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

Производительность и эффективность УНРС

Производительность установки непрерывной разливки стали определяется скоростью разливки и кристаллизации слитка. Обычно скорость кристаллизации стали выражается уравнением

D = к\П ,

где D — толщина затвердевшего слоя, мм; t — время затвердевания, мин;

k — коэффициент затвердевания.

Значение коэффициента затвердевания для стали намного меньше, чем для меди и алюминия. Даже при непрерывной разливке с бы­ стрым охлаждением стали коэффициент затвердевания равен 25— 33 мм/мин0'5. Коэффициент затвердевания для каждого вида стали (кипящей, спокойной, легированной) будет различным и в большин­ стве его считают равным 29 мм/мино>5. Проблему увеличения скорости разливки невозможно решить без увеличения расстояния от поверх­ ности металла в кристаллизаторе до режущих устройств.

Для увеличения расстояния от поверхности металла в кристалли­ заторе до режущих устройств строят криволинейные УНРС с гори­ зонтальной выдачей слитков. В этом случае возможно также увели­ чение сечения заготовки. Так, например, при отливке сляб сечением 205 X 2200 мм или заготовки для широкополочных балок 450 X 450 мм, на двухручьевой установке производительность достигает 300 т/ч, при скорости разливки 2,5 м/мин, что соответствует скорости раз­ ливки стали в изложницы сверху.

Скорость кристаллизации можно увеличить также, интенсифи­ цируя охлаждение слитка и применяя укороченные толстостенные медные сборные кристаллизаторы, ролико-форсуночную систему вторичного охлаждения, многовалковые тянущие выпрямляющие

Отливку заготовок квадратного сечения, несмотря на сравни­ тельно небольшую толщину, можно производить за относительно короткое время и при большом количестве стали через один ручей. Например, заготовку 160x 160 мм общей массой 30 т получают за 1 ч. Для того чтобы разливать из 220-т ковша заготовки 160 X 160 мм, потребуется восьмиручьевая установка, если же отливать заготовки 50 мм со скоростью 7 т/ч, то для разливки 220 т стали потребуется 32 ручья. Чем выше сечение заготовки, тем выше производитель­ ность установки и меньшетребуется ручьев.

Для сортовых УНРС, работающих с повышенными скоростями вытягивания, характерно использование укороченных тонкостен­ ных гильзовых кристаллизаторов и короткой системой вторичного охлаждения. Сортовые непрерывные слитки в вертикальных уста­ новках режут на мерные длины газо-кислородными резаками, а при горизонтальной выдаче слитков — гидравлическими ножницами.

2 0 0

Разливку стали на современных УНРС можно производить мето­ дом «плавка на плавку». На отдельных предприятиях достигнуто до 60 разлитых плавок на одном промежутке. Отмечена возможность быстрой замены сталеразливочных и промежуточных ковшей.

В электросталеплавильных цехах непрерывная разливка леги­ рованных сталей проходит без осложнений из сталеразливочных чайниковых ковшей емкостью 10—100 т со скоростью вытягивания слитка 0,75— 1,5 м/мин. Производительность установки при разливке легированных сталей составляет 0,45—0,6 т/мин.

Эффективность установок непрерывной разливки стали характе­ ризуется следующими показателями:

1.В УНРС жидкая сталь превращается в заготовки за пять производственных операций, а при разливке стали в изложницы —■ за двенадцать операций (см. рис. 131).

2.При непрерывной разливке стали выход годного достигает 97,5%, а при обычной разливке 90,0%. Брак снижается до 0,5% от массы разлитого металла.

3.Установка непрерывной разливки стали размещается на пло­ щади примерно в два раза меньшей, чем площадь, необходимая для разливки стали в изложницы с последующей прокаткой слитков на обжимных (заготовочных), листовых или трубных станах.

4.При разливке на УНРС легированных сталей снижается обрезь дорогостоящей высоколегированной стали на 10—16%.

5.Совершенствование конструкций установок и их узлов обеспе­ чивает повышение надежности работы, удобство обслуживания УНРС

ивозможности автоматизации процесса,

Глава 9

ЛИТЫЕ ЗАГОТОВКИ, ПОЛУЧЕННЫЕ НА УНРС

Формирование литой заготовки происходит в кристаллизаторе при непрерывно поступающей струе жидкой стали и постепенно удаляющейся от струи затвердевщей части слитка.

Литые заготовки, полученные при непрерывной разливке, про­ ходят две зоны охлаждения. В кристаллизаторе формируется плот­ ная корка литой заготовки (образуется дендритная структура заго­ товки спокойной стали, начинает формироваться зона сотовых пузы­ рей в заготовке кипящей стали), а во вторичной зоне охлаждения затвердевает центральная зона (сердцевина) заготовки. После пол­ ного затвердевания горячий слиток режут на мерные заготовки.

Преимущество такого способа разливки заключается в том, что процесс кристаллизации заготовки протекает непрерывно в малых объемах, и заготовки получаются более однородными.

