Теория и технология разливки сплавов



Теория и технология разливки сплавов

86) Оборудование МНЛЗ и устройство отделений непрерывной разливки стали2

87. Кристаллизатор. Назначение и основные типы кристаллизаторов7

88Основы технологии непрерывной разливки10

89) Зона вторичного охлаждения.19

90) Защита металла от вторичного окисления23

91 Структура, дефекты и качество непрерывного слитка32

92.Оценка качества и характеристика основных дефектов непрерывнолитой заготовки36

93 Влияние технологических факторов и конструктивных параметров установки непрерывного литья на выход годного и качество заготовки.46

94 Технология непрерывной разливки стали58

95 Способы воздействия на качество непрерывнолитой заготовки83

96. Особенности разливки кипящей стали94

97. Специальные способы разливки96

98. Литейно-прокатные агрегаты (ЛПА)99

99 Перспективные на правления развития непрерывной разливки стали.103

100 Разливка ферросплавов109

86) Оборудование МНЛЗ и устройство отделений непрерывной разливки стали

Технологические схемы существующих машин непрерывной разливки стали

1. Машины конвейерного типа состоят из двух бесконечных звеньев, в промежуток между которыми подается жидкий металл. Недостатком такого способа является трудность обеспечения плотного примыкания отдельных звеньев каждой из бесконечной ленты друг к другу. В результате этого металл может заливаться в щели между секциями и образовывать на заготовке вследствие затрудненной усадки поперечные трещины.

2. Машина бесслитковой прокатки, состоящая из двух вращающихся валков. Недостаток – ограниченная толщина прокатываемой заготовки.

3. Машина роторного типа. Этому типу МНЛЗ свойственны недостатки и машины конвейерного типа и машины бесслитковой прокатки.

Достоинства: отсутствие скольжения между телом заготовки и кристаллизатором. Это снижает вероятность разрыва оболочки заготовки и обеспечивает возможность значительного увеличения скорости разливки.

4. Машина вертикального типа характерна следующими особенностями:

5.Машины радиального типа.

В радиальных МНЛЗ слиток после выхода из кристаллизатора продолжает двигаться по дуге круга. Полностью затвердевший слиток выпрямляют в комбинированном тянуще-правильном механизме и режут на заготовки необходимой длины.

6.Машины криволинейного типа.

В таких машинах после участка с постоянным радиусом расположен участок с постоянным выпрямлением.

В этих машинах происходит многостадийная деформация не полностью затвердевшей оболочки. МНЛЗ такого типа имеют, как правило, радиальный кристаллизатор. Особенностью является разгиб заготовки в нескольких точках по переменному радиусу, что позволяет более плавно переводить кристаллизирующуюся заготовку из радиального в горизонтальное положение и тем самым улучшить качество ее за счет ликвидации наружных и внутренних трещин.

Стенд для сталеразливочных ковшей это приспособление, на которое ковши устанавливаются во время разливки и с помощью которого они передаются из рабочего положения в нерабочее.

Наиболее широко распространены стенды поворотного типа, которые состоят из опорных элементов, поворотных частей с приводом подъема ковшей и поворота, а также приспособлений для взвешивания ковшей.

Тележки или подъемно-поворотные столы промежуточных ковшей служат для быстрой замены промежуточных ковшей при разливке металла методом «плавка на плавку».

На МНЛЗ, оборудованных поворотными стендами для сталеразливочных ковшей, применяют самоходные тележки с вертикальным перемещением промежуточных ковшей и весоизмерительными устройствами. Тележки перемещаются по рельсам, установленным между сталеразливочным стендом и кристаллизатором.

Промежуточные ковши служат для стабилизации скорости подачи металла в кристаллизатор и равномерного распределения стали между несколькими кристаллизаторами при разливке на многоручьевых МНЛЗ. В последние годы промежуточные ковши большой емкости используют также как дополнительные агрегаты для внепечной обработки металла с целью перемешивания, дегазации, всплывания неметаллических включений, раскисления, модифицирования, корректировки химического состава металла и др.

МНЛЗ — машина непрерывного литья заготовок. 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 твердую оболочку слитка, сохраняющего жидкую фазу по центральной оси. Поэтому за кристаллизатором располагают зону вторичного охлаждения (ЗВО), 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 создается сильное электромагнитное поле, которое позволяет формировать надлежащую кристаллическую структуру заготовки.

Кристаллизатор – медная полая водоохлаждаемая форма, в которой формируется профиль НЛЗ. Должен обеспечить быстрое формирование достаточно толстой и прочной корки слитка без дефектов. Для обеспечения интенсивного теплоотвода стенки кристаллизаторов делают водоохлаждаемыми, а внутреннюю их часть, соприкасающуюся с жидким металлом, выполняют из высокотеплопроводной меди.

Внутренняя стенка кристаллизатора работает в тяжелых условиях (контакт с высокотемпературным расплавом, истирающее действие слитка, воздействие ферростатического давления и т. д.). С целью повышения температуры разупрочнения медь иногда легируют хромом или серебром, а для повышения износостойкости на рабочую поверхность наносят тонкий слой стойких к истиранию материалов. Во избежание выпадения в каналах нерастворимого осадка вода не должна нагреваться выше 40 °С, а чтобы обеспечить интенсивный теплоотвод, скорость потока воды должна быть равной 5—10 м/с. Расход воды составляет около 90 м3/ч на 1 м периметра полости кристаллизатора.

На МНЛЗ применяют кристаллизаторы трех типов: сборные, блочные и гильзовые. Все они в зависимости от формы технологической оси МНЛЗ могут быть прямолинейными и радиальными. Наиболее широкое распространение получили сборные кристаллизаторы, состоящие из четырех медных рабочих стенок, каждая из которых крепится шпильками к жесткой стальной плите (см. рисунок 30). Рабочие стенки выполняют из толстых (50—70 мм) медных пластин (при малой толщине 10—20 мм происходит их коробление, приводящее к образованию продольных трещин в корке слитка). Стойкость кристаллизаторов (без износостойких покрытий) составляет 100—150 большегрузных плавок.

Характерной особенностью сборного кристаллизатора является возможность изменения ширины отливаемой заготовки. Это достигается перемещением узких стен, вставленных между широкими, с помощью различных механических или электромеханических приводов.

Блочные кристаллизаторы изготавливают из сплошной медной заготовки, гильзовые — из медных цельнотянутых труб. Те и другие используют при отливке слитков небольшого сечения и прямолинейной формы.

Качество слитка в значительной степени определяется прочностью первичной корочки. При слабой корочке возможен ее разрыв в результате трения о стенки кристаллизатора при вытягивании слитка или выпучивание в зоне вторичного охлаждения. Обычно ее толщина на выходе из кристаллизатора составляет 15—25 мм. Увеличение толщины корочки может быть достигнуто уменьшением скорости вытягивания или увеличением высоты кристаллизатора. Однако в первом случае снижается производительность установки, а во втором увеличивается трение между слитком и стенками кристаллизатора, а также возрастает опасность коробления кристаллизатора. В зависимости от сечения заготовки длина кристаллизатора составляет 700—1100 мм. Чтобы слиток более длительное время соприкасался со стенками кристаллизатора, внутренний профиль кристаллизатора иногда выполняют с обратной конусностью (т. е. нижнее сечение несколько меньше верхнего).

