книги из ГПНТБ / Каблуковский А.Ф. Перспективы развития электрометаллургии

упорными материалами. Для снижения теплоемкости футеровки прибыльные надставки подогревают перед разливкой до 200— 300°. Значительное снижение объема усадочной раковины и ве­ са прибыли дает использование вместо шамота легко поддаю­ щихся формовке высокоэкзотермических составов из алюминие­

вого порошка и огнеупорного наполнителя, образующих после

разливки и выгорания алюминия высоконагретый пористый огне­ упорный черепок [33]. В этом случае тепло металла прибыли на нагрев футеровки вообще не расходуется или расходуется не­ значительно. Применение указанных высокоэффективных над­ ставок экономически целесообразно при разливке высоколеги­

рованной дорогостоящей стали, так как только в этом случае повышение выхода годного полностью окупает затраты на из­

готовление надставок.

Для утепления жидкой стали в прибылях слитков приме­ няют термитные и люнкеритные смеси и брикеты. При сопри­

косновении с жидким металлом термитные или люнкеритные ма­ териалы быстро или медленно сгорают и тем самым удлиняют процесс кристаллизации прибыли.

Термиты и люнкериты применяют как в виде сыпучих мате­ риалов, так и в виде формованных брикетов. Состав утепляющих смесей разнообразен.

При разливке инструментальной быстрорежущей стали Р-9, Р-18 применяют термитную смесь из алюминия (25%) и молотой железной окалины (75%). После сгорания термита прибыли за­ сыпают белым шлаком.

Применяемый при разливке легированной стали люнкерит состоит из алюминиевого порошка (28%), 45%-кого ферросили­ ция (5%), шамотового порошка (30%), древесного угля (25%).

прокаленного боксита (12%).

Для уменьшения веса прибыли слитков на 1,5—3% против обычного успешно применяют безжелезистый термит следую­

тщательно просушивают, измельчают под бегунами до частиц размером не более 2 мм, просеивают и хранят в отдельных за­ крытых закромах. Норма расхода люнкерита устанавливается в зависимости от развеса слитков и составляет 1,6—3 кг на тон­ ну стали.

Для сокращения потерь тепла и уменьшения глубины зале­

гания усадочной раковины верх слитков утепляют специальными теплоизолирующими крышками (брикетами) одноразового дей­ ствия, укладываемыми в надставку непосредственно на зеркало металла после сгорания термитной смеси (1 кг/т).

Легковесные брикеты изготовляют из древесных опилок (50—60%), молотого шамота (20—25%) и глины (20—25%).

85

Применение брикетов уменьшает расход металла на прибыль

на 1,5—2% против обычного.

Проблема повышения выхода годного из слитка давно привле­

кала внимание русских и зарубежных металлургов. Опыты, про­ веденные в России И. Г. Славяновым, позволили ему опублико­

вать в 1890 г. предложение поддерживать головную часть слитка, в жидком состоянии путем обогрева ее электрической дугой. Идея обогрева жидкого металла в прибыли электрической ду­ гой [34], индукционными токами [35] и пламенем газовой горел­ ки [36] нашла широкое практическое применение в сталеплавильном производстве.

На рис. 34 показана действующая установка для обогрева

Рис. 34. Установка для обогрева прибыльной части слитков электрической

дугой:

а — электрод; б — редуктор; в — мотор 0,25 кет; г — трансформатор тока; б —шина

Для замыкания цепи и лучшей проводимости одну из шин трансформатора подключают к медному листу, уложенному

под строганые чугунные плиты разливочной канавы. Вторую ши­ ну соединяют гибкими кабелями с телескопическими стойками

36

электрододержателей. Применяют графитированные электроды диаметром 75 мм.

Стабильное горение электрических дуг между электродами и металлом поддерживают электромашинными автоматическими регуляторами. Вертикальное перемещение каждого электрода со скоростью 1 м/мин осуществляют механизмом из мотора и ре­ дуктора с цилиндрической и червячной передачами.

