ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ 4 страница

Многообразные (рис. 182) внутренние трещины образуются в результате совместного воздействия термических напряже­ний в охлаждаемом слитке и механических усилий от опор­ных, тянущих и изгибающих роликов. Распространены

внутренние трещины, перпендикулярные широким граням слитка (4, рис. 182); основной причиной их возникновения считают механическое воздействие роликов на затвердеваю­щую корочку слитка и средством борьбы с ними — правильную настройку роликовой проводки и сохранение постоянства расстояния между роликами. Такие трещины могут также воз­никать из-за термических напряжений при неравномерном вторичном охлаждении (например, при разогреве поверхности после интенсивного охлаждения).

Гнездообразные трещины 4а — скопления мелких, схожих с трещинами типа 4 и располагающихся ближе них к центру слитка образуются при разгибании слитка с жидкой сердце­виной.

Осевые трещины 3 в слябах располагаются по их большой оси в зоне смыкания фронтов кристаллизации. Считают, что эти трещины образуются в результате усадки стали, если она не компенсируется сжимающим усилием опорных роликов; особенно они проявляются при выпучивании широких граней слитка, когда сжимающие усилия явно недостаточны. В слит­ках квадратного сечения, где усадка сконцентрирована в центре слитка, форма осевых трещин иная (рис. 182, 1).

Трещины 6, перпендикулярные узким граням и расположен­ные вблизи от них, возникают при выпучивании широких гра­ней слитка, т.е. при недостаточном поддерживании оболочки слитка опорными устройствами. Диагональные трещины 2 на стыке кристаллов, растущих от двух смежных граней, встре­чаются преимущественно в слитках квадратного сечения при искажении профиля (ромбичности, см. выше) в тупых углах.

Газовые пузыри в корковом слое слитка возникают при недостаточно раскисленном металле, высоком содержании в нем водорода, повышенном содержании влаги в защитной шла­ковой смеси, вводимой в кристаллизатор. Ряд поверхностных дефектов слитка связан с неудовлетворительной организа­цией разливки. Шлаковые включения на поверхности возни­кают при заливке жидким металлом прилипающих к стенкам кристаллизатора частиц шлака или размытых огнеупоров. Ужимины (поперечные углубления на поверхности слитка) возникают в результате резкого изменения напора струи и колебаний уровня металла в кристаллизаторе, при местном размывании корки струей металла и в участках неплотного прилегания корки к стенкам кристаллизатора.

§ 4. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ УНРС

Годовую производительность УНРС с вытягиванием слитка из кристаллизатора (т) при работе методом "плавка на плавку" и с "паузами" определяют соответственно по формулам:

„ _n 1440m „-1440
П-р--------------- an и П = Р----------- an,

"»<м ^{+ f}n 'м + 'п

где Р — масса жидкой стали в ковше, т; п — число рабочих суток УНРС в году; г_м— длительность разливки одного ков­ша, мин; t_n— длительность паузы (подготовки машины к разливке следующей плавки или серии плавок), мин; m — число плавок в серии, отливаемых без перерыва (обычно 8—10); а — выход годных слитков, равный 0,95—0,97 (т.е. 95—97 % от массы жидкой стали).

По нормативам число рабочих суток УНРС в году прини­мается 291 (остальное время — ремонты, замены кристалли­затора и секций вторичного охлаждения, перестройка машины на отливку слитков иного сечения). Величина t_n для двух-ручьевых слябовых УНРС при работе методом "плавка на плавку" принимается равной 160 мин, при работе с паузами 60 мин; для сортовых УНРС, работающих с паузами 45—60 мин. При этом величина t_n должна быть скорректиро­вана с ритмом подачи жидкой стали от печей. Иначе говоря, если длительность г_п не совпадает с ритмом подачи ковшей, к времени г_п надо добавить время ожидания ковша.

Длительность разливки плавки (мин) равна:

f_M = iV(Wvd), где N— число ручьев; F— площадь поперечного сечения отливаемого слитка, м²; v — линейная скорость разливки, м/мин; d — плотность стали, величину которой в подобных расчетах принимают 7,8 т/м³ для спокойной и 7,3 т/м³ для кипящей стали.

Скорость разливки (м/мин) приближенно можно определить

по формуле

v = К(а + Ь)/(аЬ), где а и Ъ — толщина и ширина отливаемого слитка соответ­ственно, м; К — коэффициент, учитывающий марку разливае­мой стали и уровень совершенства конструктивных узлов

УНРС. Величину К при разливке углеродистых сталей обыкно­венного качества и низколегированных конструкционных ста­лей принимают для слябовых и сортовых УНРС соответственно 0,28— 0,30 и 0,14; при разливке углеродистых, легирован­ных конструкционных и высокоуглеродистых сталей соответ­ственно 0,22 и 0,11 м²/мин.

Глава 7. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ СТАЛИ ВЫСОКОГО КАЧЕСТВА. ВНЕПЕЧНАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ

Современная техника предъявляет все более высокие требо­вания к качеству стали. В тех случаях, когда проведение операций, обеспечивающих требуемое качество металла, не­посредственно в самом агрегате связано с потерей его про­изводительности и недостаточно эффективно, операции пере­носят в ковш или во вспомогательную емкость. Проведение технологических операций вне плавильного агрегата называ­ют вторичной металлургией (ковшевой металлургией, внеаг-регатной обработкой, внепечной обработкой, ковшевым рафи­нированием). Основную цель вторичной металлургии можно сформулировать как осуществление ряда технологических операций быстрее и эффективнее по сравнению с решением аналогичных задач в обычных сталеплавильных агрегатах.

