Оборудование для разливки в слитки

Для разливки стали используют следу­ющее оборудование: 1) желоб, по ко­торому сталь из конвертера или пла­вильного агрегата (электро- или мар­теновских печей) попадает в ковш; 2) сталеразливочный ковш; 3) проме­жуточный ковш или промежуточное разливочное устройство; 4) изложни­цы; 5) поддоны; 6) установки непре­рывной разливки стали УНРС (маши­ны непрерывного литья заготовок МНЛЗ). Если сталь разливают в из­ложницы, то процесс разливки может осуществляться либо сверху (рис. 23.1), либо сифоном (рис. 23.2).

23.1.1. Выпускной желобсостоит из металлического сварного или литого кожуха, футерованного, как правило, шамотным кирпичом. Желоб установ­лен с наклоном 0,10—0,12 к горизонта­ли (для обеспечения полноты стека-ния металла). На мартеновских печах садкой >300т плавку одновременно выпускают в два ковша (рис. 23.3). Та­кие печи называют двухжелобными.

23.1.2. Сталеразливочный ковшвы­полняет несколько функций: 1) слу­жит емкостью для транспортировки металла от сталеплавильного агрегата или от сталевоза до места разливки; 2) является устройством, при помощи которого сталь распределяется по из­ложницам или кристаллизаторам уста­новки непрерывной разливки; 3) явля­ется агрегатом, в котором осуществля­ют ряд металлургических процессов (раскисление, легирование, обработку вакуумом, продувку инертным газом, обработку жидкими синтетическими шлаками или твердыми шлаковыми смесями и т. п.); 4) служит емкостью, в которой металл выдерживают при за­данной температуре в процессе раз­ливки плавки.

К сталеразливочному ковшу предъявляют следующие требования. Ковш (без металла) должен быть воз­можно более легким, компактным и оборудован простыми и надежными устройствами, обеспечивающими вы­дачу металла необходимыми порция­ми и с требуемой интенсивностью. Футеровка ковша должна обеспечи­вать возможно более длительную его кампанию (от ремонта до ремонта). Конструкция и футеровка ковша дол­жны обеспечивать минимальные поте­ри тепла (минимальное охлаждение металла) в течение периода разливки. Кожух ковша сварной, форма ков­ша — усеченный конус со сферическим днищем. Отношение диаметра к высо­те - 1. Сечение ковша круглое, в неко-

Рис.23.1. Схема разлив­ки стали сверху:

1 — сталеразливочный ковш;

2 — изложница; 3 — поддон

Рис. 23.2.Схема разливки стали сифоном:

1 — центровая; 2— прибыльная надставка; 3 — из­ложница (для разливки спокойной стали); 4— под­дон; 5 — сифонный припас

торых случаях слегка овальное (чтобы при том же размере траверсы разли­вочного крана использовать ковши большей вместимости). Объем ковша рассчитывают, исходя из объема всей массы металла и определенного (5-10 %) слоя шлака.

Отечественная промышленность выпускает стандартные ковши вмес­тимостью от 50 до 480 т. Масса порож­него футерованного ковша вместимо­стью 300 т 72,5 т, масса порожнего 480-т ковша 136,3т. Разливочный ковш перемещается с помощью разли­вочного крана. Грузоподъемность применяемых разливочных кранов со­ставляет, т: 260-75/15; 350-75/15; 450-100/20; 630-90/16 (первые циф­ры — грузоподъемность главной те­лежки, цифры дроби — грузоподъем­ность вспомогательной тележки). Разливочный кран большой грузоподъем­ности — сложное и дорогостоящее со­оружение. Обычно емкость сталепла­вильного агрегата на действующих за­водах ограничивается грузоподъемно­стью разливочного крана. Ковши футеруют шамотом или высокоогнеу­порными материалами. Футеровку ковша выполняют либо из кирпичей, либо монолитной. Для изготовления монолитной футеровки требуется со­ответствующее оборудование, однако при этом заметно снижаются затраты труда. Существует несколько способов выполнения монолитной футеровки ковшей: литье (рис. 23.4), трамбова-

Рис. 23.3.Схема двухручьевого универсаль­ного сталевыпускного желоба мартеновской печи:

1 — сталеплавильный агрегат; 2—желоб; 3 — пере­городка для отделения печного шлака; 4— выем для слива шлака; 5 — механизм поворота желоба вокруг продольной оси; 6— шлаковая чаша; 7— сталераз­ливочный ковш

