Разливка стали

Размещено на http: //www. allbest. ru/

9

1. РАЗЛИВКА СТАЛИ

После окончания плавки в сталеплавильном агрегате металл выпускают в сталеразливочный ковш и затем, иногда после внепечной обработки в ковше, разливают в изложницы или на установках непрерывной разливки. В результате затвердевания жидкой стали получают литые заготовки -- слитки, которые в дальнейшем подвергают обработке давлением (прокатке, ковке).

Технология и организация разливки в значительной степени определяют качество готового металла и количество отходов при дальнейшем переделе стальных слитков. Неправильно организованной разливкой можно испортить качественно выплавленную сталь. Даже незначительная небрежность в подготовке разливочного оборудования часто ведет к большим потерям металла при разливке. Совершенствование технологии разливки может служить резервом увеличения производства стали. От 5 до 18 % всей выплавляемой стали возвращается в переплав из-за дефектов, возникающих в процессе разливки и кристаллизации слитка.

1.1 Способы разливки стали

Применяют два основных способа разливки стали: - разливку в изложницы; - непрерывнуя разливка.

Разливку в изложницы подразделяют на разливку сверху и сифоном.

При разливке сверху (рис. 1) сталь непосредственно из ковша 1 поступает в изложницы 2, устанавливаемые на чугунных плитах -- поддонах 3. После заполнения каждой изложницы стопор или шиберный затвор ковша закрывают, ковш транспортируют к следующей изложнице, вновь открывают стопор (шиберный затвор) и после заполнения сталью новой изложницы цикл повторяют.

Рис.1 Схема разливки стали сверху а - из разливочного ковша; б - через промежуточный ковш; в - через промежуточную воронку 1 -- сталеразливочный ковш; 2 -- промежуточный ковш; 3 -- стакан; 4 -- прибыльная надставка; 5 -- изложница; 6 -- промежуточная воронка; 7 -- подставка

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 (рис. 1, б) и в отдельных случаях через промежуточные воронки (рис. 1, в).

При сифонной разливке, основанной на принципе сообщающихся сосудов, сталью одновременно заполняют несколько (от двух до шестидесяти) изложниц. Жидкая сталь из ковша поступает (рис. 2) в установленную на поддоне футерованную изнутри центровую, а из нее по футерованным каналам поддона в изложницы снизу. После наполнения всех установленных на поддоне изложниц стопор (шиберный затвор) закрывают и ковш транспортируют к следующему поддону и т.п.

Рис. 2 Схема сифонной разливки стали: 1 -- сталераэливочный ковш; 2 -- центровая; 3 -- прибыльная надставка; 4 -- изложница; 5 -- поддон; б -- сифонный кирпич; 7 -- стопор

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) вследствие сокращения общей длительности разливки скорость подъема металла в изложнице может быть значительно меньшей, чем при разливке сверху;

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

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

5) во время разливки можно следить за поведением поднимающегося металла в изложниице и в соответствии с этим регулировать скорость разливки.

Недостатки сифонной разливки:

1) сложность и повышенная стоимость разливки, обусловленны расходом сифонного кирпича, установкой дополнительного оборудования и значительными затратами 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.

Преимуществами разливки сверху являются:

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

2) отсутствие расхода металла на литники;

3) 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, что является следствием 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, благодаря чему поверхность прокатанных заготовок приходится подвергать зачистке, удаляя участки с дефектами, что ведет к потерям металла;

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. Сифонной разливкой, как правило, получают слитки массой менее 2,5 т. Потери металла при разливке сифоном и сверху в виде скрапа и недоливов составляют 0,6--1,9%; при разливке сифоном дополнительно теряется 0,7--2,5 % разливаемой стали в виде литников.

1.2 Кристаллизация стальных слитков

Сталь в изложницах кристаллизуется или затвердевает в виде кристаллов древовидной формы -- дендритов (рис. 3). Процесс кристаллизации складывается из двух стадий -- зарождения кристаллов и последующего их роста. Различают гомогенное и гетерогенное зарождение кристаллов.

