ОСОБЕННОСТИ РАЗЛИВКИ СПОКОЙНОЙ СТАЛИ
Спокойную сталь разливают и сифоном и сверху, как правило, в изложницы, расширяющиеся кверху с прибыльными надставками.
1. Технология разливки
При разливке сверху струя металла должна быть направлена строго по центру изложницы. Во избежание разбрызгивания металла при ударе о дно изложницы разливку начинают медленно при неполностью открытом стопоре. После образования "подушки" жидкого металла разливку ведут полной струей. Скорость разливки при этом определяется диаметром разливочного стакана. Прибыльную часть слитка заполняют медленно, что способствует выводу усадочной раковины в прибыль. Обычно время заполнения прибыльной надставки составляет 50—70 % времени заполнения тела слитка.
Скорость разливки сверху до недавнего времени выбирали в пределах 0,3—1,1 м/мин. В последние годы для сталей мало склонных к образованию продольных трещин внедряют скоростную разливку (до 4,5 м/мин). Длительность наполнения тела слитков массой 2—20 т составляет 0,5—8 мин.
При сифонной разливке низ изложницы также заполняют медленно. В дальнейшем скорость разливки регулируют в зависимости от вида поверхности металла в изложнице. Обычно на поверхности металла образуется окисленная корка, завороты которой у стенок изложницы — серьезный дефект слитка. Образование и рост корки интенсифицируются при малой скорости разливки, недостаточной температуре металла и в особенности при наличии в стали легкоокисляю-щихся элементов (алюминия, титана, хрома). Для предотвращения заворотов корки разливку стараются вести с "чистым
зеркалом" или так, чтобы между коркой и стенкой изложницы был рант жидкого металла. При разливке сталей, содержащих алюминий, титан и повышенное количество хрома, избежать заворотов корки путем увеличения скорости разливки обычно не удается и применяют специальные методы защиты поверхности металла от окисления.
Величина скорости разливки стали сифоном обычно находится в пределах 0,15—0,7 м/мин. Прибыльную часть слитка, как и при разливке сверху, наполняют замедленно (время наполнения составляет 50—70 % времени наполнения тела слитка). Длительность наполнения тела слитков массой от 1 до 13 т изменяется в пределах от 1,5 до 9 мин.
После окончания разливки слитка спокойной стали поверхность металла в прибыльной надставке засыпают люнке-ритом или теплоизолирующими смесями. Состав с изложницами с затвердевающими в них слитками выдерживают в разливочном пролете без движения от 30 мин до 2 ч (в зависимости от марки стали и массы слитка). Необходимость длительной выдержки до начала транспортировки вызывается тем, что при сотрясении кристаллизующегося слитка резко усиливается внеосевая ликвация.
2. Защита металла в изложнице от окисления
Для предотвращения образования и заворота корки при сифонной разливке спокойной стали, а иногда и при разливке сверху применяют следующие способы защиты поверхности металла в изложнице от окисления и охлаждения.
Разливка под слоем жидкого шлака. На поверхности поднимающегося в изложнице металла создают слой жидкого шлака, который защищает сталь от окисления и охлаждения, что исключает образование окисленной корочки. Шлак также поглощает частицы оксидов, всплывающие из металла. Помимо этого, в результате прилипания шлака к стенкам изложницы между ними и поднимающимся металлом остается тонкая (1—3 мм) шлаковая прослойка, что обеспечивает получение очень чистой поверхности слитка. В последующем шлаковая рубашка легко отделяется от затвердевшего слитка. Улучшение поверхности слитка существенно снижает отходы металла при зачистке поверхности слитка и прокатанной заготовки. При разливке под шлаком изложницы обычно не смазывают.
Шлак, заливаемый в изложницу. Шлак выплавляют в специальной шлакоплавильной печи и заливают в изложницу после подъема металла на высоту 150—200 мм; расход шлака составляет 5—10 кг/т стали. Обычно применяют шлаки системы Si02—CaF2—СаО—А12Оэ с высоким содержанием Si02 (30—40 %) и CaF2 (30—45 %). Иногда в состав шлаков вводят Na20, MgO, ТЮ2.
Вследствие сложности и высокой стоимости этот способ применяют лишь при разливке высоколегированных сталей, содержащих легкоокисляющиеся элементы.
Шлак, образуемый экзотермическими смесями и брикетами. Экзотермические смеси вводят в изложницу в бумажных мешках или в виде брикетов до начала разливки; сгорая и расплавляясь они образуют жидкий шлак.
