Современные конструкции литейных ковшей

Размещено на http://www.Allbest.ru/

А.З. Исагулов, В.Ю. Куликов,

Е.П. Щербакова, А.С. Тусупбекова

Сталь, выплавляемая в конвертерах, в электродуговых и мартеновских печах, сливается в ковши (сосуды), предназначенные для кратковременного хранения, транспортирования, внепечной обработки, а также для разливки стали в изложницы, промежуточные ковши, литейные формы.

Сталеразливочный ковш представляет собой стальную сварную или клепаную емкость, выложенную изнутри огнеупорным кирпичом или огнеупорной массой и имеющую приспособления для транспортирования, рафинирования и разливки стали.

Технологические функции ковшей значительно расширились. Наряду с общепринятыми процессами раскисления и легирования в ковшах проводят такие металлургические операции, как обработка металла инертными газами и различными порошковыми материалами, жидкими шлаками, вакуумированием, а также при необходимости применяют подогрев или охлаждение расплава.

Ковши различают по конструкции и разливке. По способу транспортирования ковши подразделяют на ручные, монорельсовые, крановые; по способу разливки стали - с верхней разливкой (через носок), с нижней разливкой со стопорными и скользящими затворами; по конструкции - конические, барабанные, чайниковые, секторные. Основными эксплуатационными параметрами ковшей считают их емкости и коэффициент тары. Под емкостью (вместимостью) ковша понимают массу жидкой стали и шлака, которая вмещается до уровня нижней кромки сливного носка.

Геометрические размеры ковшей должны быть достаточными, чтобы вместить всю расплавленную сталь и часть шлака выпускаемой плавки. Количество шлака устанавливается расчетом для каждой емкости с учетом относительных потерь тепла и продолжительности разливки. Для ковшей малой емкости (1-50 т) относительное количество шлака составляет 10,0-6,0% от массы стали в ковше, для средней емкости (70-250 т) изменяется в пределах 5,7-2,6% от массы стали в ковше, для ковшей большой емкости (250 - 480 т) - в пределах 2,6-3,0%.

Ковши состоят из кожуха, шлакового желоба или носка, стопорного устройства со стопором или в виде скользящего затвора, кантовального устройства, футеровки. Ковши конвертерного производства шлакового желоба не имеют, так как количество шлака регулируется наклоном конвертера. Ковши, в которых производится продувка металла газом, имеют пористую вставку.

Широкое распространение получили сталеразливочные ковши, имеющие форму усеченного конуса с большим основанием вверху. Круглое сечение конуса обеспечивает минимальную поверхность охлаждения, способствует снижению тепловых потерь в окружающую среду и на аккумуляцию. Поэтому при проектировании ковшей отношение среднего диаметра к высоте принимают близко к единице, в ковшах для внепечной обработки нераскисленных сталей для предотвращения переливания металла через край несколько увеличивают высоту на 1-1,3 м, соблюдая указанное отношение равным 0,8. Конусность отдельных ковшей может быть в пределах от 1:25 до 1:4, чаще кожух ковша имеет конусность от 1:12 до 1:17. Наибольшая конусность положительно влияет на стойкость футеровки, упрощает удаление застывших шлаков, «козлов», настылей, уменьшает опасность повреждения кладки, облегчает удаление изношенной футеровки.

Сталь из ковшей выпускают с помощью разливочных устройств, которые должны удовлетворять определенным требованиям, в частности, надежно удерживать жидкую сталь в ковше, формировать струю, регулировать интенсивность истечения, надежно управлять струей в период пуска, прерывания, прекращения истечения. При дискретной разливке одного ковша в изложницы сверху, в изложницы снизу через сифонную проводку, при литье в формы количество перекрытий струи достигает 40-50 и более. Разливка в емкости для внепечной обработки стали, а также в промежуточные ковши требует меньшего количества перекрытий устройств.

