2.5. Внепечная обработка и разливка стали

2.5.1 Выпуск плавки в литейные ковши

Расплав стали после доводки по температуре и химическому составу выпускают из печи в литейные ковши. В них затем осуществляют дополнительную внепечную обработку, в том числе конечное раскисление стали, продувку инертными газами или вакуумирование.

Сталь в процессе выпуска ее из печи, выдержки в ковше для обработки и транспортировки к месту заливки форм охлаждается. Поэтому при определении температуры ее выпуска из печи надо предусмотреть вышеназванные тепловые потери:

T_ВЫП = Т_ЗАЛ + ΔТ_ПОТ = Т_ЗАЛ + ΔТ_{ПОТ.ВЫП} + ΔТ_{ПОТ.ВЫД}, (2.5.1)

где T_ВЫП – температуры выпуска стали из печи, ºС;

Т_ЗАЛ – температуры разливки стали в литейные формы, ºС;

ΔТ_ПОТ – суммарные потери температуры стали при выпуске и выдержке в ковше, ºС;

ΔТ_{ПОТ.ВЫП} и ΔТ_{ПОТ.ВЫД} - потери температуры стали при выпуске и выдержке в ковше соответственно, ºС.

Потери температуры жидкой стали зависят от многих факторов – вместимости ковша и длительности выдержки в ковше, состояния ковша (новый-старый) и температуры его подогрева. В частности, потери температуры стали при выдержке в ковше равны:

ΔТ_{ПОТ.ВЫД} = V_T,ВЫД ∙ t _ВЫД , (2.5.2)

где V_T,ВЫД - скорость падения температуры при выдержке стали в ковше, ºС/ мин;

t _ВЫД – продоллжительность выдержки, мин.

Влияние некоторых факторов на ΔТ_{ПОТ.ВЫП} и ΔТ_{ПОТ.ВЫД} приведено в табл. 2.5.1.

Таблица 2.5.1 Охлаждение жидкой стали при выпуске в ковш и выдержке в ней расплава

Вместимость ковша, т	Падение температуры при выпуске ΔТпот.к, ºС	Скорость падения температуры VT,ВЫД (ºС/ мин) при выдержке в ковше, мин
		t ВЫД = 5	t ВЫД = 8	t ВЫД = 10	t ВЫД = 15
0,1-0,5	90-100	5,0 – 6,0	3,8 - 4,4	3,5 – 4,0	3,3 – 4,0
1,0	80 - 90
5,0	70-80	4,0 – 5,0	3,1 – 3,8	3,0 – 3,5	3,0 – 3,3
10,0	60-70	3,0 – 4,0	2,5 – 3,1	2,5 – 3,0	2,3 – 2,7
20,0 – 30,0	50-60	2,4 – 3,0	2,0 – 2,5	2,0 – 2,4	2,0 – 2,3
50,0	40-50	2,0 – 2,4	1,7 – 2,1	1,6 – 2,0	1,5 – 2,0

Литейные ковши представляют собой емкости, металлический кожух которых изнутри футерован огнеупорным материалом. Их используют для кратковременного хранения и транспортирования жидкой стали, а также для разливки её в литейные формы.

В сталелитейном производстве применяют ковши вместимостью от 0,5 до 100 т. В условиях производства мелкого и среднего литья, когда стали выплавляют в печах малой и средней вместимости, для выпуска расплава используют поворотные ковши (Рис. 2.5.1). Разливку жидкой стали из таких ковшей осуществляют через сливной носок, регулируя расход металла поворотом ковша вокруг горизонтальной оси. Достоинством этих ковшей является простота конструкции, продолжительный срок службы и малые затраты на обслуживание, а также возможность регулирования расхода металла в широких пределах. Вместе с тем, сливаемая струя мало компактна, что создает возможность развития вторичного окисления расплава. Кроме того, вместе с расплавом возможен слив из ковша шлаковых частиц, которые попадают в полость литейных форм. Во избежание этого используют «чайниковые» ковши, которые имеют перегородки или встроенные керамические трубки, которые позволяют отсечь шлаковые частицы и сливать в первую очередь жидкий металл из нижних уровней ковша.