Для уменьшения трения (и вторичного окисления в кристаллизаторе) между слитком и стенками кристаллизатора между ними подается смазка в виде разнообразных масел или парафина, либо подаются шлаковые смеси.

Опыт эксплуатации МНЛЗ показали, что в результате прилипания корочки слитка к стенке кристаллизатора, а также вследствие коробления возможно зависание слитка в кристаллизаторе. При этом образуются разрывы корочки, что не только ухудшает поверхность слитка, но и может быть причиной аварии при разливке. Чтобы предотвратить зависание слитка, облегчить попадание смазки между слитком и стенкой кристаллизатора, а главное, обеспечить сваривание (залечивание) разрывов корочки, кристаллизатору сообщается возвратно-поступательное движение с помощью механизма качания кристаллизатора.

Механизм качания кристаллизатора сообщает ему возвратно-поступательное движение с целью предотвращения разрывов и зависания корки слитка на стенках кристаллизатора. Вращаемые электродвигателями эксцентрики или кулачки через систему рычагов обеспечивают качание рамы, на которую устанавливают кристаллизатор.

Скорость перемещения кристаллизатора вверх и вниз изменяется в следующей последовательности: вниз он опускается со скоростью движения слитка, а вверх — с втрое большей скоростью. Амплитуда качания изменяется в пределах от 1 до 40 мм, частота — от 10 до 600 циклов в минуту.

Система смазки кристаллизатора МНЛЗ предназначена для:      1. Обеспечения устойчивой и безаварийной работы оборудования.      2. Точного дозированния подачи рапсового масла (или его заменителей) в кристаллизаторы МНЛЗ с возможностью контроля и оперативной корректировки дозирования.

Состав системы смазки кристаллизатора МНЛЗ:

1. Маслобак с системой подогрева, датчиками уровня и температуры со встроенным заливным фильтром и необходимой запорной арматурой.

2. На боковом кронштейне бака установлены шесть насосов — дозаторов (пять рабочих, один резервный) каждый насос оснащен датчиком давления, всасывающим и нагнетательным клапанами. Управление насосами осуществляется с жидкокристаллического дисплея, встроенного в корпус насоса, или с пульта оператора.

3. Разводка труб. Маслобак и насосы — дозаторы объединены в единую систему при помощи маслопроводов и шаровых кранов. Система поставляется в законченном виде. Для подключения системы необходимы только внешние связи.

4. Питатели дроссельного типа для корректировки расхода масла по периметру кристаллизатора.

5. Шкаф управления системой смазки на баке контроллера SIMATIC S7-330.

Вторичное охлаждение. Основной технологической функцией зоны вторичного охлаждения (ЗВО) является создание оптимальных условий для полного затвердевания отливаемого слитка, обеспечивающих требуемого качества металла. Протяженность жидкой фазы в слитке на современных машинах непрерывной разливки в зависимости от сечения заготовки и скорости литья составляет 15 … 40 м. На всем этом участке одновременно с затвердеванием металла происходит воздействие на него многочисленных силовых факторов: термическое напряжения, зависящие от условий охлаждения; растягивающие напряжения, определяемые трением и усилиями вытягивания; напряжения, возникающие под действием ферростатического давления жидкого расплава, которые вызывают выпучивание корки слитка.

Зону вторичное охлаждение наиболее часто выполняют в виде системы форсунок, подающих на поверхность слитка распыленную воду, и поддерживающих роликов.

Форсунки располагают между опорными роликами или брусьями в один, два или три ряда вдоль направления движения слитка в зависимости от его ширины. При отливке плоских слитков охлаждают широкие грани; у узких граней форсунки устанавливают лишь под кристаллизатором.

Интенсивность охлаждения должна уменьшаться по мере удаления слитка от кристаллизатора. С тем, чтобы обеспечить постепенное снижение расхода воды, зону вторичного охлаждения делят по длине на несколько (до восьми) секций, объединяющих группу форсунок и имеющих самостоятельный подвод воды.

Интенсивность вторичного охлаждения зависит от свойств разливаемой стали (склонности к образованию трещин) и от скорости разливки, при росте которой интенсивность подачи воды увеличивают. Общий расход воды на вторичное охлаждение при разливке спокойной стали составляет 0,4—1,0 м3/т при скорости вытягивания крупных слитков 1,0—1,4 м/мин. Протяженность зоны непосредственного охлаждения водой на слиток может составлять до 10—12 м.

87. Кристаллизатор. Назначение и основные типы кристаллизаторов

В процессе формирования твердой корочки достаточно часто наблюдается явление ее прилипания к поверхности кристаллизатора. В этом случае в ней возникают растягивающие напряжения, которые вызываются вытягиванием заготовки из кристаллизатора. В конечном счете, в твердой корочке могут возникать разрывы, которые затем приводят к прорывам и вытеканию стали под кристаллизатором.

Снижение вероятности прилипания корочки к стенкам кристаллизатора достигается путем придания кристаллизатору возвратно-поступательных движений с определенной частотой и амплитудой [97, 105, 106, 109, 386, 387]. Технология разливки металла с использованием качаний (возвратно-поступательных движений) кристаллизатора предложена З. Юнгхансом (Германия) в начале 30-х годов прошлого столетия. Однако основной эффект от качания кристаллизатора был достигнут только в 50-е годы прошлого века за счет выбора таких параметров осцилляции, при которых в определенные периоды времени кристаллизатор, двигаясь в том же направлении, что и заготовка, обгоняет ее. Этот отрезок времени называется периодом отрицательного раздевания слитка (negativestriptime) или временем опережения. На сегодняшний день наиболее распространенным режимом движения кристаллизатора для сортовых МНЛЗ является синусоидальный.

Механизм качания кристаллизатора сообщает ему возвратно-поступательное движение с целью предотвращения разрывов и зависания корки слитка на стенках кристаллизатора. Вращаемые электродвигателями эксцентрики или кулачки через систему рычагов обеспечивают качание рамы, на которую устанавливают кристаллизатор.Скорость перемещения кристаллизатора вверх и вниз изменяется в следующей последовательности: вниз он опускается со скоростью движения слитка, а вверх — с втрое большей скоростью. Амплитуда качания изменяется в пределах от 1 до 40 мм, частота — от 10 до 600 циклов в минуту.