При непрерывной разливке резко уменьшается избирательное затвердевание стали, в заготовках почти отсутствует ликвация, рав-

801

номерно распределяются сера и неметаллические включения. В центре литой заготовки имеется усадочная рыхлость, но она легко сваривается при оптимальных обжатиях.

Минимальное и максимальное сечение заготовки определяется условиями отливки и прокатки.

По условиям отливки квадратных заготовок спокойной стали можно получить минимальное сечение 55x55 мм и максимальное до 450X450 мм. При отливке слябных заготовок минимальность опре­ деляется толщиной до 75 мм и максимальность — шириной сляба

2200 мм.

В процессе горячей деформации заготовок прокаткой или ковкой для разрушения литой структуры и устранения макродефектов требуется четырехили восьмикратное обжатие, чтобы обеспечить полную свариваемость рыхлости в середине заготовки и получить структуру деформированного металла, механические свойства кото­ рого на 20—25% выше свойств литой заготовки.

Для получения плотной структуры готового проката допускается восьмикратное обжатие, для менее плотной структуры — четырех­ кратное обжатие.

При выборе геометрической формы заготовки решается задача ее подобия с будущим готовым прокатным изделием, его профилем.

Литые заготовки спокойной и легированной стали

Ускоренное охлаждение в кристаллизаторе граней литых заго­ товок спокойной и легированной стали ускоряет процесс кристалли­ зации. Кристаллы получаются более мелкими и однородными по химическому составу, чем в обычных слитках. Кристаллические зоны по размерам также отличаются от кристаллических зон обычных слитков (рис. 132). Ускоренное охлаждение в кристаллизаторе спо­ собствует развитию поверхностной зоны мелких дезориентированных кристаллов, толщина которой достигает 15—35 мм. Впоследствии

врезультате уже менее интенсивного отвода тепла от заготовки еще

вкристаллизаторе начинает формироваться зона столбчатых кри­ сталлов (дендритов), размер которых зависит главным образом от химического состава стали. Кристаллизация заготовки, переместив­

шейся в зону вторичного охлаждения, претерпевает изменение и к концу затвердевания возникают равноосные дезориентированные кристаллы, размер которых зависит от сечения заготовки. По сравне­ нию со слитком малой массы, отлитого сифонным способом, в литой заготовке центральная зона и зона столбчатых кристаллов меньше, а плотная зона больше.

Неметаллические включения в заготовках, полученных при не­ прерывной разливке, фиксируются по всему объему отливки, не успевая всплыть и сосредоточиться в одной области. Неметалли­

Центральная пористость в литых заготовках больше, чем в обыч­ ных слитках, что связано с глубоким распространением жидкой

m

лунки. В процессе прокатки при оптимальном обжатии литой заго­ товки в готовый профиль пористость исчезает вследствие высокой свариваемости стали.

Рис. 132. Кристаллические зоны в слитке спокойной стали:

а — литая заготовка; б — слиток небольшой массы, отлитый сифонным способом; 1 — плотная зона мелких кристаллов; 2 — дендритная зона; 3 — центральная зона

Механические свойства литой заготовки в продольном и попереч­ ном направлениях примерно одинаковы по значению.

Низкоуглеродистые спокойные стали при 1400—1490° С обра­ зуют непрочный корковый слой, поэтому непрерывная разливка их довольно сложна.

Литые заготовки кипящей стали

Структура литых заготовок кипящей стали в разрезе характе­ ризуется зонами плотной корки (толщиной 35—65 мм), сотовых пузырей и центральной. Характер развития зон кипящих сталей зависит от содержания углерода, особенно это относится к зоне сотовых пузырей: чем выше содержание углерода в стали, тем более развита эта зона и тем больше размеры пузырей.

Заготовки кипящей стали (Ст.З и Ст.4) с содержанием 0,15% С имеют достаточно плотную корковую зону, слабо развитую зону сотовых пузырей и центральную зону без пузырей (рис. 133, а). Заготовки с содержанием <0,15% С имеют плотную корковую зону, развитую зону сотовых пузырей и слабо развитую центральную зону с редкими округлыми пузырями (рис. 133, б). Заготовки с со­ держанием <0,10% С имеют плотную корку, вытянутые тонкие сотовые пузыри; центральная зона их рыхлая (рис. 133, в). Заго­ товки, отлитые из кипящей стали типа 08кп, имеют плотную корку, мелкие и тонкие сотовые пузыри, рыхлую центральную зону (рис. 133, г). При больших скоростях разливки и кристаллизации заготовки газовые пузыри не успевают всплыть, что обусловливает образование более тонкой наружной корки; иногда пузыри распо­ лагаются близко к поверхности заготовки и при нагреве вскрыва­ ются, образуя сотовую рвань.

203

Подкорковые пузыри и поверхностные дефекты на отлитых заго­ товках могут образоваться в результате неотрегулированного воз­ вратно-поступательного движения кристаллизатора. При подъеме кристаллизатора одновременно над уровнем металла поднимается ко­ рочка и окисляется, при опускании кристаллизатора она погру­

го сечения можно получить лишь при небольшой скорости вытягивания металла (составляющей пример­ но 40—70% скорости вытягивания слитка спокойной стали) и, следо­ вательно, пониженной экономичности и надежности работы установки.