Рис. 3. Схема дендрита, выросшего в условиях направленного теплоотвода

Под гомогенным подразумевают образование зародышей кристалла в объеме жидкой фазы, под гетерогенным -- на уже имеющейся межфазной поверхности (на поверхности находящихся в расплаве твердых частиц--например, неметаллических включений, стенок изложниц и кристаллизаторов).

Гомогенное зарождение происходит следующим образом. В жидком металле вблизи точки кристаллизации вследствие флуктуации энергии, состава и плотности непрерывно образуются группировки атомов с упорядоченной структурой -- комплексы или зародыши твердой фазы. Одновременно и непрерывно происходит разрушение большей части из них. С тем, чтобы зародыш стал термодинамически устойчивым, т.е. способным к дальнейшему росту, необходимы определенные условия.

Для образования зародыша необходимо некоторое переохлаждение расплава; чем больше переохлаждение, тем больше будет выигрыш свободной энергии при переходе из жидкого состояния в твердое.

При гетерогенном зарождении кристаллов (на имеющейся поверхности раздела) требуемая степень переохлаждения будут заметно меньше, чем при гомогенном. Так, экспериментально установлено, что кристаллизация чистого, не содержащего взвешенных примесей железа начинается при переохлаждении около 300 °С, а в реальных условиях сталь начинает кристаллизоваться при переохлаждении в несколько градусов. Следовательно, в реальных условиях происходит преимущественно гетерогенно зарождение кристаллов.

Рост кристаллов. Зарождающийся кристалл имеет правильно ограненную или близкую к ней форму, определяемую типом кристаллической решетки твердого металла, причем гранями кристалла являются плоскости с наибольшей плотностью упаковки атомов (для сплавов на основе железа с гране- или объемноцентрированной кубической решеткой такой формой кристалла будет октаэдр). Однако вскоре после зарождения правильный рост возникшего кристалла прекращается и начинается преимущественный рост его вершин, т.е. ветвей дендрита. Объясняется это следующим: количество тепла и примесей сплава, выделяющихся при кристаллизации, будет минимальным у вершин и максимальным у центра граней кристалла, что препятствует дальнейшей кристаллизации у граней. От вершин кристалла вырастают оси А первого порядка (стволы дендрита), на них перпендикулярно направленные оси m второго порядка (ветви), на которых аналогичным образом развиваются оси n третьего порядка и т.д. Появление все новых осей и их постепенное утолщение приводят к формированию сплошного кристалла (дендрита). Установлено, что в сплавах на основе железа ветви дендритов растут в трех взаимно перпендикулярных направлениях, каждое из которых является осью пирамиды с гранями, представляющими собой наиболее плотноупакованные плоскости в кристаллической решетке.

Скорость роста кристаллов определяется в первую очередь интенсивностью теплоотвода; чем больше скорость теплоотвода и чем больше переохлаждение жидкого металла, тем больше будет скорость роста.

При затвердевании стали в изложнице тепло отводится через ее стенки, поэтому зарождение и рост кристаллов начинаются у стенок изложницы, а толщина затвердевшего слоя непрерывно возрастает в направлении к центру слитка. разливка металл дефект дендрит

Толщину затвердевшего слоя металла в изложнице приближенно можно определить по формуле

где D -- толщина закристаллизовавшегося металла, см; t3 -- продолжительность затвердевания, мин; k -- коэффициент затвердевания, который для спокойной стали в зависимости от ее состава и условий затвердевания изменяется в пределах 2,2-2,9 см/мин1/2.

1.3 Оборудование для разливки стали

1.3.1 Сталеразливочный ковш

Ковш, в который выпускают металл из сталеплавильного агрегата после окончания плавки, служит для разливки стали в изложницы или на установках непрерывной разливки, а в последние годы зачастую и для проводимой перед разливкой внепечной обработки жидкого металла. На рис. 4 показан сталеразливочный ковш, оборудованный двумя стопорами 4 (двухстопорный ковш); часто применяют также одностопорные ковши.

