§ 6. Особенности разливки спокойной стали

Спокойную сталь разливают и сифоном и сверху, как правило, в изложницы, расширяющиеся кверху с прибыльными надставками.

1. Технология разливки

При разливке сверху струя металла должна быть направлена строго по центру изложницы. Во избежание разбрызгивания металла при ударе о дно изложницы разливку начинают медленно при неполностью открытом стопоре. После образования "подушки" жидкого металла разливку ведут полной струей. Скорость разливки при этом определяется диаметром разливочного стакана. Прибыльную часть слитка заполняют медленно, что способствует выводу усадочной раковины в прибыль. Обычно время заполнения прибыльной надставки составляет 50–70 % времени заполнения тела слитка.

Скорость разливки сверху до недавнего времени выбирали в пределах 0,3–1,1 м/мин. В последние годы для сталей мало склонных к образованию продольных трещин внедряют скоростную разливку (до 4,5 м/мин). Длительность наполнения тела слитков массой 2–20 т составляет 0,5–8 мин.

При сифонной разливке низ изложницы также заполняют медленно. В дальнейшем скорость разливки регулируют в зависимости от вида поверхности металла в изложнице. Обычно на поверхности металла образуется окисленная корка, завороты которой у стенок изложницы – серьезный дефект слитка. Образование и рост корки интенсифицируются при малой скорости разливки, недостаточной температуре металла и в особенности при наличии в стали легкоокисляю-щихся элементов (алюминия, титана, хрома). Для предотвращения заворотов корки разливку стараются вести с "чистым

539

зеркалом" или так, чтобы между коркой и стенкой изложницы был рант жидкого металла. При разливке сталей, содержащих алюминий, титан и повышенное количество хрома, избежать заворотов корки путем увеличения скорости разливки обычно не удается и применяют специальные методы защиты поверхности металла от окисления.

Величина скорости разливки стали сифоном обычно находится в пределах 0,15–0,7 м/мин. Прибыльную часть слитка, как и при разливке сверху, наполняют замедленно (время наполнения составляет 50–70 % времени наполнения тела слитка). Длительность наполнения тела слитков массой от 1 до 13 т изменяется в пределах от 1,5 до 9 мин.

После окончания разливки слитка спокойной стали поверхность металла в прибыльной надставке засыпают люнке-ритом или теплоизолирующими смесями. Состав с изложницами с затвердевающими в них слитками выдерживают в разливочном пролете без движения от 30 мин до 2 ч (в зависимости от марки стали и массы слитка). Необходимость длительной выдержки до начала транспортировки вызывается тем, что при сотрясении кристаллизующегося слитка резко усиливается внеосевая ликвация.

2. Защита металла в изложнице от окисления

Для предотвращения образования и заворота корки при сифонной разливке спокойной стали, а иногда и при разливке сверху применяют следующие способы защиты поверхности металла в изложнице от окисления и охлаждения.

Разливка под слоем жидкого шлака. На поверхности поднимающегося в изложнице металла создают слой жидкого шлака, который защищает сталь от окисления и охлаждения, что исключает образование окисленной корочки. Шлак также поглощает частицы оксидов, всплывающие из металла. Помимо этого, в результате прилипания шлака к стенкам изложницы между ними и поднимающимся металлом остается тонкая (1–3 мм) шлаковая прослойка, что обеспечивает получение очень чистой поверхности слитка. В последующем шлаковая рубашка легко отделяется от затвердевшего слитка. Улучшение поверхности слитка существенно снижает отходы металла при зачистке поверхности слитка и прокатанной заготовки. При разливке под шлаком изложницы обычно не смазывают.

540

Шлак, заливаемый в изложницу. Шлак выплавляют в специальной шлакоплавильной печи и заливают в изложницу после подъема металла на высоту 150–200 мм; расход шлака составляет 5–10 кг/т стали. Обычно применяют шлаки системы SiO₂–CaF₂–CaO–A1₂O₃ с высоким содержанием SiO₂ (30–40 %) и CaF₂ (30–45 %). Иногда в состав шлаков вводят Na₂O, MgO, TiO₂.

Вследствие сложности и высокой стоимости этот способ применяют лишь при разливке высоколегированных сталей, содержащих легкоокисляющиеся элементы.

Шлак, образуемый экзотермическими смесями и брикетами. Экзотермические смеси вводят в изложницу в бумажных мешках или в виде брикетов до начала разливки; сгорая и расплавляясь они образуют жидкий шлак.

В состав экзотермических смесей входят окисляющиеся компоненты (порошок алюминия, магния, силикокальция, сплава алюминий–магний), окислители (натриевая селитра, марганцевая руда) и наполнители или шлакообразующие (силикатная глыба, плавиковый шпат, печной шлак и др.). Горючие компоненты смеси окисляются за счет кислорода окислителей с выделением тепла, которое обеспечивает шлакообразование. Наполнители обеспечивают получение шлака нужного состава (достаточно легкоплавкого и жидкоподвиж-ного) и, кроме того, замедляют горение смеси. При изготовлении брикетов в смесь добавляют от 3 до 20 % жидкого стекла.

