» » Разливка стали
29.04.2015

Заключительной стадией мартеновского, конвертерного и электросталеплавильного процессов производства стали является выпуск металла в ковш и разливка его по изложницам. Сталеразливочный ковш имеет форму усеченного конуса, несколько уширенного кверху; сварной или клепаный железный кожух ковша внутри футерован шамотным кирпичом. Емкость ковша обусловливается емкостью печи; максимальная емкость составляет 300 г. В днище ковша установлен разливочный стакан (магнезитовый, графитовый, шамотный, шамотный с магнезитовой втулкой), закрываемый пробкой, укрепленной на стопоре. В зависимости от марки стали и требуемой скорости разливки применяют стаканы с диаметром отверстия от 30 до 80 мм (35—40 мм для кипящей стали, 40— 50 мм для спокойной углеродистой и малолегированной, 60—80 мм для высоколегированной).
Стопор поднимается и опускается при помощи стопорного механизма. Ручное управление стопорами в последнее время на наших заводах и заводах США заменяют дистанционным управлением при помощи специального гидравлического устройства (рис. 59). Механизация управления стопорами способствует улучшению качества разливки, позволяет стандартизировать условия разливки и соответственно повысить выход годных слитков. Кроме того, облегчается труд разливщика и обеспечивается безопасность его работы.
Разливка стали

После выпуска металл выдерживают в ковше в течение 5—15 мин. в зависимости от его температуры, марки стали и количества металла Во время выдержки из металла удаляется часть продуктов раскисления и газы и выравнивается его состав. При этом несколько снижается температура металла: для 180—200-г ковша падение температуры составляет примерно один градус в минуту.
Разливка стали производится либо сверху, либо сифоном. При разливке сверху для ослабления удара струи о дно изложницы, а значит, и для улучшения поверхности слитка в ряде случаев применяют промежуточные воронки И промежуточные ковши емкостью 10 г и более. Промежуточные ковши нередко оборудуют 2—4 стопорами, что позволяет значительно ускорить разливку.
При сифонной разливке (рис. 60) отливается одновременно несколько слитков (2, 4, 6 8, 12 и более). Изложницы установлены на чугунный поддон, в котором имеются каналы для укладки в них сифонных шамотных проводок. Сифонные проводки центральной звездочкой из шамота соединены с центровой, заканчивающейся воронкой.
Для разливки кипящей стали применяют сквозные изложницы с уширением книзу (1,0—1,5% на сторону). Для отливки слитков спокойной стали используют изложницы, уширяющиеся кверху (2,5—3,5% на сторону), с утепляющими прибыльными надставками.
Разливка стали

В поперечном сечении изложницы (слитки) имеют прямоугольную, квадратную, круглую или многогранную форму; в углах они имеют закругления, благодаря которым уменьшаются плоскости слабины в слитках, образующиеся вследствие ликвации в стыках дендритов. Грани квадратных и многогранных слитков часто делают вогнутыми Для крупных слитков, чтобы не появились продольные трещины, применяют изложницы с волнистой внутренней поверхностью стенок. Спокойный металл разливают как в сквозные, так и в глуходонные (рис. 60) изложницы.
Изложницы изготавливают из чугуна, имеющего перлитно-ферритную структуру (3,5—3,9% С, 1,6—2,2% Si, 0,7—1,0% Mn, не более 0,15% P и не более 0,10% S).
Утепляющие надставки, предназначенные для сосредоточения усадочной раковины в головной части слитка, применяют различных типов. Широко используют чугунные стационарные надставки, футерованные шамотным кирпичом или набивкой из огнеупорной массы. Для отливки крупных слитков применяют плавающие керамические надставки или чугунные каркасы с огнеупорной футеровкой. В Швеции используют сгорающие прибыльные надставки, состоящие из прямоугольных угольных брикетов, изготовленных из дробленого кокса или из смеси кокса с опилками и добавкой связующего вещества — сульфитного щелока.
Внутреннюю поверхность брикетов покрывают мелким песком или смесью окиси железа и порошка алюминия. Огнеупорное покрытие в процессе разливки образует слой глазури, который препятствует переходу углерода и серы из брикетов в сталь.
Тепло, получающееся при горении брикетов, замедляет затвердевание металла в прибыльной части слитка, что повышает эффективность воздействия прибыльной надставки. Применение экзотермических надставок позволило увеличить выход годного на 6—7%.
Повышение выхода годного (на 1,5—3,0%) при использовании обычных надставок с шамотной футеровкой достигается в результате применения различных экзотермических смесей — люнкерита, вермикулита, лапиксов и др., обеспечивающих медленное охлаждение металла в прибыльной части за счет металлотермических реакций. Экзотермические смеси содержат порошок алюминия, ферросилиция или других высокоактивных металлов и различные инертные составляющие (ша мот, боксит и др ), которые тормозят развитие экзотермических реакций и в то же время теплоизолируют поверхность металла.
Наиболее эффективными методами уменьшения веса прибыльной части, а значит и повышения выхода годного (на 6—10%) являются электродуговой (рис. 61), электрошлаковый, газовый или индукционный обогрев прибыли после разливки стали.
Разливка стали