1 л 1

Рис. 23.4.Схема установки для изготовления монолитной футеровки 130-т сталеразливочных ковшей:

1 — сталеразливочный ковш; 2 — поворотная платформа; 3 — шлаковый смеси­тель; 4—шнековый транспортер; 5—шнековый питатель; 6— бункер шлака; 7—бункер кварцита; 8— дозатор жидкого стекла; 9— бункер жидкого стекла; 10— мешалка для жидкого стекла; 11 — вентиль; 12— насос для жидкого стекла; 13 — ленточный дозатор для кварцита; 14— вентиль подачи жидкого стекла;

15 — шаблон

ние (в том числе автоматическое без шаблона), торкретирование, песко­метная набивка. Выбор способа футе­ровки ковша определяется наличием и стоимостью соответствующих обору­дования и материалов (об использова­нии тиксотропных материалов см. разд. 5.5).

Стойкость футеровки ковшей, из­готовленных из обычных шамотных кирпичей, всего 15—25 плавок (нали­вов). Футеровка изнашивается нерав­номерно; наибольший износ наблюда­ется в месте падения струи металла и в районе шлакового пояса. В тех слу­чаях, когда металл в ковше подверга­ют различным методам обработки, включая методы, связанные с интен­сивным перемешиванием металла, стойкость шамотной футеровки резко снижается; тогда футеровку ковша вы­полняют из высокоогнеупорных мате­риалов, стойкость при этом возрастает до 100 и более плавок. В зависимости от качества огнеупорных материалов и технологии обработки стали в ковше расход огнеупоров колеблется в преде­лах от 2 до 5 кг/т стали.

Для оптимизации срока службы футеровки определяют соответствую­щие зоны (рис. 23.5). Обожженные пе-риклазоуглеродистые огнеупоры ис­пользуют в верхнем шлаковом поясе. Таким образом обеспечивается шла-коустойчивость этого участка. Другим интересным аспектом такой конструк­ции ковша является применение пред­варительно литого глиноземошпи-нельного блока в зоне удара струи о днище ковша. Прочность материала может быть увеличена добавкой 2-3 % стального волокна. Использование для футеровки ковша в шлаковой зоне бетона из силиката циркония (ZrSi0₄) соответствует японскому подходу к изготовлению футеровки ковша полностью методом литья. Сочетание та­кого способа изготовления футеровки с осуществлением горячего ремонта приводит к снижению расхода огне­упорных материалов.

В других странах в ковшах для вне-печной обработки стали применяют кирпичную футеровку, используя при этом следующие огнеупорные матери­алы: известково-периклазовые и пе-риклазовые огнеупоры на смоляной и пековой связках, а также высокогли­ноземистые и алюмосиликатные.

Выбор того или иного вида огне­упоров может определяться также на­личием примесей в стали. Например, с учетом возможного загрязнения ме­талла углеродом (из огнеупорных ма­териалов), что нежелательно при выплавке стали с крайне низким со­держанием углерода, применяют не содержащие углерода огнеупорные материалы, такие, как обожженные известково-периклазовые огнеупоры.

Оборудование для выпуска стали из ковша состоит из стопорного уст­ройства и разливочного стакана. Обычно в каждом ковше устанавли­вают один комплект такого оборудо­вания, однако в ковшах большой вме­стимости для ускорения разливки монтируют два таких комплекта. Раз­ливочный стакан устанавливают в

Рис. 23.5.Типичная бетонная футеровка ков­ша для внепечной обработки стали в Японии:

1 — сторона слива шлака; 2 — противоположная сторона; 3— шлаковый пояс; 4 — изоляционный кирпич; 5—литой блок; 6— глиноземошпинельный бетон; 7—периклазоуглеродистый кирпич; 8— вы­сокоглиноземистый кирпич

гнездо, предусмотренное в днище ков­ша (в самой низкой его точке, с тем чтобы в стакан сливался из ковша весь металл, без остатка). После разливки каждой плавки стакан заменяют но­вым. Различают два типа стопорных устройств:

1. Вертикальные стопорные уст­ройства (или просто стопоры). Уст­ройство включает вертикальный сто­пор, проходящий внутри ковша через массу металла (рис. 23.6). При помо­щи механизма рычажного типа стопор поднимается и опускается. При подъеме нижний конец стопора (пробка стопора) отходит от разливоч­ного стакана и через открывшееся от­верстие металл из ковша выливается в изложницу. Стопор состоит из сплош­ного или полого металлического стер­жня, на который надета серия кату­шек из огнеупорного материала (обычно из шамота).