Перед началом обогрева поддоны тщательно очищают от скрапа и мусора. Изложницы устанавливают в канаве в один ряд так, чтобы рабочее положение каждого электрода совпадало с осевой линией изложницы. Надставки применяют укороченные

3 / 4

Рис. 35. Схема и последовательность электродугового обогрева слитков:

1 — нерасплавленный шлак; 2 — жидкий шлак; 3 — электрод; 4 — футерованная над­

с набивной футеровкой из молотого магнезитохромита (85%) и огнеупорной глины (15%).

Для образования шлака во время обогрева применяют смесь

из извести (65%), магнезита (20%) и плавикового шпата (15%).

Первую порцию шлаковой смеси засыпают в надставку после за­ жигания дуги. Средний расход смеси 3—5 кг/т. Стоимость всей установки составляет 330 тыс. руб. Схема и последовательность

электродугового обогрева слитков показаны на рис. 35.

Продолжительность обогрева зависит от силы тока, напря­ жения и веса слитка. Для получения минимальной усадочной ра­ ковины слиток весом 500 кг обогревают 5 мин. при мощности

24 ква, силе тока 800 а и напряжении 30 в и 15 мин. при мощ­ ности 15 ква, силе тока 400 а и напряжении 38 в. Расход электро­

энергии на обогрев слитков составляет в среднем 15—20 квт-ч/т.

Применение электродугового обогрева головной части слитка уменьшает вес прибыли с 14—18% до 7—10%.

По сообщению С. П. Вакуленко [35], при разливке слитков

весом 2,6—3,5 т сифоном применяют обогрев прибылей индук­

ционными токами. Форма прибыльной надставки обеспечивает полное питание слитка металлом в процессе затвердевания. Электрическая схема установки индукционного обогрева при-

87

•былей слитков напоминает схему индукционных бессердечниковых печей средней и большой емкости. Питание индукторов осу­ ществляют от генератора повышенной частоты.

Расход электроэнергии на обогрев слитков составляет

14—18 квт-ч1т. Эксплуатация промышленной установки индук­

ционного обогрева прибылей показала возможность уменьшения головной обрези слитков высококачественной стали с 1S—18 до

.5-9%.

На некоторых заводах прибыльную часть слитков обогрева­ ют пламенем газовых горелок.

Установка для газового обогрева жидкого металла в прибы­ лях слитков состоит из ряда Г-образных телескопических стоек, к которым шарнирно крепятся газовые водоохлаждаемые тру­

бы с горелками на концах. Кислород и горючий газ поступают в охлаждаемую водой камеру смешения раздельно. Горелки дают

•факел длиной около 75 мм, стойкость их превышает 100 плавок. Применение газового обогрева прибыльной части слитка с

помощью горелки, разработанной на КМК, позволяет увеличить выход годной стали в заготовках на 5—7% в результате умень­ шения головной обрези.

Дополнительные расходы на газовый обогрев прибыльной части 6,5-т слитков нержавеющей стали 1Х18Н9Т примерно в

13 раз меньше экономии, полученной от сокращения головной

.обрези на 6%.

2. ИЗМЕНЕНИЕ ФОРМЫ ИЗЛОЖНИЦ И СЛИТКОВ

При хорошем утеплении прибыли слитка легированной стали лодусадочная рыхлость или пористость отсутствует. После уса­ дочной раковины значительную часть осевой зоны слитка зани­ мает «мост» наиболее плотного и здорового металла. Зона наи­ более плотного металла в верхней части слитка кристаллизует­

ся в последнюю очередь и на ней наиболее полно отражается влияние утепления прибыльной части слитка в отношении ком­ пенсации жидким металлом усадочных макро- и микропустот.

Средняя осевая часть слитка в большей или меньшей степени по­ ражена пористостью усадочного характера.

