Механизм качания кристаллизатора обеспечивает в течение всей разливки воз­вратно-поступательное движение кристаллизатора вверх-вниз, т. е. вдоль отливаемо­го слитка, что необходимо для предотвращения отрыва верхней тонкой части корки от движущегося слитка вследствие трения о стенки кристаллизатора.

В период совместного движения кристаллизатора и слитка вниз трение между ними отсутствует и затвердевающая корка слитка утолщается и упрочняется так, что при последующем движении кристаллизатора вверх она не разрывается. В то же
время при движении вверх становятся доступными для смазки те участки поверх­ности стенок кристаллизатора, которые в момент его движения вниз оказываются залитыми жидким металлом; смазка же уменьшает трение и тем самым снижает возможность разрыва и зависания корки слитка.

Движение кристаллизатора вверх и вниз чаще всего осуществляют по синусои­дальному закону, величина шага качания изменяется в пределах 3-20 мм, частота от 40 до 200-300 циклов в минуту.

Существует несколько типов механизмов ка­чания кристаллизаторов. На криволинейных УНРС наибольшее применение получил меха­низм параллелограммного типа, схематически показанный на рис. 2.130.

Криволинейный кристаллизатор 1 закреплен на раме 2, опирающейся на рычаги 5 и 3 механиз­ма качания. Вращаемый с помощью электродви­гателя кривошип 7 обеспечивает перемещение шатуна 6 по направлению стрелок А и тем са­мым качание рычага 5 вокруг оси /. Воздействие качающегося рычага в сочетании с рычагом 3 вы­зывает перемещение рамы с кристаллизатором вверх-вниз по траектории дуги с радиусом R.

Изменяя число оборотов двигателя, регулируют частоту качания кристаллизатора, а изменяя величину радиуса кривошипа — величину амплитуды качания.

Сила трения затвердевшей корки слитка о радиальные стенки кристаллизатора

FT р = 0,5pB^R2tp2,

где р — коэффициент трения металла, р = 0,47-0,58; В — периметр сечения за­готовки; 7 — плотность жидкого металла, для стали 7 = 7000 кг/м3; R — радиус изгиба кристаллизатора; ip — угол изгиба металла в кристаллизаторе между верхним и нижнем торцом.

Расчетное усилие трения

7 расч = /' гр F і 1 2,

где К і — коэффициент приработки стенок кристаллизатора, К = 1,5 - г 2; — ко­

эффициент сцепления, зависит от химического состава; для малоуглеродистой стали К2 = 0,6 - і - 0,65, для стали 45 величина К2 = 1,75 - т-1,8 по данным НИИТяжмаша.

При движении кристаллизатора вверх на качающуюся раму кристаллизатора действует усилие Ті — FpacH+G, при движении вниз Т2 = Трасч — G, где G — сила тяжести кристаллизатора с охлаждающей водой и самой рамой. С помощью графоаналитического метода строится многоугольник сил, действующих на раму для верхнего и нижнего положений и определяются соответствующие усилия Р — Ті/і] и Р2 = Тг/іі, где і] — передаточное отношение рычагов, определяющих положение кристаллизатора.

Привод качания кристаллизатора обеспечивает кривошипно-шатунный меха­низм, состоящий из кривошипа радиуса г и качающегося рычага с передаточным отношением І2-

Откуда усилие по шатуну Qt = Рг/іі определяет максимальные моменты при движений вверх Мтах. і = Qii'/rj и вниз Мтах 2 = Qirrj, где г] — к. п.д. механизма.

Эквивалентный расчетный момент

max.2

определяет мощность двигателя ЛдВ механизма качания кристаллизатора.

Зона вторичного охлаждения должна обеспечить постепенное («мягкое») охлаж­дение поверхности затвердевающего слитка.

Охлаждающие устройства представляет собой систему трубопроводов с запорны­ми и регулирующими устройствами и многочисленными форсунками, распыливаю - щими подаваемую на слиток воду; иногда на слиток подают водовоздушную смесь. Расход воды должен уменьшаться по мере удаления слитка от кристаллизатора; поэтому зону вторичного охлаждения делят по длине на несколько (до восьми) секций, объединяющих группу форсунок и имеющих самостоятельный подвод воды.

Форсунки располагают между опорными роликами в один, два или три ряда вдоль слитка в зависимости от его ширины.