Известны устройства для генерирования возвратно-поступательных движений, которые с помощью стальных листовых пружин шарнирно присоединены к установленной неподвижно раме. Листовые пружины рассчитаны на долгий срок службы. Как правило, работают такие шарниры из листовых пружин длительное время без ухода. Кристаллизаторы направляются в установленной неподвижно раме двумя листовыми пружинами на сторону. Листовые пружины поддерживают кристаллизатор непрерывной разливки своей пружинящей силой. Эта конструкция образует подвеску без зазора и также не нуждается ни в каких требующих интенсивного ухода опорах. Направление кристаллизатора непрерывного литья по заданной траектории и положению не имеет недостатков. Листовые пружины оказывают, однако, большое влияние на форму возвратно-поступательного движения, так как значения жесткости пружин должны быть очень большими, чтобы выдерживать вес кристаллизатора непрерывной разливки. В простом случае может реализовываться синусоидальная форма возвратно-поступательного движения с частотой внутреннего резонанса системы пружина-масса. Предпочтительным является определенное направление кристаллизатора непрерывной разливки с помощью очень жестких пружин. При изменениях частоты возвратно-поступательного движения или при очень длительном использовании это может привести к большим, при некоторых обстоятельствах больше не управляемым реакциям опор, которые перегрузят систему. Кроме того, такие системы стальных пружин подвержены значительной коррозии, и это имеет решающее значение. До настоящего времени использовались лишь пружины из стали и с различными защищающими от коррозии покрытиями. Покрытие же всегда в механическом отношении более чувствительно, чем материал основы. Применение нержавеющих сталей не приводит, однако, к устранению недостатков. Удовлетворительного объяснения возникающих разрушений до настоящего времени не смогли найти, что не позволяет обеспечить действенные меры для предотвращения отказов.

В основе изобретения лежит задача при исключении описанных недостатков предложить устойчивое в течение длительного времени устройство для генерирования возвратно-поступательного движения с помощью листовых пружин, которое более пригодно для разливки расплавленной стали при соответствующих формах возвратно-поступательного движения в том отношении, что улучшается коррозионная стойкость, длительная прочность и механическая устойчивость по сравнению со стальными пружинами.

Оптимизация величины Подвод металла в кристаллизаторN (время опережения) осуществляется не только из соображений минимизации вероятности прорывов и обрывов заготовки, но и из условия уменьшения глубины проникновения в нее следов качания. При оптимизации параметров качания кристаллизатора с помощью индекса опережения обычно рекомендуется принимать его оптимальное значение на уровне 1,25-1,40. Важным параметром оптимизации закона качания кристаллизатора является глубина проникновения следов качания, которая может колебаться от нескольких десятых долей-миллиметра до 1,5-2,0 мм и более. Это представляется весьма важным фактором уже потому, что в кристаллизаторе корочка является непрочной и достаточно тонкой. Следовательно, следы качания еще больше уменьшают ее прочность, что может приводить к поперечным трещинам и прорывам. Другим важным шагом модификации параметров качания явился переход к синусоидальному закону движения кристаллизатора. Большое значение для уменьшения сил трения, в процессе непрерывной разливки стали имеет технологическая смазка. Смазка снижает усилие сопротивления вытягиванию заготовки в 1,5-2,5 раза. При этом имеет значение метод подвода и равномерность подачи смазки в кристаллизатор. Сила трения также зависит от величины активной поверхности трения, толщины пленки смазки между компонентами трения и от вязкости смазочного материала.

Влияние внешних динамических воздействий на формирование непрерывнолитых заготовок и их применение на МНЛЗ

Для повышения качества металла на всех стадиях формирования непрерывнолитой заготовки применяют дополнительные мероприятия, наиболее эффективными из них являются внешние динамические воздействия. Физическая основа и интенсивность используемых воздействий в зависимости от целей обработки может быть различной.

Степень эффективности обработки с использованием внешних динамических воздействий зависит от достаточно большого числа внешних факторов, к числу которых можно отнести способ наложения воздействия, его интенсивность, место приложения, длительность и пр. Большинство известных методов основаны на принудительном перемешивании жидкой ванны или ее отдельных зон, а также на проявляющихся в большей или меньшей степени эффектах виброимпульсного характера.

В результате принудительного перемешивания металлических расплавов в интервале температур кристаллизации столбчатая дендритная структура переходит в равноосную.

В зависимости от режимов воздействия и способа приложения вибрации возможны следующие основные эффекты в жидкой ванне кристаллизатора: а) стабилизация термоконвекционных течений; б) разрушение термогравитационных потоков вплоть до их полного подавления; в) формирование новых конвективных потоков как во всем, так и в отдельных частях объема жидкой ванны. Анализируя известные практические данные по исследованию эффекта перемешивания жидкости методами вибрационного воздействия, следует отметить, что во всех случаях имеется возможность интенсивного перемешивания локальных объемов жидкости при сравнительно низкой интенсивности перемешивания всего объема в целом. Причем максимальная интенсивность перемешивания наблюдается или у поверхности расплава (при наложении вибрации на расплав вместе с емкостью), или в зоне, непосредственно прилегающей к источнику вибрации.

Возникновение волн на поверхности расплава обычно связывается с проявлением эффекта резонанса: совпадением частоты вынуждающего вибрационного воздействия с какой- либо гармоникой частоты собственных колебаний поверхности жидкости в сосуде. Волны на поверхности способствуют, по меньшей мере, перемешиванию жидкой фазы непрерывнолитой заготовки у зеркала и захвату шлакообразующей смеси в металл. Глубина проникновения перемешивающего эффекта стоячих волн в расплав прямо пропорциональна длине волны (обычно высота слоя вовлекаемой в перемешивание жидкости примерно равна длине стоячей волны). Развитие стоячих волн при высоких энергетических параметрах приводит также к спонтанным всплескам (выбросам) жидкости над поверхностью.

Не менее важным источником возникновения центров кристаллизации в затвердевающем расплаве являются «осколки» матричного сплава, отделившиеся по каким-либо причинам от растущего твердого каркаса. Дополнительно такие частицы могут образовываться в расплаве благодаря следующим динамически развивающимся сопряженным процессам:

механическому разрушению твердой корочки на поверхности расплава при развитии волновых эффектов и процессов;

разрушению вторичных и третичных ветвей дендритов на фронте кристаллизации под действием конвективных потоков и ударных нагрузок;

кавитационному разрушению частиц твердой фазы при схлопывании пузырьков (эффект удара давления).

88Основы технологии непрерывной разливки

Для этого необходимо произвести вначале визуальный осмотр внутренней полости кристаллизатора и при наличии на его стенках остатков шлака, металла, шлаковой смеси произвести их очистку. При этом следует избегать попадания таких остатков на детали роликовой проводки и зоны вторичного охлаждения. Если на рабочей поверхности имеются заусеницы, задиры или царапины, их необходимо зачистить.

Не допускаются к работе кристаллизаторы с покоробленными стенками, с зазорами между плитами выше допустимых, при наличии течи воды в их рабочую полость, засорении каналов для охлаждающей воды, с нарушением конусности рабочего пространства.

После подачи воды в кристаллизатор и проверки отсутствия его подтекания в рабочую полость вводится затравка, предварительно очищенная от продуктов предыдущей плавки. Затравку устанавливают, как правило, несколько выше середины высоты кристаллизатора, соблюдая при этом постоянный зазор между ней и рабочими стенками. Далее производится уплотнение зазора, чаще всего, с помощью асбестовых шнуров. Для ускорения затвердевания первых порций металла на затравку задаётся некоторое количество твёрдого металла с близким к отливаемому химическим составом в виде сечки, пластин, прутков и т. п. Часто для облегчения запуска ручья на затравку задают некоторое количество штатной шлаковой смеси.