В настоящее время методами внепечной металлургии обра­батывают сотни миллионов тонн стали массового назначения, установки для внепечной обработки имеются на всех заводах качественной металлургии. Обработке подвергают металл, выплавленный в мартеновских печах, дуговых электропечах и конвертерах. Быстрое распространение в широких масштабах внепечной обработки объясняется рядом причин:

1. Распространением метода непрерывной разливки стали, который, в свою очередь, для высокопроизводительной рабо­ты установок требует точного (и стандартного от плавки к плавке) регулирования температуры и химического состава металла. В результате практически вся сталь, разливаемая на установках непрерывной разливки, подвергается внепеч­ной обработке.

2. Непрерывно увеличивающиеся масштабы производства сталей ответственного назначения, которые трудно получить при обычной технологии плавки.

3. Возрастающими масштабами производства сталей и сплавов с особо низким содержанием углерода.

4. Повышением требований к качеству рядовых сталей, выплавляемых в конвертерах и мартеновских печах.

5. Определенную роль в распространении новых методов вторичной металлургии играет и то обстоятельство, что эти методы позволяют коренным образом изменять структуру и тип потребляемых ферросплавов и раскислителей в сторону существенного снижения требований к их составу и соот­ветствующего их удешевления. Например, использование ме­тода аргоно-кислородной продувки позволило перерабатывать высокоуглеродистые ферросплавы и отказаться от использо­вания дорогих низкоуглеродистых ферросплавов (см. далее).

6. Наличие в цехе агрегатов, в которых осуществляется внепечная обработка стали, позволяет сократить (или вообще исключить) проведение периода доводки в собственно сталеплавильных агрегатах. Особенно это касается электро­дуговых и мартеновских печей. Соответственно возрастает производительность этих агрегатов, снижается расход огне­упоров, топлива, электроэнергии и т.д.

В результате внедрения методов внепечной обработки в современных электродуговых печах осуществляется только расплавление шихты, а все операции по доводке металла производятся в агрегатах внепечной обработки.

7. Современные методы внепечной обработки позволяют
получать сталь с очень малым ("ультранизким") содержанием
углерода (<0,003%) и азота (<0,003 %). В результате ста­
ло возможным появление нового класса сталей - так называ­
емых /F-сталей (от англ. Interstitial Free Steels). Ввод
в состав этих сталей небольших количеств карбидо- и нит-
ридообразующих элементов (таких как титан, ниобий, бор)
позволяет полностью исключить наличие свободных атомов
внедрения - углерода и азота — в кристаллической решетки
при любых условиях охлаждения после прокатки и термичес­
кой обработки и существенно повышает пластические свойст­
ва, деформируемость и штампуемость сталей.

Уникальные свойства /F-сталей предопределили их быст­рое и повсеместное распространение (особенно - в автомо­билестроении).

В нашей стране производство /F-сталей организует Ново­липецкий металлургический комбинат.

§1. ОБЩИЕ УСЛОВИЯ

Методы внепечной обработки могут быть условно разделены на простые (обработка металла одним способом) и комбини­рованные (обработка металла несколькими способами одно­временно). К простым методам относятся: 1) обработка ме­талла вакуумом; 2) продувка инертным газом; 3) обработка металла синтетическим шлаком в ковше; 4) введение реаген­тов в глубь металла; 5) продувка порошкообразными мате­риалами. Основными недостатками перечисленных простых способов обработки металла являются: 1) необходимость перегрева жидкого металла в плавильном агрегате для ком­пенсации снижения температуры металла при обработке в ковше; 2)ограниченность воздействия на металл (только десульфурация или только дегазация и т.п.). Наилучшие результаты воздействия на качество металла достигаются при использовании комбинированных способов, когда в одном или нескольких, последовательно расположенных агрегатах, осуществляется ряд операций. Для их осуществления оказы­вается необходимым усложнять конструкцию ковша и исполь­зовать более сложное оборудование.

При решении вопроса о выборе необходимого оборудования определяющим является выбор той или иной технологии обра­ботки металла. Несмотря на многоплановость задач, стоящих при решении проблемы повышения качества металла методами вторичной металлургии, используемые при этом технологи­ческие приемы немногочисленны и по существу сводятся к интенсификации следующих процессов:

1. Взаимодействия металла с жидким шлаком или твердыми шлакообразующими материалами (интенсивное перемешивание специальной мешалкой, продувкой газом, вдуванием твердых шлакообразующих материалов непосредственно в массу метал­ла, электромагнитное перемешивание и т.п.).

2. Газовыделения (обработка металла вакуумом или про­дувка инертным газом).

3. Взаимодействия с вводимыми в ванну материалами для раскисления и легирования (подбор комплексных раскисли-телей оптимального состава; введение реагентов в глубь металла в виде порошков, блоков, специальной проволоки; с использованием патронов, выстреливаемых в глубь металла; искусственное перемешивание для улучшения условий удале-

ния продуктов раскисления и т.д.; организация тем или иным способом перемешиивания ванны, интенсификация про­цессов массопереноса — обязательное условие эффективности процесса).

Внепечная обработка металла комбинированными методами может производиться: 1) в обычном сталеразливочном ковше с футеровкой из шамота и с вертикальным стопором; 2) в сталеразливочном ковше с футеровкой из основных высоко­огнеупорных материалов и стопором шиберного типа; 3) в сталеразливочном ковше, снабженном крышкой; 4) в стале­разливочном ковше, оборудованном для вдувания газа или газо-порошковой струи снизу, через смонтированные в днище устройства; 5) в агрегате-ковше с крышкой (сводом), через которую опущены электроды, нагревающие металл в процессе его обработки; 6) в агрегате типа конвертера, с продувкой металла кислородом, аргоном, паром; 7) в агрегате типа конвертера, снабженном оборудованием для вакуумирования расплава и т.д.