Процессы при выпуске и выдержке металла в ковше

 

При наклоне конвертера или по желобу из мартеновской или двухванной печи сталь поступает непосредственно в ковш. При этом в ковш попадает также и часть шлака (до 2—3 % от массы металла), который предохраняет металл от быстрого остывания и воздействия на него атмосферных газов.

Процессы, происходящие во время выпуска и разливки стали. Во время выпуска сталь взаимодействует с кислородом и азотом воз­духа, шлаком и футеровкой желоба и ковша. В ковше производится раскисление стали, происходит образование и удаление из него неметаллических включений, снижается температура металла и шлака, изменяется их состав.

При выпуске предварительно раскисленного в печи металла, общее содержание кислорода повышается и может до­стигнуть того значения, которое было до раскисления. Таким образом, предварительное раскисление стали в печи, особенно малоуглеродистой, нецелесообразно.

При выпуске нераскисленной кипящей стали, напротив, отмечается обычно сниже­ние окисленности металла за счет активизации реакции окисления углерода. Выде­ляющийся на желобе СО экранирует струю от контакта с атмосферой.

При контакте струи с атмосфе­рой возможно поглощение азота. Этому способствует более высокое, чем в плавильном агрегате, парциальное давление N₂ и отсутствие защиты слоем шла­ка.

В целом степень взаимодей­ствия металла с атмосферой определяется удельной величиной поверхности и временем контакта, т. е. характером струи, а также зависит от состава газовой фазы, непосредственно примыкающей к поверхности металла, и от его состава.

Существенными источниками кислорода, поступающего в сталь во время выпуска плавки и выдержки металла в ковше, являются также шлак и огнеупорная футеровка. Это подтверждается сравни­тельно высоким угаром раскислителей, присаженных в ковш, кото­рый повышается при увеличении окисленности и количества шлака, попавшего в ковш.

После окончания выпуска сталь выдерживают в ковше перед разливкой. Продолжительность выдержки качественной стали со­ставляет обычно 10—15 мин, выдержка рядовых сталей определяется временем транспортировки ковша до разливочной площадки или МНЛЗ.

Выдержка стали в ковше перед разливкой и в течение раз­ливки способствует всплыванию частиц шлаковых и огнеупорных включений и продуктов раскисления, равномерному распределению элементов-раскислителей, присаженных в ковш, выравниванию тем­пературы, выделению растворенных в стали газов.

В процессе выпуска стали в зависимости от емкости сталеплавиль­ного агрегата металл остывает на 20—50 °С, а во время выдержки в ковше он остывает на 0,3—1,5°С/мин в зависимости от объема ковша.

При температуре стали шамотная футеровка активно взаимодействует с печным шлаком, находящимся в ковше. При этом шлак обогащается кремнеземом и глиноземом, что снижает его основность и вязкость - создаются условия для перехода части фосфора из шлака в металл. В результате к концу разливки его содержание в металле может возрастать.

Концентрация марганца в кипящей стали обычно умень­шается, что связано с его окислением при снижении температуры. В процессе разливки окисляется также до 0,02—0,03 % углерода.

В спокойной стали частично окисляется кремний и практически полностью выгорает алюминий.

Во время разливки стали в слитки происходит ее повторное окис­ление. При этом общее содержание кислорода может увеличиваться в два-три раза. Наиболее склонен ко вторичному окислению глубокораскисленный металл. Опасность окисления больше при непрерыв­ном литье заготовок, где суммарная площадь контакта металла с атмосферой в струе и промежуточном ковше сравнительно велика.

Для уменьшения вторичного окисления при разливке применяют защиту струи аргоном, разливку через удлиненный стакан под уровень металла в кристаллизаторе, защиту зеркала металла в из­ложнице и кристаллизаторе шлаковыми смесями или созданием восстановительной атмосферы в полости изложницы и т. п.

 

Способы разливки стали

 

Применяют два основных способа разливки стали: разливку в из­ложницы и непрерывную разливку. Разливку в изложницы подраз­деляют на разливку сверху и сифоном.

При разливке сверху (см. рисунок 49) сталь непосредственно из ковша 1 поступает в изложницы 2, устанавливаемые на чугунных плитах — поддонах 3.

