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

 

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.

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 Si0₂—CaF₂—СаО—А1₂О_э с высоким содержанием Si0₂ (30—40 %) и CaF₂ (30—45 %). Иногда в состав шлаков вводят Na₂0, MgO, ТЮ₂.

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 1/3 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 (Si0₂ и Na₂0) 20, доменный шлак 10. Один из соста­вов медленносгораюших смесей для разливки сверху сталей без легкоокисляюшихся элементов, %: марганцевая руда 15-20, силикатная глыба 10-23, алюминиевый порошок 12—22,

 

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 Si0₂ и А1₂О_э. Вермикулит и перлит — природные минералы; обожженный вермикулит содержит, %: 35—40SiO₂; 13—20 А1₂0₃; 5-20 Fe₂0₃; 15-27 MgO; 0,8-3,5 СаО; состав обож­женного перлита, %: 72-76 Si0₂; 13-15 А1₂0₃; 3-9 (K₂0+ + Na₂0), 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.

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.

3. Специальные методы теплоизоляции и обогрева верха слитка

Наряду с применением футерованных прибыльных надставок в сочетании с засыпкой верха слитка теплоизолирующими сме­сями или люнкеритами используют другие способы снижения величины головной обрези верха слитков спокойной стали.

Применение теплоизоляционных вкладышей. Вкладыши в ви­де пластин закрепляют у стенок прибыльной надставки или же в верхней части изложницы вдоль ее стенок. В последнем случае изложницы применяют без прибыльных надставок.

Наиболее часто вкладыши изготовляют из песка с добав­кой бумаги, отходов целлюлозного производства, глины и ряда связующих, иногда из асбестита со связующми и др. Обычно вкладыши применяют в сочетании с засыпкой верха слитка люнкеритом или экзотермическими смесями.

 

Благодаря низкой теплопроводности вкладышей охлаждение металла в прибыльной части изложницы происходит медлен­нее, чем при использовании обычных прибыльных надставок; это уменьшает глубину усадочной раковины в слитке и об-резь металла при прокатке. В последние годы вкладыши при­меняют все шире, поскольку при относительной дешевизне их использование снижает величину головной обрези на 2—5 %.

Применение экзотермических вкладышей. Вкладыши выпол­няют из экзотермических смесей в виде пластин. Их укреп­ляют у стенок верхней части изложницы или в прибыльной надставке; иногда прибыльную надставку обмазывают изнутри экзотермической массой.

Экзотермические смеси, из которых на связке (жидкое стекло) готовят вкладыши, содержат горючее вещество (алю­миний), окислитель (окалину) и нейтральные наполнители (шамот, глину, вермикулит). При контакте с горячим метал­лом алюминий окисляется за счет кислорода окислителя и при этом выделяется тепло. В результате обогрева умень­шается глубина проникновения в слиток усадочной раковины и снижается головная обрезь на 5—8%.

Стоимость экзотермических вкладышей сравнительно высо­ка и их применяют лишь при производстве дорогостоящих вы­сококачественных и легированных сталей.

Электродуговой обогрев. В прибыльную надставку вводят графитовый электрод, устанавливая его над поверхностью металла. Электрод соединяют с одним из концов обмотки пи­тающего трансформатора, другой конец обмотки соединяют с поддоном. После зажигания дуги на поверхность металла в надставке засыпают шлакообразующую смесь (например, из шамота, извести и плавикового шпата). Образующийся шлак повышает устойчивость горения дуги и предохраняет металл от науглероживания материалом электрода. Длительность обогрева слитков от 0,5 до 8 т изменяется в пределах 0,5—2,2 ч. Способ позволяет повысить выход годного на 5—8 % при расходе электроэнергии 15—40 кВт • ч на 1т стали.

Газовый обогрев. После наполнения слитка в прибыльную надставку засыпают шлаковую смесь и над поверхностью ме­талла устанавливают газо-кислородную горелку. Обогрев в течение 15—20 мин за счет сжигания природного или коксо­вого газа в кислороде позволяет повысить выход годного

металла на 6—8 %. Шлак, получающийся при расплавлении шлаковой смеси в надставке, предохраняет металл от окис­ления.

Электрошлаковая подпитка. Поверхность металла в прибы­ли покрывают шлаком, состоящим из CaO, CaF₂ и А1₂0₃, ко­торый обладает электропроводностью, и в то же время боль­шим электросопротивлением. В шлак сверху погружают элект­род из стали того же состава, что и отливаемый слиток. При прохождении электрического тока от электрода к метал­лу через шлак, последний сильно нагревается, электрод плавится и капли металла через шлак поступают в головную часть слитка. Таким образом происходит не только обогрев головной части слитка, но и питание усадки слитка метал­лом плавящегося электрода. Способ позволяет получать слитки без усадочной раковины и увеличить выход годного металла на 15 % и более.

Осуществить газовый и электродуговой обогрев, а также электрошлаковую подпитку в условиях массового производст­ва сложно и затруднительно. Поэтому их чаще применяют при производстве дорогих высоколегированных сталей, когда это оказывается экономически целесообразным.