По скорости горения экзотермические смеси разделяют на быстро- и медленносгорающие. Первые содержат магний и селитру и сгорают с образованием шлака в течение 20–40 с; вторые, без магния и селитры, сгорают и расплавляются за время наполнения изложницы на l/З высоты и более. Брикеты сгорают полностью лишь в конце наполнения изложницы.

Быстросгорающие смеси используют при сифонной разливке легированных сталей, содержащих 'легкоокисляющиеся элементы; состав одной из таких смесей, %: порошок сплава алюминий–магний 6, алюминиевый порошок 11, натриевая селитра 10, марганцевая руда 20, плавиковый шпат 23, силикатная глыба (SiO₂ и Na₂O) 20, доменный шлак 10. Один из составов медленносгорающих смесей для разливки сверху сталей без легкоокисляющихся элементов, %: марганцевая руда 15-20, силикатная глыба 10-23, алюминиевый порошок 12-22,

541

плавиковый шпат 15–20, доменный шлак 15–30. Постоянно разрабатывают новые, более эффективные и дешевые смеси.

Расход смесей и брикетов составляет 2,5–6 кг/т стали Вследствие дороговизны их используют при разливке легированных и высококачественных сталей, особенно дорогостоящи быстросгорающие смеси.

Разливка под теплоизолирующими смесями и материалами При разливке углеродистых и низколегированных сталей, не содержащих легкоокисляющихся элементов, применяют более дешевые, чем экзотермические смеси материалы – малотеплопроводные неплавящиеся и частично плавящиеся. К первым относятся диски и плиты, получаемые прессованием из слюды, асбестита, графито-опилочной смеси и др Диски во время заполнения изложницы плавают на поверхности поднимающегося металла.Более широкое применение нашли частично плавящиеся смеси: зольно-графитовая, перлито-графитовая и вермикулито-графитовая, содержащие 12–30 % графита, а также чистый вермикулит. Зольно-графитовая смесь содержит золу тепловых электростанций, основу которой составляют SiO₂ и А1₂О₃. Вермикулит и перлит – природные минералы, обожженный вермикулит содержит, %: 35–40 SiO₂; 13–20 А1₂О₃; 5-20 Fe₂O₃; 15-27 MgO; 0,8-3,5 СаО; состав обожженного перлита, %: 72-76 SiO₂; 13-15 А1₂О₃; 3-9 (К₂О+ + Na₂O), остальное оксиды железа и СаО. Смеси или вермикулит загружают на дно несмазанных изложниц в бумажных мешках При соприкосновении с жидким металлом смесь под-плавляется и образует вязкий шлак, не налипающий на стенки изложницы; верхняя нерасплавившаяся часть смеси выполняет роль теплоизолятора. Графит в смесях предотвращает их спекание и налипание на стенки изложницы. Расход золь-но-графитовой смеси 2–3,5, перлито- и вермикулито-графитовых 1,0–1,5, вермикулита 1,5– 2,5 кг на 1 т стали.

Защита струи металла аргоном. На центровую устанавливают специальное кольцевое устройство, соединяемое с днищем сталеразливочного ковша и охватывающее во время разливки струю металла. В кольцевую полость подают аргон, предохраняющий металл от окисления. Готовая сталь при этом содержит пониженное количество кислорода и неметаллических включений. Из-за сложности способ применяется только при разливке сталей, содержащих легкоокисляющиеся элементы.

542

Разливка с использованием материалов, создающих в изложнице восстановительную атмосферу. Сюда относят ряд способов, из которых наибольшее применение находят разливка с деревянными рамками и разливка с петролатумом

Разливка с деревянными рамками. Деревянные рамки или диски опускают в изложницу до начала разливки В дальнейшем они сгорают, плавая на поверхности поднимающегося металла Продукты сгорания дерева создают в изложнице восстановительную атмосферу, что способствует получению более чистой поверхности слитка.

Недостаток способа – быстрое сгорание дерева, заканчивающееся раньше окончания заполнения слитка.

Разливка с петролатумом. Петролатум (побочный продукт переработки нефти) загружают в количестве 0,2–1,0 кг/т в несмазанную изложницу до начала разливки, а изложницу плотно закрывают крышкой. При соприкосновении с жидким металлом петролатум частично возгоняется, частично сгорает, что создает в изложнице восстановительную атмосферу и предохраняет металл от окисления. Возгоны осаждаются на стенках изложницы, создавая слой смазки, это обеспечивает улучшение поверхности слитка.

Хорошие результаты получены при совместном использовании петролатума и вермикулита, которые загружают в изложницы до начала разливки.