В состав экзотермических смесей входят окисляющиеся компоненты (порошок алюминия, магния, силикокальция, сплава алюминий—магний), окислители (натриевая селитра, марганцевая руда) и наполнители или шлакообразующие (силикатная глыба, плавиковый шпат, печной шлак и др.). Горючие компоненты смеси окисляются за счет кислорода окислителей с выделением тепла, которое обеспечивает шлакообразование. Наполнители обеспечивают получение шлака нужного состава (достаточно легкоплавкого и жидкоподвиж-ного) и, кроме того, замедляют горение смеси. При изготовлении брикетов в смесь добавляют от 3 до 20 % жидкого стекла.
По скорости горения экзотермические смеси разделяют на быстро- и медленносгорающие. Первые содержат магний и селитру и сгорают с образованием шлака в течение 20—40 с; вторые, без магния и селитры, сгорают и расплавляются за время наполнения изложницы на 1/3 высоты и более. Брикеты сгорают полностью лишь в конце наполнения изложницы.
Быстросгорающие смеси используют при сифонной разливке легированных сталей, содержащих легкоокисляющиеся элементы; состав одной из таких смесей, %: порошок сплава алюминий—магний 6, алюминиевый порошок 11, натриевая селитра 10, марганцевая руда 20, плавиковый шпат 23, силикатная глыба (Si02 и Na20) 20, доменный шлак 10. Один из составов медленносгораюших смесей для разливки сверху сталей без легкоокисляюшихся элементов, %: марганцевая руда 15-20, силикатная глыба 10-23, алюминиевый порошок 12—22,
плавиковый шпат 15—20, доменный шлак 15—30. Постоянно разрабатывают новые, более эффективные и дешевые смеси.
Расход смесей и брикетов составляет 2,5—6 кг/т стали. Вследствие дороговизны их используют при разливке легированных и высококачественных сталей; особенно дорогостоящи быстросгорающие смеси.
Разливка под теплоизолирующими смесями и материалами. При разливке углеродистых и низколегированных сталей, не содержащих легкоокисляющихся элементов, применяют более дешевые, чем экзотермические смеси материалы — малотеплопроводные неплавящиеся и частично плавящиеся. К первым относятся диски и плиты, получаемые прессованием из слюды, асбестита, графито-опилочной смеси и др. Диски во время заполнения изложницы плавают на поверхности поднимающегося металла.Более широкое применение нашли частично плавящиеся смеси: зольно-графитовая, перлито-графитовая и вермикулито-графитовая, содержащие 12-30 % графита, а также чистый вермикулит. Зольно-графитовая смесь содержит золу тепловых электростанций, основу которой составляют Si02 и А12Оэ. Вермикулит и перлит — природные минералы; обожженный вермикулит содержит, %: 35—40SiO2; 13—20 А1203; 5-20 Fe203; 15-27 MgO; 0,8-3,5 СаО; состав обожженного перлита, %: 72-76 Si02; 13-15 А1203; 3-9 (K20+ + Na20), остальное оксиды железа и СаО. Смеси или вермикулит загружают на дно несмазанных изложниц в бумажных мешках. При соприкосновении с жидким металлом смесь под-плавляется и образует вязкий шлак, не налипающий на стенки изложницы; верхняя нерасплавившаяся часть смеси выполняет роль теплоизолятора. Графит в смесях предотвращает их спекание и налипание на стенки изложницы. Расход золь-но-графитовой смеси 2—3,5, перлито- и вермикулито-графитовых 1,0-1,5, вермикулита 1,5— 2,5 кг на 1 т стали.
Защита струи металла аргоном. На центровую устанавливают специальное кольцевое устройство, соединяемое с днищем сталеразливочного ковша и охватывающее во время разливки струю металла. В кольцевую полость подают аргон, предохраняющий металл от окисления. Готовая сталь при этом содержит пониженное количество кислорода и неметаллических включений. Из-за сложности способ применяется только при разливке сталей, содержащих легкоокисляющиеся элементы.
Разливка с использованием материалов, создающих в изложнице восстановительную атмосферу. Сюда относят ряд способов, из которых наибольшее применение находят разливка с деревянными рамками и разливка с петролатумом.
Разливка с деревянными рамками. Деревянные рамки или диски опускают в изложницу до начала разливки. В дальнейшем они сгорают, плавая на поверхности поднимающегося металла. Продукты сгорания дерева создают в изложнице восстановительную атмосферу, что способствует получению более чистой поверхности слитка.
Недостаток способа — быстрое сгорание дерева, заканчивающееся раньше окончания заполнения слитка.
