Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ДИПЛОМ готов.doc
Скачиваний:
62
Добавлен:
16.11.2018
Размер:
9 Mб
Скачать

3. Совершенствование защиты металла от вторичного окисления

3.1. Промышленные технологические схемы разливки и защиты металла

Способы подвода и защиты металла между сталеразливочным ковшом и промежуточным разливочным устройством, ввода металла в кристаллизатор и зашиты струи, защиты зеркала металла и оболочки слитка в кристаллизаторе в дальнейшем будем называть технологической схемой разливки и защиты. При выборе технологической схемы учитывают конструктивные особенности разливочных машин, число одновременно заливаемых ручьев, марочный и размерный сортаменты заготовок и их назначения. К настоящему времени число промышленных технологических схем приближается к двум десяткам (рис. 4).

Рассмотрим особенности технологических схем, нашедших промышленное применение, и конкретные примеры их использования согласно опубликованным литературным данным. В начале освоения процесса непрерывной разливки стали в СССР и за рубежом основными промышленными технологическими схемами были I и VI соответственно для одно- и многоручьевых машин. Согласно схеме I, струя металла вначале поступала в воронку, а из нее в кристаллизатор. Струи металла не защищали. В кристаллизаторе над зеркалом металла поддерживали защитную атмосферу из продуктов разложения и неполного сгорания смазки и углеводородсодержащих газов.

По схеме VI металл разливали через промежуточный ковш. Металл, поступающий в ковш и кристаллизаторы, от вторичного окисления не защищали. Над зеркалом металла в кристаллизаторе поддерживали защитную атмосферу из продуктов разложения и неполного сгорания смазки и углеводородсодержащих газов. В настоящее время сохранилась только схема VI, используемая при скоростях разливки более 1,5 м/мин. Так разливали углеродистую и низколегированную сталь с содержанием кислоторастворимого алюминия < 0,008% в заготовки сечением 150х 150 мм на многоручьевых МНЛЗ с общим приводом на несколько ручьев. К заготовкам не предъявляли специальных требований по качеству поверхности и загрязненности неметаллическими включениями, так как их прокатывали на строительную арматуру и вязальную проволоку. Надо отметить, что указанная технология настолько отработана, что на восьмиручьевых МНЛЗ с общим приводом на 4 ручья полностью разливали более 98 % плавок. Хотя заготовки перед прокаткой не зачищали, значительная часть проката была аттестована Знаком качества. Лишь в отдельных случаях при ускоренном охлаждении арматуры периодического профиля № 36 после проката часть образцов не выдерживала испытания на изгиб в холодном состоянии из-за повышенного содержания водорода в металле.

С использованием схемы VI на трехручьевой МПНЛЗ с общим приводом на 3 ручья отливали заготовки расходуемых электродов диаметром 170-190 мм из высоколегированных сталей. Перед ЭШП поверхность заготовок зачищали. Отливка заготовок расходуемых электродов ЭШП из высоколегированных сталей, выплавленных в 5-т электродуговой печи, по схеме VI, очевидно, допустима из-за высоких рафинирующих возможностей процесса ЭШП.

Рис. 4. Промышленные технологические схемы разливки и защиты металла на МНЛЗ и МПНЛЗ (I-XVII) - номера схем: 1 - сталеразливочный ковш; 2 — промежуточный ковш; 3 — кристаллизатор; 4 — защитный газ; 5 — смазка; 6 — жесткая герметичная камера; 7 — защитное шлаковое покрытие; 8 -воронка погружаемого стакана; 9 - погружаемый стакан;

10 - огнеупорная погружаемая труба; 11 - диполь; 12 - эластичная герметичная камера; 13 - защитная плита в кристаллизаторе; 14 - жидкий азот; 15 - полый стопор; 16 — негерметичная камера

Технологическая схема VI используется в тех случаях, когда по каким-либо причинам не представляется возможным ввести металл в кристаллизатор через погружаемый стакан под уровень защитного шлакового покрытия.

Согласно более совершенной схеме VII, струи металла из промежуточного ковша и металл в кристаллизаторе защищали жесткой герметичной камерой. Эта камера в процессе разливки образовывала единую систему, включающую днище промежуточного ковша и кристаллизаторы, которые совершали совместное возвратно-поступательное движение. В указанную полость подавали аргон под избыточным давлением и рапсовое масло. За уровнем металла в кристаллизаторах наблюдали через специальные окна в камере, снабженные огнеупорными стеклами. С использованием схемы VII отливали на многоручьевых МПНЛЗ с общим приводом на 3 ручья заготовки расходуемых электродов ЭШП диаметром 170-190 мм из высоколегированных сталей, содержащих титан, к которым предъявляли более жесткие требования по загрязненности включениями. Изоляция от вторичного окисления струй, вытекающих из промежуточного ковша, в несколько раз снизила число случаев затягивания сталеразливочных стаканов, установленных в нем.

