книги из ГПНТБ / Строганов, А. И. Производство стали и ферросплавов учебник для металлургических техникумов

20 мм; это соответствует линейной скорости подъема металла в из­ ложнице 0,2—0,6 м/мин.

Стали, содержащие легкоокисляющиеся примеси, например ти­ тан, алюминий и т. д., невозможно разлить с чистым зеркалом металла, как бы ни была высока его температура и как бы быстро не заполняли изложницу. Наличие быстроокисляющихся примесей приводит к образованию корочек из окислов этих примесей в пер­ вый же момент соприкосновения металла с воздухом. Для успеш­ ной борьбы с корочками при разливке таких сталей, кроме повыше­ ния температуры металла и скорости разливки, нужны другие меры, например применение для смазки изложниц петролатума и т. д.

Первые порции металла, попадающие в изложницу, характери­ зуются пониженной температурой и повышенной загрязненностью неметаллическими включениями, поскольку они прошли через хо­ лодную неошлакованную сифонную проводку. Кроме того, первые порции металла входят в изложницу с большими завихрениями. Поэтому низ изложницы необходимо наполнять возможно быстрее, для чего стопор открывается быстро, но плавно, добиваясь при этом йолучения максимально компактной струи. Такое начало разливки легче обеспечить при дистанционном управлении стопором.

Для лучшего формирования усадочной раковины и получения плотной макроструктуры слитка скорость разливки следует снижать после того, как металл зайдет в прибыльную надставку на высоту 90—100 мм. Длительность наполнения прибыльной надставки в за­ висимости от марки стали и массы слитка составляет 50—75% от продолжительности наполнения тела слитка.

Разливка сверху. Пораженность слитков, отливаемых сверху, пленами, заплесками и подкорковыми пузырями зависит от харак­ тера истечения струи, смазки изложницы, скорости разливки и тем­ пературы металла.

При разливке слитков массой до 4—8 т сверху непосредственно из ковша и через промежуточное устройство применяют стаканы с диаметром отверстия 30—60 мм. Для разливки слитков меньшей массы через промежуточную воронку используют стаканы с диаметром отверстия 10—25 мм. При разливке стали непосредственно из стале­ разливочного ковша необходимо добиваться хорошего совпадения осей стопора и изложницы. Расстояние между ковшом и изложни­ цей должно быть минимальным (не более 150 мм). В начале разливки струя металла притормаживается для образования на дне излож­ ницы буферной подушки из жидкого металла. В дальнейшем за­ полнение изложницы ведется полной струей до момента, когда с раз­ ливочной площадки или с борта канавы можно будет наблюдать за поверхностью металла в изложнице. После этого скорость раз­ ливки регулируется по виду поднимающегося в изложнице металла, не допуская обильного образования брызг. Линейная скорость на­ полнения изложницы металлом составляет 0,8—2 м/мин.

В случае разливки через промежуточный ковш открывать сто­ пора можно только после заполнения его металлом из большого ковша на 3/4 высоты. В момент наполнения изложниц нельзя допу­

35 1

скать снижения уровня металла в промежуточном ковше меньше чем на х/з ковша, чтобы не уменьшать напор струи и исключить попадание в изложницу образовавшегося шлака. Прибыльная над­ ставка заполняется медленно, не менее 50% продолжительности на­ полнения тела слитка.

2. РАЗЛИВКА ПОД ЗАЩИТНЫМИ СРЕДАМИ

Во время разливки поверхность струи и поверхность металла, поднимающегося в изложнице, окисляется кислородом воздуха. Для предохранения от окисления металла во время разливки широко применяют защитные среды: нейтральный газ, синтетический шлак, петролатум и т. д.