2. Стопорные устройства скользя­щего типа. Устройство крепится к ко­жуху ковша снизу снаружи. Отверстие разливочного стакана перекрывается (и открывается) горизонтальным отсе­кающим движением скользящей ог­неупорной плиты. В зависимости от вида движения отсекателя (прямоли­нейного или вращательного) скользя­щие затворы делят на шиберные (рис. 23.7, б) и поворотные или диско­вые (рис. 23.7, в) с несколькими отвер­стиями разного диаметра. Дисковые затворы позволяют изменять по ходу разливки скорость истечения металла из ковша или сохранять ее в процессе опорожнения ковша (по мере опуска­ния уровня металла в ковше вести раз­ливку через отверстия все большего диаметра). При расположении за­творного устройства вне ковша все необходимые операции с находящим­ся в ковше металлом (перемешивание и т.д.) проводятся без опасения по­вредить стопор и вызвать этим ава­рийный выход металла из ковша. На­дежность скользящего затвора зависит от огнеупорности и износостойкости скользящих плит, от точности их изго­товления и притирки.

В процессе разливки сечение раз­ливочного стакана изменяется. Опас­ным считается случай так называемого зарастания стакана. Такое явление

Рис. 23.6.Сталеразливочный свар­ной ковш емкостью 480т со сто­порным устройством:

/—сливной носок; 2 —цапфа; 3 — пли­та; 4—упор; 5—пояс жесткости; 6— стопор; 7—корпус; S— огнеупорный кирпич; 9— скоба; 10, 12— вилки; 11 — ползун; 13 — направляющая труба; 14— винтовой механизм; 15— гидравличес­кий цилиндр; 16— пружина; 17— руч­ной рычажный механизм; 18— шамот­ная пробка; 19— сталевыпускной стакан

наблюдается, в частности, при раз­ливке стали, раскисленной алюмини­ем. Образующиеся при раскислении частицы корунда А1₂О₃ оседают на внутренних стенках стакана, образуя тугоплавкую и прочную настыль; внутренний диаметр стакана начина­ет уменьшаться, и, если не принять необходимых мер, разливка может вообще прекратиться. Для предотвра­щения таких явлений, а также во из­бежание застывания металла (особен­но первых его порций) в полости ста­кана за время от выпуска плавки до начала разливки в разливочный ста­кан подают (с небольшой интенсив­ностью) инертный газ.

Падение струи стали из ковша в из­ложницу или кристаллизатор сопро­вождается рядом явлений, отрица­тельно влияющих на качество металла.

Большой напор металла, вытекающего из крупного ковша, вызывает интен­сивное разбрызгивание струи при уда­ре о дно изложницы или о поверх­ность жидкого металла. Расчеты и ре­зультаты моделирования показывают, что при разливке из ковшей большой вместимости критерий Рейнольдса для струи может достигать значений >10⁶, что свидетельствует о высокой степени турбулентности струи. Исте­чение таких турбулентных потоков со­провождается захватом атмосферного воздуха, а также развитием кавитаци-онных явлений, что, в свою очередь, приводит к резким местным колеба­ниям давления металла в слитке. При большом напоре металла струя пере­стает быть непрерывной, что приво­дит к эжектированию окружающего воздуха, интенсивному развитию вторичного окисления стали, увеличению содержания азота и т. д.

Рис. 23.7.Скользящий затвор:

а — принцип действия (слева — входной 1 и выпускной 2 стаканы совмещены во время разливки; справа — выпускной стакан и скользящая плита перемещены в положение «закрыто»); б—шиберного типа (1 — раз­ливочный стакан ковша; 2— плиты; 3 — гнездовой кирпич; 4— наружный разливочный стакан; 5 —метал­лический защитный кожух); в — вращающийся (6— верхний стакан; 7—неподвижная плита; 8— вращаю­щаяся плита; 9— коллектор; 10— ротор; 11 — пружины; 12 — редуктор; 13 — электродвигатель; 14— пре­дохранительный кожух; 75— футеровка промежуточного ковша)