Рис. 4 Общий вид двухстопорного сталеразливочного ковша

Ковш представляет собой выполненный из стальных листов футерованный сосуд, имеющий форму усеченного конуса, расширяющегося кверху. Кожух ковша изготавливают сварным из стальных листов толщиной до 30 мм. К кожуху крепят две цапфы 7, для чего служит привариваемый к кожуху снаружи цапфовый пояс из двух кольцевых ребер 5 и двух групп поперечных и продольных ребер жесткости 2. За цапфы ковш захватывают крюками мостового крана, который транспортирует ковш и удерживает его над изложницами во время разливки.

Вместимость ковшей по массе жидкой стали изменяется в пределах от 5 до 480 т. Ковши, предназначенные только для разливки, должны помимо жидкой стали вмещать немного (2--3 % от массы жидкой стали) сливаемого из печи шлака, который предохраняет металл от быстрого охлаждения во время разливки. Лишний шлак, попадающий в ковш из печи, вытекает через носок 3. Отношение диаметра кожуха к высоте находится в пределах 0,75--0,90; конусность стен составляет 3-3,5%.

Для разливки стали из ковша по изложницам служит стакан со стопором или шиберным (скользящим) затвором.

Стакан, через который жидкая сталь вытекает из ковша, вставляют в днище ковша в специальный гнездовой кирпич (см. рис. 5, б, в); Стакан имеет форму усеченного конуса с отверстием круглого сечения с диаметром 25--120 мм. Высота стаканов в зависимости от емкости ковша равна 120--440 мм. Наибольшее распространение получили стаканы из магнезита и шамота. В ковшах большой емкости применяют магнезитовые стаканы, так как в процессе разливки они размываются металлом медленнее шамотных. В больших ковшах применяют сужающиеся книзу стаканы, которые устанавливают изнутри ковша (см. рис. 5, в), в малых ковшах-- сужающиеся кверху, которые вставляют и закрепляют с помощью упорной шайбы снаружи ковша (см. рис.5, б).

Стопор служит для закрывания и открывания отверстия стакана. Он представляет собой (см. рис. 5, в) металлический стержень диаметром 40--60мм, защищенный от воздействия жидкой стали и шлака шамотными трубками (катушками). Нижний конец стержня имеет нарезку, на которую навинчивают огнеупорную пробку 15 (см. рис. 5, в) обычно из высокоглиноземистого шамота.

Рис. 5 Стопорный механизм (а) и установка в сталеразливочном ковше (6, в): 1 -- стопор; 2 -- вилка; 3 -- ползун; 4 -- направляющая; 5 -- рычаг; 6 -- пружина; 7,8-- арматурный и рабочий слои футеровки соответственно; 9 -- стакан; 10 -- футеровка дна ковша; 11 -- гнездовой кирпич; 12 -- упорная шайба; 13 -- стержень; 14 -- шамотная трубка; 15 -- пробка

Для подъема и опускания стопора служит стопорный рычажный механизм (см. рис. 5, а). Ползун с вилкой и закрепленным в ней стопором перемещают с помощью рычага 5 вручную, а иногда дистанционно посредством гидравлического или механического привода.

Стакан и стопор служат одну разливку, после чего их заменяют. Перед установкой в ковш набранный стопор тщательно просушивают.

Шиберный затвор крепят к кожуху днища ковша под разливочным стаканом, вставляемым с наружной стороны ковша.

Одна из конструкций шиберного затвора показана на рис. 6. Он включает неподвижный корпус 9 с вмонтированной в него огнеупорной плитой 3, подвижный шибер 8, с вмонтированными огнеупорной плитой 4 и стаканом-коллектором 5 и рамку 7, скрепленную прижимными болтами с корпусом. Рамка направляет движение шибера и прижимает его к корпусу 9, тем самым прижимая огнеупорные плиты друг к другу; силу прижатия можно регулировать, вращая гайки прижимных болтов.