На рис. 2.131 показана секция с двухрядными расположением форсунок. При отливке плоских слитков охлаждают широкие грани; по узким гра­ням форсунки устанавливают лишь под кристалли­затором.

Опорные устройства системы вторичного охлаждения предназначены для предотвращения деформации (выпучив'ания) тонкой затвердевшей корки слитка. В вертикальных УНРС и установках с изгибом слитка (см. рис. 2.125 а) опорные устрой­ства выполняют в виде системы вращающихся неприводных опорных роликов. В криволинейных УНРС опорные устройства представляют собой ролики, образующие роликовую проводку, внутри которой движется слиток. На некоторых верти­кальных УНРС (см. рис. 2.123) в верхней части зоны вторичного охлаждения вместо опорных роликов устанавливают более прочную систему продольных чугунных брусьев, по которым скользит поверхность движущегося слитка.

Опорные устройства выполняют так, что рас­стояние между рядами роликов и брусьев можно изменять; это позволяет быстро перестраивать УНРС при отливке слитков разной толщины. В УНРС криволинейного типа нижний ряд роликов является базовым, а верхний можно перемещать.

Тянущие устройства. В вертикальных УНРС это устройство располагают ниже зоны вторичного охлаждения; оно представляет собой одну-две тянущих клети, каж­дая из которых включает закрепленные в одной станине две или три (см. рис. 2.124) пары валков, соединенных с приводом и прижимаемых к слитку с помощью гидро­цилиндров. В УНРС с изгибом слитка имеется два тянущих устройства — тянущая клеть в конце вертикального участка и тянуще правильные ролики, обеспечивающие выпрямление слитка и его дальнейшее перемещение в горизонтальном направлении (см. рис. 2.125 а).

В слябовых криволинейных и радиальных УНРС движение слитка обеспечивают снабженные приводом (приводные) ролики роликовой проводки; последняя обычно выполнена из рескольких секций, объединяющих в одном каркасе от двух до семи пар роликов. При этом верхняя часть проводки (до 2,5—3,5 м от уровня металла в кристаллизаторе) является неприводной, а далее следуют секции, в которых часть роликов являются приводными. Число приводных роликов в секциях увеличивается по мере отдаления от кристаллизатора, а на участке горизонтального движения слитка все ролики делают приводными. На некоторых радиальных УНРС в месте разгибания слитка имеется правильно-тянущая машина — выделенная в отдельный блок часть приводной роликовой проводки.

Необходимое усилие прижатия роликов в секциях к слитку на разных УНРС, обеспечивают с помощью гидроцилиндров или пружинно-винтовых устройств.

Рис. 2.132. Роликовая секция с гидравлическим прижатием роликов: 1 — фундаментные балки; 2 — нижняя базовая рама; 3 — подшипниковые узлы; 4, б — верхние и нижние ролики соответственно; 5 — слиток; 7 — подвижная рама; 8 — гидроцилиндры прижима верхнего ролика; 9 — цилиндры фиксации раствора между роликами

На рис. 2.132 показана роликовая секция с гидравлическим прижатием роликов (вид со стороны неприводных роликов). Секция состоит: из нижней сварной не­подвижной рамы (станины) 2, на которой закреплены нижние ролики 6; верхней подвижной рамы 7, на которой закреплены верхние ролики 4 > гидроцилиндров 9 пе­ремещения рамы 7 и гидроцилиндров 8 перемещения верхних роликов относительно рамы 7. Нижняя рама крепится к фундаментным балкам 1, ролики 4 и 6 опираются на подвижную и неподвижную рамы через подшипниковые узлы 3. Гидроцилиндр 9 перемещают раму 7 вместе с верхними роликами, что необходимо для установки фиксированного зазора между роликами при переходе на отливку слитков различной толщины, а также для быстрого подъема верхних роликов при аварийной ситуации. Гидроцилиндры 8 прижимают ролики к слитку 5, воспринимая ферростатическое давление Жидкой фазы слитка.

