книги из ГПНТБ / Заверюха, Н. В. Разливщик стали учеб. пособие

Годовая производительность порционной вакуумной установки для ковша емкостью 300 т составляет 1152 тыс. т, если учесть данные табл. 6, включая и затраты времени на подготовку, обслуживание, ожидание и т. п., составляющие в сумме около 2 ч, что практически дает возможность обрабатывать 12 ковшей в сутки при 320 сутках работы установки в год.

Легирование и раскисление при вакуумной обработке стали

При совмещении процессов внепечного вакуумирования и раскисления сокращается продолжительность плавки, повышается стойкость агрегатов и улучшается качество стали.

Начиная со второго цикла, в вакуум-камеру вводят раскислители, добавки по разработанным технологическим картам. Способ и после­ довательность ввода в камеру раскислителей, их корректировка определяются маркой стали (содержанием углерода, степенью раскисленности в ковше, видом раскислителей) и назначением данной марки стали (для глубокой штамповки, горячей обработки, для эма­ лирования и т. п.). Эти требования регламентированы для стали каждой марки отдельными технологическими картами.

Загрузка раскислителей согласовывается с температурой стали. Раскислители не должны содержать мелочи и пыли, ухудшающих условия .вакуумирования и раскисления. Угар раскислителей пока­ зан в табл. 7. Крупные куски раскислителей и добавок вводят в ковш,

Раскислители химически неактивные и с высоким содержанием Кислорода и других газов вводят в ковш до вакуумирования. Домен­ ный ферромарганец следует вводить в печь или в ковш в связи с высо-

100

Ким содержанием в нем кислорода (до 0,1%) и водорода (дО 30 см3/100 г). Жидкие и подогретые до 800—900°С легирующие добавки вводят в разливочный ковш.

Раскислители, растворение которых протекает с поглощением тепла (эндотермические), можно вводить в печь или несколько пере­ гревать металл перед выпуском и вводить раскислители в разливоч­ ный ковш.

Ферромарганец, феррохром и другие ферросплавы вводят в ваку­ умную камеру кусочками, < 2 5 , мм в количестве не более 1% от массы металла. Раскислители при порционном вакуумировании вводят в наполненную вакуум-камеру в одну присадку приблизи­ тельно в количестве 0,4—0,5 т, что снижает износ кладки камеры.

При введении в вакуум-камеру ферромарганца происходит незначительное испарение марганца (около 0,06% от вводимого) и не зависит от вида стали, но увеличивается с понижением степени раскисления стали углеродом.

Раскислители, растворение которых в стали протекаете выделением тепла (экзотермические), можно вводить в металл после вакуумиро­ вания в количествах не более 2% от массы металла, кусочками раз­ мером 50 мм (для 75—90%-ного ферросилиция). Раскисление стали ферросилицием при порционном вакуумировании производят в вакуум-камере, причем содержание кремния в стали может возрас­ тать до 0,13%, если камера футерована силлиманитовыми огнеупо­ рами. При футеровке корундовыми огнеупорами кремний не вос­ станавливается.

Для раскисления кипящей стали вводят алюминий (до 0,006— 0,007%) в зависимости от степени раскисленности стали углеродом. Например, содержание углерода и алюминия отличается от заданного соответственно на + 0,015 и 0,002%. Для обычного раскисления мягкой стали требуется 0,030% А1 и вводят для этого 1150—1350 г/т, а в вакуумируемой металл — достаточно 360—550 г/т.

Присадку химически активных добавок и раскислителей: алю­ миния титана, ванадия, бора, циркония и т. д. производят в .вакуумкамеру за 4—5 мин до конца вакуумирования. За это время достига­ ется высокая степень усвоения материалов и, следовательно, снижа­ ется их расход.

Для обеспечения выполнения заказов на высоко- и среднеугле­ родистые стали, выплавляемые в кислородных конвертерах и при продувке стали кислородом в двухванных печах, практикуют наугле­ роживание. В процессе вакуумирования в камеру вводят кокс или антрацит. При этом достигается минимальный их расход, высокая степень усвояемости и распределения углерода в стали.

В процессе вакуумирования науглероживание дегазируемой и предварительно раскисленной стали производят начиная с шестого или двенадцатого забора металла в камеру. Углерод вводят малыми порциями — 15—20 кг на 300-т ковш, так как процесс науглеро­ живания происходит с образованием большого количества газов, что приводит к вспениванию жидкой стали и выбросам ее из ковша.