Диаметры разливочных стаканов могут колебаться от 50 до 120 мм. При истечении металла через отверстие в днище ковша создается положение, при котором основное перемещение жидкого металла происходит по оси стакана, т. е. в первую очередь из ков­ша удаляется столб металла, распола­гающийся над отверстием стакана, а объемы металла, находящиеся вблизи стенок ковша, не перемещаются и по­ступают на разливку в последнюю очередь. Создается различие по темпе­ратуре и свойствам этих объемов ме­талла (в сравнении с температурой и свойствами внутренних слоев), приво­дящее к нестабильности качества слитков, отлитых за время разливки. При входе жидкого металла в стакан происходит сжатие (сужение) струи, которое сохраняется до некоторой глубины, после чего поток снова рас­ширяется, заполняя все поперечное сечение стакана, т. е. в стакане имеет­ся зона пониженного статического давления (отрыв потока от стенок ка­нала и связанное с ним вихреобразо-вание являются основной причиной увеличения сопротивления движе­нию жидкости в струе, а также захва­та струей воздуха). Дополнительная трудность при решении проблемы организации истечения струи металла из ковша связана с тем, что по мере опорожнения ковша изменяется напор металла (высота металла в ковше уменьшается). Может оказаться, что удовлетворительный характер истече­ния струи в начале разливки (неболь­шое отношение диаметра струи к вы­соте столба металла в ковше) сменяет­ся неудовлетворительным в конце раз­ливки (при неизменном диаметре струи напор металла резко уменьшил­ся). На характер движения металла в ковше и стакане влияет также место­положение стакана относительно стен ковша. На практике для организации, нормальной разливки используют ряд приемов.

1. Сечение, размеры и форму раз­ливочного стакана и его расположе­ние в ковше выбирают по результатам предварительного моделирования с учетом размеров ковша, состава стали и необходимой скорости разливки. Сечение стаканов может быть круг­лым, эллиптическим, крестообразным и т.д. (рис. 23.8).

2. Применяют удлиненные стака­ны, с тем чтобы металл проходил по разливочному стакану, не соприка­саясь с окружающим воздухом (рис. 23.9).

3. Защищают струи металла, выте­кающего из ковша, инертным газом, подаваемым из кольцеобразного уст­ройства, окружающего струю.

4. Инертный газ подают непосред­ственно в стакан, в результате условия истечения струи определяются не из­меняющимся по ходу разливки напо-

Рис. 23.8.Формы сталеразливочных конфузорных стаканов: а — щелевого для отливки листовых слитков; 6— крестового

Рис. 23.9.Схема подвода стали в кристалли­затор затопленной струей (под уровень ме­талла):

7 —стопор; 2—ковш; 3 — удлиненный разливоч­ный стакан; 4— уровень жидкого металла в крис­таллизаторе

ром металла, а воздействием выходя­щего из пористых стенок стакана инертного газа.

5. Перемешивают металл в ковше.

6. Применяют промежуточные раз­ливочные устройства (воронки, про­межуточные ковши и т. п.), позволяю­щие разливать металл почти до конца разливки всей плавки с неизменной и требуемой скоростью истечения.

23.1.3. Промежуточные разливочные устройстваспособствуют уменьшению разбрызгивания при ударе струи о дно изложницы или о поверхность разли­ваемого металла. Применение таких промежуточных разливочных уст­ройств, как воронки, корытообразные футерованные емкости с несколькими отверстиями в днище и т. п., ограни­чено отдельными случаями (напри­мер, разливка единичных крупных слитков для поковок). Применение промежуточных ковшей получило ши­рокое распространение при непре­рывной разливке, когда характер воз­действия струи на кристаллизующий­ся металл имеет особое влияние на ка­чество слитка.

Промежуточный ковш является дополнительным звеном в технологи­ческой цепочке сталеплавильный аг­регат—сталеразливочный ковш—сли­ток. Однако, несмотря на определен­ные затраты, связанные с изготовле­нием промежуточных ковшей и их обслуживанием, применение этого до­полнительного звена целесообразно. Получаемые от использования проме­жуточных ковшей преимущества сво­дятся к следующему: 1) обеспечивает­ся разливка практически всей плавки с одинаковой скоростью и характером истечения струи металла; 2) суще­ственно уменьшается удар струи ме­талла при разливке; 3) можно вести разливку сверху одновременно на не­сколько слитков; 4) в необходимых случаях можно осуществлять допол­нительные операции по исправлению состава и повышению качества метал­ла; 5) при непрерывной разливке мож­но разливать несколько плавок без пе­рерыва струи металла, вытекающей из промежуточного ковша (так называе­мый метод «плавка на плавку»). Неко­торый запас металла в промежуточном ковше позволяет продолжать разливку в то время, пока один опорожненный большой разливочный ковш заменяют другим.

