Материал: Разливка стали

Разливка стали

Оглавление

Введение

1. Разливка стали и строение слитка

1.1 Оборудование для разливки стали

2. Технология разливки стали в изложницы

2.1 Разливка сверху

2.1.1 Разливка стали в изложницы сверху

2.1.2 Сифонная разливка стали (Разливка стали снизу)

2.1.3 Скоростной режим сифонной разливки

2.2 Разливка стали на МНЛЗ

3 Улучшение качества разливки стали

Список литературы

Введение

Макроструктура прокатанного металла, полученного из слитков непрерывной разливки, во многом зависит от степени развития в них усадочных пороков, а также внутренних горячих трещин и осевой ликвации. Для полного заваривания осевой пористости и внутренних горячих трещин в слитках квадратного и круглого сечения достаточно, чтобы коэффициент вытяжки при прокатке был равен 4-5, а для среднелегированной и инструментальной стали значительно выше, порядка 6-8. В то же время для получения удовлетворительных механических свойств проката достаточно проводить 4-6-кратное обжатие.

При прокатке обычных слитков степень обжатия, как правило, бывает выше 10-20, а при прокатке непрерывного слитка она часто составляет 4-6. Это обстоятельство необходимо учитывать при сравнении качества слитков стали непрерывной разливки, полученных двумя разными способами.

Макроструктура готового сортового проката, полученного из квадратных заготовок непрерывной разливки, бывает плотной, с равномерным распределением ликвирующих элементов. В прокате высоколегированных сталей отмечена более мелкая ледебуритная или цементитная сетка по сравнению с готовым прокатом из обычных слитков, что следует объяснить более быстрым охлаждением металла.

Более высокое качество слитка стали непрерывной разливки по сравнению с обычным приводит к тому, что в ряде случаев для достижения одинаковых механических свойств для непрерывного слитка требуется меньшее обжатие. Так, например, по данным завода "Красное Сормово", с увеличением степени обжатия как непрерывного слитка стали сечением 200 X 200 мм, так и обычного сечением 300 X 300 мм пластические свойства (относительное удлинение и сжатие поперечного сечения) низкоуглеродистой стали заметно возрастают с повышением степени обжатия. В то же время 10-кратное обжатие слитка стали непрерывной разливки обеспечивает такие же значения пластических свойств поперек и вдоль направления прокатки, какие достигаются у образцов из слитка стали обычной разливки только при 22,5-кратном обжатии.

Пластические свойства трансформаторного листа, прокатанного из слитка стали непрерывной разливки сечением 200 X 200 мм, по данным Верх-Исетского завода, также лучше, чем из обычного слитка, что позволило повысить содержание кремния в стали до 4,6-4,7% (вместо 4-4,3%). Относительно большая скорость кристаллизации слитка непрерывной разливки при небольших поперечных размерах обеспечивает равномерное распределение мелких включений по объему металла.

В настоящее время на отечественных заводах на МНЛЗ разливают стали большой группы марок: углеродистые, легированные, инструментальные, электротехнические, нержавеющие и др. Однако стали многих высоколегированных марок и сплавы еще не разливают на этих установках. Непрерывное совершенствование технологии непрерывной разливки (выбор оптимальной температуры разливки, характер возвратно-поступательного движения кристаллизатора, смазки и т.п.) является залогом возможности расширения сортамента сталей, отливаемых на МНЛЗ.

разливка сталь сифонный режим

1. Разливка стали и строение слитка

Выплавленную в плавильной печи сталь выпускают в сталеразливочный ковш и мостовым краном переносят к месту разливки в слитки. Емкость ковша обычно определяется емкостью плавильной печи и составляет от 5 до 350 т. Сталь разливают в изложницы или кристаллизаторы установок для непрерывной разливки. Изложницы представляют собой чугунные формы для получения слитков различного сечения. Масса слитков для проката обычно равна 10-12 т, а для поковок достигает 250-300 т.

Для разливки стали в изложницы применяют два способа: сверху и сифоном снизу. При разливке сверху сталь подают ковшом в каждую изложницу отдельно. При такой разливке поверхность слитков вследствие попадания брызг жидкого металла на стенки изложницы может быть загрязнена корольками (каплями затвердевшего металла) и пленками оксидов. При сифонной разливке сталью заполняют одновременно от 2 до 60 установленных на поддоне изложниц через центровой литник и каналы в поддоне. В этом случае сталь поступает в изложницы снизу, что обеспечивает плавное, без разбрызгивания их заполнение. Поверхность слитка получается чистой, сокращается время разливки. Но при этом способе разливки получается удлиненная усадочная раковина вследствие того, что последние порции горячего металла поступают снизу.

