Машиностроение и механика

Особенности разливки кипящей стали

Кипящую сталь разливают и сифоном, и сверху в уширяющиеся книзу сквозные изложницы. в обоих случаях для предотвращения заплесков металла на стенки изложницы и образования плен на нижней поверхности слитков стопор открывают плавно и нижнюю часть изложницы заполняют медленно. В дальнейшем скорость на­полнения изложницы при разливке сверху определяется диаметром стакана сталеразливочного ковша, а при разливке сифоном — сече­нием каналов сифонного кирпича. При сифонной разливке перегре­той стали и при чрезмерной ее окислениости могут происходить выплески металла из центровой. В этом случае в центровую для до­полнительного раскисления вводят небольшие количества алюминия. При разливке кипящей стали важным фактором является скорость подъема металла в изложнице, определяющая толщину здоровой корки в слитке. При сифонной разливке эта скорость обычно нахо­дится в пределах 0,2—0,6 м/мин, что обеспечивает достаточную тол­щину здоровой корочки в слитке (15—40 мм). Разливку сверху с целью сокращения ее общей продолжительности вынуждены вести со значительно большими скоростями, в результате чего умень­шается толщина здоровой корочки. Скорость разливки сверху без интенсификаторов кипения обычно составляет 0,5—1,0 м/мин и при скорости около 1,0 м/мин получают здоровую корочку минимально допустимой толщины (8—10 мм). Продолжительность отливки слит­ков массой 5—20 т при разливке сифоном составляет 5—12, при разливке сверху 2—4 мин.

После окончания наполнения изложницы металл в ней некоторое время кипит, а затем для уменьшения развития химической неодно­родности кипение прекращают, применяя механическое или хими­ческое закупоривание слитка. Состав с изложницами выдерживают у разливочной площадки до начала транспортировки не менее 20 мин.

Механическое закупоривание. Кипение в изложнице продолжается до тех пор, пока у ее стенок затвердеет слой металла, достаточный для укладки на него крышки. Толщина этого слоя составляет около 1/6 толщины слитка (60-100мм), а время кипения 7—15 мин. Затем на поверх­ность металла укладывают массивную металлическую крышку, вызывающую охлаждение и замораживание верха слитка, в резуль­тате чего прекращается кипение. Крышки снимают со слитка через 20—30 мин после закупоривания.

Химическое закупоривание. Как показал опыт, механическое за­купоривание обеспечивает удовлетворительное качество слитков массой менее 6—8 т. В более крупных слитках из-за длительного кипения (7—15 мин) ликвация развивается столь сильно, что для удаления скоплений вредных примесей требуется существенное увеличение головной обрези при прокатке. Поэтому в последние годы, особенно в связи с увеличением массы отливаемых слитков, вместо механического закупоривания применяют химическое.

При химическом закупоривании для прекращения кипения и ускорения застывания верха слитка в изложницу вводят раскислители. Используют алюминий (гранулированный, жидкий) и иногда ферросилиций (в виде кусков размером 4—30мм), которые дают на поверхность металла через 1—1,5 мин после окончания наполнения изложницы. Лучшие результаты дает применение алюминия, расход которого на закупоривание изменяется в пределах 100—800 г на 1т стали и увеличивается при снижении содержания углерода и марганца в стали. Закупоривание производят при­садкой алюминия на зеркало металла непосредственно после окон­чания заливки изложницы. Алюминий дается в виде дроби или жидким. При недостаточном количестве алюминия верхняя часть слитка получается рослой (выпуклой с прорывами металла), а при избыточном в ней образуется концентрированная усадочная раковина. В обоих случаях возрастает головная обрезь, что нежелательно. Признаком правильно выбранного расхода алюминия служит выпуклая гладкая поверхность слитков без прорывов жидкого металла.

При химическом закупоривании алюминием вследствие уменьше­ния ликвации головная обрезь крупных слитков кипящей стали составляет 4—8 % вместо 8—13 % при механическом закупоривании.