101

Раскисленная и вакуумированная сталь получается с малыми допусками по химическому составу, имеет незначительные отклонения от плавки к плавке в следующих пределах: по углероду ± 0,02%; по марганцу ± 0,02%; по кремнию ±0,01%. В высокоуглеродистых, высокомарганцовистых: по углероду ± 0,02% и по марганцу ± 0,1%.

Узкие диапазоны колебаний химических элементов позволяют получить готовый прокат с малыми отклонениями механических свойств от плавки к плавке и по длине раската из слитка. При рас­ кислении стали в вакуум-камерах восстановление фосфора не наблю­ дается даже в последнем слитке.

Текущее обслуживание порционной вакуумной установки

Установка порционного вакуумирования стали технически сложный агрегат, на нем выполняется сложный технологический процесс, поэтому люди, обслуживающие установку, должны знать оборудование и технологический процесс детально, иметь доста­ точный опыт и тренировку.

Допуская к работе на установке, следует предварительно научить персонал правильно, последовательно и качественно выполнять все технологические операции и операции по обслуживанию всех элементов установки.

В условиях работы вакуумной установки выполнение всех много­ численных операций производится по соответствующим сигналам, поэтому сигнальные устройства, лампы, надписи и т. д. должны быть постоянно исправными, четкими и понятными. От своевременности и правильности подачи сигналов зависит нормальная работа уста­ новки, поэтому персонал, обслуживающий установки, системати­ чески проверяют на знание своевременности и правильности выдачи сигналов.

Как и на любом другом участке производства, на вакуумной установке инструменты и приспособления, предусмотренные и исполь­ зуемые в работе, должны быть всегда исправными, ими надлежит пользоваться в установленном порядке и последовательности.

Замену патронов для измерения температуры стали и пробных стаканчиков производят до начала всасывания металла в вакуумкамеру. С начала всасывания до полного вывода патрубка вакуумкамеры из металла персонал не должен находиться в зоне работы вакуум-камеры и около ковша со сталью, так как может произойти вспенивание и выбросы брызг шлака и металла.

Если давление азота в вакуум-камере ниже атмосферного, патру­ бок камеры не выводят из металла. Чтобы избежать подсоса воздуха в камеру, заполненную азотом, вакуумную систему закрывают зат­ вором, а всасывающий патрубок закрывают снизу колпаком с пес­ чаным затвором. Если это не мешает работать около патрубка для подготовки камеры к следующей плавке, также производится под­ качка азота в камеру. Главный вакуумный затвор системы должен быть закрыт в течение всего периода между обработкой двух ковшей.

102

Персонал, обслуживающий камеру, не должен находиться напро­ тив открытых отверстий камеры, штуцеров и избегать вдыхания га­ зов, выходящих из отверстий камеры. Выделяющиеся газы из вакуумкамеры могут содержать угарный газ, который выделяется из металла, а также от окисления графитового стержня даже при наличии азота в камере. Азот также понижает содержание кислорода в малом объеме воздуха, и при содержании кислорода < 16,8% персонал испытывает кислородное голодание — обморочное состояние. Поэ­ тому при ремонтах камеры или патрубка закрывают главный затвор вакуумной системы, азот полностью удаляют из камеры, продувая ее сжатым воздухом.

Вакуум-камера — агрегат периодического действия, поэтому после обработки каждого очередного ковша стали ее охлаждают до температуры, при которой возможно произвести осмотр и текущий ремонт кладки.

После вывода патрубка вакуум-камеры из жидкой стали про­ изводят осмотр внутренней футеровки его в горячем состоянии. Для осмотра применяют специальное зеркало с длиной ручки не менее 1 м. Запрещается осматривать камеру непосредственно снизу через патрубки, так как не исключено обрушение части футеровки и под­ теков оставшегося шлака и металла.

Патрубок очищают от шлака через каждые три обработанных ковша стали, наружную поверхность патрубка обмазывают высоко­ глиноземистой пастой. Также при необходимости производят мелкий горячий ремонт и других конструктивных элемеьтов вакуум-камеры.

Осматривают графитовый нагревательный стержень, не допуская уменьшения его толщины до опасного размера, когда он может пере­ гореть во время обработки и науглеродить металл. Камеру с большим износом графитового стержня в работу не допускают до его замены.