Несмотря на ряд усовершенствований, позволяющих повысить вы ход годного, все же при разливке стали в изложницы до 15—25% отлитого металла идет в отходы. Значительное повышение выхода годного и вместе с этим полная механизация процесса разливки достигаются при непрерывной или полунепрерывной разливке стали.
Непрерывная разливка, широко используемая в цветной металлургий, применяется для стали сравнительно недавно, что связано с рядом затруднений, обусловленных свойствами жидкой стали и значительной емкостью и производительностью сталеплавильных печей.
Жидкая сталь обладает малой теплопроводностью и низкой температуропроводностью, что предопределяет невысокую скорость охлаждения и кристаллизации слитка. Из-за высокого теплосодержания и высоких температур плавления и разливки усложняется конструкция и условия работы кристаллизатора и вспомогательного оборудования установок.
Большая производительность сталеплавильных печей, одновременный выпуск значительного количества металла требуют высокой производительности установок и больших скоростей разливки, в противном случае этот способ разливки не будет экономически целесообразным.
В настоящее время в России и за рубежом работает целый ряд экспериментальных и промышленных установок непрерывной разливки стали для получения заготовок прямоугольного, квадратного и круглого сечений. Конструкции установок весьма разнообразны: имеются машины с горизонтальным, наклонным и вертикальным расположением кристаллизаторов с непрерывным и периодическим движениями затотовки. Наряду с одноручьевыми созданы многоручьевые высокопроизводительные установки.
Наиболее рациональной конструкцией машин, обеспечивающей постоянство условий кристаллизации заготовки в течение всей разливки и высокое стабильное качество слитков, являются установки с вертикальным расположением кристаллизатора и непрерывным движением заготовки (рис. 62).
Разливка стали

При наклонном и, тем более, горизонтальном положении кристаллизатора не происходит нормальной кристаллизации металла по всему сечению — слиток получается с асимметричной структурой. При этом отрицательно влияет на качество заготовки и чрезмерно развитая открытая поверхность металла в кристаллизаторе.
В установках с периодическим движением заготовки в разъемный или неразъемный кристаллизатор значительной длины (около 2 м) периодически заливают жидкую сталь. По истечении некоторого времени (79—90 сек.), достаточного для формирования прочных боковых граней слитка, заготовку вытягивают из кристаллизатора с таким расчетом, чтобы верх ее оставался и закрывал нижнее отверстие в кристаллизаторе, после чего снова заливают сталь.
При периодическом наращивании заготовки подобным способом струя металла прерывается, отчего на зеркале металла образуется окисленная корочка, а значит, становится возможным загрязнение зоны стыка слитков неметаллическими включениями. В связи с этим, хотя после вытягивания заготовки разрезают по месту стыка слитков, при последующей прокатке или ковке приходится удалять в отходы несколько больше металла, чем у заготовок, полученных в установках с непрерывным движением.
При непрерывной разливке жидкая сталь подается в кристаллизатор обычно через промежуточное разливочное устройство (см. рис 62) или воронку из ковша со стопором или из ковша чайникового типа. Ковш чайникового типа с подогревом и разливкой через носок применяется при малых расходах металла, при разливке заготовок малого сечения или при низких скоростях вытягивания слитка.
Из промежуточного разливочного устройства в установках непрерывного действия вертикального типа (рис. 62) металл поступает в водоохлаждаемый (медный) кристаллизатор, в который перед началом разливки вводят затравку, образующую дно кристаллизатора. Вытягивание слитка из кристаллизатора производится при помощи валков с нажимным устройством. При выходе из кристаллизатора слиток поступает в зону вторичного охлаждения, где все его грани охлаждаются водой из ряда форсунок, расположенных между поддерживающими роликами.
Резку слитка производят чаще всего кислородно-ацетиленовыми горелками, движение которых синхронизировано с движением заготовки На одной из установок во Франции для резки применяют гидравлические ножницы Начало места резки заготовки определяется глубиной распространения жидкой фазы в сердцевине слитка. Этот же фактор фактически определяет высоту установки.
Для обеспечения устойчивого процесса разливки, устранения возможности разрыва корочки формирующегося слитка кристаллизатор смазывают растительными и минеральными маслами, парафином и др., сообщают ему возвратно поступательное движение, а также примени ют пружинное крепление его и периодическое вытягивание слитка.
Скорость разливки определяется интенсивностью теплоотвода в кристаллизаторе, причем теплоотвод мало зависит от состава разливаемой стали. На установке завода «Красное Сормово» скорость разливки заготовок сечением 175x420 мм составляет 0,8—0,9 м/мин. Производительность установки 45—55 т/час (разливка производится из 50-т ковша). Нa других установках скорость колеблется в пределах 0,5—2,5 м/мин.
Производительность одноручьевых установок зависит от скорости разливки и размера слитков. На одноручьевой установке при разливке слябов сечением 165х1000 мм и скорости разливки 0,9 м/мин можно достигнуть производительности до 70 т/час. Более высокая производительность достигается на многоручьевых установках, на которых разливка из одного ковша производится через разливочное устройство (промежуточный ковш) с донными стаканчиками, распределяющими металл по кристаллизаторам. Имеются восьмиручьевые установки для непрерывной разливки производительностью 60—70 т/час. Применение способа непрерывной разливки стали позволяет снизить капиталовложения и эксплуатационные расходы, а значит, уменьшить себестоимость стали.