К недостаткам применения про­межуточных ковшей относятся:

1) дополнительная поверхность кон­такта струи металла с окружающим воздухом между большим разливоч­ным и промежуточным ковшами вы­зывает вторичное окисление металла и взаимодействие его с воздухом;

2) дополнительная операция пропус­ка металла через промежуточный ковш приводит к усилению охлажде­ния металла.

Приведенные недостатки при ис­пользовании промежуточных ковшей устраняются путем усовершенствова­ния их конструкций: применяют про­межуточные ковши, непосредственно прикрепляемые к большим разливоч­ным (для уменьшения контакта струи с воздухом), используют ковши с крышкой для уменьшения потерь тепла, ковши с огнеупорными пере­городками для улучшения условий всплывания неметаллических вклю­чений и т. д.

23.1.4. Изложницыотливают обыч­но из чугуна, полученного в вагранке, или иногда из чугуна непосредственно из доменной печи, так как чугун име­ет относительно невысокую сто­имость, обладает хорошими литейны­ми свойствами и отливки из него при нагреве почти не коробятся. В некото­рых случаях (например, для отливки крупных кузнечных слитков) излож­ницы отливают из низкоуглеродистой качественной стали, предварительно подвергнутой вакуумированию. Раз­меры и форма изложницы, определя­ющие форму слитка, зависят от следу­ющих факторов:

1) вида продукции (прокатные слитки поступают в прокатный цех, кузнечные — в кузнечно-прессовый);

2) назначения (для получения сор­товой заготовки используют обычно слитки квадратного сечения, для про­ката на лист — прямоугольного, для получения труб, колес, бандажей — круглого или многогранного);

3) мощности прокатных станов (от этого зависят масса и размеры слитка);

4) степени раскисленности (форма слитков спокойной и кипящей стали обычно неодинакова и соответственно различную форму имеют и изложницы);

5) способа разливки (сверху или сифоном);

6) требований к качеству металла и его однородности (чем больше масса слитка, тем дольше он застывает, тем в большей степени развиваются в нем ликвационные явления и соответ­ственно неоднородность свойств). Для повышения производительности об­жимных станов (блюмингов и слябин­гов) целесообразно иметь крупные слитки, однако в ряде случаев при от­ливке крупных слитков не обеспечи­вается нужное качество стали.

Конструкция изложницы должна быть удобна в эксплуатации и иметь возможно более высокую стойкость. Стойкость изложниц зависит: от со­става и качества чугуна, из которого изложница изготовлена; состава и температуры разливаемой стали; от условий эксплуатации изложниц в данном цехе и от конструкции излож­ницы (при данной массе слитка). Для изготовления изложниц обычно ис­пользуют чугун, содержащий примерно 3,8 % С, 1,8 % Si, 0,9 % Мп, 0,2 % Р и минимальное количество серы. Присутствие хрома в чугуне повышает стойкость изложниц. Стойкость из­ложниц в значительной степени зави­сит от жесткости ее конструкции; даже небольшое коробление приводит к быстрому выходу чугунной излож­ницы из строя. С учетом этого, напри­мер, наружные грани изложницы вы­полняют не плоскими, а криволиней­ными, кривизну выбирают противо­положной той, которую имели бы плоские грани после прогрева, т. е. в деформированном состоянии. Для предупреждения образования про­дольных трещин торцы изложниц уп­рочняют стальными бандажами.

Для удобства извлечения слитка из изложницы (или снятия изложницы со слитка) стенки изложниц всегда выполняют с некоторой (1—4%) ко­нусностью. Бывают изложницы, рас­ширяющиеся кверху и книзу. Излож­ницы могут быть с дном (глуходонныё) и без дна (сквозные). В первом случае слиток извлекают из изложницы, а она остается на месте, во втором из­ложницу снимают со слитка, а слиток остается на поддоне. При разливке металла сверху изложница (или под­дон) в месте удара струи быстро выхо­дит из строя, поэтому в этой зоне ус­танавливают сменяемые пробки. Для уменьшения разбрызгивания струи от удара о дно в донной части изложни­цы предусмотрено углубление.

Стойкость изложниц зависит не только от их конструкции. Увеличе­ние времени выдержки слитков в из­ложницах приводит к значительному нагреву их стенок, росту зерен чугуна и повышению тепловых напряжений в стенках изложниц. Стойкость излож­ниц при этом снижается. Дополни­тельное снижение стойкости излож­ниц имеет место и при резких колеба­ниях температур при охлаждении (на­пример, при ускоренном охлаждении изложниц водой). Лучшие результаты получают при охлаждении изложниц на воздухе. Оптимальная температура изложниц перед разливкой 50—100 °С; при более высокой температуре время контакта с наружной коркой затверде­вающего слитка возрастает и износ больше. Если температура изложницы ниже рекомендуемой, возникает опас­ность образования конденсата влаги воздуха на холодных поверхностях, что может ухудшить качество стали.