Рис. 6 Шиберный затвор в открытом (а) и закрытом (б) положении: 1 -- гнездовой кирпич; 2 -- разливочвый стакан; 3 -- неподвижная огнеупорная плита; 4 -- подвижная огнеупорная плита; 5 -- стакан-коллектор; 6 -- шток гидроцилиндра; 7 -- направляющая рамка; 8 -- подвижный шибер; 9 -- неподвижный корпус

В огнеупорных плитах имеется круглое отверстие; когда плиты расположены так, что отверстия в них совпадают, сталь вытекает из ковша; сдвинув нижнюю плиту прерывают струю. Перемещение шибера с огнеупорной плитой осуществляют с помощью гидроцилиндра, управление которым дистанционное. Стакан-коллектор 5 формирует вытекающую из ковша струю стали.

Плиты обычно выполняют бикерамическими -- основу ее, например, составляет спеченный магнезит, а рабочий контактный слой сделан из плавленого магнезита; для изготовления плит применяют корунд и другие огнеупоры. Поверхность скольжения плит пришлифовывают и смазывают (например, графито-смоляной смазкой). Шиберный затвор устанавливают на ковш ,р собранном виде; его собирают в специализированном отделении цеха. Затвор служит без замены от одной до трех плавок, чаще его заменяют после каждой разливки. Иногда применяют поворотные затворы, в которых совмещение отверстий в огнеупорных плитах достигают путем вращения нижней плиты.

Рафинирование стали в ковше; при рафинировании возрастает продолжительность пребывания стали в ковше и стопор подвергается воздействию активных по отношению к огнеупорам шлаков и рафинирующих добавок.

Футеровка сталеразливочных ковшей

Футеровка ковша может быть из формованных огнеупоров (кирпичей) либо монолитной из огнеупорных масс. Ковши футеруют шамотным кирпичом или изготавливают монолитную из SiO2.

Толщину футеровки стен в нижней части ковша делают большей, чем в верхней, так как здесь она более длительное время находится под воздействием жидкого металла. Эта толщина достигает 350 мм. Рабочий слой изнашивается и его заменяют через 10--19 плавок, выполняя кладку вручную (в течение 4--8 ч). После выкладки нового рабочего слоя футеровку просушивают в течение 6--20 ч, нагревая докрасна горелками. Расход ковшевого кирпича составляет 5--12 кг/т стали. Стойкость монолитной футеровки при горячей эксплуатации ковшей достигает 40--140 плавок.

Промежуточные ковши. Промежуточные ковши и воронки применяют при разливке спокойной стали сверху для уменьшения разбрызгивания струи металла при ее ударе о дно изложницы, что позволяет уменьшить количество плен на слитках. Для уменьшения теплопотерь ковш накрывают футерованной крышкой. Емкость промежуточных ковшей достигает 35 т.

Промежуточная воронка имеет металлический кожух, который футеруют огнеупорной массой из шамотного порошка и огнеупорной глины на жидком стекле с добавкой графита; в нижней части воронки устанавливают разливочный стакан диаметром от 18 до 40 мм. Воронки либо устанавливают на прибыльную часть изложницы, либо подвешивают к сталеразливочному ковшу.

Торкретирование футеровки ковшей

Торкретирование -- это нанесение огнеупорной массы на внутреннюю поверхность футеровки ковша. Обычно торкретируют изношенные участки футеровки.

Торкрет-покрытие должно прочно сцепляться с рабочей поверхностью футеровки, а при попадании в ковш металла сплавляться с ней, образуя единое целое. Благодаря торкретированию повышается стойкость футеровки ковша и снижается расход ковшевых огнеупоров.

На отечественных заводах используют преимущественно полусухое торкретирование, при котором торкрет-установка через сопло с помощью сжатого воздуха наносит на футеровку огнеупорную массу с влажностью 8--15 %; при этом огнеупорный порошок смешивается с водой в сопле установки. Футеровка ковша перед торкретированием должна иметь температуру в пределах 60--180°С.

Торкретирование осуществляют последовательным нанесением нескольких слоев толщиной по 5--10 мм до получения общего слоя требуемой толщины. Стойкость нанесенного при торкретировании огнеупорного слоя составляет 2--6 разливок, после чего торкретирование нужно повторять.