Трудности непрерывной разливки кипящей стали заключаются в следующем. Во-первых, трудно обеспечивать необходимую степень раскисленности и поддерживать постоянной температуру металла для стабилизации кипения во время непродолжительной разливки.

В-третьих, трудно поддерживать заданный режим в верхней части зоны вторичного охлаждения. Это указывает на непригодность для кипящей стали параметров технологии непрерывной разливки, уста­ новленных для спокойной стали. Кипящие стали можно разливать, если точно соблюдать режим раскисления металла, смазывать стенки кристаллизаторов и строго регулировать температуру и количество металла, поступающего в кристаллизатор.

204

Разливка на УНРС вакуумированной кипящей стали обеспечи­ вает необходимую стабильную раскисленность и низкое содержание газов. В камере сохраняется температура нагрева, либо производится дополнительный подогрев металла, т. е. обеспечивается разливка с постоянной температурой. Заготовки и слябы получаются так же, как из полуспокойной стали. Скорость кристаллизации вакуумиро­ ванной стали выше, следовательно, можно увеличить скорость раз­ ливки.

Поверхность заготовок, слябов и готового проката хорошая. В слябах 615x 1300 мм, отлитых на УНРС из вакуумированной стали, не наблюдается подкорковых пузырей, в то время, как в сля­ бах из обычной стали пузыри наблюдаются постоянно.

Дефекты литых заготовок

Дефекты заготовок, полученных на установках непрерывной раз­ ливки стали, можно разделить на естественные и технологические.

К естественным дефектам относятся продольные трещины. Под действием силы усадки по периметру в участках, где заготовка не соприкасается со стенками кристаллизатора, и силы давления столба жидкой стали изнутри корочка формирующейся заготовки разры­ вается, и образуются продольные трещины.

Располагаются они посредине отливки или с краю по углам грани. Мелкие трещины бывают глубиной 2—5 мм и длиной до 200 мм; их удаляют путем зачистки. Глубокие трещины распространяются внутрь заготовки на 20 мм и длина их достигает 1500 мм. Заготовки с такими дефектами бракуют. Трещины, расположенные в углах (ребрах) по длине заготовки, образуются вследствие большого ра­ диуса закругления углов кристаллизатора и высоких скоростей разливки. Появление этих трещин легко предотвратить уменьшением угла закругления кристаллизатора и снижением скорости разливки. Продольные трещины в виде непрерывной или прерывной линии на широкой стороне заготовки не образуются, если при умеренной тем­ пературе и с небольшой скоростью разливается хорошо раскисленная сталь с низким содержанием серы.

При отливке широких заготовок важно направление струи ме­ талла в кристаллизатор. Струя жидкого металла, направленная в середину заготовки (по центру), обратным потоком размывает корочку заготовки в самом тонком месте (в середине широкой грани), что способствует образованию продольных горячих трещин. Измене­ ние направления струи металла в одну из крайних третей заготовки по периметру резко сокращает брак по глубоким продольным тре­ щинам. При отливке широких заготовок целесообразно производить многоструйную разливку.

На образование трещин всех видов влияет химический состав стали (содержание углерода и серы). При низких содержаниях серы и углерода трещины появляются редко.

Поперечные трещины являются технологическими дефектами. Они появляются вследствие плохой смазки стенок кристаллизатора, перерывов струи жидкой стали, резкого снижения напора металла,

205

подвисания заготовки в кристаллизаторе. Если стенки кристалли­ затора деформированы, а в центре или в углах кристаллизатора имеются выбоины, то для вытягивания заготовки прилагаются большие усилия, в результате чего на гранях ее образуются ужимины, прямые или косые трещины.

Иногда поперечные трещины имеются на заготовках кипящей стали. Они возникают вследствие малой прочности корки, если раз­ ливается сталь, недостаточно раскисленная и с большим содержанием

серы. При разливке металла с нормальной окисленностью (12— 8% FeO в шлаке и не выше 0,04% S) поперечные трещины, как правило, не образуются. Расположение трещин на литых заготовках показано на рис. 134. Продольные и поперечные трещины и ужимины на квадратных и слябных слитках можно устранить зачисткой их на допустимую глубину.

На поверхности литой заготовки на расстоянии 200—700 мм от низа можно наблюдать приваренные частицы металла — плены, вызванные разбрызгиванием падающей струи металла при ударе ее о поверхность затравки. Предотвратить образование плен можно, если плавно поднимать стопор и соблюдать небольшую высоту падения струи стали.

верхность которого недостаточно гладкая, на заготовках остаются продольные риски. Поэтому всегда необходимо обрабатывать внут­ ренние стенки кристаллизатора стальными роликами.

Завороты корочки предупреждают увеличением скорости раз­ ливки и предохранением жидкой стали от окисления (обработка пропан-бутановой смесью).

При равномерной смазке стенок кристаллизатора и повышенной скорости вытягивания на поверхности заготовки не образуются складки.

Иногда литые заготовки по выходе из кристаллизатора имеют искаженный профиль (ромб в поперечном сечении).

206