После заполнения промежуточного ковша металлом до нужной высоты производят подачу металла в кристаллизатор. При наличии на промежуточном ковше нескольких ручьёв запуск их начинают последовательно с крайних. Это объясняется тем, что в дальних торцах промежуточного ковша металл более холодный, чем в зоне подачи струи. Перепад температуры может достигать 30–40оС. Поэтому, если при запуске открывать вначале центральные ручьи, в промежуточном ковше возникают застойные зоны, температура металла в которых ещё более понизится и вероятность замораживания сталевыпускных отверстий значительно возрастет. В этом случае (на практике) производят прожигание замороженного в отверстиях металла с помощью кислорода, подаваемого через кислородные трубки.

При заполнении кристаллизатора для обеспечения ускоренного затвердевания металла на его поверхность задаются инокуляторы (охладители) в виде металлической сечки. По достижении уровня металла в кристаллизаторе 100–200 мм от его верхнего среза включается механизм движения затравки и ручей считается запущенным.

Затравка отделяется от заготовки по выходе из тянуще-правильных устройств и переводится в резервное положение, а передний конец заготовки отрезается и убирается в металлоотходы.

Скорость разливки в дальнейшем определяется температурой металла в ковше и условиями охлаждения заготовки в ЗВО.

Температурно-скоростной режим разливки

Несоблюдение выбранных для каждой марки стали и сечения отливаемой заготовки оптимальных температурно-скоростных режимов является причиной нарушения качества разлитой стали. В некоторых случаях это может привести к аварийным ситуациям.

Низкая температура разливки способствует образованию ила, поясов, скоплений шлаковых включений, образование настылей в канале коллектора. Высокая же температура металла способствует образованию трещин, повышенному износу огнеупоров в промежуточном ковше, повышенной ликвации примесей.

Колебания температуры подаваемого на разливку металла в обязательном порядке необходимо корректировать соответствующим уменьшением скорости литья.

Качество слитка, полученного при непрерывном литье, во многом определяется характером образования тонкой твердой корочки (оболочки) в пределах кристаллизатора. Значительная часть дефектов непрерывного слитка появляется в кристаллизаторах из-за нерациональных условий теплоотвода. Тепловой режим кристаллизатора следует организовывать таким образом, чтобы на выходе из него твердая оболочка слитка была достаточной по толщине и прочности для предотвращения возможности прорыва металла.

При охлаждении заготовки в ЗВО следует добиваться как можно меньших колебаний температуры ее поверхности, имеющих место при прохождении слитка зон чередования орошения и его отсутствия, поскольку это может привести к образованию подповерхностных сетчатых трещин. Разогрев поверхности непосредственно в ЗВО зачастую приводит к образованию внутренних поперечных трещин. Следует избегать разогрева поверхности слитка к моменту окончания затвердевания, поскольку это может привести к образованию осевых трещин. Температура поверхности слитка в конце зоны затвердевания должна составлять не менее 800С . В работе отмечается, что при температуре поверхности по широкой стороне сляба на участке разгиба 960–1000С повысилось качество металлопродукции.

Показатели теплового режима в ЗВО МНЛЗ можно разделить на две группы. К первой группе относятся показатели требуемого режима охлаждения заготовки – изменение температуры поверхности непрерывнолитой заготовки в ЗВО по технологической оси МНЛЗ и по периметру слитка. Эквивалентной заменой этого показателя служит задание графика изменения плотности потока теплоты вдоль поверхности слитка в ЗВО. Ко второй группе показателей относятся средства осуществления требуемого режима охлаждения заготовки – плотность орошения водой на единицу поверхности слитка в среднем по отдельным секциям ЗВО, распределение охладителя вдоль технологической оси МНЛЗ и по периметру слитка, выбранный тип распыляющих устройств, их характеристики (угол раскрытия, зависимость расхода воды от давления) и способ размещения форсунок в ЗВО.

При выборе температурного режима процесса литья необходимо учитывать величину тепловых потерь на всех этапах от выпуска до разливки в каждом конкретном случае. Общие рекомендации, способствующие уменьшению тепловых потерь, заключаются в следующем:

Время выпуска металла необходимо максимально сокращать.

Потери тепла в сталеразливочном ковше должны быть сведены к минимуму. Это достигается в результате применения мало изношенных ковшей, накрытых огнеупорными крышками.

Нагрев сталеразливочного и промежуточного ковшей перед разливкой позволяет несколько снизить температуру перегрева металла. Нагрев ковшей производится при помощи горелок, электро- и плазменных дуг.

Весьма важным технологическим фактором является управление перегревом стали в промежуточном ковше. В настоящее время это осуществляется, например, путём вдувания стального порошка в струю металла на участке стальковш – промежуточный ковш. Эффективность охлаждения стальным порошком такова, что можно легко обеспечить температуру стали всего на 10С выше температуры ликвидус.

Наиболее широко применяют продувку стали аргоном, используя для этого погружные фурмы, пористые элементы в днище ковша или шиберные затворы специальной конструкции. Во время продувки происходит интенсивное перемешивание и усреднение температуры и химического состава металла в объёме ковша.

Скорость разливки является весьма важным технологическим параметром, от которого зависит качество заготовки, производительность МНЛЗ и другие технико-экономические показатели. Влияние повышения скорости разливки на увеличение количества заготовок с продольными трещинами объясняется тем, что с ростом скорости разливки уменьшается толщина затвердевшей в кристаллизаторе оболочки, растёт неравномерность её толщины, повышаются напряжения в тонких частях оболочки, приводящие к разрыву металла с образованием продольных трещин. С ростом скорости разливки увеличивается и количество заготовок, поражённых паукообразными и сетчатыми трещинами.

При отливке заготовок большого сечения для оптимальной скорости их кристаллизации необходимо:

На зеркале металла наводить слой шлака.

В зоне вторичного охлаждения иметь конструкции, поддерживающие оболочку слитка.

В металле иметь низкое содержание серы, фосфора и водорода.

Разливка стали методом «плавка на плавку»

Одним из основных способов повышения производительности МНЛЗ является уменьшение их простоев и увеличение машинного времени. В связи с этим, большой практический интерес представляют вопросы, связанные с освоением непрерывной разливки методом «плавка на плавку». Наиболее эффективно он используется в цехах, оснащённых кислородными конвертерами и электропечами. Такая технология позволяет увеличить производительность МНЛЗ в 1,5 раза по сравнению с разливкой одиночных плавок без дополнительных капитальных затрат. При этом методе металл предыдущей плавки сливают в промежуточный ковш и производят из него разливку во время смены сталеразливочных ковшей с уменьшенной скоростью разливки. Перед сливом новой плавки в промежуточный ковш в нём остаётся небольшое количество металла.

В настоящее время металл разливают сериями 2–20 плавок и более. Серийная разливка обусловила разработку и внедрение стендов и самоходных тележек на МНЛЗ. Стенды позволяют производить разливку с интервалом между закрытием сталевыпускного отверстия в течение времени 90 с. Перерыв струи в промковше при его замене самоходной тележкой не превышает 120 с. В условиях серийной разливки повышаются требования, предъявленные к работе промковша.

