I лекційний матеріал

1 Способи розливання сталі

Вибір способу розливання металу, його головних параметрів (температура, швидкість надходження у виливницю чи кристалізатор), оптимальних об'ємів та конструкції пристроїв, що приймають метал, впливає на техніко-економічні показники сталеплавильних цехів, насамперед на вихід придатних зливків або заготівок.

Короткочасність процесу розливання, що зумовлюється понижен­ням температури металу, ускладнює завдання збереження високо­якісної сталі, випущеної з сталеплавильних агрегатів, тому необхід­ність дотримання технології розливання та підготовки до неї набуває особливого значення.

Існують два принципово різних способи розливання сталі: у вилив­ниці та на машинах безперервного лиття заготовок (рис. 1.1). Розливання сталі у виливниці може здійснюватися або зверху (рис. 1.2), або си­фоном (рис. 1.3).

Рис. 1.1. Розливання сталі у виливниці

1.1 Розливання сталі у виливниці

Нині значна частина сталі розливається у виливниці зверху. При цьому спостерігаються мінімальні затрати праці та матеріалів, а також низькі втрати металу. Переваги розливання сталі зверху особливо проявляються при відливанні зливків масою 25…40 т. Разом з тим і недоліки цього способу розливання сталі збільшуються одночасно з підвищенням маси зливків.

Рис. 1.2. Схема розливання сталі зверху:

1 - сталерозливний ківш; 2 - виливниця; 3 - піддон.

При виборі способу розливання визначальними є насамперед маса та кількість зливків. Коли потрібно мати багато невеликих злив­ків (десятки, сотні), то краще застосовувати сифонний спосіб розли­вання, а якщо треба виготовляти великі зливки, а кількість їх відносно невелика (кілька десятків), то можна застосовувати обидва способи - сифоном або зверху. Тоді при виборі способу розливання враховують:

- вимоги до якості поверхні та структури зливків, наприклад, круглі зливки для виготовлення суцільнокатаних труб та деяких сортів тонких листів краще одержувати способом сифонного розливання, який забезпечує кращу поверхню зливка (без плен). Якщо небажані навіть окремі грубі неметалічні включення, то краще розливати зверху;

- пропускну здатність відділень розливання та дворів виливниць. Якщо вузьким місцем є розливний проліт, а в підготовчих відділеннях існують резерви, то застосовують сифонне розливання, в крайньому випадку - розливання зверху;

- наявність і потужність засобів зачищення, ад'юстажу. При добре обладнаному ад'юстажі та застосуванні вогневого зачищення зливків і блюмів під час прокатки перевагу віддають розливанню сталі зверху.

Якщо не виникають характерні дефекти розливання, то вихід придатних зливків підвищується при застосуванні більш економічного способу розливання - зверху. Однак кінцевий вибір економічності розливання слід розглядати та оцінювати в масштабах усього підприємства. Наприклад, можливі випадки, коли з урахуванням особливостей умов виробництва більш економічним буде сифонне розливання. Останнім часом, як правило, віддають перевагу розливанню зверху.

Рис. 1.3. Схема розливання сталі сифоном:

1 - сталерозливний ківш; 2 - виливниця; 3 – піддон; 4 - стопор; 5 - центрова; 6 - прибуткова надставка; 7 - сифонний припас.

При розливанні сталі зверху виливниця заповнюється металом безпосередньо з розливного ковша або за допомогою проміжних пристроїв. Це забезпечує скорочення об'єму усадочної раковини внаслідок збереження найбільш гарячого металу у верхніх горизонтах виливниці та можливість доливання нових йо­го порцій.

При розливанні сталі зверху кількість невеликих зливків, що відливаються з одного ковша, обмежена, оскільки багаторазові пе­рекривання шиберних або стопорних затворів знижують їх стійкість. Крім того, збільшується тривалість розливання, знижується тем­пература металу в ковші, підвищується його в'язкість та погіршуються умови витікання металу з сталерозливного стакана (стакан „затягується”), що часто перешкоджає подальшому розливанню сталі.

Основний недолік цього способу розливання - негладка (з пеленами) поверхня зливків, зумовлена тим, що при розливанні сталі струмінь її розбризкується від удару об піддон або дно виливниці. При цьому бризки окислюються і розміщуються на поверхні зливка, утворюючи кірки, що потім відшаровуються. Внаслідок реакції оксидів, що знаходяться в кірках з вуглецем металу, можуть утворитися підкіркові пузирі. Окислені поверхні кірки, потрапляючи в тіло зливка, при прокатці не зварюються і призводять до розриву металу.

Розбризкування металу особливо інтенсивно відбувається на початку його розливання. Пелени на зливку можна усунути або обмежити завдяки заходам, що запобігають розбризкуванню або забезпечують оплавлення (розчинення) на стінках виливниці крапель металу перш ніж вони окисляться.

При розливанні сталі сифоном (див. рис. 1.3) струмінь металу з ковша потрапляє в центрову і по каналах сифонної цегли, що укладена в канавки піддону, надходить у виливниці знизу. Одночасно таким способом з однієї центрової можна заповнити від 1 до 60 виливниць.

Порівняння якості поверхні, показників браку за тріщинами та підкірковими дефектами зливків мартенівської та електротехнічної сталей підтвердило переваги розливання сифоном. Брак за дефектами макроструктури зливків, що розливалися сифоном, приблизно в 2 рази нижчий, ніж зливків, які відливалися зверху. Значні затрати праці на підготовку складів при розливанні сифоном інколи компенсуються зниженням затрат праці на зачищення поверхні зливка. Для відливання зливків масою до 10 т з конструкційної та легованої (нержавіючої, хромистої) сталей доцільно застосовувати розливання сифоном. Заходи, що проводяться для поліпшення якості поверхні зливків, які відливаються зверху (розливання під шлаком), дають змогу значно зменшити кількість дефектів макроструктури.

Якщо метал надходить у виливницю знизу, то це усуває небезпеку розбризкування його струменя та утворення плен на поверхні зливка. Розливання сифоном дає змогу відливати як великі, так і малі зливки при відповідній конструкції піддона без руйнування стопорів.

Для відливання зливків середньої та великої маси застосовують променеві піддони, канали яких розходяться від центрової до кутів або до боків піддона.

У кожному каналі передбачається один (в кінці) або два (в середині та в кінці) вихідні отвори. Сифонна цегла, що викладається під центровою („зірочка”), має отвори в бічних гранях згідно з кількістю основних каналів на піддоні.

Для відливання невеликих злив­ків застосовують піддони з відгалуженнями від основних каналів, розміщених до них під кутом 45⁰ або 90⁰. У кожному з бічних та основних каналів буває кілька вихідних отворів, із яких метал надходить у виливницю.

Використовують різні типи вогнетривів (сифонні припаси):

• ті, що застосовуються для футерування центрової (трубки і лійки);

• ті, що укладають в піддон („зірочка”, проміжна та кінцева цеглини).

Діаметр каналу центрових трубок 70…100 мм, а діаметр каналу з сифонної цегли – 40…50 мм. Для герметичності з'єднання сифонний припас має пази та бортики; воно додатково ущільнюється завдяки обмазуванню бортиків замків вогнетривкою масою при складанні піддона.

Істотним недоліком розливання сифоном є складність підготовки візків з виливницями, додаткові затрати праці, підвищене витрачання вогнетривів, втрати металу, що заповнює ливникову систему, можливість забруднення зливків неметалічними вкрапленнями - пісочинами (продуктами зносу та руйнування сифонного припасу).