Разливочные устройства ковшей подразделяют на стопорные и более современные скользящие затворы. Широкое применение находят скользящие шиберные затворы двух основных видов: с возвратно-поступательным перемещением подвижной плиты в горизонтальном направлении и скользящие поворотные затворы. Принцип действия скользящих затворов заключается в том, что истечение стали происходит при совмещении сквозных отверстий в двух сопрягающихся плитах или другой формы деталях. технологический конструктивный сталеразливочный ковш

Применение скользящих затворов обеспечивает удобство их установки снаружи кожуха ковша, повышает надежность разливочного устройства, автоматизациии дистанционного управления, способствует широкому применению в сталеплавильных и литейных цехах. Преимущества скользящих затворов возрастают при повышенной температуре разливки, вакуумировании, обработке в ковше синтетическими шлаками. Внедрение скользящих затворов наряду с улучшением условий труда, автоматизацией и дистанционным управлением принесет экономическую эффективность за счет снижения удельных расходов огнеупоров с 2,5-3 до 0,2-0,3 кг/т разливаемой стали, исключения расходов металла на стержни стопоров, уменьшения брака из-за аварий при разливке, роста производительности благодаря увеличению емкости ковшей, ускорения их оборачиваемости, увеличения расхода стального лома и др. Указанные преимущества скользящих затворов способствуют снижению себестоимости и улучшению качества стальных слитков.

При высоких температурах (1500-1700єС) в условиях вакуума несвязанные оксиды магния, кремния, хрома футеровки начинают восстанавливаться и насыщать кислородом металл, качество стали понижается. Физико-химический процесс протекает по схеме: избирательное испарение оксидных компонентов огнеупорных материалов, дислокация в условиях вакуума RO_т>R_г·0,5О_2,г. Особенно это характерно для несвязанных оксидов кремния, железа и хрома. Наиболее устойчивыми являются корундовые и цирконовые огнеупоры. Огнеупоры, содержащие свободные оксиды, не применяют в вакуумной металлургии. Для получения более тугоплавких, прочных, устойчивых к испарению в вакууме огнеупоров применяют оксиды SiO₂ и Al₂O₃.

При плавке металла и выпуске металла в ковш шлак неизбежно попадает в ковш. В дальнейшем возникает опасность его попадания в литейную форму со струей металла.

Основными видами ковшей при заливке являются стопорные, чайниковые и с носиком. При заливке из стопорных ковшей истечение металла происходит из дна ковша. При этом шлак находится на поверхности и поэтому имеется возможность полного истечения металла. При этом известно применение поплавков с широким основанием и узкой вершиной. Поплавок препятствует образованию воронки в металле и попаданию шлака в струю металла [1].

При заливке металла из чайниковых поворотных ковшей вследствие меньшей плотности шлака (по сравнению с плотностью металла) он собирается на поверхности ковша и возникает опасность попадания шлака в форму. Известно, что в производственной практике шлак удаляется скребками с поверхности, но этого недостаточно, так как в процессе заливки шлак всплывает на поверхность металла со стенок и дна ковша.

Шлак, плавающий на поверхности металла, задерживают также сгребалкой [2]. Также используются чайниковые ковши, имеющие футерованную, не доходящую до дна, перегородку для отделения шлака. Между перегородкой и носиком ковша остается вертикальный канал для металла [2].

Однако при этом невозможно полностью вылить металл из ковша, в противном случае плавающий на поверхности металла шлак через пространство между перегородкой и дном ковша попадет в струю металла.

Вследствие этого предлагается использовать свободно плавающую на поверхности жидкого металла разделительную перегородку, которая вместе с наклоном ковша меняет свое положение, позволяя полностью вылить металл. Перегородка (рисунок) делается из материала, плотность которого находится между плотностями металла и шлака (например, титан), покрытая огнеупорной обмазкой, например, молотым шамотом, смешанным с жидким стеклом или огнеупорной глиной.

Перегородка имеет основное тело 1, отверстия 2 для выхода шлака, поднимающегося со стенок и дна ковша в процессе заливки на поверхность ковша, а также борт 3, обращенный в сторону носика ковша, то есть истечения струи металла из ковша.

Диаметр перегородки dп немного меньше диаметра ковша dк (dп = 0,95 Ч dк). При этом шлак будет всплывать на свободную поверхность и задерживаться между отверстиями перегородки или между перегородкой и стенкой ковша.

Таким образом, появляется возможность полного истечения металла из ковша и недопущение его попадания в струю металла.

Вставка для удержания шлака в ковше

Список литературы

1. Патент 5044610 США. Способ предотвращения попадания шлака в струю металла, вытекающего из ковша (резервуара). Koffron Robert J. Опубл. 03.09.91.

2. Аксенов П.Н. Оборудование литейных цехов. М.: Машиностроение, 1977. 393 с.

Размещено на Allbest.ru