Непрерывнолитые заготовки имеют тогда высокую степень чистоты понеметаллическим включением, когда при полном освобождении ковша от металла при непрерывной разливке подряд нескольких плавок не происходит поступление шлака из сталеразливочного ковша в промежуточный ковш. Кроме того, необходимо, по возможности, разливать сталь в промежуточный ковш без контакта с атмосферой.

В условиях постоянного перемешивания, вызываемого струёй поступающей стали, эмульгированный шлак отделяется от металла в промежуточном ковше очень медленно. Даже тогда, когда в промежуточном ковше наведен синтетический шлак нужного состава, в случае продолжительной разливки в наведенном шлаке может постепенно возрастать активность оксидов железа и марганца. Ситуация также может измениться в случае попадания в промежуточный ковш шлака из сталеразливочного ковша. В результате может наступить момент, кода равновесие реакции [S]+Feж+(СаО)=(СаS)+(FeO) сдвинется в сторону больших концентраций S и шлак в промежуточном ковше станет не поглотителем серы из металла, а источником поступления её в металл.

Защита металла от вторичного окисления

Струя жидкого металла при истечении из сталеразливочного и промежуточного ковшей увлекает за собой газообразную среду. Этот процесс можно описать эмпирической зависимостью:

,

где Qгаз – объём поглощённого газа; Qжид– объём прошедшей через сечение струи жидкости; l – длина участка струи в газообразной среде; d – диаметр струи; – коэффициент, зависящий от физических свойств газообразной среды и конфигурации струи.

Для уменьшения степени увлечения газов струёй следует: уменьшать её длину 1; диаметр струи следует иметь большим, так как увеличение диаметра приводит к уменьшению поверхности соприкосновения струи с воздухом.

Как показали исследования, активность кислорода в стали во время вторичного окисления увеличивается.

В результате взаимодействия струи металла с воздухом в сталь поступает и азот.

Вторичное окисление значительно ухудшает качество металла. Во избежание этого, при разливке на МНЛЗ металл от вторичного окисления защищают смазками, синтетическими шлаками и газом.

Используемые для защиты от вторичного окисления смазки должны быть однородные, стабильные и хорошо смачивать стенку кристаллизатора. В качестве таких смазок применяют твёрдые и жидкие растительные масла: льняное масло, стеарин и др.

Газообразные продукты испарения и сгорания смазки препятствуют подходу к стенкам кристаллизатора плёнки окислов.

Ряд элементов, находящихся в металле (Al, Cr, Ti и др.), имеют большое химическое сродство к кислороду, сильно окисляются, даже если сталь отливать в защитной атмосфере (1–3% О2). Благодаря этому, на поверхности образуется шлаковый слой, чему также способствуют всплывающие на поверхность неметаллические включения.

Использование специального шлака в качестве защитной среды предохраняет металл от окисления, охлаждения и, кроме того, он ассимилирует неметаллические включения, что способствует получению металла, более чистого по включениям.

Шлак должен иметь температуру плавления 1100–1350С, хорошо смачивать неметаллические включения, хорошо адсорбировать их, иметь стабильную вязкость (в пределах обычных колебаний температуры). Шлак для ответственных марок стали часто формируют из таких материалов: силикокальций, натриевая селитра, криолит, окалина, силикатная глыба, борный ангидрид, сода. Расход смеси – около 1 кг/т стали.

При отливке сталей обыкновенного качества низкоуглеродистой (для автолиста), а также с повышенным углеродом (инструментальной, рельсовой и др.) широкое распространение получили смеси из графита и шлаковых компонентов. В этих смесях графит выполняет роль смазки и теплоизолятора, а шлак ассимилирует неметаллические включения. Расход шлака составляет 0,2–0,4 кг/т стали.

Применение графита и смесей на его основе недопустимо при разливке таких сталей: нержавеющих, жаропрочных, низколегированных, трансформаторных из-за возможного их науглероживания.

Как ранее уже было указано, в настоящее время наблюдается переход к использованию гранулированных шлакообразующих смесей. Такая технология даёт возможность стабильно получать заготовки с высоким качеством поверхности, значительно улучшить условия труда (уменьшить количество пыли в 2–4 раза), механизировать подачу смесей в кристаллизатор.

При защите струи с помощью погружного стакана количество включений на единицу поверхности снижается в 2–8 раз, что убедительно показывает предпочтительность применения погружных стаканов по сравнению с другими способами защиты струи.

Наиболее эффективным способом защиты металла от вторичного окисления является разливка стали затопленными струями с покрытием зеркала металла в кристаллизаторе теплоизоляционной шлаковой смесью.

В последние годы получил распространение новый технологический приём – вдувание инертного газа в струю поступающего в кристаллизатор металла. Газ подводится через полый стопор-моноблок в промежуточный ковш или непосредственно в погружной стакан (Рис. 4.7, 4.8). Как в том, так и в другом случае обеспечивается эффективная защита металла от окисления и, кроме того, пузырьки газа, всплывая в кристаллизаторе, уменьшают глубину проникновения струи в слиток. Вдувание аргона через полый стопор в промежуточном ковше предотвращает затягивание стакана при разливке стали с высоким содержанием алюминия, снижает содержание глиноземистых включений в стали. Брак по поверхностным дефектам листов из непрерывнолитых слябов снизился на 70–80%. При таком способе использования нейтрального газа следует строго ограниваться диапазоном его оптимальных расходов. При высоких расходах (порядка 20 л/мин) стойкость погружного стакана, как уже указывалось, возрастает, но при этом за счет бурления мениска металла в кристаллизаторе поверхность стали оголяется и происходит ее вторичное окисление. На практике расход нейтрального газа зависит от сечения заготовки и колеблется в диапазоне 2–6 л/мин.

Растущие требования к качеству заготовок приводят к разработке и усовершенствованию систем подвода металла в кристаллизатор. Используют, например, устройство, в котором струя металла из промежуточного ковша изолируется от окружающей среды поверхностью смесителя. Сбоку через отверстие в стенке смесителя вводят фурму, через которую в процессе разливки струя обдувается газопорошковым потоком. Этот способ позволяет полностью исключить подсос воздуха и значительно повысить качество стали.

Разливка стали под уровень является необходимым условием получения качественных заготовок ещё и потому, что, наряду с защитой металла от окисления, погружной стакан позволяет управлять гидродинамикой потоков в кристаллизаторе.

На заводе в Денене (Франция) при непрерывной разливке блюмов применяют погружные стаканы со специальной «чашей». При работе такого погружного стакана потоки металла проходят через стакан, затем, в результате удара о расположенную ниже торца стакана «чашу», перенаправляются к верхним слоям металла в кристаллизаторе.

Непрерывная разливка стали под давлением

Метод, позволяющий в значительной степени увеличить диаметр металлопровода, по которому металл поступает в кристаллизатор из сталеразливочной ёмкости, и ликвидировать устройство для регулирования расхода металла, состоит в следующем.