В качестве нейтрального газа обычно используется аргон. Раз­ ливка стали в атмосфере аргона осуществляется двумя способами. При первом варианте аргоном защищают струю металла от ковша до центровой. Аргон подается через отверстия кольцевой трубы, охватывающей струю. При втором варианте обдувается не только струя, но и создается нейтральная атмосфера в изложнице путем

рый в количестве 0,3—0,5 кг/т забрасывают в бумаге на дно нес­ мазанной изложницы до разливки или в самом ее начале. При раз­ ложении и частичном сгорании петролатума в изложнице создается малоокислительная атмосфера, а стенки изложницы покрываются слоем сажистого углерода. Этот способ разливки за счет повы­ шения качества поверхности слитков позволил на ряде сталей снизить

няет работу крановщиков.

В последнее время широкое распространение получила разливка стали под жидким синтетическим шлаком, наводимым на зеркале металла в изложнице. Это снижает теплопотери с открытой поверх­ ности металла и защищает его от окисления кислородом воздуха. Кроме того, образующаяся между слитком и изложницей шлаковая прослойка толщиной 0,2—3 мм выполняет роль смазки, облегчая свободную усадку слитка и смягчая термический удар металла при

352

соприкосновении с холодной изложницей. Отмеченные особенности обеспечивают получение слитков с хорошей поверхностью: без плен, заворотов и продольных трещин.

Жидкий шлак, содержащий 34—40% CaF2; 35—40% S i0 2; 10— 15% А120 3 и 10—15% СаО, получают в дуговой электропечи из плавикового шпата, извести, шамотного порошка и песка или непо­ средственно на поверхности металла при использовании экзотерми­ ческих смесей или брикетов. Жидкий шлак заливают в изложницы сверху после появления в них первых порций металла, а экзотерми­ ческие смеси в бумажных пакетах и брикеты укладывают на дно изложниц до начала разливки. Расход шлака составляет 4—5 кг, экзотермических смесей 4—4,5 кг и брикетов 3—5 кг на 1 т стали.

Экзотермические смеси и брикеты примерно аналогичны приме­ няемым для подогрева прибыльной части. В качестве горючих ком­ понентов чаще используют порошки алюминия и силикокальция, а роль окислителя выполняет селитра или руда. Наполнителем сме­ сей, обеспечивающих необходимые физико-химические свойства шлака, является плавиковый шпат, силикатная глыба, песок, доло­ мит и др.

Разливка под шлаками из экзотермических смесей и брикетов более проста в организационном отношении и находит поэтому более широкое распространение, чем технология, предусматривающая использование синтетического шлака, приготовленного в специаль­ ных печах.

3. СПОСОБЫ ПОДОГРЕВА ВЕРХА СЛИТКА

При использовании футерованной прибыльной надставки тепло­ отвод через боковые поверхности ее значительно меньше, чем тепло­ отвод через стенки и дно изложницы. Поэтому усадочная раковина сосредоточивается в прибыльной части слитка. При затвердевании жидкая сталь, находящаяся в прибыльной надставке, теряет тепло в трех направлениях: вверх через зеркало металла (15—25%), вниз в тело слитка (3—10%) и через боковую поверхность (70—75%). В настоящее время разработаны различные приемы по снижению теплопотерь через боковую поверхность надставки и зеркало ме­ талла.

Утепление боковой поверхности прибыли. Наиболее широко для футеровки прибыльной надставки используют шамотный кирпич, который имеет достаточную стойкость, но в то же время обладает сравнительно высокой теплопроводностью и теплоемкостью.

Положительные результаты получены при использовании одно­ разовых теплоизоляционных вкладышей плотностью 0,9—1,2 г/см3, изготовленных из смеси состава: 75% песка, 10% отходов бумажной промышленности, 5% огнеупорной глины и 10% сульфатно-спир­ товой барды. Выход годного металла возрастает на 2—5%.