1.3.2 Изложницы

Изложницы отливают из ваграночного чугуна следующего состава, %: 3,3-4,0 С; 0,9-2,281; 0,4-1,0 Мп; <0,20 Р и < 0,12 S.

Размеры изложниц зависят от массы и размеров слитка. Масса слитков, отливаемых для прокатки на станах, изменяется от 200 кг до 30 т. Спокойную углеродистую и кипящую стали разливают в слитки массой до 30 т; легированную и высококачественную стали -- от 0,5 до 6,5 т, а некоторые высоколегированные стали -- в слитки массой в несколько сот килограммов. Конфигурация изложниц, характеризуемая формой поперечного и продольного сечений, определяется сортом выплавляемой стали и дальнейшим переделом слитка.

Поперечное сечение изложниц может быть (рис. 7) квадратным, прямоугольным, круглым, многогранным. Слитки квадратного сечения идут на сортовой прокат; слитки прямоугольного сечения при отношении их ширины А к толщине В менее 1,5 для получения как листа, так и сортового проката; плоские слитки при отношении А/В в пределах 1,5--3,0 -- для прокатки на лист. Слитки круглого сечения используют для изготовления труб, бандажей, колес. В многогранные изложницы отливают слитки для кузнечных поковок.

Рис. 7 Формы поперечно сечения изложниц

По форме продольного сечения изложницы бывают двух типов: с уширением кверху (рис. 9.8, а) для разливки спокойной стали и с уширением книзу (рис. 8,б) для разливки кипящей стали.

Рис. 8 Формы продольного сечения изложниц

Стойкость изложниц составляет 60--100 плавок (разливок), расход изложниц равен 1,0--3,0 % от массы разливаемой стали.

После освобождения от слитков изложницы охлаждаются до 80--110 °С путем выдержки на воздухе или же водой, распыляемой форсунками. Далее их внутреннюю поверхность очищают от нагара (окисленных пленок металла) и частиц шлака и металла и смазывают. Для смазки применяют лакойль, каменноугольные смолу и лак и их смеси; изложницы под кипящую сталь смазывают также порошкообразным графитом, смешанным с водой.

Смазка препятствует приварииванию металла к стенкам изложниц, при ее выгорании в изложнице создается восстановительная атмосфера, а газы, образующиеся при сгорании смазки, отгоняют от стенок изложницы пленки окисленного металла, что делает более чистой поверхность слитка. Если температура стенок изложницы перед смазкой будет более 110 °С, то смазка выгорит до начала разливки, а при температуре ниже 80 °С слой смазки получится чрезмерно толстым: в этом случае смазка не успевает полностью сгореть в момент контакта с жидким металлом и, залитая им, возгоняется, что дает пузыри в корке слитка.

1.4 Непрерывная разливка стали

1.4.1 Разновидности и преимущества способа

В настоящее время этим способом разливают около 83% выплавляемой в мире стали, а в развитых капиталистических странах до 97% производимой стали.

Наиболее распространен способ непрерывной разливки стали (НРС), заключающийся в том, что жидкую сталь непрерыно заливают в водоохлаждаемую изложницу без дна -- кристаллизатор, из нижней части которого вытягивают затвердевший по периферии слиток с жидкой сердцевиной. Далее слиток движется через зону вторичного охлаждения, где полностью затвердевает, после чего его разрезают на куски определенной длины.

Этим способом в настоящее время получают преимущественно литые заготовки (слитки) толщиной от 100--150 до 250--300 мм, что позволило ликвидировать два энергоемких этапа металлургического производства -- прокатку на обжимных станах и нагрев слитков перед этой прокаткой в нагревательных колодцах.

Другим важным направлением развития НРС является внедрение способ предусматривающего перемещение рабочей поверхности кристаллизатора (в виде вращающихся колес, лент и др.) вместе со слитком в начальный период его формирования, что исключает трение и позволяет существенно увеличить скорость разливки (скорость движения слитка).

Еще одно направление -- создание литейно-прокатных агрегатов, позволяющих сочетать непрерывную разливку с прокаткой.

Основные преимущества непрерывной разливки по сравнению с разливкой в изложницы:

1) существенно повышается выход годного металла на 10--15 % от массы разливаемой стали из-за отсутствия усадочной раковины.

