tagil Iron and Steel Works , encargado en 1995. En esta máquina se vierte una palanquilla redonda con un diámetro de 430 mm o un tocho con una sección de 300 × 360 mm.
Para las ruedas seccionales (cuadradas de 100-160 mm), la velocidad en las máquinas seccionales también aumentó considerablemente. Esto estuvo precedido por el desarrollo de una serie de nuevas soluciones técnicas y tecnológicas y, sobre todo, la modernización del diseño del molde y la provisión de la posibilidad de verter metal en series largas. Como resultado, la productividad específica de una corriente aumentó alrededor de 3 a 3,5 veces y ascendió a unas 200 000 toneladas por corriente. toneladas por año a una velocidad de fundición de 4,5–6,6 m/min. En la mayoría de los casos, las ruedas de 4-6 hilos se utilizan para palanquillas, lo que les permite trabajar de acuerdo con un esquema modular combinado: una unidad de fundición de acero, una unidad de horno de cuchara, una rueda.
Las soluciones innovadoras para la intensificación de la fundición por arco eléctrico (menos de 60 min.) y el uso de unidades de horno de cuchara determinaron la conveniencia de crear miniacerías con máquinas de colada de alto rendimiento a principios de la década de 1990. La producción anual de dicho módulo puede alcanzar entre 1,0 y 1,2 millones de toneladas de acero al año. En este caso, el tiempo de colada de piezas de varias secciones [29] juega un papel esencial para garantizar la colada continua en series largas .
El molde de fundición funciona como un intercambiador de calor, cuya tarea es eliminar rápidamente el calor del acero que lo atraviesa. Hacia el borde del molde, la costra de fundición comienza a espesarse, mientras se desgasta la superficie del molde. Además, la difusión de cobre del molde provoca la aparición de defectos: grietas en la superficie de las piezas fundidas. En muchos casos, el desgaste de la pared de cobre del molde y el atrapamiento de cobre en la fundición se pueden evitar aplicando revestimientos protectores en la parte inferior del molde. A fines del siglo XX, los recubrimientos de cromo y níquel se utilizaron activamente para la protección. En muchos países prevalecen incluso ahora. El níquel se puede depositar de varias formas y espesores, y tiene un coeficiente de transferencia de calor cercano al del cobre.
A principios del siglo XXI, la introducción activa de tecnologías de proyección térmica comenzó a utilizarse para proteger placas de moldes CCM utilizando revestimientos de cerámica, metal-cerámica y revestimientos de aleación. Estos recubrimientos permiten una protección aún mejor de las superficies del molde. Se han desarrollado métodos para el rociado con llama a alta velocidad de recubrimientos que permiten la deposición de materiales cermet con excelentes características anti-erosión y buena transferencia de calor. Tiene sentido aplicar revestimientos térmicos de gas a toda la superficie de trabajo del molde. Debido a la menor conductividad térmica de los recubrimientos de metal y cerámica, es posible reducir y controlar con mayor precisión la velocidad de enfriamiento del menisco. Este tipo de enfriamiento a menudo se denomina enfriamiento "suave" y permite una formación de lingotes más uniforme y un perfil de temperatura más uniforme, lo que afecta positivamente el rendimiento del molde y la calidad de la fundición. .
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