Разливка металла в изложницы

Обновлено: 07.07.2024

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 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. 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 и иногда ферросилиций (в виде кусков размером 4—30мм), которые дают на поверхность металла через 1—1,5 мин после окончания наполнения изложницы. Закупоривание производят присадкой алюминия на зеркало металла непосредственно после окончания заливки изложницы. Алюминий дается в виде дроби или жидким.

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

Способы повышения скорости разливки кипящей стали

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 (

1. Применение интенсификаторов 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.

Применение интенсификатора кипения позволяет получать здоровую корочку достаточной толщины (10-20 мм) при увеличении скорости разливки до 2,0—2,5 м/мин, при этом повышенной загрязненности стали неметаллическими включениями не отмечается.

2. Обдув струи стали кислородом. Действенным средством увеличения толщины беспузыристой корочки является обдув струи стали при разливке кислородом.

3. Скоростная разливка - разливка химически закупориваемой стали 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.

Разливка стали

Разливка стали является важным этапом сталеплавильного производства. Технология и организация разливки часто определяют качество готового металла и количество отходов при дальнейшем переделе стальных слитков. Выплавленную качественную сталь можно испортить неправильно организованной разливкой.

При разливке выплавленную сталь выпускают в разливочный ковш и далее разливают в металлические формы - изложницы или направляют на машины непрерывной разливки. В результате затвердевания получают стальные слитки, которые затем подвергают обработке давлением (прокатке, ковке).

Изложницы представляют собой чугунные формы, используемые для изготовления слитков. Они могут быть с квадратным, прямоугольным, круглым и многогранным поперечным сечениями (рисунок 33). Слитки квадратного сечения переделывают на сортовой прокат (уголки, швеллеры, двутавровые балки). Слитки прямоугольного сечения переделывают на лист. Из слитков круглого сечения изготавливают трубы, колеса. Многогранные слитки используют для поковок.

Для прокатки отливают слитки массой 0,2-25 т. Для поковок изготавливают слитки массой до 300 т и более. Обычно углеродистые спокойные и кипящие стали разливают в слитки массой до 25 т. Легированные и высококачественные стали - в слитки массой 0,5-7 т, а некоторые сорта высоколегированных сталей - в слитки массой в несколько килограммов.

По форме продольного сечения изложницы бывают двух типов (рисунок 34):

с уширением к верху (рисунок 34а);
с уширением к низу (рисунок 34б).

Изложницы, уширяющиеся к верху, изготавливают с дном и применяют для разливки спокойной стали. Изложницы, уширяющиеся к низу, делают без дна (сквозными), при разливке устанавливают на чугунные поддоны и используют для разливки кипящей стали.

Способы разливки стали

Применяют два основных способа разливки стали:

разливка в изложницы;
непрерывная разливка.

Разливку в изложницы

Разливку в изложницы подразделяют на два вида:

Разливка сверху

При разливке сверху (рисунок 35) сталь из ковша непосредственно поступает в изложницы. После заполнения каждой изложницы ковш транспортируют к следующей изложнице и после заполнения ее цикл повторяется.

Сифонная разливка

При сифонной разливке (рисунок 36), основанной на принципе сообщающихся сосудов, сталью одновременно заполняют несколько изложниц (от двух до нескольких десятков). Жидкая сталь из ковша поступает в установленную на поддоне центровую, а из нее по каналам в поддоне в изложницы снизу. После наполнения всех установленных на поддоне изложниц ковш транспортируют к следующему поддону.

Оба способа разливки широко применяются на практике. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки. Однозначного ответа на вопрос, какой из них является лучшим, до сих пор нет. Благодаря простоте и отсутствию потерь металла с литниками часто предпочитают разливку сверху. Разливка сверху " для рядовых марок стали является более экономичной, чем разливка сифоном. В то же время высококачественные и легированные стали, когда для уменьшения потерь дорогостоящего металла при зачистке важно получить чистую поверхность слитка, разливают преимущественно сифоном.

Непрерывная разливка стали

Сущность способа непрерывной разливки заключается в том, что жидкую сталь непрерывно заливают в водоохлаждаемую изложницу без дна - кристаллизатор, из нижней части которого вытягивают затвердевший по периферии слиток с жидкой сердцевиной (рисунок 37). Далее слиток движется через зону вторичного охлаждения, где полностью затвердевает, после чего его разрезают на заготовки определенной длины. Разливку ведут до израсходования металла в сталеразливочном ковше. До начала разливки в кристаллизатор вводят временное дно, называемое затравкой.