2) упрощается и удешевляется производство, т.к. исключаются два энергоемких этапа технологического процесса -- прокатка слитков на обжимных станах (блюмингах или слябингах) и нагрев слитков до ~1100°С в нагревательных колодцах перед прокаткой;

3) повышается качество металла вследствие снижения химической неоднородности из-за более быстрого затвердевания малых по толщине слитков;

4) уменьшаются затраты ручного труда и улучшаются условия труда при разливке;

Комплекс оборудования и механизмов для непрерывной разливки - называют установкой непрерывной разливки стали -- УНРС или машиной непрерывного литья заготовок -- МНЛЗ.

1.4.2 Основные типы УНРС

УНРС с вытягиванием слитка из кристаллизатора. УНРС этого типа нашли наиболее широкое применение и имеют много разновидностей. В зависимости от направления основной технологической оси установки (направления движения отливаемого слитка) различают (рис. 9) УНРС вертикального типа а, с изгибом слитка б, вертикально-радиальные в, радиальные г, криволинейные д, наклонно-криволинейные е, горизонтальные ж.

Рис. 9 Разновидности УНРС с вытягиванием слитка из кристаллизатора: 1 -- кристаллизатор; 2 -- отливаемый слиток

В зависимости от формы поперечного сечения отливаемого слитка различают слябовые УНРС; сортовые и блюмовые; УНРС для отливки заготовок круглого сечения; полых трубных заготовок; слитков сложного профиля, близких по сечению к готовому прокату.

В зависимости от числа одновременно отливаемых из одного сталеразливочного ковша слитков, УНРС могут быть одно-, двух- и многоручьевыми; с увеличением числа ручьев увеличивается производительность установки.

Скорость разливки, то есть скорость движения слитка при его толщине более 150 мм обычно находится в пределах от 0,5 до 1,5--2,5 м/мин; при отливке слитков малой толщины (квадрат размером менее 90x90 мм и слябы толщиной менее 70 мм) скорость разливки достигает 4--8 м/мин.

УНРС без скольжения слитка в кристаллизаторе начали применять для разливки стали в последние годы. Отсутствие скольжения обеспечивается за счет совместного движения поверхности кристаллизатора и слитка в начале его формирования, что достигается подачей жидкого металла на движущуюся охлаждаемую поверхность, выполняющую роль кристаллизатора.

Основные разновидности УНРС подобного типа: барабанные и одноленточные с подачей жидкого металла на поверхность вращающегося барабана (валка) или движущейся непрерывной ленты; двухвалковые, когда металл подают в зазор между двумя вращающимися валками; двухленточные, когда металл подают в зазор между двумя движущимися непрерывными лентами (сплошными или гусеничными); барабанно-ленточные (роторные), когда металл льют в зазор между вращающимся барабаном и движущейся лентой (рис.10).УНРС последнего типа (роторные) применяют для отливки слитков с сечением, близким к прямоугольному толщиной до 160 мм, остальные -- для отливки полос и лент толщиной менее 10-20 мм и шириной до 800--1000 мм.

Рис. 10 УНРС без скольжения слитка в кристаллизаторе: а -- двухвалковая; б -- барабанного типа без ограничительного ролика; в -- барабанного типа с ограничительным роликом; г -- двухленточная; 1-- промежуточный ковш; 2 -- охлаждаемый валок; 3 -- изгибающее устройство; 4 -- направляющие ролики; 5 -- слиток; 6 -- выпрямляющие ролики; 7 -- охлаждаемый барабан; 8 -- желоб; 9 -- тянущие валки; 10 -- снимающий клин; 11 -- ограничительный ролик; 12 -- опорные ролики; 13 -- лента; 14 -- охладитель ленты

Благодаря отсутствию трения между слитком и кристаллизатором скорость движения отливаемого слитка на таких УНРС значительно выше, чем на УНРС со скольжением слитка; при отливке полос и лент толщиной менее 1--2 мм эта скорость может достигать 100--150 м/мин и более.