Жидкий металл поступает в кристаллизатор через огнеупорный тракт, площадь рабочего сечения которого соизмерима с площадью поперечного сечения отливаемой заготовки. Для предотвращения перелива металла кристаллизатор снабжён крышкой. Между крышкой и зеркалом металла в кристаллизаторе поддерживается слой шлака, который предотвращает сцепление металла с крышкой и служит для смазки стенок кристаллизатора, снижения теплопотерь и ассимиляции неметаллических включений, всплывающих из жидкой лунки слитка. В этом случае на формирующуюся оболочку слитка воздействует дополнительное (по сравнению с обычным процессом) ферростатическое давление, равное высоте металла от его уровня в промежуточном ковше до уровня металла в кристаллизаторе.

Как показали исследования, проведенные на горячей модели, увеличение давления на зеркале металла в кристаллизаторе приводит к увеличению толщины оболочки формирующегося слитка на выходе из кристаллизатора и уменьшает её разнотолщинность за счёт более полного контакта металла со стенками кристаллизатора. При этом эффект воздействия проявляется при избыточном давлении >0,25 кг/см2.

Следующий метод состоит в использовании эжектирующего свойства струи для формирования на ней пограничного газового слоя из инертной атмосферы. Для этого необходимо создать определённые условия, при которых в попутное движение вовлекается не воздух, а инертный газ (например, аргон). Аргон должен подаваться к месту истечения струи распределённым по периметру корня струи с небольшим избыточным давлением, лишь компенсирующим разрежение, возникающее от движения потока более плотной среды в менее плотной. Количество газа, идущего на создание пограничного слоя, определяется энергией струи, то есть зависит от уровня металла в разливочном ковше, диаметра выпускаемого отверстия, длины струи, а также обусловлено и физическими свойствами используемого инертного газа.

При креплении крышки жёстко к промежуточному ковшу объём камеры избыточного давления не зависит от давления в кристаллизаторе.

В этом случае шлакообразующую смесь в камеру избыточного давления также подают с помощью пневмоцилиндра.

Внедрение метода непрерывной разливки стали под давлением позволяет: улучшить качество непрерывнолитых заготовок за счёт снижения содержания неметаллических включений и уменьшения складчатости поверхности; снизить перегрев металла над температурой ликвидус; уменьшить вероятность закупорки рабочего канала металлотракта за счёт использования стаканов с большим диаметром рабочего канала; улучшить экологическую обстановку на рабочей площадке МНЛЗ за счёт локализации газопылевыделений на участке промковш–кристаллизатор.

При разливке стали по такой технологии целесообразно организовать контроль макроструктуры отливаемых заготовок. Использование результатов контроля даёт возможность управлять процессом формирования заготовки с помощью изменения параметров разливки с учётом состояния конструктивных элементов машины.

На заводах качественной металлургии разрабатываются различные конструктивные решения для исключения таких случаев. Так, на заводе «Mannesmannrohren–Werke» в г.Дунсбурге (Германия) разработана конструкция промежуточного ковша с двумя камерами. Одна из камер (Рис. 4.14) предназначена для поступления в неё основной массы (90%) металла из сталеразливочного ковша.

После почти полного опорожнения сталеразливочный ковш передвигают ко второй камере и сливают остальные 10% металла, сюда же попадает во время слива и шлак. Поверхность металла в первой камере остаётся без шлака. В эту камеру переливают металл из следующего ковша при разливке подряд нескольких плавок.

89) Зона вторичного охлаждения.

Обычно, говоря о зоне вторичного охлаждения (ЗВО), подразумевают ту часть МНЛЗ под кристаллизатором, где охлаждение происходит интенсивнее, чем просто при охлаждении на воздухе. Функционально зона вторичного охлаждения является крайне важной с точки зрения качества заготовки. Это, в первую очередь, относится к предотвращению формирования различного рода термических внутренних напряжений в твердом каркасе заготовки. Параметры вторичного охлаждения оказывают влияние на геометрическую форму заготовки и качество макроструктуры.

Система вторичного охлаждения МНЛЗ состоит из опорных элементов, поддерживающих заготовку, устройств, обеспечивающих охлаждение слитка, а также специальных устройств, воздействующих на структуру кристаллизующейся заготовки (электромагнитное воздействие, мягкое обжатие, и т.д.).

Опорные элементы направляют движение заготовки и предотвращают деформацию граней слитка под действием ферростатического давления. Непосредственно под кристаллизатором, где оболочка заготовки имеет небольшую толщину и прочность, ее деформация может приводить к прорывам металла, а в нижних зонах вторичного охлаждения – к образованию трещин и ликвационных полосок вблизи фронта затвердевания. Особые требования предъявляются к поддерживающим устройствам, расположенным непосредственно под кристаллизатором, где оболочка заготовки имеет еще малую толщину и высокую температуру. Наибольшее распространение в настоящее время получили роликовые секции.

На участке загиба и выпрямления непрерывнолитого металла на криволинейных МНЛЗ, кроме выполнения функции поддержания заготовки, на ролики добавляется функция правки заготовки. Известны различные схемы участков выпрямления слябов: со стационарной установкой роликов, с плавающей кассетой поддерживающих роликов, с подпружиненными поддерживающими роликами, с балансирной установкой верхних роликов, с балансирной установкой четырехроликовых блоков и т.п. [355].

Снижение температуры в зоне вторичного охлаждения достигается путем опрыскивания заготовки водой или водовоздушной смесью, отвода тепла к поддерживающим роликам, а также вследствие конвекции и лучеиспускания в окружающую среду.

Интенсивность охлаждения во вторичной зоне должна выбираться таким образом, чтобы температура поверхности заготовки в процессе ее перемещения оставалась постоянной или медленно уменьшалась. Достаточно часто предпочтение отдается варианту, при котором температура поверхности медленно снижается по всей длине ЗВО.

Температура поверхности непрерывнолитой заготовки устанавливается таким образом, что тепловой поток через корку слитка и теплоотвод на поверхности слитка получаются примерно одинаковыми. Повышение интенсивности теплоотвода ограничивается конечным термическим сопротивлением корки заготовки. Интенсивным охлаждением можно снизить температуру поверхности непрерывного слитка, однако, на температурный режим в корке заготовки и на суммарный теплоотвод оно оказывает лишь несущественное влияние. Принято считать, что оптимальной температурой поверхности заготовки в ЗВО является диапазон 1000 – 1100 °С. При этом выбор рационального уровня температур заготовки в ЗВО зависит от ряда факторов, включающих марку стали, метод охлаждения, тип МНЛЗ и пр. Характер отвода тепла в зоне вторичного охлаждения приведен на рис.4.26.

Водовоздушное охлаждение осуществляется мельчайшими частицами воды, которые распыляются воздухом. Вода, распыленная струей воздуха на мельчайшие капли (размер капель 20-150 мкм), образует как бы поток тумана, который по форме представляет собой конус. Распыление воды происходит в основном в результате соударения двух потоков – водяного и воздушного. Распылитель представляет собой как бы две независимые форсунки – для воды и для воздуха,- струи от которых пересекаются. Оба потока выходят из распылителя в направлении поверхности непрерывнолитой заготовки и встречаются один с другим, образуя факел мелкодисперсных капель воды. Воздух при этом способе охлаждения играет двоякую роль: он обеспечивает распыление воды и сообщает каплям необходимую высокую кинетическую энергию. Характер распыления воды определяется расходом и давлением воздуха и поддается регулированию в широком диапазоне параметров.