Рисунок 49 - Схема разливки стали сверху, через промежуточный ковш (а) и промежуточную воронку (б) (обозначения в тексте)

 

После заполнения каждой изложницы стопор или шиберный затвор ковша закрывают, ковш транспортируют к следующей изложнице и повторяют цикл разливки.

Иногда при разливке сверху применяют двухстопорные ковши; это позволяет одновременно заполнять две изложницы и сократить длительность разливки. С целью уменьшения напора струи и разбрызгивания металла на стенки изложниц разливку сверху иногда ведут через промежуточные ковши (рисунок 49, а) или через промежуточные воронки (рисунок 49, б).

При сифонной разливке (см. рисунок 50), основанной на принципе сообщающихся сосудов, сталью одновременно заполняют несколько (от двух до шестидесяти) изложниц. Жидкая сталь из ковша (1) поступает в установленный на поддоне (5) футерованный изнутри центровой литник (2), а из него по футерованным каналам поддона (6) в изложницы (4) снизу. Центровой литник и изложницы устанавли­вают на массивной чугунной плите — поддоне, имеющей канавки, в которые укладывают пустотелый сифонный кирпич (трубки или проводки).

Рисунок 50 – Схема сифонной разливки (обозначения в тексте)

Таким образом, металл из ковша поступает в изложницу, лишь пройдя систему каналов, футерованных огнеупорным кирпичом. После наполнения всех установленных на поддоне изложниц стопор (шиберный затвор) закрывают, и ковш транспортируют к следующему поддону и т. п.

Оба способа разливки обладают рядом преимуществ и недостатков. Сифонная разливка имеет следующие преимущества перед разливкой сверху:

1) одновременная отливка нескольких слитков сокращает дли­тельность разливки плавки и позволяет разливать в мелкие слитки плавки большой массы;

2) удобно применять защиту зеркала металла в изложнице шлако­выми смесями или жидким шлаком;

3) поверхность слитка получается чистой, так как металл в из­ложницах поднимается без разбрызгивания;

4) повышается стойкость футеровки ковша и улучшаются условия работы стопора и шиберного затвора вследствие меньшей длитель­ности разливки и уменьшения числа открываний/закрываний;

5) есть возможность следить за поведением металла в изложнице и регулировать скорость разливки.

Недостатки сифонной разливки:

1) сложность и повышенная стоимость разливки из-за расхода сифонного кирпича, установки дополнительного оборудо­вания и затрат труда на сборку поддонов и центро­вых;

2) дополнительные потери металла в виде литников (0,7—2,5 % от массы разливаемой стали) и возможность потерь при прорывах металла через сифонные кирпичи;

3) необходимость нагрева металла в печи до более высокой тем­пературы, чем при разливке сверху, так как он дополнительно ох­лаждается в каналах сифонного кирпича;

4) опасность загрязнения стали неметаллическими включениями из-за размывания сифонного кирпича.

Преимуществами разливки сверху являются:

1) более простая подготовка оборудования к разливке и меньшая стоимость разливки;

2) меньше опасность загрязнения стали неметаллическими включе­ниями;

3) отсутствие расхода металла на литники;

4) температура металла перед разливкой может быть ниже, чем при сифонной разливке.

Вместе с тем, разливке сверху присущи следующие недостатки:

1) образование плен на поверхности нижней части слитков из-за разбрызгивания металла при ударе струи о дно изложницы. Застывшие на стенках изложницы и окисленные с поверхности брызги металла не растворяются в поднимающейся жидкой стали, образуя дефект поверхности — плены, которые не свариваются с металлом при прокатке;

2) большая длительность разливки;

3) из-за большой длительности разливки снижается стойкость футеровки ковша и в связи с большим числом открываний и закры­ваний ухудшаются условия работы стопора или шиберного затвора.

Оба способа разливки широко применяют. Благодаря простоте и отсутствию потерь металла с литниками часто предпочитают разливку сверху. Несмотря на необходимость дополнительной зачистки по­верхности проката, разливка сверху для рядовых марок является более экономичной, чем разливка сифоном. В то же время высокока­чественные в легированные стали, когда стремятся уменьшить потери дорогостоящего металла на зачистку и получить чистую поверх­ность слитка, разливают главным образом сифоном. Сифонной раз­ливкой, как правило, получают также слитки массой менее 2,5 т.