Применение интенсификаторов кипения. Как показал опыт, уровень окисленности кипящей стали, при ее выплавке существу­ющими методами таков, что ее можно разливать со скоростью подъема металла в изложнице не более 1 м/мин, поскольку при большей ско­рости толщина здоровой корочки слитка получается недостаточной (<8—10 мм). В последние годы в связи с недостаточной пропускной способностью разливочных отделений сталеплавильных цехов ско­рости разливки вынуждены увеличивать; в этом случае для увели­чения толщины здоровой корочки в изложницу при разливке вводят интенсификаторы кипения — порошкообразные смеси, содержащие окислы железа и способные легко передавать кислород этих окислов жидкой стали. Вследствие увеличения окисленности стали повы­шается интенсивность ее кипения, что обеспечивает утолщение здо­ровой корочки.

В состав интенсификаторов кипения входят, %: прокатная ока­лина 70—85, плавиковый шпат 5—20, кальцинированная сода 0—10, натриевая селитра 0—12, коксик 0—13. Смеси в виде порошка даются на струю с начала заливки изложницы и прекра­щается их подача за 10—20 с до конца наполнения. Расход смеси составляет 200—850 г на 1 т стали, возрастая при увеличении содержания в ней углерода.

Наличие в смеси легко диссоциирующих или испаряющихся ве­ществ позволяет получить многочисленные пузырьки газов, ко­торые служат зародышами для последующего выделения СО. До­бавка плавикового шпата способствует быстрому расплавлению смеси и ее распределению в объеме металла. В ряде случаев при разливке низкоуглеродистой стали в смесь добавляют также порошок графита.

Толщина здоровой корочки для различных марок кипящей стали, отлитой с применением смеси, составляет 10—20 мм. Повышенной загрязненности стали неметаллическими включениями в резуль­тате добавки смесей не отмечается.

Применение интенсификатора кипения позволяет получать здоровую корочку достаточной толщины при увеличении скорости разливки до 2,0—2,5 м/мин.

Действенным средством увеличения толщины беспузыристой ко­рочки является обдув струи стали при разливке кислородом. Так, при расходе кислорода в количестве 1,4—1,5 м³/мин удалось увели­чить толщину корочки в 9-т слитке кипящей стали на 8—11 мм.

Ускоренная разливка стали может привести к образованию горя­чих трещин в слитке. С целью предотвращения этого дефекта при скоростной разливке обычно используют ребристые изложницы. В этом случае за счет развитой поверхности охлаждения здоровая корочка нарастает быстрее, а волнистая форма и наличие ребер упрочняют ее. Однако стойкость таких изложниц несколько хуже, а эксплуатация сложнее.

В целом скоростная разливка кипящей стали не только обеспе­чивает повышение производительности сталеплавильных цехов, но также позволяет снизить температуру стали на 10—15 °С, повысить стойкость сталеразливочных ковшей и, что наиболее существенно, приводит к улучшению поверхности слитка и снижению брака по поверхностным дефектам.

Скоростная разливка. В последние годы на ряде заводов освоена разливка химически закупориваемой и полуспокойной сталей со скоростью наполнения изложниц до 4—5 м/мин. При разливке ки­пящей стали со столь большой скоростью подъема металла в излож­нице пузыри начинают формироваться у самой поверхности слитка, а благодаря быстрому закупориванию они не успевают вырасти до значительных размеров. Получается слиток без здоровой корочки с мелкими подкорковыми пузырями. Тонкий наружный слой ме­талла с пузырями окисляясь при нагреве слитка под прокатку пере­ходит в окалину и поверхность проката получается без дефектов, несмотря на отсутствие здоровой корочки.

Технология разливки полуспокойной стали

Полуспокойную сталь разливают как сифоном, так и сверху в сквозные расширяющиеся книзу или в бутылочные изложницы. Хорошие результаты дает применение скоростной разливки сверху с линейной скоростью подъема металла не менее 1,5 м/мин. В этом случае за счет быстрого роста ферростатического давления возможно подавить или по край­ней мере ослабить процесс образования подкорковых пузырей. Если глубина их залегания не превышает 3—4 мм, они удаляются вместе со слоем окалины, образующимся при нагреве слитков, и не ухудшают поверхности проката.

Полуспокойную сталь разливают как в бутылочные, так и в сквоз­ные уширяющиеся книзу изложницы. Последние получили большее распространение как более удобные в эксплуатации. Температура разливки полуспокойной стали зависит от ее марки и способа раз­ливки, однако она обычно несколько ниже, чем для кипящей.