Образование осевой пористости определяется условиями крис­ таллизации последних порций жидкого металла. При затверде­ вании слитка пространство между соприкасающимися кристал­

лами может остаться незаполненным маточным раствором, в ре­ зультате чего в слитке возникают пустоты или поры. Величина и протяженность осевой пористости слитка зависят от марки ста­

ли, формы и размеров отливки, толщины стенок изложницы и

условий кристаллизации.

Наиболее грубая осевая пористость слитка наблюдается в вы­ сокоуглеродистых и легированных сталях (У7-12; ШХ9-15;

Х9С2; Р18 и др.), склонных к увеличенной усадке при кристал-

48

лизации. Для получения слитков с плотной осевой зоной изменя­ ют конфигурацию изложниц в направлении максимального рас­ ширения зоны плотного металла (моста) путем увеличения при­ быльной части, расширения верхнего сечения слитка, увеличения его конусности и уменьшения высоты.

По данным И. Н. Голикова [37], в продольном осевом разре­ зе слитка весом 2,6 т новой конструкции осевая неплотность от­

В целях уменьшения осевой пористости в слитках на некото­

рых заводах применяют тонкостенные изложницы, отличающие­

ся от обычных одинаковой по всей высоте толщиной стенки. В тонкостенной, равнотолщинной изложнице разогрев стенки бо­ лее равномерный и скорость затвердевания слитка по высоте и сечению выравнивается и заметно уменьшается; в результате этого значительно улучшается питание нижележащих участков осевой зоны слитка жидким металлом и пористости не образует­ ся. Сравнение продольной макроструктуры двух слитков весом 500 кг, отлитых в обычную и тонкостенную изложницы, показы­

вает преимущества последней.

Рядом работ [38] установлено, что при разливке сплава на

никелевой основе увеличение конусности до 7% на сторону поз­ воляет устранить в слитках весом 50 кг V-образную усадочную пористость; увеличение конусности (даже до 10% на сторону)

не уменьшает в слитке количества внутренних трещин. Приме­

нение тонкостенных изложниц с нормальной конусностью позво­ ляет получить слитки без внутренних термических трещин с ми­

нимальной пористостью.

3.УМЕНЬШЕНИЕ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ СТАЛИ ГАЗАМИ

ИНЕМЕТАЛЛИЧЕСКИМИ ВКЛЮЧЕНИЯМИ

Применение вакуумных плавильных печей для массового про­ изводства электростали (сотен тысяч тонн) практически невоз­ можно из-за их сложности, высокой стоимости и ограниченной емкости. Для получения стали с низким содержанием газов и не­ металлических включений в настоящее время широко использу­ ют вакуумную обработку жидкого металла вне печи перед раз­ ливкой и в процессе разливки.

При всем разнообразии конструктивных решений работы по

дегазации стали развиваются в двух основных направлениях: де­ газация в специальной камере вне ковша и дегазация в струе —

при переливе металла из ковша в ковш или при заполнении из­ ложниц. В зависимости от качества и назначения стали, веса слитка и других факторов следует применять в каждом конкрет­ ном случае наиболее рациональный и эффективный способ дега­ зации.

В США и ФРГ сооружен ряд новых промышленных устано­ вок для дегазации стали при разливке.

Общая производственная мощность установок составила в США в 1957 г. 2720 т]мес. Предполагалось, что в 1958 г. она воз-

новка, позволяющая производить вакуумирование стали в от­ дельной расположенной вне ковша камере небольшого объема

(рис. 36). Принцип ее действия заключается в попеременном

опускании и подъеме вакуумной камеры, расположенной над за­ полненным сталью ковшом. При опускании камеры футерован­ ная труба погружается в металл, часть металла засасывается из

ковша в камеру; при подъеме камеры металл выливается обратно.

Вес одной порции засасываемого металла составляет 1—4 т, продолжительность выдержки в камере при остаточном давлении

от 10 до 1 мм рт. ст. —0,5—1 мин.