Более высокое увеличение выхода годного металла наблюдается при обогреве боковой поверхности прибыли одноразовыми экзо­ термическими вкладышами и обмазками. Вкладыши готовятся одноили многослойными. Последние состоят обычно из экзотермического

слоя, прилегающего к металлу, и одного-двух наружных тепло­ изоляционных слоев. Экзотермический слой готовят на основе на­ полнителя (шамотный порошок, кварцевый песок и др.), горючих компонентов (алюминий, ферросилиций, силикокальций), окисли­ телей (селитры, окалины, руды и т. д). При сгорании алюминия, кремния и кальция выделяется такое количество тепла, которое не только компенсирует теплопотери металла через боковую по­ верхность, но и нагревает металл в прибыльной части слитка.

Применение экзотермических вкладышей и достаточно хорошее утепление зеркала металла в прибыльной надставке позволяет значительно уменьшить объем прибыли и таким образом на 6 —1 0 % увеличить выход годного металла. Однако в связи со сравнительно высокой стоимостью и высоким удельным расходом (15—25 кг/т) экзотермические вкладыши экономически целесообразно применять только при разливке высоколегированных сталей и сплавов.

Утепление верха прибыли. Широкое распространение в практике производства качественной и высококачественной стали нашли для утепления верха слитка люнкеритные смеси, составленные из алю­ миния, 45%-ного ферросилиция, древесного угля, коксика, шамот­ ного порошка и боксита. Расход люнкерита составляет 1,5—3,0 кг/т стали.

В последние годы все более широкое распространение для этих же целей находят экзотермические смеси, по составу близкие к экзо­ термическим вкладышам и обмазкам, однако содержащим, как пра­ вило, меньше наполнителя.

Присадка экзотермической смеси на поверхности металла про­ изводится при наполнении прибыли на Va—2/з ее высоты. При сго­ рании смеси в количестве 1 кг/т температура металла в прибыли слитка массой около 1 т возрастает на 15—20° С, что улучшает условия питания слитка. Следует иметь в виду, что из-за быстрого сгорания смеси значительная часть выделяющегося тепла теряется бесполезно. Поэтому целесообразно экзотермическую смесь покры­ вать слоем теплоизоляционной засыпки. В качестве последней исполь­ зуется люнкерит (1—1,5 кг/т), шамотный порошок, песок и т. д.

Использование экзотермических смесей дает особенно ощутимые результаты при одновременном обогреве боковых поверхностей при­ быльной части слитка экзотермическими обмазками и вкладышами. При выборе способа использования экзотермических смесей (для засыпки или изготовления вкладышей) необходимо иметь в виду, что коэффициент полезного действия экзотермических смесей при засыпке их сверху составляет всего лишь 1 0 %, а при нанесении их на боковую поверхность надставки 45—50%.

При отливке слитков некоторых сталей по экономическим со­ ображениям достаточно использовать теплоизолирующие засыпки, например шамотный порошок. Особенно хорошими теплоизолирую­ щими свойствами обладает вермикулит, представляющий собой про­ дукт вторичных изменений темных слюд. При нагревании из верми­

354

В жидком состоянии металл в прибыльной надставке можно поддерживать длительное время, вплоть до затвердевания тела слитка путем специальных способов обогрева: электродугового, индукционного и газокислородного. Однако они не нашли широкого распространения из-за своей сложности.

4. НЕПРЕРЫВНОЕ ЛИТЬЕ СТАЛИ

Машины непрерывного литьястали в заготовки (МНЛЗ). Идея непре­ рывной разливки стали возникла в прошлом столетии. Однако прак­ тическое применение этот способ нашел только в последние 25—30 лет. В настоящее время по способу формирования заготовки МНЛЗ

Рис. 98. Установки непрерывной разливки стали:

а — вертикальная; б — с изгибом слитка; в — ради­ альная; 1 — сталеразливочный ковш; 2 — промежуточ­ ный ковш; 3 — кристаллизатор; 4 — зона вторичного охлаждения; 5 — тянущие валки; 6 — автоматический резак; 7 — рольганг; 8 — подъемник; 9 — изгибающий

механизм

делятся на три типа, схематически изображенные на рис. 98: верти­ кальная — а, с изгибом слитка б и радиальная в. На всех типах МНЛЗ металл из сталеразливочного ковша поступает в промежуточ­ ный ковш, откуда в медный водоохлаждаемый кристаллизатор.