Приводные ролики обычно имеют индивидуальный привод, включающий двига­тель постоянного тока, планетарный редуктор и муфту, шпиндель или карданный вал, соединяющие редуктор с роликом. Такой привод можно видеть на рис. 2.133,

Рис. 2.133. Привод валка (ролика) тянуще-правильной машины: 1 — электродвигатель; 2 — планетарный редуктор; 3 — шпиндель с шарнирами Гука; 4 — подшипниковая опора ролика (валка); 5 — приводной ролик; 6 — неприводной ролик; 7 — станина

где показана часть тянуще-правильной секции УНРС. Нижний приводной ролик закреплен на станине (раме). Над неприводным роликом расположена верхняя часть каркаса секции с гидроцилиндрами прижатия роликов к слитку (на рисунке не пока­заны). Приводной ролик через шпиндель с шарнирами Гука связан с расположенным на отдельном фундаменте приводом (электродвигатель с планетарным редуктором).

У сортовых радиальных машин при отливке слитков с шириной грани < 220 мм опорные элементы (ролики) не делают, хотя предусматривают направляющие ролики для затравки. При больших размерах отливаемого слитка делают неприводную роликовую проводку (несколько роликовых секций на расстоянии друг от друга). В обоих случаях на участке разгибания слитка располагают тянуще-правильную машину. Она состоит из нескольких секций (клетей), одна из разновидностей которой показана на рис. 2.134.

Машина включает раму 7, закрепляемую на фундаменте; нижний приводной ролик 1, укрепленный в раме через опорные подшипники 5; верхний неприводной ролик 3, установленный на шарнирном рычаге 4> гидроцилиндр 9, поперечную тра­версу 8 с тягами. Верхний валок прижимается к слитку гидроцилиндром 9 посред­ством поперечной траверсы 8 и тяг 2. Нижний валок через устройство 6 соединен со шпинделем, получающим вращение от привода.

Опорные валки (ролики) изготавливают из сталей типа 15ХМ1Ф-34ХН1М, сохра­няющих работоспособность при длительном контакте с горячим слитком. Эти тепло­устойчивые стали содержат 0,5-1,8 % хрома; 0,3-0,8 % никеля и 0,2-1,0 % молибдена. С учетом того, что износу и растрескиванию (вследствие высоких температур) подвержен поверхностный слой роликов, в последние годы стали применять ролики изготовленные из пластичной и вязкой низколегированной стали, на поверхность которых наплавлен слой высоколегированной стали, стойкой к абразивно-коррози­онному износу. Сталь наплавленного слоя содержат, %: 0,15-0,35 С, 5-22 Сг, до 5 Мо,
до 1,5 W. В опорных узлах роликов тянуще-правильных участков УНРС применяют двухрядные роликовые подшипники.

Расчет приводной роликовой проводки учитывает необходимость преодолевания сопротивления различных видов трения при формирования слитка. Сначала рас­смотрим нагружение проводки на радиальном участке. Полное усилие от действия ферростатического давления на ролики четырехроликовой секции длиной L, равной длине дуги проводки радиуса изгиба R на угле (<рі — ір2),

N = 7 ■ 6 • R2 ■ [(їді — ір2) ■ simpo + {cosip2 — cosip і)],

кривизны средней линии проводки; В — ширина слитка; іро — угол подъема менис­ка металла в кристаллизаторе до горизонтали проведенной через центр кривизны роликовой проводки; <рр — угол между линией, проходящей через центр проводки, и центр кривизны проводки и горизонталью, проходящей через центр кривизны; <р и ip2 — углы передних и задних роликов проводки, <р = <рр — ipnp и <р2 = ipp + <рпр, где ip„p — угловой шаг роликов проводки; Уз — скорость слитка.

М„ — (N + Gc • sin ipp) • f + (N + 2 ■ Gp + Gc ■ sin ipp) • p, ■ dp/2, где Gp — сила тяжести роликов.

Крутящий момент, необходимый для вращения верхних роликов

Мв = N ■ / + (N - 2 • Gp) • р ■ dp/2,

где Gc — сила тяжести слитка в секции длиной L f — коэффициент трения качения слитка по роликам; /і — коэффициент трения в опорах роликов с диаметром цапф dp.

Для силы Gc тангенциальная составляющая Т — Gc • cos ipp-, она помогает враще­нию роликов дополнительным моментом

Mr = Т ■ Dp/2,

где Dp — диаметр роликов.

Таким образом на г-том приводном ролике одной секции полный момент

Мог — Мн + М„ — Мт.

На всех К радикальных секциях общий момент

к

М0б = ^ ' Мог'

г=1

Этот суммарный момент на всех секциях определяет средний момент Мср = М0б / К и мощность двигателя /Vj секции.