Все рабочие, работающие на установке, должны находиться на рабочих местах в предусмотренной спецодежде и иметь необходимые индивидуальные средства защиты.

Сталевар-оператор управляет работой установки в смене, коор­ динирует работу всех рабочих, непосредственно работающих на уста­ новке, а также рабочих, привлекаемых для обслуживания раз­ личных участков установки (дежурный персонал).

Мастер установки руководит оператором и поддерживает связь с энергоцехами и мастером печного и разливочного пролета.

Механическое и металлургическое оборудование установки (сталевозная тележка, камеры, ковши) обслуживают рабочие из штата цеха.

Все энергетическое оборудование установки расположено в от­ дельных помещениях, эксплуатацию и контроль работы осуществляет штат энергетических цехов завода.

Служба сталеразливочного ковша при вакуумировании

В условиях вакуумирования стали значительно усложняется служба разливочного ковша, поскольку время пребывания жидкой ртали в ковше увеличивается, сталь в ковш поступает перегретой,

103

производится дополнительный нагрев ковша перед выпуском плавки. При обработке стали в ковше его футеровка более интенсивно изна­ шивается.

перед вакуумированием немного раскислить алюминием, что устра­ няет возникновение агрессивного шлака, уменьшает износ футеровки ковша и стопора. Довольно хорошая стойкость футеровки достига­ ется при содержании 8— 14% закиси железа, в этом случае наблю­ дается и более низкое содержание кислорода в стали.

Стопорные трубки увеличенной толщины применяют двухзам­ ковые с буртиком до 50 мм. Изготовляют их из высокоглиноземистого огнеупора с графитовыми наполнителями. Состав огнеупоров и форму пробки подбирают с учетом исключения прилипания пробки

кстакану.

Врезультате циркуляции шлака и металла футеровка ковша может разрушаться в виде отдельных поясов. Зона износа футеровки

ввиде пояса наблюдается в верхней части при порционном вакуу­ мировании или в средней и нижней — при магнитном и газовом пере­ мешивании.

Площадь пояса износа сталеразливочного ковша можно опреде­

лить по уравнению

Характеристика изложниц

Изложницами называют литые металлические формы, в которых из жидкой стали получаются слитки, обладающие определенными качествами, заданной массой и формой, необходимыми для дальней­ шей обработки давлением: прокаткой, ковкой, прессованием. При непрерывной разливке стали роль изложницы выполняет водоох­ лаждаемый кристаллизатор, изготовленный из материалов с высокой теплопроводностью: меди или хромистой бронзы.

Применяемые в мартеновских цехах изложницы делятся на две группы. Изложницы первой группы служат для отливки слитков из кипящих, спокойных и полуспокойных сталей — уширенные книзу (рис. 78). Их устанавливают на индивидуальные чугунные

104

поддоны. Изложницы второй группы, уширенные кверху, глуходон­ ные, применяют для отливки слитков из спокойных и легированных сталей (рис. 79). Для концентрации усадочной раковины в голов­ ной части слитка эти изложницы оборудуют прибыльными надстав­ ками, а отверстие в дне изложницы закрывают пробками.

Изложницы отливают либо из чугуна второй плавки (переплав­ ленного в вагранках), либо из чугуна первой плавки (полученного из доменного цеха в жидком виде). Химический состав ваграночного чугуна, используемого для отливки из­ ложниц, выбирается на каждом заводе

в зависимости от местных условий.

Конструирование изложниц в основном сводится к выбору необ­ ходимой толщины стенок, конусности и размещению изложниц на поддонах и тележках. Конфигурация внутренней поверхности изложницы полностью определяется формой и размерами слитка.

Толщина стенок должна быть такой, чтобы изложница была конструктивно прочной, внутренняя поверхность под действием поднимающегося жидкого металла не оплавлялась, а стенки излож­ ницы противостояли тепловым и механическим воздействиям. На рис. 80 показаны различные формы стенок изложниц по высоте.

Внутреннюю поверхность изложниц для крупных слитков дела­ ют волнистой. Это обеспечивает получение лучшей поверхности слитков, исключает поперечные тепловые напряжения, поперечные и угловые трещины.

Конусность уширенных книзу изложниц составляет 0,5—2,5%, конусность уширенных кверху изложниц для слитков, поступаю­ щих на прокат, допускается до 4,0%, а для слитков кузнечных — до 6%. Чем больше конусность изложниц, тем выше плотность слит­ ков.