1.4.3 Принципиальная конструкция УНРС с вытягиванием слитка из кристаллизатора

Жидкая сталь из сталеразливочного ковша 1 поступает в промежуточный 2, а затем в радиальный кристаллизатор 3, снабженный механизмом качания 5. После выхода из кристаллизатора слиток, проходя через зону вторичного охлаждения, движется по роликовой проводке, образованной верхним и нижним рядами роликов. У узких торцевых граней ролики имеются лишь вблизи кристаллизатора. Для удобства замены при ремонтах группы соседних верхних и нижних роликов объединены в отдельные секции, где в общем каркасе смонтировано от 2 до 7 пар роликов. Каждая секция опирается на фундамент, при этом нижний ряд роликов является неподвижным (базовым), а верхний снабжен пружинным или гидравлическим механизмом прижатия к слитку и механизмом перемещения, что позволяет изменять толщину отливаемого слитка.

Рис. 11 Криволинейная слябовая УНРС: 1 -- сталеразливочный ковш; 2 -- промежуточный ковш; 3 -- кристаллизатор; 4 -- опорная рама кристаллизатора; 5 -- механизм качания кристаллизатора; б, 7, 9 -- секции роликовой проводки (соответственно четырнадцати-, десяти- и четырехроликовые); 8 -- опорные балки: 10 -- механизм прижатия и перемещения роликов; 11 -- газорезка; 12 -- рольганг

Верхняя часть роликовой проводки предотвращает выпучивание корки слитка. Приводными, обеспечивающими движение и разгибание слитка, обычно выполняют ролики нижнего ряда. При этом ролики, расположенные вблизи кристаллизатора обычно являются неприводными, на участке с постоянным радиусом кривизны лишь некоторые ролики соединены с приводом, а на участке разгибания и выпрямления все или почти все ролики приводные. В связи с тем, что по мере увеличения толщины затвердевающей корки жесткость слитка возрастает, диаметр роликов по мере отдаления от кристаллизатора увеличивается. Так при отливке слитков толщиной 300мм диаметр роликов от 150-200 мм у кристаллизатора возрастает до 480-600 мм на горизонтальном участке.

Машины конструируют так, что горизонтальноое движение слитка осуществляется на уровне пола цеха. На этом же участке производят резку слитка на куски мерной длины. Максимальный радиус существующих УНРС этого типа при отливке слитков толщиной до 350 мм составляет 12 м.

1.4.4 Основные узлы УНРС

Промежуточный ковш, обеспечивающий подвод жидкого металла из сталеразливочного ковша в кристаллизатор -- это ковш небольшой (менее 1,6м) высоты с одним, а на многоручьевых УНРС с несколькими разливочными стаканами, как правило, имеющими стопора; ковш вмеещает от 8--10 до 15 % массы металла в сталеразливочном ковше. Помимо подвода жидкого металла в кристаллизатор промежуточный ковш обеспечивает постоянство условий подачи металла в кристаллизатор в течение всей разливки, т.е. одинаковый и небольшой напор струи металла, поступающего в кристаллизатор (за счет поддержания в ковше постоянного уровня металла высотой 0,6--1,2 м).

Промежуточный ковш по устройству схож с аналогичными ковшами для разливки стали в изложницы; в поперечном сечении промежуточные ковши чаще всего имеют форму вытянутого прямоугольника, чтобы обеспечить на многоручьевых УНРС подачу металла в несколько кристаллизаторов, обычно располагаемых в одну линию. Для снижения теплопотерь ковши накрывают футерованными крышками, а до начала разливки футеровку прогревают до температуры 900-1200 °С.

Кристаллизатор должен обеспечить быстрое формирование достаточно толстой и прочной корки слитка без дефектов. Для обеспечения этого и предотвращения расплавления самого кристаллизатора при подаче в него жидкой стали, стенки кристаллизаторов делают водоохлаждаемыми, а внутреннюю их часть, соприкасающуюся с жидким металлом, выполняют из меди. Медь, несмотря на ее легкоплавкость (температура плавления 1083 °С) и невысокую твердость и прочность, применяют потому, что благодаря высокой теплопроводности она быстро передает тепло охлаждающей воде и даже при контакте с жидкой сталью не перегревается и сохраняет прочность.