Высокая эффективность метода водовоздушного охлаждения объясняется тем, что благодаря высокой кинетической энергии с металлом одновременно контактирует большое количество распыленной воды. При одном и том же расходе воды площадь теплообмена между водой и заготовкой увеличивается: с одной стороны, вода мелко распылена и число капель очень велико, а с другой, — эти капли равномерно распределяются по поверхности заготовки, так как факел имеет устойчивую форму конуса. Вода, не испарившаяся при контакте с поверхностью заготовки, падает вниз в виде мелкого дождя, создавая зону охлаждения ближайших участков.

Устойчивое распыление воды на капли по всему факелу значительно улучшает характер охлаждения поверхности заготовки. Сам факел, несмотря на его эффективность, не является столь турбулентным, как струя воды, поэтому охлаждение металла более равномерное, без переохлаждения отдельных участков, как это бывает при охлаждении водяными струями. Кроме того, устойчивый конус факела обеспечивает равномерное распределение воды, что способствует устранению местного переохлаждения и повторного нагрева металла. Угол раскрытия конического факела для каждой форсунки точно известен, и он остается практически постоянным при любом расходе и давлении.

Поддерживающие устройства

В зоне вторичного охлаждения на корочку слитка действует ферростатическое давление столба жидкого металла, в результате чего возможно раздутие (выпучивание) по граням слитка. Для предотвращения этого в зоне вторичного охлаждения устанавливают рамы с поддерживающими роликами (рисунок 32).

В машинах для отливки слитков квадратного или близкого к квадрату прямоугольного сечения опорные устройства расположены со всех четырех сторон слитка; при отливке плоских слитков — вдоль двух широких граней слитка. Для удобства замены при ремонтах группы соседних верхних и нижних роликов объединены в отдельные секции, где в общем каркасе смонтировано от 2 до 7 пар роликов. В связи с тем, что по мере увеличения толщины затвердевающей корки жесткость слитка возрастает, диаметр роликов по мере отдаления от кристаллизатора увеличивается. Так при отливке слитков толщиной 300 мм диаметр роликов от 150—200 мм у кристаллизатора возрастает до 480—600 мм на горизонтальном участке.

Тянуще-выпрямляющая система. На МНЛЗ вертикального типа движение заготовке придают тянущие валки, которые составляют одну или две клети. Тянущая клеть, как правило, состоит из четырех валков. В этих клетях обжатие слитка с жидкой сердцевиной не допускается, поэтому тянущие клети размещают ниже зоны вторичного охлаждения.

На радиальных МНЛЗ тянуще-выпрямляющая система состоит из приводных роликовых проводок.

Затравка – подвижное дно кристаллизатора, необходимое для начала затвердевания заготовки. Головка затравки имеет профиль, который дает возможность захватить и вытянуть за собой твердеющий слиток. Размер головки на 1 – 2,5 мм меньше, чем размеры сечения внутреннего пространства кристаллизатора. Головка затравки соединяется с корпусом, длина которого достаточна для того, чтобы достигать уровня тянущей клети или специальных валков, которые приводят в движение затравку и заготовку.

После прохождения головкой затравки тянущей клети валки захватывают сам слиток. Затравка отделяется от слитка и выводится из зоны тянущих приспособлений.

В зависимости от конструкции МНЛЗ затравка может вводиться в кристаллизатор снизу или сверху.

Устройства для резки заготовки на мерные длины. Для разделения слитка на мерные длины чаще других используют два типа устройств – подвижные машины газовой резки и ножницы.

Наибольшее распространение получили машины газовой резки – приспособления, которые осуществляют порезку заготовки после захвата машиной движущегося слитка в процессе перемещения вместе с ним. Они имеют относительно простую конструкцию, небольшую металлоемкость и обеспечивают возможность быстрой замены вышедших из строя узлов. Существенным их недостатком являются значительные потери металла при резании (1 – 2%), а также большие расходы ацетилена и кислорода.

Для порезки заготовки чаще других используют два типа ножниц – колебательные гидравлические и импульсного (ударного) действия. Колебательные гидравлические ножницы применяют для порезки слябов и сортовых заготовок, импульсные ножницы – для резания сортовых заготовок небольшого сечения.

Оборудование для выдачи заготовок и транспортирования их из зоны МНЛЗ. На вертикальных МНЛЗ, размещаемых в колодцах, используют подъемники различной конструкции, которые поднимают заготовку на уровень пола цеха в горизонтальном положении или положении, приближающемся к вертикальному.

Накриволинейных и горизонтальных МНЛЗ передача литых заготовок после порезки на мерные длины в зоны осмотра и зачистки осуществляется на уровне пола цеха. Для передачи заготовок используют рольганг-тележки, толкатели, рольганги, краны и др.

90) Защита металла от вторичного окисления

Защита металла от вторичного окисления

Струя жидкого металла при истечении из сталеразливочного и промежуточного ковшей увлекает за собой газообразную среду. Этот процесс можно описать эмпирической зависимостью:

,

где Qгаз – объём поглощённого газа; Qжид– объём прошедшей через сечение струи жидкости; l – длина участка струи в газообразной среде; d – диаметр струи; – коэффициент, зависящий от физических свойств газообразной среды и конфигурации струи.

Для уменьшения степени увлечения газов струёй следует: уменьшать её длину 1; диаметр струи следует иметь большим, так как увеличение диаметра приводит к уменьшению поверхности соприкосновения струи с воздухом.

Как показали исследования, активность кислорода в стали во время вторичного окисления увеличивается.

В результате взаимодействия струи металла с воздухом в сталь поступает и азот.

Вторичное окисление значительно ухудшает качество металла. Во избежание этого, при разливке на МНЛЗ металл от вторичного окисления защищают смазками, синтетическими шлаками и газом.

Используемые для защиты от вторичного окисления смазки должны быть однородные, стабильные и хорошо смачивать стенку кристаллизатора. В качестве таких смазок применяют твёрдые и жидкие растительные масла: льняное масло, стеарин и др.

Газообразные продукты испарения и сгорания смазки препятствуют подходу к стенкам кристаллизатора плёнки окислов.

Ряд элементов, находящихся в металле (Al, Cr, Ti и др.), имеют большое химическое сродство к кислороду, сильно окисляются, даже если сталь отливать в защитной атмосфере (1–3% О2). Благодаря этому, на поверхности образуется шлаковый слой, чему также способствуют всплывающие на поверхность неметаллические включения.

Использование специального шлака в качестве защитной среды предохраняет металл от окисления, охлаждения и, кроме того, он ассимилирует неметаллические включения, что способствует получению металла, более чистого по включениям.

Шлак должен иметь температуру плавления 1100–1350С, хорошо смачивать неметаллические включения, хорошо адсорбировать их, иметь стабильную вязкость (в пределах обычных колебаний температуры). Шлак для ответственных марок стали часто формируют из таких материалов: силикокальций, натриевая селитра, криолит, окалина, силикатная глыба, борный ангидрид, сода. Расход смеси – около 1 кг/т стали.

При отливке сталей обыкновенного качества низкоуглеродистой (для автолиста), а также с повышенным углеродом (инструментальной, рельсовой и др.) широкое распространение получили смеси из графита и шлаковых компонентов. В этих смесях графит выполняет роль смазки и теплоизолятора, а шлак ассимилирует неметаллические включения. Расход шлака составляет 0,2–0,4 кг/т стали.

Применение графита и смесей на его основе недопустимо при разливке таких сталей: нержавеющих, жаропрочных, низколегированных, трансформаторных из-за возможного их науглероживания.

Как ранее уже было указано, в настоящее время наблюдается переход к использованию гранулированных шлакообразующих смесей. Такая технология даёт возможность стабильно получать заготовки с высоким качеством поверхности, значительно улучшить условия труда (уменьшить количество пыли в 2–4 раза), механизировать подачу смесей в кристаллизатор.

При защите струи с помощью погружного стакана количество включений на единицу поверхности снижается в 2–8 раз, что убедительно показывает предпочтительность применения погружных стаканов по сравнению с другими способами защиты струи.

Наиболее эффективным способом защиты металла от вторичного окисления является разливка стали затопленными струями с покрытием зеркала металла в кристаллизаторе теплоизоляционной шлаковой смесью.

В последние годы получил распространение новый технологический приём – вдувание инертного газа в струю поступающего в кристаллизатор металла. Газ подводится через полый стопор-моноблок в промежуточный ковш или непосредственно в погружной стакан (Рис. 4.7, 4.8). Как в том, так и в другом случае обеспечивается эффективная защита металла от окисления и, кроме того, пузырьки газа, всплывая в кристаллизаторе, уменьшают глубину проникновения струи в слиток. Вдувание аргона через полый стопор в промежуточном ковше предотвращает затягивание стакана при разливке стали с высоким содержанием алюминия, снижает содержание глиноземистых включений в стали. Брак по поверхностным дефектам листов из непрерывнолитых слябов снизился на 70–80%. При таком способе использования нейтрального газа следует строго ограниваться диапазоном его оптимальных расходов. При высоких расходах (порядка 20 л/мин) стойкость погружного стакана, как уже указывалось, возрастает, но при этом за счет бурления мениска металла в кристаллизаторе поверхность стали оголяется и происходит ее вторичное окисление. На практике расход нейтрального газа зависит от сечения заготовки и колеблется в диапазоне 2–6 л/мин.

Растущие требования к качеству заготовок приводят к разработке и усовершенствованию систем подвода металла в кристаллизатор. Используют, например, устройство, в котором струя металла из промежуточного ковша изолируется от окружающей среды поверхностью смесителя. Сбоку через отверстие в стенке смесителя вводят фурму, через которую в процессе разливки струя обдувается газопорошковым потоком. Этот способ позволяет полностью исключить подсос воздуха и значительно повысить качество стали.

Разливка стали под уровень является необходимым условием получения качественных заготовок ещё и потому, что, наряду с защитой металла от окисления, погружной стакан позволяет управлять гидродинамикой потоков в кристаллизаторе.

На заводе в Денене (Франция) при непрерывной разливке блюмов применяют погружные стаканы со специальной «чашей». При работе такого погружного стакана потоки металла проходят через стакан, затем, в результате удара о расположенную ниже торца стакана «чашу», перенаправляются к верхним слоям металла в кристаллизаторе.

Непрерывная разливка стали под давлением

Метод, позволяющий в значительной степени увеличить диаметр металлопровода, по которому металл поступает в кристаллизатор из сталеразливочной ёмкости, и ликвидировать устройство для регулирования расхода металла, состоит в следующем.

Жидкий металл поступает в кристаллизатор через огнеупорный тракт, площадь рабочего сечения которого соизмерима с площадью поперечного сечения отливаемой заготовки. Для предотвращения перелива металла кристаллизатор снабжён крышкой. Между крышкой и зеркалом металла в кристаллизаторе поддерживается слой шлака, который предотвращает сцепление металла с крышкой и служит для смазки стенок кристаллизатора, снижения теплопотерь и ассимиляции неметаллических включений, всплывающих из жидкой лунки слитка. В этом случае на формирующуюся оболочку слитка воздействует дополнительное (по сравнению с обычным процессом) ферростатическое давление, равное высоте металла от его уровня в промежуточном ковше до уровня металла в кристаллизаторе.

Как показали исследования, проведенные на горячей модели, увеличение давления на зеркале металла в кристаллизаторе приводит к увеличению толщины оболочки формирующегося слитка на выходе из кристаллизатора и уменьшает её разнотолщинность за счёт более полного контакта металла со стенками кристаллизатора. При этом эффект воздействия проявляется при избыточном давлении >0,25 кг/см2.

Для опробования метода в промышленных условиях были разработаны три типа конструкций оснастки.

Следующий метод состоит в использовании эжектирующего свойства струи для формирования на ней пограничного газового слоя из инертной атмосферы. Для этого необходимо создать определённые условия, при которых в попутное движение вовлекается не воздух, а инертный газ (например, аргон). Аргон должен подаваться к месту истечения струи распределённым по периметру корня струи с небольшим избыточным давлением, лишь компенсирующим разрежение, возникающее от движения потока более плотной среды в менее плотной. Количество газа, идущего на создание пограничного слоя, определяется энергией струи, то есть зависит от уровня металла в разливочном ковше, диаметра выпускаемого отверстия, длины струи, а также обусловлено и физическими свойствами используемого инертного газа.

При креплении крышки жёстко к промежуточному ковшу объём камеры избыточного давления не зависит от давления в кристаллизаторе.

В этом случае шлакообразующую смесь в камеру избыточного давления также подают с помощью пневмоцилиндра.

Внедрение метода непрерывной разливки стали под давлением позволяет: улучшить качество непрерывнолитых заготовок за счёт снижения содержания неметаллических включений и уменьшения складчатости поверхности; снизить перегрев металла над температурой ликвидус; уменьшить вероятность закупорки рабочего канала металлотракта за счёт использования стаканов с большим диаметром рабочего канала; улучшить экологическую обстановку на рабочей площадке МНЛЗ за счёт локализации газопылевыделений на участке промковш – кристаллизатор.

При разливке стали по такой технологии целесообразно организовать контроль макроструктуры отливаемых заготовок. Использование результатов контроля даёт возможность управлять процессом формирования заготовки с помощью изменения параметров разливки с учётом состояния конструктивных элементов машины.

На заводах качественной металлургии разрабатываются различные конструктивные решения для исключения таких случаев. Так, на заводе «Mannesmannrohren–Werke» в г.Дунсбурге (Германия) разработана конструкция промежуточного ковша с двумя камерами. Одна из камер (Рис. 4.14) предназначена для поступления в неё основной массы (90%) металла из сталеразливочного ковша.

После почти полного опорожнения сталеразливочный ковш передвигают ко второй камере и сливают остальные 10% металла, сюда же попадает во время слива и шлак. Поверхность металла в первой камере остаётся без шлака. В эту камеру переливают металл из следующего ковша при разливке подряд нескольких плавок.



Страницы: Первая | 1 | 2 | 3 | ... | Вперед → | Последняя | Весь текст




sitemap
sitemap