лодной их посадке в термические печи осуществляют в наотапливаемых колодцах и ямах. В соответствии с характером пороков слитков указанная подготовка сводится к подготовке структуры и поверх ности. Неоднородность строения слитка выражается в наличии струк турных зон, загрязнении границ первичных зерен неметаллическими включениями, примесями в связи с ликвационными явлениями.
Однородность слитка может быть повышена их отжигом при тем пературе на 40—50% выше точки Ас3.
В результате отжига снимаются внутренние напряжения в слитке, упрочняется граница первичных кристаллов и, в конечном счете, улучшается пластичность стали.
» |
Глава 24 |
НЕПРЕРЫВНАЯ РАЗЛИВКА
ТИПЫ УСТАНОВОК НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ
Непрерывная разливка стали состоит в том, что жидкий металл непосредственно из ковша или через промежуточное устройство не прерывно заливается в верхнюю часть водоохлаждаемого кристалли затора, в который предварительно вводят затравку того же попереч ного сечения, что и слиток. Верхний торец затравки служит дном для первых порций металла. По мере затвердевания отливае мая заготовка с помощью тянущих механизмов вытягивается вниз.
Непрерывная разливка стали для отливки сортовых и листовых заготовок характеризуется следующими технико-экономическими преимуществами по сравнению с производством заготовок из слит ков:
1.Значительно сокращается расход металла на тонну готовой продукции (с 12—25 до 3—5%) в результате уменьшения отходов дон ной и головной частей слитков.
2.Улучшаются условия труда в разливочном пролете, поскольку отпадает выполнение тяжелых работ по подготовке изложниц к раз ливке, раздеванию слитков и др. Процесс подготовки и разливки на
установках непрерывной разливки стали (УНРС) является механизи рованным и в значительной степени автоматизированным вплоть до резки и уборки заготовок.
3.Уменьшаются капитальные и эксплуатационные затраты в свя зи с отсутствием надобности в обжимных станах.
4.Механизация и автоматизация процесса на УНРС обеспечивает постоянство условий производства и повышение производительности
труда примерно на 20—25% по сравнению с цехами, где сталь разли вают в слитки.
В связи с этими преимуществами непрерывная разливка стали в последние годы интенсивно развивается и внедряется во многих странах. Если в 1964 г. было разлито этим способом всего 0,8% об щего мирового производства стали, то в 1970 г. было разлито более
326
10% всей выплавленном стали. Установленная мощность устано вок непрерывной разливки составляла в 1970 г. 60 млн. т/год.
В Советском Союзе работают более 20 установок. На Ново-Липец
ком заводе всю сталь, выплавляемую в 100-т электропечах, разли вают на УНРС.
Наибольшее распространение в СССР и за рубежом получили УНРС вертикального типа (рис. 128). Жидкий металл, подаваемый на УНРС в сталеразливочных ковшах емкостью 10—200 т, через про межуточное устройство поступает в водо охлаждаемый кристаллизатор. Промежу точное устройство (ковш) предотвращает попадание жидкого шлака в кристалли затор, обеспечивает возможность более плавного и точного регулирования ско-
|
Рис. 12S. Установки непрерывной разливки стали: |
|
||
а — вертикальная; |
б — с |
изгибом слитка; в — радиальная; |
/ — сталеразлнвочный |
ковш; |
2 — промежуточный |
ковш; |
3 — кристаллизатор; 4 — зона |
вторичного охлаждения; |
5 — |
тянущие валки; 6 — автоматический резак; 7 — подъемник; 8 — рольганг; 9 — изгибающий механизм
рости разливки. Для регулирования скорости разливки промежу точный ковш оборудуют стопорными механизмами, число которых определяется количеством одновременно заполняемых кристаллиза торов (1—6). Соответственно УНРС может быть одно-, двухручье вой и т. д. Конструкция и режим вторичного охлаждения должны обеспечивать, с одной стороны, достаточно быстрое затвердевание слитка, с другой — охлаждение, которое протекает достаточно мед ленно, чтобы избежать образования трещин. Наиболее широкое распространение получила конструкция ролико-форсуночного охла ждения, в которой предусмотрены форсунки для механического распыления воды с регулированием ее подачи и ролики в зоне вто ричного охлаждения, обеспечивающие равномерное распределение
327
воды по поверхности слитка н предохраняющие в то же время грани слитка от распирання, что особенно важно при разливке слитков большого сечения. Обычно зону вторичного охлаждения делят на несколько секций с различным расходом воды. Общий рас ход воды на вторичное охлаждение заготовок сечением 150x640 мм составляет 45—65 м3/ч, сечением 170x1050 мм 65—80 м3/ч.
Продвижение слитка через установку осуществляется с помощью тянущих валков, расположенных в одной или двух клетях. Обжатия слитка в тянущих клетях не происходит.
