МНЛЗ (маши́на непреры́вного литья́ загото́вок) или УНРС (установка непрерывной разливки стали) — металлургический агрегат для разливки стали. Первоначальное название «УНРС» впоследствии было практически вытеснено аббревиатурой «МНЛЗ», поскольку на ней, в зависимости от конструкции и назначения, можно отливать не только сталь.
Принцип действия Жидкая сталь непрерывно заливается в водоохлаждаемую форму, называемую кристаллизатором. Перед началом заливки в кристаллизатор вводится специальное устройство с замковым захватом («затравка»), как дно для первой порции металла. После затвердевания металла затравка вытягивается из кристаллизатора, увлекая за собой формирующийся слиток. Поступление жидкого металла продолжается и слиток непрерывно наращивается. В кристаллизаторе затвердевают лишь поверхностные слои металла, образуя твёрдую оболочку слитка, сохраняющего жидкую фазу по центральной оси. Поэтому за кристаллизатором располагают зону вторичного охлаждения, называемую также второй зоной кристаллизации. В этой зоне в результате форсированного поверхностного охлаждения заготовка затвердевает по всему сечению. Этот процесс слиткообразования является способом получения слитков неограниченной длины. В этом случае по сравнению с разливкой в изложницы резко уменьшаются потери металла на обрезку концов слитков, которые, например, при литье спокойной стали составляют 15—25 %. Кроме того, благодаря непрерывности литья и кристаллизации, достигается полная равномерность структуры слитка по всей его длине.
Во время кристаллизации формирующийся слиток металла постоянно перемещается вверх-вниз относительно кристаллизатора посредством небольших цилиндров, расположенных в ручье. Это позволяет уменьшить количество трещин — дефектов. Вокруг каждого ручья создаётся сильное электромагнитное поле, которое позволяет формировать надлежащую кристаллическую структуру заготовки.
Основными производителями непрерывнолитых слябов в мире являются Япония, США, КНР, Германия, Корея и Россия. На их долю приходится более двух третей мирового объёма производства слябов. По состоянию на 2013 год, в мире насчитывалось чуть более 650 слябовых МНЛЗ с общим числом ручьёв свыше 850 единиц.
Классификация
По геометрии кристаллизатора вертикальные криволинейные радиальные горизонтальные
По количеству ручьёв 1—8-ручьевые
По геометрии слитка слябовые блюмовые сортовые
На слябовых МНЛЗ разливается около 2/3 всей производимой стали.
История Идея непрерывного литья была выдвинута в середине XIX в. Г. Бессемером, который предлагал разливать жидкую сталь между двумя водоохлаждаемыми валками. Однако не только при том уровне техники, но и в настоящее время реализовать такую идею бесслитковой прокатки невозможно. В 1943 году Зигфрид Юнгханс разработал подвижный кристаллизатор для разливки заготовок.
Первые полупромышленные (пилотные) установки появились сразу после окончания Второй мировой войны в нескольких ведущих индустриальных странах. Так, опытная машина вертикального типа была сооружена в 1946 году на заводе в г. Лоу Мур (Великобритания), в 1948 г. — на фирме «Бабкок и Уилкокс» (Бивер Фоле, США), в 1950 г. — на фирме Mannesmann AG (Дуйсбург, Германия).
В СССР первая опытная машина непрерывной разливки стали вертикального типа ПН-1-2 ЦНИИЧерМет была сооружена в 1945 году и предназначалась для отливки заготовок круглого и квадратного сечения (размер стороны квадрата и диаметра до 200 мм). Опыт, полученный при разливках на этой установке, позволил определить некоторые основные особенности технологического процесса разливки и связанные с ними требования к конструкции отдельных узлов машины. В 1947 году была пущена экспериментальная машина непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) ПН-3 ЦНИИЧерМет, предназначенная для исследований и разработки технологического процесса полунепрерывной разливки стали и специальных сплавов в заготовки мелких сечений.
Затем в 1948 году была пущена установка ПН-4 ЦНИИЧерМет, предназначенная для исследований и разработки технологического процесса полунепрерывной разливки стали различных марок на слябы толщиной 200 мм и шириной а в 1949 году — установка ГТН-5 ЦНИИЧерМет, позволявшая разливать слиток с максимальной толщиной и шириной 900 мм.