Имеет значение также взаимное расположение изложниц с залитым металлом: оно должно обеспечивать возможность естественного равномер­ного охлаждения каждой изложницы со всех сторон. Стойкость изложниц в зависимости от перечисленных факто­ров составляет 50—150 наливов, а рас­ход изложниц — от 1,5 до 2,5 % от мас­сы отлитых слитков. В расчетах для упрощения массу изложницы в сред­нем принимают равной массе слитка. Важнейшей характеристикой излож­ницы является отношение высоты к условному диаметру слитка H/D. Ус­ловный диаметр D= F, где F— пло­щадь поперечного сечения средней по высоте части слитка (или F = D²).

Отношение H/D в значительной мере определяет внутреннее строение слитка. Обычно для углеродистой ста­ли это отношение равно 3,0—3,5, для высококачественной легированной — 2,5—3,3. Для получения более плотно­го слитка при данном сечении оно должно быть ниже (улучшены условия газовыделения), однако для повыше­ния производительности обжимных прокатных станов желательно, чтобы высота (длина) слитка была больше. На практике обычно принимают ком­промиссное решение (рис. 23.10).

23.1.5. Конструирование изложниц для получения кузнечных слитков.Кон­струирование изложниц для получения крупных (до 350-400 т) слитков имеет свои особенности. Такие крупные слитки подвергаются затем ковке, спе­циальной термообработке и т. п. Учи­тывая высокую стоимость получения крупных поковок, к изложницам предъявляют повышенные требова­ния: строго ограничивают разностей-ность (обычно не более 8 %); на рабо­чей поверхности считается недопусти­мым появление заметных дефектов (например, глубиной >3 мм). Каждая изложница должна иметь литую мар­кировку; на каждую изложницу состав­ляют паспорт. При хорошем утеплении верхней части слитка, уширенного кверху, плотность слитка возрастает, а усадочные дефекты распространяются на меньшую глубину при уменьшении отношения H/D. Этот прием использу­ют при отливке крупных кузнечных слитков, применяемых для изготовле­ния ответственных изделий (роторов турбин электростанций, коленчатых валов судовых двигателей, крупных ар­тиллерийских орудий, корпусов агре­гатов специального назначения и т. п.). Такой технологический прием (широ­кий верх слитка при небольшой его вы­соте) приводит к тому, что масса голов­ной обрези по отношению к массе слитка возрастает, однако последую­щие операции со слитком (многократ-

Рис. 23.10.Формы (а—ж) поперечного сечения изложниц

ная ковка, придание металлу соответ­ствующей конфигурации, сложная термическая обработка и т. д.) на­столько дорогостоящи, что некоторое уменьшение выхода годного оправды­вается только высоким качеством ме­талла.

Конусность крупных кузнечных слитков увеличивают до 4,5-5,5 %, а отношение N/D уменьшают до ~ 2. В необходимых случаях для получения изделий ответственного назначения отношение H/D уменьшают даже до 1,1—1,25, а конусность увеличивают до 14—16 %. В качестве примера на рис. 23.11 показана схема стандартной двенадцатигранной кузнечной излож­ницы. Наружный диаметр такой из­ложницы больше высоты. Большое число граней определяется желанием уменьшить удельное давление боль­шой массы жидкого металла на образу­ющуюся при кристаллизации корочку слитка и, следовательно, исключить возможные разрывы этой корочки и образование трещин. На рис. 23.11 по­казана изложница для отливки загото­вок для роторов; величины а, Ь, с, h, H и др. имеют определенные для каждого случая значения, установленные соот­ветствующим ГОСТом.