Определим параметры секций прямолинейного участка проводки. Они включают:

1. Момент верхних роликов

Мв = + -(f+0,5p-dp).

2. Момент нижних роликов

м« = (£p+Eg°+g‘)^ + (£p+Eg* + g‘+£gh) -

где Р — суммарная сила прижатия верхних роликов; GH — общая сила тяжести

нижних роликов.

3. Момент пластического изгиба при правке слитка

а ■ W

Мпр = —-— • (/ + 0,5 ■ р, ■ d) + ат ■ W,

где <7Т — сопротивление пластической деформации; W — момент сопротивления, для прямоугольного сечения, W = В • h2 /4; В, h — ширина и толщина слитка; t — шаг роликов.

Общий момент на К приводных роликах горизонтального участка

Мо6 = (Мв + Мн + Мпр) ■ к,

где К — коэффициент потерь на трение.

По общему моменту определяется мощность электродвигателя одной секции

N _ Моб • П 9550 ■ у’

где п — частота вращения роликов

Устройство для резки слитка на куски определенной длины (заготовки) пред­ставляет собой газорезку (машину газовой резки) и реже гидравлические ножницы. Газорезка — это подвижная тележка, снабженная двумя газокислородными реза­ками, которые при резке перемещаются поперек слитка, а сама газорезка при этом движется вместе со слитком, сцепляясь с ним. Машина газовой резки плоского слитка приведена на рис. 2.135.

Основой машины служит рама 2 с четырьмя неприводными колесами 5 (те­лежка), передвигающаяся по рельсам опор 1 над слитком. На раме смонтированы: механизмы сцепления со слитком (две каретки с закрепленными на них захватами 7, перемещаемые в горизонтальном направлении гидроцилиндрами 6); суппорты 3 с держателями 9 резаков 8, снабженные механизмами передвижения суппортов в горизонтальном направлении и резаков в вертикальном; механизм 4 Для возврата тележки в исходное положение. Перед началом резки гидроцилиндры 6 прижимают захваты 7 к слитку, после чего рама движется вместе со слитком; далее после включения резаков суппорты 3 перемещают их над слитком навстречу друг другу и газокислородные резаки режут слиток с обеих сторон. После окончания резки разжимают захваты и машину возвращают назад с помощью канатного механизма 4i барабан которого закреплен на раме, а привод установлен стационарно.

Рис. 2.135. Машина газовой резки слитка

Затравка предназначена для образования временного дна в кристаллизаторе перед началом разливки и для вытягивания первых метров отливаемого слитка. На вертикальных и горизонтальных УНРС затравка представляет собой металлическую штангу такого же сечения, что и отливаемый слиток. На криволинейных установках применяют гибкие (цепные) затравки из шарнирно соединенных звеньев; на ради­альных УНРС — как цепные, так и жесткие в виде дугообразного бруса по форме сечения одинакового со слитком.

Затравки цепного типа могут быть с жесткими звеньями постоянной толщины и звеньями изменяемой толщины (надувные). В надувной затравке каждое звено состоит из корпуса и подвижной крышки (пластины), между которыми по всей длине затравки проложены резинотканевые рукава; при подаче в рукава сжатого воздуха крышки приподнимаются и толщина звеньев и затравки увеличивается до необходимой величины, определяемой расстоянием между роликами.

Затравка снабжена головкой, в которой имеется углубление в виде «ласточкиного хвоста» или Г-образной формы (рис. 2.136); сечение головки затравки соответствует сечению отливаемого слитка.

Перед началом разливки затравку вводят в кристаллизатор и ее головка образует временное дно, а низ затравки находится в тянущих валках. Заливаемый в кристал­лизатор металл застывает в углублении головки, обеспечивая сцепление затравки со
слитком. При включении тянущих валков затравка начинает двигаться вниз и тянет за собой слиток. После выхода затравки из тянущих валков ее отделяют от слитка.

Оборудование для быстрой смены ковшей. Современные УНРС оборудуют пово­ротными и иногда передвижными стендами, которые удерживают во время разливки

сталеразливочный ковш над промежуточным и обеспечивают быструю замену ковшей при разливке методом «плавка на плавку».