Агрегаты для разливки стали этим методом называют машинами непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) или установками непрерывной разливки ста-ли (УНРС). Существует несколько типов машин непрерывной разливки, из которых наиболее распространение получили вертикальные, криволинейные, горизонтальные (рисунок 38).

В зависимости от количества одновременно отливаемых слитков машины могут быть одноручьевыми, двухручьевыми и многоручьевыми. На машинах непрерывной разливки отливают заготовки квадратного сечения (блюмы), прямоугольного (слябы), круглого и полые круглые заготовки для производства труб.

Главные преимущества непрерывной разливки стали перед разливкой в изложницы заключаются:

Разливка и кристаллизация кипящей стали

При выплавке кипящей стали раскислители практически не используются, так как металл самораскислится при разливке и кристаллизации в изложницах. Если вводят раскислители, то в ограниченных количествах, чтобы не затормозить самораскисления, выделения газов и получения нормальной структуры слитка кипящей стали. Обычно в печь вводится ферромарганец.

Кипящую сталь разливают в сквозные изложницы, расширяющиеся книзу.

Разливка может быть как сверху, так и снизу — сифоном. Последний способ дает возможность лучше контролировать скорость заполнения изложницы металлом. Скорость заполнения имеет определяющее значение для структуры слитка. При разливке со скоростью подъема металла в изложнице 12—25 см/мин образуется корочка толщиной 25—35 мм и уменьшается вдвое при скорости 50—60 см/мин. При первом пределе скорости металл закипает, как только поднимается уровень на 125—150 мм выше дна изложницы, и кипит в течение периода разливки.

Под кипением металла в изложнице подразумевается выделение газовых пузырей с поверхности расплава в результате развития реакции между растворенными в металле углеродом и кислородом

В соответствии с этой реакцией выделяющиеся при затвердевании газы состоят из 85—95% окиси углерода. Реакция начинается и развивается благодаря тому, что в нераскисленном (или слабо раскисленном) металле содержание растворенного кислорода повышенное. При заливке металла после соприкосновения его со стенкой изложницы, тотчас же образуется плотная наружная корочка из равноосных мелких кристаллов. Далее, при установившемся теплоотводе через корочку слитка растут дендритные кристаллы. Так как характер кристаллизации избирательный и сначала выпадают более чистые кристаллы, маточный расплав обогащается углеродом и кислородом, при этом еще более нарушается равновесие, что способствует началу реакции с образованием окиси углерода. Развитию реакции благоприятствует понижение температуры металла и способствуют образовавшиеся и образующиеся кристаллы, создавая границу раздела расплав — твердая фаза, на которой энергетически облегчается возникновение и рост пузырьков окиси углерода. Все эти условия способствуют реагированию растворенных углерода и кислорода и, раз начавшись, реакция идет до конца отвердевания. В результате реакции концентрация кислорода в металле отвердевшего слитка значительно ниже, чем в исходном металле, а произведение m = [%С] × × [%O] оказывается на низшем уровне, укладывается в пределы от 0,0015 до 0,0025, очевидно достигая равновесия.

Концентрация кислорода в несколько раз ниже равновесной с углеродом наблюдается в зоне сотовых пузырей, что объясняется развитием ликвации, протекающей с большой скоростью, чему способствует выделение газов в промежутках между кристаллами. После образования корочки начинается рост столбчатых кристаллов, который аналогичен образованию зоны столбчатых кристаллов при отвердевании спокойной стали. Однако при отвердевании кипящей стали маточный раствор обогащается кислородом и развивается реакция с выделением окиси углерода.

Выделяющаяся окись углерода образует газовые пузыри. Так как формирование этих пузырей происходит между растущими дендритными кристаллами, то пузырек приобретает вытянутую форму, что характерно для сотовых пузырей (рис. 136). Рост сотовых пузырей происходит до тех пор, пока скорость роста пузыря больше скорости роста дендритов. Как только скорость роста дендритов будет больше, столбчатые кристаллы замыкают фронт роста сотовых пузырей. Часть пузырей выплывает в расплав, перемещаясь к центру и вверх. Эти пузыри и пузыри, образующиеся за пределами столбчатых кристаллов, создают зону вторичных пузырей. Они имеют округлую форму. При энергичном кипении, т. е. выделении газов, жидкий металл интенсивно циркулирует, пузыри лучше выносятся к центру и в верх слитка и их меньше остается в металле. В этом случае толще получается корка металла от края слитка до сотовых пузырей.