Рис. 23.11.Изложница для отливки загото­вок для роторов

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ

НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ СТАЛИ

23.2.1. Преимущества непрерывной раз­ливки.Предложение об организации непрерывной разливки стали было сделано еще Г. Бессемером. Однако в промышленности непрерывную раз­ливку металлов и сплавов начали при­менять лишь в 30-х годах XXв., а ши­рокое распространение метод получил после 40-х годов. Процесс непрерыв­ного получения слитков или заготовок основан на кристаллизации слитка в период непрерывного перемещения металла относительно зон заливки и кристаллизации. В зависимости от формирующих отливку устройств при­нято различать два типа непрерывного литья: 1) в желоб (ручей) между дви­жущимися лентами или другими дви­жущимися формами (кристаллизато­рами) либо непосредственно в валки; 2) в неподвижный или качающийся кристаллизатор скольжения, из кото­рого непрерывно вытягивается закри­сталлизовавшийся слиток (заготовка). В сталеплавильном производстве наи­большее распространение получили установки второго типа (литье в крис­таллизатор). Получаемый при непре­рывной разливке продукт в техничес­кой литературе имеет два названия: 1) непрерывнолитой слиток; 2) непрерывнолитая заготовка (имея в виду, что получаемый продукт является за­готовкой для последующей прокатки). На предприятиях тяжелого маши­ностроения, занятых проектировани­ем и изготовлением установок для не­прерывной разливки, агрегат в целом получил название «машина ' непрерыв­ного литья заготовок» (МНЛЗ). Одна­ко у технологов в практике металлур­гических заводов распространено на­звание «установка непрерывной разлив­ки стали» (УНРС), более полно отражающее суть процесса. Современ­ная УНРС включает не только меха­низмы, но и такие устройства, как промежуточный ковш, устройства для ввода реагентов и защиты от вторич­ного окисления, устройства для элект­ромагнитного перемешивания крис­таллизующегося металла и т. д. Кроме того, современная техника все в боль­шей мере позволяет получать непре­рывным способом не только заготов­ки, но и уже готовые изделия (напри­мер, трубы, швеллеры, проволоку, ленту и т. п.).

¹ Название связано с англ, machine continuous casting. Необходимо, однако, иметь в виду, что значение англ, machine гораздо шире, чем русское понятие «машина» (меха­низм, совершающий работу); оно означает также «установка», «агрегат» и т. п.

Широкое распространение метода непрерывной разливки обусловлено ее преимуществами.

1. Уменьшение (на 10—20 %) расхо­да металла на 1 т годного проката вследствие снижения обрези головной и донной (хвостовой) частей слитка (получают один слиток вместо мно­гих; соответственно головную и хвос­товую части отрезают один раз, а не много). Уменьшение обрези при про­катке связано также с тем, что рас­крою подвергается как бы одна длин­ная заготовка, а не много слитков, ко­торые могут различаться по массе, ве­личине усадочной раковины и т. п.

2. Оптимальное сочетание особен­ностей работы современных прокат­ных станов и возможностей УНРС. Например, для достижения высоких технико-экономических результатов современный листопрокатный стан должен получать слябовые заготовки массой до 50—60 т; отливать слитки та­кой массы традиционным способом затруднительно по ряду причин, прежде всего потому, что слитки та­кой массы характеризуются развиты­ми ликвационными явлениями; для получения таких слитков необходимы соответствующее крановое оборудова­ние в разливочных пролетах, строи­тельство глубоких нагревательных ко­лодцев и прочие приспособления.

3. Снижение капитальных затрат на сооружение металлургического за­вода (из структуры завода исключены парк изложниц, отделение для их подготовки и извлечения из них слит­ков, крупные дорогостоящие прокат­ные станы — блюминги и слябинги, на которых обычно слитки обжима­ются на заготовки для последующей прокатки).

4. Уменьшение энергетических зат­рат (как для нагрева металла под про-

катку, так и для работы обжимных станов).

5. Повышение производительности и улучшение условий труда (исключа­ется ряд тяжелых и трудоемких опера­ций по установке изложниц, уборке и т. п.), создание предпосылок для полной автоматизации и механизации процесса разливки, уменьшение числа обслуживающего персонала.

6. Увеличение степени однородно­сти металла, улучшение его качества благодаря ускорению затвердевания.

Эти преимущества определили со­временную ситуацию в металлургии: в промышленно развитых странах основ­ная масса выплавляемой стали разлива­ется только непрерывным способом.

В свое время, в 30-е годы XX в., не­прерывное литье во многих странах мира начало только развиваться: через водоохлаждаемую изложницу-крис­таллизатор получали заготовки из цветных металлов и сплавов (главным образом алюминиевых и медных). В 40-е годы эти технологии получили широкое распространение. Успешные опыты по разливке стали таким мето­дом были предприняты в 1939 г. в Гер­мании 3. Юнгансом. Наша страна яви­лась пионером использования данного метода разливки стали в промышлен­ных масштабах — опытные работы по освоению метода непрерывной раз­ливки стали были начаты в 1944г., а первые крупные установки начали ра­ботать уже в 1953 г. на Новотульском металлургическом заводе и в 1955 г. на заводе «Красное Сормово». Переход на непрерывную разливку стали свя­зан с проектированием и изготовлени­ем весьма сложного оборудования. В настоящее время на многих заводах страны устанавливается новое обору­дование (для непрерывной разливки) как отечественного, так и зарубежного производства.