Схема III используется за рубежом при отливке заготовок малого сечения из сталей, не содержащих высокоактивных элементов. Струи из сталеразливочного или промежуточного ковшей и зеркало металла в кристаллизаторе защищают газовым экраном, образующимся при испарении жидкого азота. При этом сохраняется возможность активно вмешиваться в ход разливки, например убирать шлак с зеркала металла в кристаллизаторе. В СССР указанная схема не применялась.

Схема VIII нашла применение при отливке заготовок сечением 82х82 мм из нержавеющих хромистых, конструкционных легированных и углеродистых сталей на многоручьевых МНЛЗ. Каждый ручей МНЛЗ имеет самостоятельный привод и снабжен автоматикой по поддержанию уровня металла в кристаллизаторе путем изменения скорости вытягивания. Благодаря этому появилась возможность установить в промежуточном ковше дозаторы (без стопоров). Струю металла из сталеразливочного ковша в промежуточный защищали огнеупорной камерой (негерметичной), а зеркало металла в промежуточном ковше - шлаковым покрытием. Дополнительно над зеркалом металла в промежуточном ковше поддерживали защитную атмосферу из продуктов сгорания пропан-бутановой смеси. Зеркало металла в кристаллизаторе и струю защищали негерметичной камерой, заполненной продуктами неполного сгорания смазки и пропан-бутановой смеси. Поверхность непрерывнолитых заготовок перед прокаткой не зачищают.

При отливке на одноручьевых машинах заготовок расходуемых электродов диаметром 170 мм из жаропрочных сплавов на никелевой основе, легированных титаном и алюминием, а также прецизионных магнитно-мягких сплавов в плоские заготовки сечением 55х270 мм для производства холоднокатаной ленты использовали схему II. Металл из сталеразливочного ковша поступал в кристаллизатор через удлиненный стакан. Зеркало металла в кристаллизаторе и струю металла защищали герметичной камерой, заполненной аргоном и продуктами разложения рапсового масла. В процессе разливки кристаллизатор, герметичная камера и сталеразливочный ковш совершали совместное возвратно-поступательное движение. Благодаря этому в течение разливки всей плавки в камере сохранялась защитная атмосфера при небольшом избыточном давлении аргона. Для устранения поперечных ужимин на поверхности плоских заготовок использовали кристаллизаторы с ребристыми рабочими стенками. Заготовки, отлитые по схеме II, перед дальнейшим переделом зачищали на значительную глубину.

Сортовые заготовки малых толщин из углеродистых и низколегированных сталей с содержанием кислоторастворимого алюминия <0,008 % с повышенными требованиями к качеству поверхности и содержанию водорода отливали по схеме IX. Ее использовали в тех случаях, когда по каким-либо причинам не удавалось ввести металл в кристаллизатор через погружаемый стакан. Согласно этой схеме, открытая струя из промежуточного ковша в кристаллизаторы поступала через слой защитного шлакового покрытия на зеркале металла. Это покрытие создавало гарнисаж на стенках кристаллизатора, смазку и изолировало зеркало металла от вторичного окисления. Заготовки имели хорошую поверхность. Устранение из состава защитной среды водорода благоприятно сказалось на пластических свойствах проката. По этой же схеме разливали углеродистые и низколегированные стали с содержанием кислоторастворимого алюминия <0,008% в заготовки сечением 150х(1000-1200) мм на двухручьевых МНЛЗ. Стенки кристаллизаторов — ребристые.

Согласно схеме IV, применяемой при отливке заготовок толщиной более 175 мм из углеродистых, легированных и высоколегированных сталей на одноручьевых машинах, металл открытой струей из сталеразливочного ковша поступал в кристаллизатор через воронку, соединенную с погружаемым прямоточным или комбинированным стаканом под уровень шлакового покрытия. Эту схему использовали при отливке заготовок 175х1020 мм для производства горячекатаного листа и заготовок расходуемых электродов ЭШП и ВДП (диаметром 300-520 мм и сечением 370х370 мм). Между сталеразливочным ковшом и воронкой погружаемого стакана сохраняли воздушный зазор 150 300 мм. Поверхность заготовок для расходуемых электродов ЭШП и прокатки перед дальнейшим переделом не защищали. При изготовлении расходуемых электродов ВДП поверхность заготовок зачищали.