Рис. 2.5.1 Схема устройства литейных ковшей

а – стопорный; б – чайниковый; в – носковый

В условиях крупного и среднего литья применяют стопорные ковши, которые имеют специальное стопорное устройство для разливки стали через отверстие в днище ковша (Рис. 2.5.2).

Рис. 2.5.2 Разливочный стопорный ковш вместимостью 5 т:

Стопорное устройство включает собственно стопор с пробкой 5 в наконечнике, плотно вмонтированный в футеровку ковша 2 стопорный стакан 6 и механизмы рычажного типа 3 и 4, с помощью которых осуществляют открывание и закрывание отверстия стопорного стакана. Стопор состоит из стального штока, на котором набраны шамотные трубки. Ковши вместимость до 6 т оснащают одним стопором, а более вместительные – двумя стопорами.

Вследствие нижнего выпуска расплава из ковша полностью исключается попадание шлаковых частиц в жидкую сталь. Кроме того, расплав из ковша вытекает в виде компактной струи, поэтому отрицательное воздействие вторичного окисления на качество стали уменьшается.

Расход металла из ковша определяется металло-статическим напором расплава в ковше и площадью поперечного сечения стопорного стакана. Поэтому в начале разливки расход металла всегда выше, чем в конце, что является существенным недостатком стопорных ковшей. Частично расход металла можно регулировать торможением струи стопором. Однако при этом быстро размывается пробка стопора, поэтому этот метод регулирования расхода металла применяют ограничено.

Допустимая кратность открытия и закрытия отверстия стопорного стакана обычно составляет 30-50 и лишь в отдельных случаях составляет 70-120

С увеличением металлоемкости литейной формы применяют более вместительные ковши. При этом размеры отверстий стопорных стаканов также возрастают (Табл. 2.5.1).

Таблица 2.5.2 Рекомендуемые диаметры отверстий стопорных стаканов разливочных ковшей (по Б. Н. Ладыженскому и В. П. Тункову)

Вместимость формы, т	Рекомендуемая вместимость ковша, т	Диаметр отверстия стопорного стакана*, мм
до 0,5	5-10	25-40
0,5-2	10-20	35-50
2-10	20-30	40-60
20-50	50-70	50-70
50-100	70-120	70-80

* Конкретный диаметр отверстия стопорного ковша определяют в пределах стандартного ряда по результатам расчета литниковой системы.

При конвейерном производстве стального литья литейный ковш используют только для приема выпускаемого из печи расплава и транспортировки его до литейного конвейера. Для разливки жидкой стали в литейные формы используют разливочные ковши меньшей вместимости. Перелив расплава из ковша в ковш осуществляют непосредственно у литейного конвейера на специальном стенде.

Стопорные ковши, в отличие от поворотных носковых, требуют более частого ремонта и более затратны в обслуживании. Поэтому ковши большой вместимости вместо стопорных устройств оснащают более надежными шиберными затворами, монтируемых на днище ковша (Рис. 2.5.3). Они состоят из гнездового составного кирпича 1. Внутри него размещен неподвижный стакан с входным каналом для жидкой стали в виде вставки 2. Последний соединен с верхней неподвижной огнеупорной плиты 3, который непосредственно стыкуется с нижней подвижной огнеупорной плитой – шибером 4. Плита-шибер, перемещаясь посредством механизма передвижения 5, открывает и закрывает отверстие для выпуска металла из ковша, который выполнен в стакане-коллекторе 6. Плиты затворов 3 и 4 изготовляют из высокоогнеупорных и высокопрочных материалов (периклаз, корунд, нитрид бора и т.д.).

Рис. 2.5.3. Схема бесстопорного устройства шиберного типа (в закрытом положении).