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

Селитры >16% или в марганцевой руде >90% Мп02 может проис­ ходить со взрывом. Смеси с температурой начала горения 600— 1100° С состоят из 15—20% алюминиевого порошка и 75% М п02 в марганцевой руде. Скорость горения 40—30 мм/мин. Смеси с высо­ кой температурой горения 1300° С состоят из 20% алюминиевого порошка и 80% прокатной окалины. Скорость горения 30—20 мм/мин. Высокая температура горения требуется для смесей, в составе кото­ рых горючим являются ферросилиций, силикокальций, а также когда в состав смеси введено плавней и наполнителей более 60%.

Во избежание взрывов в процессе приготовления, хранения, транспортировки и применения смесей, составленных на основе окислителя — селитры, запрещается введение в их состав угля, кокса и графита более 3%.

Скорость горения смеси — линейное продвижение горения в на­ сыпанной смеси (мм/мин) — зависит от соотношения компонентов

горючего и окислителей в смеси, фракции порошка, количества плав­ ней и наполнителей.

Для разливки стали сверху желательно применять смесь фрак­ цией порошка 0,5—1,5 мм со скоростью горения <40 мм/мин. Тем­ пература плавления получаемых шлаков от сгорания экзотерми­ ческих смесей и присоединения окислов от раскисления, колеблется

от 800 1200 С, а вязкость таких шлаков при температуре стали

1590—1600° С составляет < 2 Пз.

В процессе окисления алюминия, магния, силикокальция кисло­ родом натриевой селитры NaN03 выделяется значительное коли­ чество тепла, а над изложницей образуется бурый дым из ядовитых окислов азота, поэтому количество натриевой селитры сокращают или из состава исключают полностью.

При окислении тех же компонентов кислородом двуокиси мар­ ганца Мп02, марганец восстанавливается в сталь, и по высоте слитка содержание марганца увеличивается внизу 0,03%, вверху 0,09%.

Для окисления алюминия, магния, силикокальция, кислород

После окисления алюминия, магния, кальция, кремния обра­ зуются окислы: А120 3, MgO, CaO, SiO2, которые взаимодействуют с плавиковым шпатом, криолитом и силикатной глыбой. При высоких температурах и низких их концентрациях они растворяются в легко­ плавких плавнях и ^наполнителях, образуя сложные химические соединения с низкой температурой плавления. Так, например, криолит растворяет глинозем до 15% от собственной массы и сни­ жает температуру плавления шлака до 935° С, плавиковый шпат растворяет окись кальция и магния и значительно снижает темпе­ ратуру плавления шлака. Вязкость шлаков зависит от химического

140

В период прохождения реакций между окислами от Горения й плавиковым шпатом или криолитом образуются газовые соедине­ ния— фториды SiF4, A1F3 и др. Над изложницей появляется зна­ чительное облако белого едкого дыма.

Разливка стали сифонным способом под шлаком

В табл. 8 приведен состав компонентов экзотермических смесей, применяемых при сифонной разливке стали.

Смеси (фракцией 0,5—1,5 мм) имеют низкую температуру начала горения (<1200° С), высокую термичность (>550 кг/кг), высокую скорость горения. Интервал кристаллизации шлака 200° С (раз­ ность температур между ликвидусом и солидусом), вязкость шлака < 4 Пз, что придает ему высокую жидкотекучесть. Самая низкая вязкость шлака достигается при содержании плавикового шпата (CaF2)> 4 0 % . В состав смесей, применяемых при разливке угле­ родистых сталей в качестве наполнителя вводят 10% доменного или ваграночного шлаков.

При разливке стали с экзотермическими смесями протекают процессы окисления термитной смеси, расплавление и образование жидкого шлака, закрывающего формирующийся слиток со всех сторон. Наводимый в изложнице шлак при разливке сифонным способом спокойных сталей выполняет несколько функций. Жидкий шлак, поднимающийся над поверхностью стали, предохраняет ее от вторичного окисления, поглощает и растворяет неметаллические включения, выделяющиеся из жидкой стали. Образующаяся корка шлака на стенках изложницы устраняет непосредственный контакт стали с тепловоспринимающей поверхностью изложницы, стано­ вится «тепловым барьером». Этот же слой шлака является «аморти­ затором» между стенками изложницы и образовавшейся непрочной коркой слитка.