23.2.2. Типы установок.Наиболее распространенные УНРС работают по следующей схеме: жидкая сталь посту­пает в сквозную водоохлаждаемую из­ложницу-кристаллизатор. Предвари­тельно до начала разливки в кристал­лизатор вводят искусственное под­вижное дно (так называемую «затравку») (рис. 23.12). Жидкий ме­талл, соприкоснувшись с холодными

Рис. 23.12.Затравка:

/ — кристаллизатор; 2 — головка затравки

затравкой и кристаллизатором, начи­нает кристаллизоваться; затравку вме­сте с застывшим на ней металлом мед­ленно опускают из кристаллизатора; вместе с затравкой тянется и получа­ющийся таким образом слиток. За­кристаллизовавшиеся грани слитка (средняя часть слитка еще жидкая) скользят при этом по стенкам крис­таллизатора. Для уменьшения усилий вытягивания и исключения случаев разрыва корочки из-за приваривания корочки к стыкам кристаллизатора последнему придают возвратно-посту­пательное движение, на его стенки подают смазку, на поверхности жид­кого металла в кристаллизаторе наво­дят шлак, тонкая пленка которого между кристаллизатором и слитком уменьшает трение. Выходящую из кристаллизатора заготовку (слиток) с жидкой сердцевиной подвергают ин­тенсивному охлаждению (обычно тон­кораспыленными струями воды, пода­ваемой через специальные форсунки). Это охлаждение называют вторичным (первичным называют охлаждение в кристаллизаторе). После затвердева­ния по всему сечению заготовка по­ступает на участок резки, где ее разре­зают на мерные длины (части задан­ной длины).

Такого рода установки непрерыв­ной разливки стали условно можно разделить на шесть основных типов: с вертикальным кристаллизатором (рис. 23.13, установки 1—3) и с криво­линейным кристаллизатором (уста­новки 4, 5).

Если из металла одной плавки по­лучают один слиток (одну заготовку), который затем извлекают, то разливку принято называть полунепрерывной. Такого типа агрегаты устанавливают в цехах, где в печах небольшой емкости выплавляют сложнолегированные ста­ли или сплавы, электроды для после­дующего ВДП или ЭШП.

23.2.3. Работа современных устано­вок.На первом этапе в промышлен­ном масштабе применяли установки в основном вертикального типа (рис. 23.14). При получении на таких установках заготовок относительно большой толщины зона полного за­твердевания и соответственно участок резки заготовки на мерные длины на­ходятся на большом удалении от крис­таллизатора. В результате установка должна быть или очень высокой (>40 м) и на такую высоту необходимо поднимать ковш со сталью, или при размещении ковша на небольшой вы­соте (над уровнем пола цеха) всю уста­новку располагать на очень большой глубине, а порезанные заготовки вы­давать затем наверх. Как правило, для уменьшения высоты здания и упроще­ния системы подачи сталеразливоч-ных ковшей к месту разливки УНРС вертикального типа располагали на небольшой высоте над уровнем цеха, а основное оборудование размещали в глубоком железобетонном колодце. Помимо повышения стоимости строи­тельства это приводило к необходимости применения сложных систем выдачи из колодца порезанных заготовок, создавало серьезные затруднения в случее прорыва корки слитка и при аварийной разливке и т.д.

Принципиальная схема затвердева­ния непрерывного слитка приведена на рис. 23.15. Технология и организа­ция непрерывной разливки определя­ются в числе прочих таким показате­лем, как глубина (высота, длина) стол­ба жидкой фазы (или так называемой жидкой лунки). Глубина жидкой фазы L (м) пропорциональна скорости раз­ливки v (м/мин) и квадрату условного радиуса сечения слитка (заготовки) R_сл (м), т.е. L=kR²_сл , где k —коэффи­циент, зависящий от условий разлив­ки и охлаждения, формы сечения слитка и т.д. Полная продолжитель­ность кристаллизации (затвердевания) слитка составляет _кр = kR²_сл Таким образом, скорость разливки при про­чих равных условиях