По мере опускания нижнего полностью затвердевшего конца слитка от него периодически отрезаются заготовки заданной длины с помощью кислородно-газовых резаков. Заготовки подаются на уровень пола цеха либо по наклонному транспортеру, либо верти кальным лифтом.
УНРС вертикального типа наилучшим образом обеспечивает опти мальные условия кристаллизации п вытягивания слитка. Однако такая установка требует значительной высоты несущих конструкций при расположении УНРС на уровне пола цеха. Возрастают, есте ственно, и капитальные затраты на строительство разливочного от деления.
Высота УНРС с изгибом слитка и радиальных меньше, чем верти кальных (рис. 128).
Изгиб слитка с переводом его в горизонтальное направление осу ществляется на установке вертикального типа после тянущих клетей (рис. 128, б). Резка слитка на заданные длины осуществляется на го ризонтальном участке. Известны также установки с изгибом слитка по дуге окружности, начинающейся непосредственно за кристалли затором.
В установках радиального типа сам кристаллизатор имеет форму дуги определенного радиуса закругления (рис. 128, в). При выходе из кристаллизатора слиток попадает в жесткие клети вторичного охлаждения, составленные из роликовых секций, охлаждаемых си стемой водяных форсунок.
Величина радиуса закругления кристаллизатора определяет
восновном высоту установки. Радиус закругления кристаллизатора
иклетей вторичного охлаждения рассчитывают таким образом, чтобы при выходе в горизонтальное положение заготовка полностью затвер дела. Минимально допустимый радиус закругления, найденный по
опытным данным, составляет 30—356, где 6 — толщина слитка, мм. Из зоны вторичного охлаждения заготовка попадает в правильно тянущие клети, где одновременно с вытягиванием заготовки проис ходит ее выпрямление. Радиальная установка смонтирована в марте
новском цехе Руставского металлургического завода.
Меньшая высота установок с изгибом слитка и радиальных, обес печивающая лучшие возможности вписаться в габариты разливочных пролетов сталеплавильных цехов, является причиной преимущест венного строительства в последнее время таких установок.
УСТРОЙСТВО КРИСТАЛЛИЗАТОРА
Кристаллизатор служит для обеспечения начальной кристалли зации и формирования слитка. Наибольшее распространение полу чили сборные кристаллизаторы, состоящие из попарно скрепленных винтами / стальных 3 и медных 2 (внутренних) пластин (рис. 129). По зазору 4 между пластинами протекает охлаждающая вода. Тол щина медных пластин обычно составляет 12—20 мм, однако приме няют и более тонкие пластины толщиной 5—6 мм.
Иногда применяют кристаллизаторы из цельного литого или ко ваного медного блока с толщиной стенки 150— 175 мм, в которой просверливают отверстия для обеспечения водяного охлаждения.
Рис. 129. Кристаллизатор УНРС
Как правило, в одном корпусе собирают все кристаллизаторы по числу ручьев в машине (1—6). Вода для охлаждения медных сте нок кристаллизатора проходит в каналах со скоростью 6— 10 м/с, нагреваясь на 2— 10° С. Общий расход воды зависит от сечения заго товки и составляет примерно для заготовок сечением 150x640, 150x800 и 170Х 1030 мм соответственно 180, 240 и 280 м3/ч.
Стенки кристаллизатора выполняют прямыми или волнистыми. По высоте кристаллизатора стенки обычно располагают параллельно друг другу. При отливке плоских заготовок большого сечения стен кам придается часто обратная конусность до 1 %, учитывая, что в ре зультате усадки заготовка отходит от стенок и отвод тепла в этих зо нах заметно уменьшается.
Высота кристаллизатора должна обеспечивать образование доста точно толстой корки в заготовке при выходе, исключающей возмож ность ее прорывания. Для отливки квадратных заготовок сечением
329
менее 200x200 мм применяют кристаллизаторы длиной 500—800 мм. Длина кристаллизаторов, предназначенных для отливки квадратных и круглых заготовок большого сечения, достигает 1000— 1100 мм. Наконец, для отливки заготовок прямоугольного сечения толщиной до 200 мм и шириной до 1200 мм применяют кристаллизаторы длиной от 500—800 до 1500 мм.