Разливка стали и кристаллизация слитка под слоем шлака про­ исходят в такой последовательности. На дно изложницы, за 30 мин до начала разливки из бункера-дозатора засыпают все количество порошка, рассчитанное на слиток. Схема отливки слитков при сифонной разливке со шлаком приведена на рис. 101, а. Стопор ковша в начале разливки открывают полностью (торможение не рекомендуется),турбулентная струя стали с высокой скоростью поступает снизу в изложницу, смешивается с твердыми частицами смеси, при этом образуется суспензия и газовые пузырьки. Через 7— 9 с начинается процесс окисления, и капельки жидкого шлака сме­ шиваются со сталью: образуется эмульсия. Период окисления длится от 20 до 70 с (иногда и больше).

Вследствие разных плотностей двух несмачивающихся жидкостей (шлака и стали) происходит их разделение (рис. 101, б) с образо­ ванием на зеркале отливаемого слитка выпуклого мениска, а на поверхности жидкого шлака — вогнутого мениска. На этом участке стенки изложницы покрываются слоем образующегося шлака (гарниссажа).

141

Состав экзотермических порошковых смесей и брикетов, используемых при сифонной разливке для хромистых, алюминиевых, титанистых и других сталей

слитка, нарушает процесс кристаллизации его снизу вверх и может вызывать образование трещины на слитках. При разливке под шла­ ком тонкая корка слитка находится в шлаковой двухслойной ру­ башке: у стенок изложницы — твердая корка шлака, а около стенок слитка — жидкий слой шлака, и трещины на слитках не обра­ зуются.

Восходящие потоки стали поднимают неметаллические вклю­ чения, которые, соприкасаясь со шлаком, переходят в шлак.

При толщине слоя жидкого шлака на зеркале слитка >60 мм не требуется засыпать прибыль слитка люнкеритом.

Шлаковый гарниссаж на рабочей поверхности стенок изложницы заполняет все неровности, создает ровную и гладкую поверхность, в результате чего происходит свободная, незаторможенная усадка слитка. Жидкий шлак заполняет зазор между изложницей и над­ ставкой, что предотвращает «зависание» слитков.

Толщина образующейся пленки шлака от 0,5 до 3,5 мм (на углах 0,5—1,5, на гранях 1,5—3,5 мм). Жидкий шлак не вызывает эрозии поверхности стенок изложницы, стойкость их повышается на 25— 30%.

Разливка сверху и сифонным способом сталей, легированных хромом, титаном, алюминием и др., происходит в условиях вторич­ ного окисления даже в восстановительной газовой среде, содержа­ щей от 1 до 6% кислорода. Химически активные титан, хром, алю­ миний окисляются кислородом СО2 и Н20 с образованием тугоплав­ ких шлаковых корок из ТЮ2, Сг20 3 и других окислов. При разливке под шлаком или через шлак ТЮ2, Сг20 3 восстанавливаются до Ti и Сг и переходят в сталь.

В связи с этим стали, легированные хромом, алюминием, тита­ ном, рекомендуется разливать под шлаком экзотермических смесей. Образовавшийся шлак растворяет тугоплавкие окислы титана, хрома, алюминия, также улучшаются условия образования по­ верхности слитка, сталь получается более чистой и пластичной.

Для сталей марок 40Х, 38ХМЮА, 18ХГС, 08Ю и др. рекомен­ дуются смеси с высоким содержанием силикатной глыбы, с полным отсутствием в них шлаковых наполнителей, с низкой температурой начала горения (~500° С), невысокой скоростью горения (200 мм/мин) при линейной скорости наполнения изложницы 20—35 см/мин. Вязкость образующегося шлака < 2 Пз.

В практике разливки стали сифонным способом применяют брикеты (см. табл. 8), изготовленные из быстросгорающих смесей, содержащие шлакообразующих > 45%.

Применение брикетов для сифонной разливки, по данным иссле­ дований, считается более перспективным, чем порошковые смеси. Брикеты горят медленнее, образующийся шлак равномерно покры­ вает стенки изложницы и защищает зеркало слитка от окисления. Уменьшается вероятность запутывания шлаковых включений в стали, наблюдается более равномерное выделение газа по ходу разливки и постоянное обновление шлака на зеркале металла. Расход брике­ тов 4,5—6,0 кг/т стали.