Применяют кристаллизаторы трех типов: блочные, гильзовые и составные. Наибольшее распространение получили составные (сборные) кристаллизаторы, которые выполняют из четырех отдельных стенок, скрепленных в одно целое с помощью специальных стяжных устройств. Общий вид одной из разновидностей подобных кристаллизаторов показан на рис. 12 (кристаллизатор для отливки слитков плоского сечения). Каждая стенка составного кристаллизатора состоит из медной и стальной пластин (плит), скрепленных друг с другом с помощью шпилек. Медная плита обеспечивает быстрый теплоотвод, стальная -- придает стенке прочность и при больших размерах плиты ее делают литой с ребрами жесткости.

Рис. 12 Составной кристаллизатор с петлевой системой охлаждения для отливки плоских слитков: 1 -- стяжной болт; 2 и 3 -- ось и сухарь для регулирования положения узкой стенки; 4 -- стальная плита; 5 -- водоподводящий коллектор; б -- направление движения воды; 7 -- каналы для воды в медных плитах; 8 -- каналы для воды в стальных плитах; 9 -- медная плита; 10 -- слив воды; 11 -- ребра жесткости; 12 -- опора кристаллизатора на раму механизма качания

Из-за малой твердости и прочности меди внутренняя поверхность стенок кристаллизатора сравнительно быстро изнашивается и повреждается в результате трения о поверхность вытягиваемого слитка. Поэтому составные кристаллизаторы после разливки 40--70 плавок разбирают и поврежденный рабочий слой стенок сострагивают, после чего кристаллизатор собирают и вновь эксплуатируют. Такую операцию повторяют до трех--пяти раз за время службы медной стенки, что позволяет уменьшить расход меди. С целью повышения износостойкости все шире применяют покрытие рабочей поверхности медных стенок тонким слоем более износостойких материалов; в частности, находят применение хромовое, никелевое, железоникелевое, железоникельвольфрамовое и другие покрытия. Покрытия имеют толщину от 0,15 до 1 мм, их наносят гальваническим методом, напылением, наплавкой и другими способами. Кроме того, для изготовления стенок кристаллизаторов пробуют применять сплавы на основе меди, обладающие более высокой износостойкостью (сплавы, содержащие до 0,1--2,5% серебра, хрома, кобальта, никеля и др.).

Подвод и отвод воды к каналам медных стенок осуществляют либо по кольцевым трубам, охватывающим верх и низ кристаллизатора, либо по каналам в стальных плитах. Скорость воды в каналах кристаллизатора должна быть не менее 5 м/с, температура отходящей воды не выше 40 °С; расход воды составляет около 90 м3/ч на 1м периметра полости кристаллизатора, при прямоточном охлаждении.

Механизм качания кристаллизатора обеспечивает в течение всей разливки возвратно-поступательное движение кристаллизатора вверх-вниз, т.е. вдоль отливаемого слитка, что необходимо для предотвращения отрыва верхней тонкой части корки от движущегося слитка вследствие трения о стенки кристаллизатора. В случае отрыва верхняя часть корки зависает на стенках кристаллизатора, а место разрыва движется с остальной частью слитка вниз, и после его выхода из кристаллизатора происходит вытекание жидкого металла в зону вторичного охлаждения (прорыв металла под кристаллизатором) с аварийной остановкой разливки. Положительное воздействие внедренного позднее возвратно-поступательного движения объясняется следующим: в период совместного движения кристаллизатора и слитка вниз трение между ними отсутствует и затвердевающая корка слитка утолщается и упрочняется так, что при последующем движении кристаллизатора вверх она не разрывается.

Движение кристаллизатора вверх и вниз чаше всего осуществляют по синусоидальному закону, величина шага качания изменяется в пределах 3 -- 20 мм, частота от 40 до 200--300 циклов в минуту, обычно при увеличении скорости частоту качания увеличивают.

Размещено на Аllbеst.ru