В машине вертикального типа кристаллизатор вибрирует, совершая поступательно-возвратные движения. Вниз кристаллиза­ тор опускается со скоростью, равной линейной скорости разливки, что обеспечивает образование достаточно толстой корочки без над­ рывов. Движение вверх совершается с большей скоростью. К этому моменту корочка в нижних зонах заготовки оказывается достаточно прочной, а в верхней, если она и рвется, то заливается жидким

металлом. Перед началом разливки в кристаллизатор вводят затравку того же сечения и размера, что и сечение кристаллизатора. Верхний торец такой затравки служит дном кристаллизатора в первый момент литья.

Из кристаллизатора заготовка поступает в зону водяного ох­ лаждения, где для более равномерного охлаждения вода поступает на валки, прилегающие к поверхности заготовки. Заготовка вытяги­ вается тянущими валками. В радиальной установке кристаллиза­ тор и зона охлаждения изогнуты, что обеспечивает уменьшение об­ щей высоты установки. В МНЛЗ с изгибом заготовка после тянущих валков изгибается валками. На всех установках заготовка разре­ зается на заданную длину автоматическим резаком. В установке вертикального типа заготовки на уровень пола цеха выдают подъем­ никами, а в двух других типах машин заготовки подаются непо­ средственно на рольганги.

Вертикальная МНЛЗ в наибольшей степени обеспечивает опти­ мальные условия кристаллизации и вытягивания слитка. Однако подобная установка требует значительной высоты несущих конструк­ ций при расположении ее на уровне пола цеха или же большого заглубления при ее размещении в разливочном пролете сталепла­ вильного цеха (глубина 16—20 м). Поэтому в последнее время начи­ нают находить применение МНЛЗ с изгибом слитка и радиальные, лишенные указанного недостатка.

Если в МНЛЗ вертикального типа не предусмотрен порез за­ готовки, то на ней можно разлить только часть металла из ковша. Такая установка называется полунепрерывной.

Технология непрерывной разливки стали. Разливку стали на МНЛЗ начинают с наполнения промежуточного ковша металлом на 2/ 3 его высоты. Температура металла при непрерывной разливке на 30° С выше, чем при сифонной разливке. Скорость вытягивания слитка, а следовательно, и скорость разливки уменьшается с повы­

Для получения качественного слитка важно поддерживать по­ стоянный уровень металла в кристаллизаторе, обычно на расстоя­ нии 100—150 мм от верхнего торца его. Для контроля уровня ме­ талла широко используются радиоактивные изотопы.

В процессе разливки с поверхности металла удаляют шлак по мере его появления, так как его попадание в корочку слитка может привести к прорыву металла. Для защиты металла от окисления иногда на зеркало металла в кристаллизаторе подают инертный газ. G момента начала разливки на стенки кристаллизатора автомати­ чески подается смазка: парафин, сурепное и другие виды масла.

356

Технико-экономические показатели МНЛЗ. Внедрение непрерыв­ ного литья для отливки сортовых и листовых заготовок имеет сле­ дующие технико-экономические преимущества по сравнению с про­ изводством заготовок из слитков:

1.Значительно сокращается расход металла на 1 т готовой про­ дукции: с 1,10—1,25 т/т до 1,03—1,05 т/т в результате уменьшения отходов от донной и головной части слитка.

2.Улучшаются условия труда в разливочном пролете, поскольку устраняются тяжелые работы по подготовке изложниц к разливке, раздеванию слитков и т. д. Процесс подготовки и разливки металла на МНЛЗ механизирован и в значительной степени автоматизирован вплоть до резки и уборки заготовок.

3. Уменьшаются капитальные и эксплуатационные затраты

всвязи с ликвидацией обжимных станов.

4.Механизация и автоматизация процесса на МНЛЗ обеспечи­ вают постоянство условий производства и повышение производи­ тельности труда примерно на 20—25% по сравнению с цехами, где разливка стали осуществляется по изложницам.