Н4

так и не вступив в реакцию со сталью. В верхней и нижней частях таких слитков видны гнезда неметаллических включений из смеси, в результате увеличивается обрезь.

Затвердевание шлаковой корки слитка подобно затвердеванию корки слитка при сифонной разливке и представлено в виде схемы (рис. 102), где показаны размеры корки слитка, образовавшейся без наличия шлака на стенке изложницы, и корки слитка, образо­ вавшейся с участием шлака. Из рис. 102 видно, что чем меньше скорость разливки стали, тем меньшая часть слитка по высоте отли­

Рис. 102. Схема разливки стали через шлак

слитка, отлитого с образовавшимся гарниссажем на стенке изложницы; а —порошин­ ки; б—капельки шлака; в—пузырьки газа;

который заполняет зазор между излож­ ницей и слитком на участке Г; 11 — зона мелких кристаллов; 12 — зона дендритов

вается без участия шлака, и тем большая часть слитка по высоте отливается с участием шлака. Высокие скорости разливки стали снижают эффективность разливки через слой шлака.

При разливке стали сверху частицы экзотермической смеси или капельки шлака могут захватываться струей металла и увлекаться в глубину слитка. Поднимающийся столб стали затрудняет всплы­ вание неметаллических частиц. Однако частицам и капелькам шлака размером > 0 ,1 мм создаются условия для всплывания из жидкой части слитка в слой шлака. Это объясняется тем, что шлаковая корка между стенкой изложницы и жидким металлом замедляет скорость затвердевания первой зоны слитка. При разливке холод­ ного металла или отливке слитков небольшой массы в теле слитка наблюдаются неметаллические включения, поскольку при наполне­ нии изложницы струя стали не размывает образующуюся корку слитка в нижней части изложницы так, как ее турбулентный поток не достигает двухзонного участка слитка (твердых кристаллов и

146

При разливке перегретой стали сверху с примененйем тлеющей или быстросгорающей смеси наблюдаются случаи приварки слитков ко дну изложницы.

В результате разливки стали через слой шлака значительно уменьшается число слитков, пораженных поперечными и продоль­ ными трещинами, снижается число заготовок, подлежащих зачистке, создаются условия прокатки горячих заготовок на сортовых и листо­ вых станах с меньшим расходом топлива.

Определение расхода экзотермической смеси

Удельный расход смеси в каждом цехе чаще всего определяют опытным путем исходя из условий покрытия всей поверхности слитка слоем заданной оптимальной толщины жидкого шлака, не менее 60 мм, на открытой поверхности слитка в конце разливки.

Недостаток шлака в изложнице приводит к образованию всплесков (брызг) металла, не обеспечивает достаточной изоляции жидкого металла от вторичного окисления и охлаждения, а в непрочной корке слитка, соприкасающейся с неошлакованными внутренними стенками изложницы, образуются трещины подвисания. В этом слу­ чае теряется преимущество этого способа разливки стали по сравне­ нию с обычным. Избыток шлака замедляет процесс разливки, охла­ ждает сталь, особенно при использовании медленно сгорающих смесей, сгорающих «с провалом», и может привести к образованию дефектов на слитках.

Удельный расход экзотермической смеси на тонну слитка может быть определен по формуле

Q = ^ ^ т • ^ 3eP ^l) ^ к г у т

N — масса слитка.

Взависимости от толщины остающегося шлака на зеркале

сверху с удельным расходом смеси < 5 кг/т для улучшения структуры головной части слитка, его рекомендуется засыпать люнкеритом.

Толщина слоя шлака на стенках изменяется с повышением износа изложниц (наличия в них зазоров, раковин, трещин). Толщина верх­ него покрова слитка шлаком не должна быть менее 60 мм. Тонкий слой шлака струя металла будет отжимать к стенкам изложницы, обнажая поверхность жидкого металла.

Впроцессе горения порошок переходит в жидкий шлак, который может быть вязким и плотным, или пенистым и рыхлым. Плотность шлака подбирается компонентным составом порошка и физико­ химическими процессами окисления и шлакообразования.

Впрактике отечественных заводов применяют компонентный состав смеси со шлакообразующими — плавиковый шпат и сили­ катная глыба, а в качестве наполнителей — доменный и ваграночный шлаки, известь, вермикулит и др. плотностью 2,0—2,8 г/см3 при оптимальном расходе —4 кг/т стали.