Разливка с петролатумом. Петролатум (побочный продукт переработки нефти) загружают в количестве 0,2—1,0 кг/т в несмазанную изложницу до начала разливки, а изложницу плотно закрывают крышкой. При соприкосновении с жидким металлом петролатум частично возгоняется, частично сгорает, что создает в изложнице восстановительную атмосферу и предохраняет металл от окисления. Возгоны осаждаются на стенках изложницы, создавая слой смазки, это обеспечивает улучшение поверхности слитка.
Хорошие результаты получены при совместном использовании петролатума и вермикулита, которые загружают в изложницы до начала разливки.
3. Специальные методы теплоизоляции и обогрева верха слитка
Наряду с применением футерованных прибыльных надставок в сочетании с засыпкой верха слитка теплоизолирующими смесями или люнкеритами используют другие способы снижения величины головной обрези верха слитков спокойной стали.
Применение теплоизоляционных вкладышей. Вкладыши в виде пластин закрепляют у стенок прибыльной надставки или же в верхней части изложницы вдоль ее стенок. В последнем случае изложницы применяют без прибыльных надставок.
Наиболее часто вкладыши изготовляют из песка с добавкой бумаги, отходов целлюлозного производства, глины и ряда связующих, иногда из асбестита со связующми и др. Обычно вкладыши применяют в сочетании с засыпкой верха слитка люнкеритом или экзотермическими смесями.
Благодаря низкой теплопроводности вкладышей охлаждение металла в прибыльной части изложницы происходит медленнее, чем при использовании обычных прибыльных надставок; это уменьшает глубину усадочной раковины в слитке и об-резь металла при прокатке. В последние годы вкладыши применяют все шире, поскольку при относительной дешевизне их использование снижает величину головной обрези на 2—5 %.
Применение экзотермических вкладышей. Вкладыши выполняют из экзотермических смесей в виде пластин. Их укрепляют у стенок верхней части изложницы или в прибыльной надставке; иногда прибыльную надставку обмазывают изнутри экзотермической массой.
Экзотермические смеси, из которых на связке (жидкое стекло) готовят вкладыши, содержат горючее вещество (алюминий), окислитель (окалину) и нейтральные наполнители (шамот, глину, вермикулит). При контакте с горячим металлом алюминий окисляется за счет кислорода окислителя и при этом выделяется тепло. В результате обогрева уменьшается глубина проникновения в слиток усадочной раковины и снижается головная обрезь на 5—8%.
Стоимость экзотермических вкладышей сравнительно высока и их применяют лишь при производстве дорогостоящих высококачественных и легированных сталей.
Электродуговой обогрев. В прибыльную надставку вводят графитовый электрод, устанавливая его над поверхностью металла. Электрод соединяют с одним из концов обмотки питающего трансформатора, другой конец обмотки соединяют с поддоном. После зажигания дуги на поверхность металла в надставке засыпают шлакообразующую смесь (например, из шамота, извести и плавикового шпата). Образующийся шлак повышает устойчивость горения дуги и предохраняет металл от науглероживания материалом электрода. Длительность обогрева слитков от 0,5 до 8 т изменяется в пределах 0,5—2,2 ч. Способ позволяет повысить выход годного на 5—8 % при расходе электроэнергии 15—40 кВт • ч на 1т стали.
Газовый обогрев. После наполнения слитка в прибыльную надставку засыпают шлаковую смесь и над поверхностью металла устанавливают газо-кислородную горелку. Обогрев в течение 15—20 мин за счет сжигания природного или коксового газа в кислороде позволяет повысить выход годного
металла на 6—8 %. Шлак, получающийся при расплавлении шлаковой смеси в надставке, предохраняет металл от окисления.
Электрошлаковая подпитка. Поверхность металла в прибыли покрывают шлаком, состоящим из CaO, CaF2 и А1203, который обладает электропроводностью, и в то же время большим электросопротивлением. В шлак сверху погружают электрод из стали того же состава, что и отливаемый слиток. При прохождении электрического тока от электрода к металлу через шлак, последний сильно нагревается, электрод плавится и капли металла через шлак поступают в головную часть слитка. Таким образом происходит не только обогрев головной части слитка, но и питание усадки слитка металлом плавящегося электрода. Способ позволяет получать слитки без усадочной раковины и увеличить выход годного металла на 15 % и более.
Осуществить газовый и электродуговой обогрев, а также электрошлаковую подпитку в условиях массового производства сложно и затруднительно. Поэтому их чаще применяют при производстве дорогих высоколегированных сталей, когда это оказывается экономически целесообразным.
Дата добавления: 2015-06-22; просмотров: 1587;