В верхней части изложниц и прибыльных надставок предусматри­ ваются и рассчитываются на прочность специальные устройства для

105

захвата их краном при перемещении: уши, кольца, цапфы. На излож­ ницах, уширенных кверху, кроме того, в нижней части делают уши или цапфы для закрепления изложниц при стрипперовании слитков на напольном стрипперном механизме. Иногда в боковой плоскости изложниц при их отливке заливают прочную металлическую скобу, которая облегчает укладку изложниц в штабель и взятие их из шта­ беля, особенно при частой замене изложниц одного типа другими.

Уши, цапфы, приливы и кольца или заливают в тело изложниц или отливают их вместе с изложницей.

Стойкость изложницы (срок службы) характеризуется числом слитков, отлитых в ней, и колеблется от 75 до 150.

Рис. 80. Форма стенок изложниц в продольном сечении:

а — уширенные кверху (с дном), стенка внизу утолщена; б — стенка вверху утол­ щена; в — стенка вверху утолщена с литым поясом; г — равностенная; д — сквоз­ ная (стенка внизу утолщена); е — равностеннйя

При нормальной эксплуатации изложницы выходят из строя в основном вследствие образования так называемой сетки разгара. Отдельные участки внутренней поверхности изложниц разъедаются жидкой сталью, и образуются углубления различной формы и вели­ чины в виде сетки. На образование сетки разгара влияет температура жидкой стали, форма и масса слитка.

Большое значение имеет также продолжительность выдержки слитков в изложницах. Чем быстрее после окончания разливки изложницы освобождаются от слитков, тем выше срок их службы. Близкое расположение изложниц на тележках вызывает боковой разгар, который иногда может быть причиной заклинивания слитка в изложнице.

Стойкость изложниц можно повысить наиболее рациональным конструированием, правильным размещением их на тележках и хорошей эксплуатацией. Разгар внутренних поверхностей изложниц уменьшается при оптимальном режиме охлаждения.

При хорошей внутренней поверхности часть изложниц бракуют вследствие появления продольных трещин. Они образуются в резуль­ тате больших термических напряжений в теле изложниц после налива жидкого металла. Стенки изложниц во время пребывания в них слитков нагреваются до 800 °С. За этот период происходят колебания

106

от температуры плавления стали до температуры окружающей среды. Особенно резким температурным колебаниям изложницы под­ вергаются после освобождения их от слитков. При прочих равных условиях — чем меньше толщина стенок изложниц, тем быстрее они выходят из строя по трещинам. Для снижения отбраковки из­ ложниц по трещинам следует охлаждать изложницы как можно медленнее, особенно в первый период их эксплуатации. Однако для ускорения оборачиваемости изложниц нередко приходится прибегать к ускорению их охлаждения, установив оптимальный режим.

Трещины на изложницах появляются также в результате меха­ нических ударов при освобождении их от слитков.

Для того чтобы уменьшить возможность появления трещин, изложницы отливают с утолщенной верхней и нижней частью (поя­ сами) или усиливают верхний и нижний торцы изложниц заливкой специальных стальных бандажей. При отливке изложниц из вагра­ ночного чугуна можно улучшить их стойкость легированием, а также модифицированием, т. е. размельчением зерен графита в чугуне.

Глуходонные изложницы часто изнашиваются вследствие ударов струи металла в дно, если металл разливают сверху непосредственно из большого ковша. Причиной преждевременной выбраковки излож­ ниц является также обрыв ушей и приливов во время освобождения изложниц от слитков.

На передовых предприятиях расход изложниц составляет 10—16 кг/т. Средний расход равен 20 кг/т. В электросталеплавильных цехах вследствие высоких температур стали и длительной выдержки слитков в изложницах расход их составляет 30—45 кг/т.

Стойкость изложниц зависит от размеров слитков. Чем меньше слиток при прочих равных условиях, тем выше стойкость изложниц.