5.ВАКУУМНАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ

Впроцессе выдержки жидкой стали в вакууме протекает ряд физико-химических процессов, обеспечивающих заметное улучше­ ние качества готовой стали. Ведущими процессами являются про­ цессы раскисления металла углеродом и дегазации. Реакция окис­ ления углерода, описываемая уравнением [С] + [О] = COf, в ва­ кууме протекает более успешно, так как давление СО резко сни­ жается, что и вызывает, согласно правилу Ле-Шателье, сдвиг ре­ акции влево. Расчеты показывают, что при давлении СО, равном 0,01 МН/м2 (0,1 ат), и содержании углерода около 0,2% его раскислительная способность становится равной раскислительной способ­ ности алюминия, а при давлении 1 -10_ 3 МН/м2 (0,01 ат) значительно ее превосходит. Это обстоятельство обеспечивает возможность полу­ чения хорошо раскисленной стали без присадки или с уменьшенными присадками сильных раскислителей (алюминия, кремния и т. д.), являющихся источником неметаллических включений.

Одновременно в условиях глубокого вакуума восстанавливается часть включений, присутствующих в металле, что также приводит к очищению металла. С понижением давления водорода и азота сни­ жается их содержание в металле. Однако интенсивно газы могут выделяться из металла только при его интенсивном перемешивании пузырями окиси углерода или с помощью установки электромагнит­ ного перемешивания. Таким образом следует обрабатывать нерас-

стоящему времени насчитывается около 30 способов внепечного ва­ куумирования жидкой стали. Схема основных способов приведена на рис. 99. Все они могут быть разделены на четыре группы: вакууми­

3 5 7

рование ковше, струе и порционное и циркуляционное вакууми­ рование.

Наиболее простой вариант обработки стали в ковше — помещение его в вакуум-камеру. Однако для получения заметных результатов в этом случае металл должен быть нераскисленным, присадка рас-

Рис. 99. Схемы вакуумной обработки стали (стрелка к вакуумным насосам):

(рис. 99, а). Для улучшения перемешивания металла в камере иногда монтируется установка магнитного перемешивания (рис. 99, б).

Процесс дегазации металла протекает лучше, если вакуумируют струю металла. Поэтому иногда прибегают к переливанию металла из ковша в ковш (рис. 99, в). В этом случае необходим более зна­ чительный перегрев металла. Лучшие результаты получаются при обработке металла во время выпуска из печи (рис. 99, г). Для этой цели на ковш устанавливают крышку с промежуточным ковшом,

358

к которой присоединены вакуумные насосы. Струя металла подвер­ гается вакуумированию в процессе заполнения ковша.

При отливке крупных слитков иногда прибегают к постановке изложницы в вакуум-камеру (рис. 99, д). Струя металла обрабаты­ вается во время разливки. Несколько лучшие результаты полу­

При порционном вакуумировании в ковш опускают вакуумкамеру с заборным носком (рис. 99, ж). В камере периодически соз­ дается вакуум, и металл засасывается в нее порциями и вакуумируется. Камера подогревается, что компенсирует теплопотери ме­ талла во время обработки. В варианте, изображенном на рис. 99, з, в ковш опускают камеру с двумя футерованными трубами. К од­ ной из труб подведен аргон. Струя аргона эжектирует металл в ка­ меру, где создано разрежение. Лучшие результаты получаются при вакуумировании в струе, хотя в ряде случаев эти установки и более сложные.

Вакуумная обработка металла позволяет улучшить качество стали, повысить выход годного, увеличить производительность сталеплавильного агрегата, расширить сортамент выплавляемых марок стали и т. д.