Согласно технологическим схемам X и XI, металл поступал в кристаллизаторы через промежуточные ковши или диполи. Струи металла между сталеразливочным и промежуточными ковшами (диполями) не защищали. Не защищали также струи металла из промежуточных ковшей или диполей в воронки погружаемых в кристаллизаторы стаканов. Зеркало металла в промежуточных ковшах (схема X) и кристаллизаторах защищали шлаковым покрытием. Такие схемы были реализованы при отливке заготовок толщиной > 200 мм с повышенными требованиями к качеству поверхности и к содержанию водорода. Так отливали сортовые и трубные заготовки, из углеродистых сталей с содержанием кислоторастворимого алюминия >0,01 %, а также плоские заготовки шириной до 500 мм для прокатки на штрипс из углеродистых и нержавеющих сталей и заготовки расходуемых электродов сечением 370х370 мм из легированных и высоколегированных сталей. Плотное соединение погружаемых в кристаллизатор стаканов с промежуточным ковшом или диполью предусмотрено схемами XII и XIII. Все остальные параметры схем X и XI остались неизменными. Так отливали слябовые и сортовые заготовки толщиной больше 200 мм из углеродистых и низколегированных сталей с содержанием кислоторастворимого алюминия до 0,07 %. К заготовкам предъявляли повышенные требования по качеству поверхности, загрязненности металла неметаллическими включениями, содержанию водорода, ударной вязкости при минусовых температурах и по величине природного аустенитного зерна. Так же отливали заготовки расходуемых электродов с повышенными требованиями к качеству поверхности и загрязненности металла неметаллическими включениями. Эти схемы в настоящее время можно считать основными.

В схеме XIII предусмотрено использование при разливке длинных погружаемых съемных стаканов. При многоручьевой разливке замена одного погружаемого стакана сопровождается подъемом промежуточного ковша, в результате чего другие погружаемые стаканы оказываются выше защитного покрытия и нарушается стабильность процесса.

По схеме XIV предусмотрена разливка металла на многоручьевых МНЛЗ. Металл, поступающий из сталеразливочного ковша в промежуточный, не защищали. Из промежуточного ковша в кристаллизаторы с ребристыми рабочими стенками металл вводили через прямоточный погружаемый стакан. Для защиты металла в кристаллизаторе использовали нерасходуемые огнеупорные плиты, плавающие на его зеркале и расходуемое шлаковое покрытие из малорасходной теплоизолирующей смеси или графита. Эту схему применяли при разливке одиночных плавок из углеродистых и низколегированных сталей с содержанием кислоторастворимого алюминия <0,01%. В настоящее время она не применяется. Разливка металла на многоручьевых МНЛЗ через промежуточный ковш с полной изоляцией струй и зеркала на всем пути от сталеразливочного ковша до кристаллизатора явилась отличительной особенностью технологических схем XV и XVI. В обеих схемах металл в кристаллизаторах и промежуточных ковшах защищали шлаковым покрытием, а металл в кристаллизаторы вводили через погружаемые стаканы, жестко соединенные с промежуточным ковшом. Согласно схеме XV, струю металла из сталеразливочного ковша защищали огнеупорной трубой, жестко соединенной со сталеразливочным ковшом. При разливке по схеме XVI между погружаемой трубой и сталеразливочным ковшом устанавливали эластичную камеру, которая их соединяла. Всю систему заполняли аргоном. Обе схемы рекомендуют применять для отливки на многоручьевых МНЛЗ высококачественных заготовок из сталей, легированных высокоактивными элементами (12Х18Н10Т; 08Ю и др.).

В последние годы для разливки стали с содержанием кислоторастворимого алюминия > 0,02 % в заготовки, к качеству поверхности которых предъявляются повышенные требования, в том числе по способу "плавка на плавку", начали применять схему XVII. Она отличается от всех схем, предусматривающих ввод металла в кристаллизатор через погружаемый стакан, плотно соединенный с промежуточным ковшом, тем, что в струю вдувают инертный газ, например, через полый стопор.

Анализ современного состояния организации разливки металла на МНЛЗ И МПНЛЗ показал, что защита струи металла погружаемыми стаканами и трубами в сочетании с зашитой зеркала его в промежуточных ковшах и кристаллизаторах шлаками занимает ведущее место в производстве высококачественных заготовок.[21]