Поворотный стенд конструкции УЗТМ (рис. 2.137) имеет укрепленное на фундаменте под рабочей площадкой 6 УНРС основание 1, на которое через ролики 7 опирается поворот­ная платформа 8. На ней укреплены две стой­ки 13, между которыми на оси Ц посажена не­сущая рама 12. На концах этой рамы шарнирно закреплены подвески 11, а и 11,6, служащие для установки сталеразливочных ковшей 15.

Замену сталеразливочных ковшей прово­дят следующим образом. После опорожнения ковша 15, находящегося в подвеске 11,6 над промежуточным ковшом и кристаллизатором, платформу 8 поворачивают на 180°, устанав­ливая тем самым над промежуточным ковшом другой большой ковш, заранее установленный в подвеску 11, а. Вращение плат­формы 8 вокруг вертикальной оси обеспечивают два электродвигатели 4 через редуктор 5 и систему конических и цилиндрических передач 3, воздействующих на зубчатый венец 2, прикрепленный снизу к платформе. Вертикальное перемещение ковшей создается качательным движением рамы 12. Для ее наклона (качания) с помощью гидроцилиндров 9 перемещают в горизонтальном направлении ползун 17, вызывающий своим движением поворот рычага 16, закрепленного на раме; вместе с рычагом изменяет положение и рама 12 относительно оси 14- Подвески 12 соеди­нены тягами 10 с рычагами на раме, что обеспечивает плоскопараллельное движе­ние подвесок и ковшей при их подъеме и опускании.

Передвижной (мостовой) стенд схема­тично представлен на рис. 2.138.

Стенд перемещается по рельсам 1 ра­бочей площадки УНРС и обеспечивают пе­ревод ковшей из резервного положения в рабочее (над промежуточным ковшом и кристаллизатором). Стенд представляет собой сварной мост 4 из поперечных и продольных балок, образующих проемы для установки сталеразливочных ковшей 6. Мост опирается на четыре тележки 7, имеющих два ската (колеса) 2 и механизм 3 с электроприводом для перемещения моста по рельсам 1. Для установки ковшей на заданную высоту мост перемещается в вертикальном направлении по четырем колоннам 5 с помощью винтового механизма с электроприводом. Установку ковшей на стенд производят мостовым краном.

Тележки для промежуточных ковшей. Тележка служит для удержания проме­жуточного ковша во время разливки, его подъема и опускания и для обеспечения быстрой замены промежуточного ковша на новый. В сочетании с поворотными стен­дами для сталеразливочных ковшей применяют тележки, перемещаемые под стендом по прямолинейному или круговому пути. На рис. 2.139 показана схема тележки конструкции УЗТМ с круговым движением.

Рис. 2.139. Тележка для промежуточных ковшей

Основные элементы тележки — несущая рама 6 с ходовой частью и смонтиро­ванные на раме устройства для размещения промежуточного ковша и его подъема — опускания. Несущая рама 6 тележки передвигается вокруг поворотного стенда 7, опираясь двумя балансирами 18 на кольцевой рельс 4 на рабочей площадке УНРС и верхним балансиром 16 на поворотный стенд. В каждом балансире 18 закреплено по два ходовых колеса — неприводное 17 и приводное 5 с механизмом передви­жения Iff (электродвигатель и два редуктора), а также два опорных ролика 3, предотвращающих съезд ходовых колес с рельса 4- Верхний балансир 16 имеет два ходовых неприводных колеса 9, перемещающихся между верхним 10 и нижним 8 кольцевыми рельсами, закрепленными на стенде 7.

Для размещения промежуточного ковша 15 служит платформа 14, шарнирно подвешенная к двум коромыслам 11, которые концами шарнирно прикреплены к вер­ху несущей рамы 6 и серединой опираются на ходовые винты 12 редукторов 13.

Механизм подъема и опускания ковша спаренный и состоит из электродвигате­ля 20 и двух червячно-винтовых редукторов 13. Включая электродвигатель, вызы­
вают подъем или опускание ходовых винтов 12 редукторов 13, т. е. поворот коромы­сел 11, и тем самым, подъем или опускание платформы Ц с промежуточным ковшом. При этом закрепленные на платформе ролики 1, перекатываясь по профильным направляющим 2, обеспечивают плоскопараллельное перемещение платформы Ц с ковшом. Достоинство этой конструкции тележки состоит в том, что благодаря расположению ковша на консольной платформе обеспечивается удобный доступ к кристаллизатору во время разливки.