В верхней части нормального слитка кипящей стали обычно накапливаются не успевшие удалиться округлые пузыри. Могут проявиться усадочные пустоты, усадочная раковина отсутствует. Усадку в слитке кипящей стали компенсирует сумма всех газовых пузырей и возможных усадочных пустот. Структура типичных слитков кипящей стали представлена на рис. 137.

Затвердевание головной части слитка кипящей стали могут дать три типа слитка: рослый, с усадкой и ровный. Рослый слиток получается при вялом кипении, в результате чего сталь оказывается недораскисленной и недостаточно дегазированной. После достижения уровня металл, подпираемый газами, начинает подниматься, образуя рослую голову слитка (до 400—450 мм).

Рослая головка обогащена газовыми пузырями и вредными примесями.

Переокисленная, перегретая сталь кипит очень бурно, поднимается вверх и резко оседает, образуя у стен изложницы голенище. Внутренняя поверхность голенища окислена, не может свариваться с металлом и при прокате даст расслой. Слитки идут на неответственные назначения или в переплав.

При кипении стали в изложнице газовые пузыри выталкивают ликваты к осевой части слитка и выносят их в головную часть. В результате в слитке кипящей стали наблюдается большее развитие ликвации, чем в слитке спокойной стали. Особенно высокая ликвация наблюдается у вторичных пузырей в связи с тем, что именно ими осуществляется вынос металла, обогащенного вредными примесями и ликвирующими элементами и адсорбцией их у границы металл—газ.

В отличие от слитка спокойной стали в слитке кипящей стали не наблюдаются усы или Λ-ликвация, и отчетливо наблюдается V-ликвация.

Ликвация в кипящей стали повышается с увеличением массы слитка, температуры и скорости разливки, интенсивности и длительности кипения.

Уничтожить явления ликвации в слитке кипящей стали невозможно, однако уменьшение в металле концентрации вредных примесей, таких как сера и фосфор, смягчает проявление ликва- ционных явлений.

Так как ликвация усиливается с длительностью кипения, целесообразно ее регулировать прекращением кипения металла в изложнице. Для этого изложницу сверху закрывают крышкой, под которой создается повышенное давление выделяющихся газов, и реакция самораскисления стали заканчивается.

Преимуществом кипящей стали является отсутствие концентрированной усадочной раковины в слитках, а также отсутствие неметаллических включений продуктов раскисления. Серьезным недостатком кипящей стали является чрезвычайно сильная неравномерность (ликвация) химического состава газов по продольному и поперечному сечению слитка.

Для сохранения преимуществ спокойной и кипящей стали и уменьшения недостатков одного и другого вида производят сталь полуспокойную. Раскисленность полуспокойной стали — промежуточная между спокойной и кипящей. Раскисление производится в такой степени, что сталь умеренно кипит в изложнице.

В результате слиток полуспокойной стали имеет характер структуры, похожий как на слиток спокойной (перераскисленный слиток г), так и на слиток кипящей стали (недораскисленный слиток а) (рис. 138, б, в).

В слитках полуспокойной стали наряду с сотовыми пузырями обычно образуются небольшие усадочные полости в виде нескольких газовых раковин. Как правило, в полуспокойной стали сотовые пузыри обычно формируются в верхней части слитка, вторичные пузыри отсутствуют. Степень ликвации в слитках полуспокойной стали значительно меньшая, чем в кипящей. Отсутствие концентрированной усадочной раковины уменьшает обрезь головной части до 5%, в связи с этим выход годных слябов увеличивается до 90—95%. Небольшой расход раскислителей удешевляет производство полуспокойной стали сравнительно со спокойной. В связи с этими преимуществами в последнее время замечается тенденция к увеличению производства полуспокойного металла.

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 12) сталь непосредственно из ковша 1 поступает в изложницы 2, устанавливаемые на чугунных плитах — поддонах 3.

Рисунок 12 - 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 12, а) или через промежуточные воронки (рисунок 12, б).

При сифонной разливке (см. рисунок 13), 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).

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.

Читайте также: