7. Разливка стали и получение слитка

После завершения плавки жидкую сталь выливают в ковши и подают на разливку в изложницы или на установки непрерывной разливки стали (УНРС). Схемы разливки приведены на рисунках 2.2.10., 2.2.11., 2.2.12.

Для разливки чаще всего используют стопорные ковши, сварной массивный кожух 1 которых выкладывается огнеупорным шамотным кирпичом 2. Специальный стопор 3, представляющий собой штангу с нанизанными на нее цилиндрами из шамота закрывает отверстие в днище ковша. С помощью рычажной системы 4 стопор можно поднимать вверх, открывая отверстие и давая возможность жидкой стали заполнять литую чугунную изложницу 7. Насадка 6 из теплоизоляционного материала позволяет замедлить охлаждение верхней части слитка, что обеспечивает благоприятные условия питания слитка в процессе его затвердевания и увеличивает его плотность. Глуходонные изложницы применяются, как правило, для крупных слитков массой 10 – 100 тон.

Меньшие по массе слитки получают, используя сифонную схему заполнения изложниц. В этом случае сталь из стопорного ковша поступает в выполненную из керамики литниковую систему 8, обеспечивающую спокойное заполнение изложницы сталью и способствующую задержанию шлака на пути к изложнице. Сифонный метод разливки позволяет одновременно через один стояк 8 заливать несколько изложниц.

В ходе затвердевания слитка в его верхней части образуется усадочная раковина, размер которой меньше, если изложница заливается сверху. Тем не менее, сифонная разливка предпочтительнее, так как в этом случае поверхность слитка чище, а в металле реже встречаются неметаллические шлаковые включения.

Наиболее прогрессивной считается разливка стали на УНРС.

В этом случае сталь из стопорного ковша через промежуточное разливочное устройство 9, обеспечивающее равномерность подачи расплава, поступает в водоохлаждаемый кристаллизатор 10, проходя через который сталь частично затвердевает, образуя корку на поверхности, граничащей со стенками кристаллизатора, и опускается в зону вторичного охлаждения, где опорные ролики 11, повторяющие конфигурацию слитка, снаружи опрыскиваются водой из системы орошения 12.

Ниже опорных располагаются тянущие ролики 13, обеспечивающие равномерность удаления из кристаллизатора слитка 14. Ацетиленокислородные резаки 15 позволяют разрезать непрерывно подаваемый слиток на мерные части, которые поступают на прокатку. Слитки, получаемые на УНРС, не имеют усадочных раковин, более однородны по химическому составу, однако на их поверхности часто образуются трещины, связанные с перепадом температур по сечению и большими усилиями вытяжки слитка из кристаллизатора.

Слитки, получаемые в изложницах, отличаются неравномерностъю структуры и состава по сечению. Схематическое изображение строения слитка спокойной стали, разрезанного вдоль вертикальной оси, показано на рисунке 2.2.13.

Поверхностный слой мелких произвольно ориентированных кристаллов 1 образуется в момент контакта расплавленного металла с холодной стенкой изложницы. Из большого количества мелких кристаллов сохраняют возможности для роста только те из них, продольные оси которых совпадают с направлением теплоотвода, т.е. направлены перпендикулярно стенкам изложниц. Так зарождается и развивается в ходе кристаллизации слой столбчатых кристаллов 2. По мере их роста в расплаве перед фронтом кристаллизации скапливаются примеси, снижающие равновесную температуру кристаллизации, и в момент, когда эта температура становится значительно ниже реально существующей, в расплаве зарождаются кристаллы, не связанные с зоной столбчатых. Они свободно растут во всех направлениях, образуя зону равноосных кристаллов.

Изменяя скорость охлаждения и вводя специальные добавки – модификаторы, можно в широких пределах менять соотношение между протяжностью зон.

Так как плотность стали в твердом состоянии выше, чем в жидком, то по мере продвижения фронта кристаллизации к центру слитка уровень расплава медленно понижается, образуя усадочную раковину 4, которая удаляется вместе с прибыльной частью перед прокаткой слитка.