Взарубежной литературе встречаются сведения о применении экзотермических порошков, образующих пенистые шлаки с плот­ ностью 0,8—0,7 г/см3 и расходом порошка 2 кг/т стали.

Нормализация условий труда при работе с экзотермическими смесями

Компоненты экзотермических смесей — натриевую селитру, пла­ виковый шпат (флюорит), силикатную глыбу, криолит, магниевый порошок, алюминий, силикокальций, 90%-ный ферросилиций, фер­ робор — применяют при разливке стали в виде мелких порошков, выделяющих химически активную пыль.

Пыль плавикового шпата (флюорита) и криолита, попадая в ды­ хательные органы и пищеварительный тракт человека, вызывает их заболевание.

Пыль силикатной глыбы, попадая на потную кожу и слизистый покров глаз, носа, рта, т. е. соприкасаясь с влагой, образует жидкое стекло, происходит склеивание, твердение массы, действующее раздражающе, вызывая заболевание кожи, глаз, носоглотки, легких.

При контакте экзотермических смесей с жидкой сталью проте­ кают химические реакции с выделением газов и паров металлов, вредно влияющих на здоровье людей. В связи с этим должны быть приняты все возможные меры, не допускающие загрязнения атмос­ феры сверх опасных пределов.

Рабочие должны быть обучены правилам обращения с экзотерми­ ческими смесями (поскольку при небрежном хранении и транспорти­ ровке их возможны случаи самовозгорания со взрывом), соблюдать санитарные нормы и правила, быть специально одетыми, иметь респираторы, плащи и другие защитные средства.

Категорически запрещается во избежание взрывов с выбросом металла во время разливки использовать смесь влажностью >0,4% .

При транспортировке и хранении в закрытых бункерах смесь слеживается. Если слежавшиеся куски раздавливаются пальцами До кусков, которые получаются от машинного дробления, то такую смесь можно использовать.

148

При Попадании влаги в смесь, в составе которой находится силикатная глыба, происходит реакция: Na2SiOs + «Н20 = = Na2S i02-nH20, в результате образуется жидкое стекло, которое затвердевает, и вся масса «схватывается» в монолит, который трудно удалить.

Затвердевшая смесь или отработанный шлак в донной части из­ ложницы, в отверстии для пробки или стаканчика (при сифонной разливке) увеличивает затраты труда на очистку изложниц. При стрипперовании слитков, отлитых с применением экзотермической смеси, часть пробок остается в изложницах, что вызывает дополни­ тельную ручную операцию по их удалению и задерживает подго­ товку составов.

Отработанный шлак в количестве 4—5 кг/т слитков составляет в сутки значительную массу, засоряет железнодорожные пути во дворе изложниц, стрипперном отделении, на гидроочистке, в здании нагревательных колодцев, увеличивает количество сварочного шлака в нагревательных колодцах, что усложняет работу на участках и понижает производительность.

Время подачи слитков к нагревательным колодцам и оборот составов с изложницами увеличиваются вследствие дополнительной выдержки слитков перед их раздеванием и увеличения ручных операций по очистке изложниц.

Засыпку в изложницы экзотермических смесей производят в зда­ нии разливочного пролета, задалживая на состав из 33 изложниц разливочный кран и подкрановую бригаду от 15 до 20 мин, создавая задержку работ по подготовке ковшей, уборке и подаче шлаковых чаш под печи.

При отливке последних слитков и недоливков категорически не допускается попадание шлака из ковша в изложницу с экзотерми­ ческой смесью, так как при этом происходит вспенивание с выбросом шлака как при разливке, так и при стрипперовании слитков. Слитки с жидкой лункой шлака запрещается стрипперовать в связи с воз­ можностью выбросов шлака и заваривания выдавливающего штока крана.

Глава 7

СТАЛЬНЫЕ СЛИТКИ

Процесс раскисления жидкой стали определяет основные свойства и структуру слитков. В зависимости от степени окончательного раски­ сления и количества введенных легирующих добавок различают следующие виды стали: спокойную углеродистую и легированную, кипящую и полуспокойную. Каждому из этих видов стали свойственны свои характерные особенности при затвердевании (кристаллизации).

Н 9