Изложницы для отливки слитков кипящей и полуспокойной стали

Для разливки кипящей и полуспокойной стали сверху или сифон­ ным способом применяют сквозные, уширенные книзу изложницы, которые являются наиболее простыми и удобными как в изготовлении, так и в эксплуатации. В зависимости от формы поперечного сечения и размеров такие изложницы могут служить для получения слитков разных формы и назначения:

1)до 1,5 т для сортовых и листовых станов (сифонная разливка);

2)до 10 т для блюмингов и сортовых и проволочно-штрипсовых станов (разливка в изложницы квадратного, прямоугольного сече­ ния; это так называемые простые изложницы, у которых отношение широкой стороны к узкой не превышает 1,1);

3) до Ю т для блюмингов и последующей прокатки на средний или тонкий лист (разливка в изложницы прямоугольного сечения

сотношением широкой стороны к узкой примерно 1,5);

4)до 10 т для прокатки как на квадратные, так и на плоские заготовки (слябы) сечением 150x1000 мм (разливка в унифициро­ ванные прямоугольные изложницы с отношением сторон ■> 1,3);

107

5)от 6 до 25 т, для прокатки на толстолистовых станах и сля­

бингах. Разливка в листовые изложницы прямоугольного сечения с отношением широкой стороны к узкой в пределах от 1,5 до 3,5.

Изложницы, в которых отливают слитки для получения толстых и средних листов, называют листовыми. Изложницы, из которых слитки прокатывают на слябинге и получают плоские заготовки — слябы, из которых затем катают толстый, средний и тонкий лист, называют слябными. Для отливки листовых и слябных слитков из кипящих и полуспокойных сталей применяют изложницы, уширен­ ные книзу, которые одинаково пригодны при разливки стали сверху и сифонным способом.

Для получения слитков, имеющих лучшую форму головной части и дающих уменьшенную обрезь на 1—3% используют бутылочные изложницы. Такие изложницы имеют квадратную и прямоугольную форму поперечного сечения. Значительный экономический эффект достигается при использовании изложниц бутылочного типа для слябовых и, особенно, для листовых слитков большой массы при отливке их как сверху, так и сифоном. Изложницы бутылочного типа несколько сложны в изготовлении и менее удобны в эксплуата­ ции, однако они позволяют получать слитки с большей химической однородностью в головной части. При большом поперечном сечении слитков верхняя часть изложницы получается более массивной. Стойкость бутылочных изложниц на 50% превышает стойкость обыч­ ных изложниц.

Изложницы для отливки слитков спокойной стали

Спокойные и легированные стали обычно разливают в изложницы, уширенные кверху. Такие изложницы имеют дно, и их называют

в дне для установки стаканчика и стрипперования слитков, предназ­

108

наченные для отливки спокойных и легированных листовых и слябных слитков.

Изложницы для разливки спокойной стали сверху бывают двух видов: с кюмпельным поддоном и вставкой (рис. 81, а) и глуходонные с отверстием для стрипперования, которое закрывают при раз­ ливке пробкой (рис. 81, б). Различные конструкции донной части изложниц требуют каждая специальной технологии подготовки к разливке и способов освобождения изложниц от слитков. ■

Для отливки слитков, прокатываемых на блюмингах на заготовки квадратного сечения, применяют изложницы квадратного сечения

у т

1

штттшш

Рис. 82. Изложницы для слитков спокойной стали, прокатываемых на блюминге:

а — с металлической пробкой, устанавливаемая на групповом поддоне; б — с металлической пробкой, ус­ танавливаемая непосредственно на тележку с центри­ рующей вставкой; в — с графитовой пробкой на инди­

видуальном поддоне; г — устанавливаемые на сифон­ ные поддоны

с уширением кверху, глухим дном и с металлическими футерован­ ными прибыльными надставками (рис. 82),

Изложницы круглого и многогранного сечений с утеплителями обычно применяют для отливки слитков, прокатываемых в дальнейшем на заготовки для производства колес и бандажей, а также для куз­ нечного производства. Слитки круглого сечения, отливаемые без утеплителей, поступают на трубопрокатные станы для изготовле­ ния цельнотянутых труб большого диаметра.

Для глуходонных изложниц большое значение имеет конструк­ ция нижней части (рис. 82). Форма внутренней поверхности дна изложниц, предназначенных для отливки слитков квадратного сече­ ния, должна быть близкой к сферической, а изложниц, предназна­ ченных для отливки слитков прямоугольного сечения ■—■близкой к пирамидальной с плавным переходом. В донной части глуходонных изложниц, в которые сталь разливают сверху, имеется круглое конус­ ное (узкой частью вниз) отверстие, которое облегчает выталкива­ ние слитка на напольном стрипперном механизме (рис. 82, а).

109