6 . ОБРАБОТКА СТАЛИ АРГОНОМ

В последние годы на отечественных и зарубежных заводах широ­ кое применение находит продувка металла в ковше аргоном. Ар­ гон вводится через пористую огнеупорную, например магнезитовую или корундовую вставку с размером пор от 0,1 до 0,5 мм. Продол­ жительность продувки металла аргоном в ковше составляет 5— 15 мин при давлении аргона 0,25—0,6 МН/м2 (2,5— 6 ат) и расходе 0,1— 0,5 м3/т.

По данным Челябинского металлургического завода, где обра­ ботке аргоном подвергали шарикоподшипниковую сталь ШХ15

в1 0 0 -т ковшах при одновременной обработке ее во время выпуска

синтетическим шлаком, содержание серы в готовом металле снижа­ лось на 20—30% против плавок, обработанных только синтетиче­ ским шлаком, а содержание кислорода уменьшалось в среднем более чем в два раза; одновременно примерно в семь раз уменьшалось количество крупных глобулярных включений. Однако степень де­ газации металла при, продувке аргоном заметно ниже, чем при ва­ куумной обработке металла. В металле параллельно проведенных плавок на этом же заводе с обработкой его вакуумом при переливе содержание водорода снижалось на 42—58% и составляло 2,3— 2,8 см3/100 г, а при продувке аргоном — всего только на 22—24%.

Учитывая относительную простоту продувки металла в ковше аргоном по сравнению с обработкой ее под вакуумом, следует при­ знать в целом этот способ весьма перспективным для улучшения качества металла, хотя и несколько уступающий по результатам де­ газации порционному и циркуляционному способам вакуумирова­ ния.

359

7. ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАЗЛИВКЕ СТАЛИ

До выпуска необходимо проверить, есть ли под желобом стале­ разливочный ковш и хорошо ли он просушен. Далее нужно прокон­ тролировать правильность ношения спецодежды и других предо­ хранительных средств обслуживающим персоналом, есть ли люди под печью, наличие подготовленных изложниц и т. д. Следует также осмотреть механизм наклона печи и убедиться в отсутствии посторон­ них предметов, которые могут помешать наклону печи. Рабочий, пробивающий отверстие, должен находиться сбоку, а не в желобе или на его бортах.

При транспортировке наполненного металлом ковша от печи к изложницам трасса должна быть свободна и на ней должны быть прекращены все работы. Во время разливки на площадке не должно быть лиц, не имеющих прямого отношения к разливке. Условия труда на разливке значительно улучшаются при дистанционном управлении стопорами. Поэтому ковши необходимо по возможности оборудовать механизмами дистанционного управления.

Для улучшения условий труда сталеразливочная канава и пло­ щадка оборудованы приточной вентиляцией. Во время взятия проб стопор должен быть прикрыт, что уменьшает разбрызгивание ме­ талла. После разливки шлак из сталеразливочного ковша сли­ вается в сухую шлаковню. Перед сливом шлака необходимо убедиться в отсутствии в шлаковне влаги. Разливщики должны быть одеты в спецодежду из брезента или сукна, иметь защитные очки, густые металлические сетки и суконные или кожаные рукавицы. Рубахи

ибрюки необходимо одевать на выпуск. При разливке возможны следующие аварии: некрытие стопора, прорыв сифонной проводки

исочленения между надставкой и изложницей. В случае некрытая стопора металл необходимо разлить по изложницам полной струей сверху. Особенно опасным моментом при этом является перевоз ковща с одной изложницы на другую.

При прорыве сифонной проводки, не прекращая, а только умень­

шая скорость разливки, необходимо постараться ликвидировать прорыв либо забрасыванием в место прорыва сухого половья, либо замораживая металл стержнями.

8 . ДЕФЕКТЫ СЛИТКОВ

Усадочная раковина. Большая группа дефектов, обнаруживае­ мых в слитке, вызывается усадочными явлениями. Усадочные де­ фекты возникают вследствие уменьшения объема стали при затвер­ девании и последующем охлаждении. Особое место среди дефектов этой группы занимает усадочная раковина, наличие которой яв­ ляется характерной особенностью слитка спокойной стали. Умень­

360