С целью предотвратить подвисание заготовки кристаллизатору придают возвратно-поступательное движение с шагом 10—50 мм. Синхронизация режима работы механизма возвратно-поступатель ного движения кристаллизатора и тянущей клети обеспечивается применением соответствующей электросхемы, или рычагов и экс центриков, или, наконец, гидравлической системы качания кристал
лизатора. |
|
трения |
между |
стенками |
кристаллизатора |
|||
и |
Для уменьшения |
|||||||
поверхностью |
заготовки |
в |
процессе разливки |
кристаллиза |
||||
тор |
смазывается, |
как |
правило, |
автоматически |
и |
реже вручную |
||
из масленок. |
|
|
|
|
просверленные в стенке кри |
|||
|
Смазка подается либо через каналы, |
|||||||
сталлизатора несколько выше мениска металла, либо в верхнюю часть кристаллизатора, откуда она стекает ровным слоем по стенке. В качестве смазки используют парафин, сурепное, репейное и рапсо вое масло. Расход смазки составляет 50— 150 г на 1 т металла.
Основной причиной выхода из строя кристаллизатора является износ и деформация медных стенок, раскрытие стыков между стен ками и выработка меди в местах стыков. Для восстановления медных стенок часто прибегают к их переточке.
РЕЗКА СЛИТКОВ
После зоны вторичного охлаждения заготовки разрезаются с по мощью газокислородных горелок на куски заданной длины. При по ступлении заготовки в зону резания газовый резак, смонтированный на каретке, обеспечивающей ему горизонтальное и вертикальное движение, соединяется с помощью пневматических захватов с заготов кой и двигается со скоростью вытягивания.
Для измерения общей длины заготовки и выдачи сигналов для мерного реза применяют устройства различной конструкции — от простейших крупногабаритных часов с импульсным приводом для указания общей длины заготовки и шаговых искателей для выдачи команды на мерный рез до бесконтактных устройств.
В зависимости от расхода воды и способа вторичного охлаждения температура поверхности заготовки перед резкой может колебаться в широких пределах — от 300 до 700° С. Перед резкой край слитка в месте начала резки подогревается газо-кислородным пламенем той же режущей горелки. После подогрева переходят на режим резки, осуществляемой при более высоком давлении кислорода [1— 1,4 Affla (10—14 ат)]. При скорости резки 270—350 мм/мин общий расход кислорода составляет 90— 105 м3/ч.
330
ФОРМИРОВАНИЕ СЛИТКА ПРИ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКЕ
Процесс затвердевания поверхностного слоя заготовки в УНРС протекает в более сложных условиях, чем при разливке в изложницы. Это выражается прежде всего в том, что поверхностный слой заго товки при непрерывной разливке скользит относительно стенок кри сталлизатора не только вследствие усадки, но и вследствие его вытя гивания. Корочка заготовки в кристаллизаторе из-за выпуклого мениска металла образуется периодически. Радиус мениска зависит от поверхностного натяжения стали и величины краевого угла между жидким металлом и медной стенкой. Выпуклый мениск поддержи вается также газами, образующимися при сгорании смазки. Вслед ствие изогнутой поверхности мениск интенсивно охлаждается близ лежащей холодной стенкой кристаллизатора, и на поверхности ме ниска образуется твердая корочка металла. Указанная корочка еще больше изгибается вследствие усадки и отходит от стенки. Не прерывно поступающий в кристаллизатор металл увеличивает ферростатическое давление на корочку мениска и пригибает ее к стенке изложницы. В результате изменений действия этих факторов на по верхности заготовки возникает волнистость, развитие которой опре деляется состоянием медной стенки кристаллизатора и состоянием поверхности металла.
Корочка твердого металла образуется по сечению заготовки очень неравномерно. Так, на слитке низкоуглеродистой стали сечением 200x800 мм методом выливания жидкого остатка было обнаружено, что толщина корочки на глубине 250 мм от мениска колебалась в пре делах 4— 16 мм, а на расстоянии 550 мм от мениска эта толщина равня лась 12—23 мм. Неравномерное затвердевание поверхностного слоя непрерывного слитка является одной из основных причин образова ния трещин и разрывов.
Особенность кристаллизацйи внутренних объемов заготовки при непрерывной разливке заключается в том, что на последней стадии металл, будучи в двухфазном состоянии, находится в узких вытяну тых объемах. Это обстоятельство создает условия, способствующие образованию перехватов и «мостов», прерывающих питание жидким металлом нижележащих объемов и вызывающих появление усадочных раковин и пористости. Конвективные потоки, возникающие как из-за наличия градиента температуры по высоте заготовки, так и вызывае мые динамическим напором струи жидкой стали, могут усилить хими ческую неоднородность слитка. Однако относительно быстрое охлаж дение металла в водоохлаждаемом кристаллизаторе устраняет раз витие химической неоднородности.
Отмеченные особенности затвердевания непрерывного слитка хотя и обусловливают количественное отличие его структуры от структуры слитка, отлитого в изложницу, однако качественно струк тура остается одинаковой. В слитках непрерывной разливки выяв ляются три основные зоны кристаллизации: поверхностная с мелкими неориентированными кристаллами толщиной 4—6 мм, столбчатая и осевая неориентированная.
331