МНЛЗ: Непрерывное литьё заготовок

TL;DR

  • Назначение: Превращение расплава в слитки и заготовки
  • Технология: МНЛЗ (Машина непрерывного литья заготовок)
  • Производительность: 42 т Al + 11 т Fe-Mn стали → слитки 100×100 мм
  • Особенность: Охлаждение NaK (не вода!), 100% местные материалы кристаллизаторов

Обзор

МНЛЗ — ключевое оборудование для превращения жидкого металла в твёрдые заготовки. Расплав из промковша непрерывно течёт в кристаллизатор, где затвердевает и вытягивается в виде слитка.

Схема МНЛЗ

flowchart TD
    subgraph INPUT["ВХОД"]
        TUNDISH["Промковш<br/>1500°C"]
    end

    subgraph CRYSTALLIZER["КРИСТАЛЛИЗАТОР"]
        STOPPER["Стопор"]
        MOLD["Кристаллизатор<br/>100×100 мм"]
        COOLING["Охлаждение NaK<br/>−150°C"]
    end

    subgraph PULLING["ВЫТЯГИВАНИЕ"]
        ROLLERS["Тянущие ролики<br/>0.5-1 м/мин"]
        CUTTING["Газовая резка<br/>длина 6 м"]
    end

    subgraph OUTPUT["ВЫХОД"]
        BILLETS["Слитки 100×100×6000 мм<br/>на рольганг"]
    end

    TUNDISH --> STOPPER
    STOPPER --> MOLD
    MOLD --> COOLING
    COOLING --> ROLLERS
    ROLLERS --> CUTTING
    CUTTING --> BILLETS

    style INPUT fill:#f0e68c
    style CRYSTALLIZER fill:#fff3cd
    style PULLING fill:#d4edda
    style OUTPUT fill:#cce5ff

Конструкция МНЛЗ

Кристаллизаторы (два типа)

Две МНЛЗ используют разные материалы кристаллизаторов — оба из местных ресурсов:

МНЛЗ-Al: стальной кристаллизатор

Параметр Значение
Материал Сталь Fe-6%Mn (местная)
Форма Квадрат 100×100 мм
Длина 800 мм
Покрытие MgO-керамика (защита от налипания)
Охлаждение Контур NaK

Почему сталь для Al? - Алюминий плавится при 660°C, сталь при 1538°C — запас ~900°C - Теплопроводность стали ~50 Вт/(м·K) — ниже меди, но достаточна при большом температурном градиенте - 100% местный материал, без импорта - Покрытие MgO предотвращает налипание алюминия

МНЛЗ-Fe: керамический кристаллизатор

Параметр Значение
Материал MgO-керамика (магнезит, местный)
Форма Квадрат 100×100 мм
Длина 800 мм
Покрытие Не требуется (MgO инертен к расплаву Fe)
Охлаждение Контур NaK

Почему MgO для Fe? - Tплав MgO = 2852°C — запас ~1300°C над расплавом Fe (1538°C) - Теплопроводность ~30-60 Вт/(м·K) — ниже меди, скорость литья снижена (~0.3 м/мин vs 1 м/мин) - Инертен к расплаву железа — не образует карбидов (в отличие от графита) - 100% местный: магний — 8% реголита Меркурия, обжиг → MgO - Замена чаще (каждые 3-5 дней), но материал неограничен

Земные аналоги: MgO-керамика — стандартный огнеупор в металлургии. Используется в промковшах, футеровке печей и разливочных устройствах (Refratechnik, RHI Magnesita).

Почему NaK, а не вода? - Вода замерзает при −150°C снаружи купола - NaK жидкий от −12°C до +785°C — работает в любых условиях - Замкнутый цикл: NaK → радиаторы → обратно

Тянущие ролики

Параметр Значение
Количество пар 3-4
Скорость вытягивания 0.5-1 м/мин
Усилие на пару 5-10 тонн
Материал роликов Сталь с керамическим покрытием

Принцип работы: 1. Расплав поступает в кристаллизатор 2. Корка затвердевает на стенках (кристаллизатор отводит тепло через NaK) 3. Ролики вытягивают слиток вниз 4. Сердцевина затвердевает по мере движения

Плазменная резка

Непрерывный слиток режется на заготовки длиной 6 м.

Параметр Значение
Метод Плазменная резка
Частота резки Каждые 6 минут (при скорости 1 м/мин)
Плазмообразующий газ Ar (аргон, ~1% реголита)
Мощность ~50 кВт (импульсно)

Преимущества плазмы: - Не требует углерода (в отличие от кислородно-ацетиленовой) - Чистый рез без окисления - Аргон добывается из реголита (100% локализация)

Две МНЛЗ на заводе

Завод «Точка Ноль» оснащён двумя МНЛЗ:

МНЛЗ Металл Производительность Выход
МНЛЗ-Al Алюминий 42 т/день Слитки 100×100×6000 мм
МНЛЗ-Fe Fe-Mn сталь 11 т/день Заготовки 100×100×6000 мм

Рольганг: Система конвейерных роликов транспортирует слитки к прокатному стану.

Режимы работы

Непрерывное литьё (основной режим)

  • Промковш постоянно подаёт расплав
  • МНЛЗ работает 20-22 часа/сутки
  • Остановки: 2-4 часа на замену кристаллизатора (раз в 5-7 дней)

Аварийный останов

Если расплав закончился или качество упало: 1. Стопор промковша закрывается 2. Ролики продолжают вытягивать до полного опорожнения кристаллизатора 3. МНЛЗ охлаждается и очищается

Время перезапуска: 1-2 часа

Контроль качества

Параметр Контроль Норма Действие при отклонении
Температура расплава Пирометр 1500±10°C Индукционный подогрев
Скорость вытягивания Энкодеры на роликах 0.5-1 м/мин Регулировка скорости
Трещины на слитке Камера ИК Нет трещин Отбраковка слитка
Размер слитка Лазерный профилометр 100×100±1 мм Остановка и проверка

Автоматизация: ИИ-система анализирует качество слитков в реальном времени и корректирует параметры.

Энергопотребление

Компонент Мощность Назначение
Охлаждение NaK (2× МНЛЗ) 50 кВт × 2 Насосы теплоносителя
Тянущие ролики (2× МНЛЗ) 30 кВт × 2 Электродвигатели
Газовая резка 10 кВт Горелки, подача газов
Рольганг 20 кВт Транспорт слитков
Автоматика 5 кВт Датчики, управление
ИТОГО ~195 кВт

Материальный баланс

Производительность за сутки:

Металл Вход (расплав) Выход (слитки) Потери
Алюминий 41.5 т 41 т 1.2% (обрезь)
Fe-Mn сталь 10.85 т 10.7 т 1.5% (обрезь)

Обрезь: Периодически переплавляется в солнечной печи и возвращается в цикл.

Обслуживание

Операция Периодичность Исполнитель
Замена кристаллизатора 5-7 дней Кентавр-М (2 робота)
Очистка рольганга Ежедневно Краб-М
Калибровка датчиков Еженедельно Автоматика
Замена роликов 1 месяц Кентавр-М

Время на замену кристаллизатора: 2-4 часа (включая охлаждение и разборку).

См. также