90

!’ис. 37. Устройство для непрерывного вакуумирования жидкой стали

вне ковша

92

ления ответственных поковок и отливок, склонных к флокено-

образованию.

Приоритет вакуумирования жидкой стали в ковше и в струе принадлежит Советскому Союзу. Еще в 1940 г. А. М. Самарин и Л. М. Новик разработали метод вакуумной обработки жидкого металла в ковше и в изложнице и в 1941 г. предложили для про­ мышленного опробования различные конструкции вакуумных установок. На ряде заводов вакуумирование струи жидкой стали позволило значительно улучшить качество стали и повысить вы­ ход годного. Вакуумную обработку струи металла осуществля­ ют следующим образом: в герметическую футерованную камеру с крышкой устанавливают пустой сталеразливочный ковш. Воз­ дух из камеры выкачивают вакуумными насосами до остаточно­ го давления 10—20 мм рт. ст. В крышке камеры плотно заделы­ вают футерованную воронку (лейку), герметически перекрытую снизу алюминиевым листом. После выпуска плавки ковш с ме­ таллом устанавливают на камеру и открывают стопор. Струя жидкой стали прожигает алюминиевый лист и попадает из верх­

него ковша в нижний. Для предупреждения засасывания возду­

ха извне в воронке поддерживают определенный уровень метал­ ла. При переливании струя металла проходит по' разреженному

пространству камеры и отдает большинство содержащихся в стали газов, которые откачивают вакуумными насосами и вы­ брасываются по трубопроводу наружу. По данным В. Г. Сперан­ ского, при вакуумной обработке трансформаторной стали мето­ дом переливания из ковша в ковш на каждые 100 г металла выделяется_около 1,6 см3 водорода; за период переливания (6—

свойства трансформаторной стали.

Жидкая сталь при выпуске из печи и разливке взаимодей­

ствует с кислородом, водородом и азотом воздуха, в результате

металл повторно загрязняется газами (повторное окисление) и неметаллическими включениями. Повышенное легирование мета­ лла марганцем, алюминием, титаном, цирконием и другими эле­ ментами увеличивает склонность стали к повторному окислению.

При разливке титансодержащей хромоникелевой стали типа ЭИ123, ЭИ702, ЭИ654 и др. на воздухе подкорковый слой слит­ ков всегда поражен на большую глубину так называемой тита­ нистой пористостью, представляющей собой скопление закрис­ таллизовавшихся окислов и нитридов титана сложного состава. Недостаточно глубокая обдирка слитков является причиной забраковки кованых или катаных заготовок по дефектам макро­

структуры.

Для защиты струи жидкой стали от окисления в процессе раз­ ливки применяют специальные вакуум-аргонные камеры.

Эти устройства позволяют отливать слитки, крупные и мел­ кие сверху и сифоном, в разреженном пространстве или в атмо-

93

сфере инертного газа — аргона. Камеры, сваренные из листово­ го железа, состоят из двух частей — стационарного основания (днища) и отъемного колпака (рис. 38).

При разливке сифоном на днище камеры устанавливают под­ дон, изложницы, надставки и центровую. После этого на уложен­ ную в пазах основания вакуумную резину устанавливают каме­

ру с отверстием для струи и с двумя-тремя гляделками для кон­ троля за разливкой металла. Перед разливкой из камеры через заборную трубу вакуум-насосами выкачивают воздух до оста­

точного давления не более 1 мм рт. ст.

Ковш с металлом устанавливают в направляющих верхней части колпака гак, чтобы ось стакана ковша совпала с центром прикрытого алюминиевым листом отверстия для струи.

До конца разливки под вакуумом насосы продолжают выка­ чивать газы из камеры. Перед разливкой в атмосфере инертно­

го газа камеру после создания разрежения заполняют аргоном,

подводимым через специальный вентиль от баллона.

94