1947 год отмечен ещё одним событием в непрерывном литье. 27 мая 1947 года была создана лаборатория бесслитковой прокатки и непрерывного литья, начальником которой был назначен М. С. Бойченко. В состав коллектива лаборатории вошли выдающиеся учёные Вениамин Вениаминович Фульмахт, Виктор Савельевич Рутес, Дмитрий Петрович Евтеев.
Конвейерный способ разливки стали впервые был практически осуществлён Михаилом Фёдоровичем Голдобиным на установке, смонтированной в 1949 году на московском заводе «Серп и Молот». В машине имелись два горизонтальных конвейера, состоящие из стальных полуизложниц, которые образуют кристаллизатор Конвейер и заготовка двигались одновременно с одинаковой линейной скоростью. Конвейерная машина отливала заготовки размерами 120 х 120 и 140×140 мм с производительностью 25—35 т/час на которой в течение было отлито стали.
В 1952—1954 гг. в мартеновском цехе Бежецкого машиностроительного завода испытывалась наклонная опытно-промышленная установка проф. И. Я. Граната. При испытаниях было отлито около 4000 т заготовок сечением при скорости отливки 0,8—1,1 м/мин. Наклонные установки требовали меньших по сравнению с вертикальными капитальных затрат и позволяли осуществить вторичное охлаждение на требуемой длине, но для них нужны были большие производственные площади, чем для вертикальных установок.
В 1947—1948 гг. была введена в эксплуатацию экспериментальная установка завода Бабкок-Вилькокс производительностью 10—12 т/час и позднее — ряд опытных установок во многих странах (Англия — заводы Биера в Шеффилде и Лод-Мур в Брэдфорде; США — Стил-Корпорейшен; ФРГ — Маннесман; ГДР — завод Делен и др.). В 1949 году была создана машина 3игфрида Юнганса, внёсшего ряд улучшений в конструкцию и режим работы кристаллизаторов. Так, например, им было применено возвратно-поступательное движение и смазка кристаллизатора различными маслами, как растительными, так и синтетическими.
В Советском Союзе в 1951 году была пущена опытно-промышленная установка полунепрерывной разливки стали вначале на заводе «Красный Октябрь», а в 1953 году и на Новотульском металлургическом заводе.
С 1952 году возвратно-поступательное движение кристаллизатора начинают применять на всех машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), кроме установок горизонтального типа.
В Японии и СССР промышленное освоение МНЛЗ началось в 1955 году Тогда на заводе «Красное Сормово» заработала первая машина непрерывного литья заготовок, созданная под руководством академика И. П. Бардина, удостоенного за эту работу Ленинской премии, вместе со Смеляковым Н. Н., Командиным Н. Л., Коротковым К. П., Майоровым Н. П., Хрипковым А. В., Грицуном М. Д, Гурским Г. В., Казанским В. А..
Начало 1970-х годов характеризуется широким промышленным внедрением машин непрерывной разливки слябовой заготовки. На смену низкоскоростным вертикальным МНЛЗ(УНРС) пришли радиальные и криволинейные машины, имеющие значительно большую скорость разливки.
30 июня 1960 года была пущена крупнейшая в мире на то время УНРС (установка непрерывной разливки стали) вертикального типа Донецкого металлургического завода. На ней до 1970 году была освоена разливка стали около 30 марок в слябы различного сечения, а общее количество литья возросло с 16,7 тыс. в 1960 году и 117,4 тыс. т в 1961 году до 247,8 тыс. т в 1965 году и 391,1 тыс. т в 1970 году. На этой машине были проведены большой комплекс работ по отработке режимов разливки и охлаждения заготовок из различных марок стали, что дало исходные данные для проектирования и строительства в стране ещё более крупных машин этого типа. Была разработана оригинальная система автоматизации, которая признана типовой. На этой установке был впервые опробован и внедрён в производство целый ряд принципиально новых технологических решений — разливка по способу «плавка на плавку», применение ребристых кристаллизаторов, разливка под слоем аморфного графита, использование новых типов дозаторных устройств, новые способы раскисления стали. Общая экономия от внедрения новой технологии непрерывной разливки стали и усовершенствования основных технологических узлов УНРС составила более 2 млн руб. в год. С участием Д. А. Дюдкина, А. М. Кондратюка и В. Г. Осипова было освоено литьё более, чем девятнадцати марок стали на МНЛЗ.
