После завершения плавки в металлургических агрегатах, таких как мартеновская печь, конвертер или электропечь (см. Электрометаллургия), жидкую сталь сначала выпускают в специальные ковши. Традиционный метод предполагает её разливку в чугунные формы — изложницы, где металл застывает, образуя слитки. Эти слитки, масса которых может варьироваться от десятков килограммов до нескольких десятков тонн, затем извлекают из форм («раздевают») и отправляют на прокатные станы для дальнейшей обработки.
Проблема традиционного литья
Главным недостатком этого метода является неравномерное затвердевание стали в изложнице. Наружные слои охлаждаются и кристаллизуются первыми, в то время как внутренняя часть остаётся жидкой более длительное время. Такая разница в скорости охлаждения приводит к образованию в верхней части слитка значительной пустоты, называемой усадочной раковиной. Перед прокаткой эту дефектную часть приходится обрезать, что приводит к существенным потерям металла — отходам, которые могут достигать 15% от массы всего слитка.
Решение: машина непрерывного литья заготовок (МНЛЗ)
Решением проблемы стало создание технологии, позволяющей получать «бесконечный» слиток без усадочной раковины. Эта идея была реализована в машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Первая промышленная машина такого типа в СССР была запущена в 1955 году на заводе «Красное Сормово» в Горьком. Сегодня десятки подобных установок успешно работают на металлургических предприятиях.
Принцип работы и устройство МНЛЗ
Сердцем установки является кристаллизатор — медная водоохлаждаемая форма, сечение которой соответствует требуемому профилю будущей заготовки (квадратному или прямоугольному). Под ним расположена система вторичного охлаждения, регулирующая скорость затвердевания, и тянущее устройство с системой роликов.
Процесс начинается с заливки жидкой стали из ковша в приёмное устройство над кристаллизатором. Дно кристаллизатора изначально закрыто металлическим брусом — затравкой. Когда сталь в кристаллизаторе начинает затвердевать и сцепляется с затравкой, тянущие валки приходят в движение. Затравка вытягивается, увлекая за собой начинающий затвердевать слиток через зону дополнительного охлаждения («душ»). После этого затравка отрезается, а процесс становится по-настоящему непрерывным: в кристаллизатор постоянно подаётся новая порция жидкого металла, а с противоположной стороны установки выходит готовая твёрдая заготовка.
Ключевые преимущества технологии
Непрерывное литье стали приносит значительные выгоды. Помимо радикального сокращения металлоотходов (ликвидации усадочной раковины), эта технология обеспечивает более высокое и стабильное качество металла. Кроме того, весь процесс разливки полностью механизирован и легко поддаётся автоматизации, что повышает производительность и безопасность труда.
О дальнейшем развитии технологии, а именно о совмещении процессов литья и прокатки в едином потоке, можно прочитать в статье Прокатка, прокатный стан.