Долгое время основным типом УНРС во всём мире были вертикальные установки. В 1980-х годах более широкое распространение находят радиальные и криволинейные установки. Первая в мире радиальная УНРС была создана в 1962 году в Украинском институте металлов (УкрНИИМете) под руководством проф. В. Т. Сладкоштеева, а первая опытная одноручьевая сортовая установка МНЛЗ радиального типа была построена на заводе УЗТМ, г. Екатеринбург; за рубежом аналогичная установка была построена в 1963 г в Швейцарии. На установку было получено А. С. СССР № 817395/22-2 от 2 февраля 1963 г. (Авторы В. Т. Сладкоштеев, М. А. Курицкий, Р. В. Потанин, В. И. Ахтырский, Б. А. Тофпенец).
В 1966 году на заводе УЗТМ (г. Екатеринбург) опытная МНЛЗ была реконструирована с целью обеспечения деформации заготовки до окончания её затвердевания.
В 1964 году в мире было всего 5 УНРС радиального типа, а в 1970 г. — уже 149, то есть около 50 % их общего количества на то время. Радиальные и криволинейные УНРС и сегодня приняты в качестве основного типа установок на отечественных и зарубежных заводах. Их преимуществами по сравнению с вертикальными УНРС являются в три—четыре раза меньшая высота, возможность обслуживания общецеховыми грузоподъёмными средствами, высокие скорости разливки, возможность получения неограниченных по длине слитков, меньшие капитальные затраты на строительство.
В 1978 году принята к серийному производству на Липецком литейном заводе «Центролит» новая модель ЛНЛЧ-3 (линия непрерывного литья чугуна третьего поколения), с горизонтальной линией разливки. При вытягивании чугунной отливки производится вытягивание, например, на 50 мм вперёд и немедленно на 10—15 мм назад. Возвратное движение профиля в кристаллизаторе позволяет ликвидировать щели в разорвавшейся корочке затвердевающего чугунного профиля и тем самым предотвратить прорыв расплава из кристаллизатора, а кроме того за счёт выравнивания температуры отливки предотвращается возможный отбел чугуна.
В 1983 году горизонтальные машины построены на Торезском заводе наплавочных твёрдых сплавов для присадочных прутков для сварки и наплавки из сплавов типа сормайт и стеллит с производительностью до 1000 т/год.
В 1986 году горизонтальные машины были установлены на киевском заводе «Ленинская кузница» для отливки алюминиевых бронз. На заводе «Ленинская кузница» была построена и вторая горизонтальная машина для отливки алюминиевых бронз, что позволило одновременно получать восемь заготовок диаметром 8 мм и отливать до 2 тысяч тонн в год непрерывнолитых заготовок из алюминиевых бронз.
Подсчитано, что прямая экономия энергоресурсов на каждую тонну полученной на МНЛЗ стальной заготовки составляет по разным оценкам до 60 кг коксующегося угля, 52 кг нефти, 40 м³ природного газа, 9 м³ кислорода, 160 кВт*ч электроэнергии.
В конце 1990-х годов в Западно-Сибирском металлургическом комбинате также была построена и введена в эксплуатацию машина непрерывного литья круглой заготовки при участии фирмы Danieli. В 2012 году МНЛЗ-2 была реконструирована с достижением производительности 140т/ч.
Хронология
Вехи создания радиальных и криволинейных МНЛЗ: 1952 — патент (Германия) на радиальную МНЛЗ. 1963 — в Швейцарии фирмой «Конкаст» на МНЛЗ с радиальным кристаллизатором были впервые получены сортовые заготовки сечением 80х80 мм. Март 1964 — на Уралмашзаводе впервые в мире на опытной радиальной МНЛЗ осуществлена разливка стали в слябы. Июль 1964 — пуск опытной радиальной МНЛЗ в Германии, на заводе в г. Диллинген.