Непрерывная разливка стали производится на машинах непрерывной разливки стали МНРС. Жидкую сталь из ковша через промежуточное устройство непрерывно заливают сверху в вод охлаждаемую изложницу без дна (кристаллизатор), из нижней части которой с помощью валков со скоростью 1-2,5 м/мин вытягивают затвердевающий слиток. На выходе из кристаллизатора слиток охлаждают водой, он окончательно затвердевает и попадает в зону резки, где его разрезают газовым резаком на куски определенной длины. Благодаря непрерывному питанию и направленному затвердеванию в слитках, полученных на МНРС, отсутствуют усадочные раковины. Поэтому выход годных заготовок может достигать 96-98 % массы разливаемой стали, поверхность получаемых слитков отличается хорошим качеством, а металл слитка - плотным и однородным строением.

В зависимости от способа разливки структура слитка может иметь различное строение. В общем случае в ней можно выделить три зоны. Внешняя часть слитка состоит из мелких неориентированных зерен, формирующихся в начальный момент затвердевания, когда металл, соприкасаясь с холодными стенками формы, охлаждается в тонком слое с весьма большой скоростью. После образования внешней мелкозернистой зоны условия затвердевания металла меняются: скорость охлаждения уменьшается, отвод тепла становится направленным (перпендикулярно к стенкам формы), зерна приобретают столбчатый вид. Внутренняя часть слитка - зона крупных равновесных зерен - формируется в условиях равномерного охлаждения жидкого металла. Здесь зерна зарождаются и растут без определенного направления. В процессе затвердевания объем жидкого металла уменьшается, поэтому в слитке образуется усадочная раковина. Она расположена в верхней части слитка, где затвердевают последние порции металла, а под ней на некоторую глубину протягивается усадочная рыхлота.

Структура образуется при кристаллизации спокойной стали, которую получают при полном раскислении металла в печи и ковше. Такая сталь затвердевает без выделения газов, поэтому слиток имеет плотное строение, а усадочная раковина концентрируется в верхней части.

Структура слитка кипящей стали. Выделение газов в ней происходит при затвердевании слитка, поэтому образуется не концентрированная усадочная раковина, а большое количество рассредоточенных газовых пузырей. Кипящая сталь практически не содержит неметаллических включений и обладает высокой пластичностью. Листовой прокат, получаемый из низкоуглеродистой кипящей стали, широко применяется при изготовлении деталей холодной обработкой давлением, так как он имеет высокую пластичность.

Стальные слитки неоднородны по химическому составу. Химическая неоднородность, или ликвация, возникает вследствие уменьшения растворимости примесей в железе при его переходе из жидкого состояния в твердое. Ликвация бывает двух видов - дендритная и зональная. Дендритной ликвацией называется неоднородность стали в пределах одного кристалла (дендрита) - по направлениям его центральной оси, ветвей и в приграничных зонах. Например, при кристаллизации стали содержание серы на границах зерен по сравнению с содержанием ее в их центре увеличивается в 2 раза, фосфора - в 1,2 раза, а углерода уменьшается почти наполовину. Зональная ликвация - неоднородность состава стали в различных частях слитка. В верхней части слитка из-за конвекции жидкого металла содержание серы, фосфора и углерода увеличивается в несколько раз, в нижней части - уменьшается. Зональная ликвация приводит к браку металла вследствие отклонения его свойств от заданных, поэтому верхнюю прибыльную часть слитка при прокатке отрезают.

1.1 Оборудование для разливки стали

Готовая сталь после окончания процесса плавки выпускается в разливочный ковш и разливается при помощи крана. Из конвертора сталь выпускается в ковш путем наклона, а из мартеновских и электрических печей - по выпускному желобу. Из ковша сталь разливают в чугунные изложницы для получения слитков и в земляные или в металлические формы для получения фасонных отливок.

Ковши для разливки стали чаще всего делаются стопорными. сталь из таких ковшей разливается через отверстие в особом огнеупорном стакане 1 (рис.1), вставленном в днище. Выпуск стали приостанавливается стопором 5, который представляет собой стальной стержень, защищенный от действия металла и шлака огнеупорными трубками с укрепленной снизу специальной пробкой 7, закрывающей отверстие в стакане. Пробки и стаканы изготовляются из шамота, графита и магнезита. Стопор с помощью вилки соединен с рычажным механизмом 4, служащим для поднятия и опускания его при открытии и закрытии отверстия во время разливки. Кожух 3 ковша изготовляется из листовой стали. По окружности он опоясывается стальным кольцом с цапфами 6, служащими для захвата крюками мостового разливочного крана. Футеруют ковш шамотным кирпичом. Футеровка 2 ковшей делается тщательно, с незначительной толщиной швов во избежание разрушения металлом. Стойкость футеровки составляет 25-50 плавок. Перед наполнением жидким металлом ковши сушат и нагревают до 700-800° С.

Изложницы, в которые заливается сталь, отливаются главным образом из чугуна и редко из стали. Размеры изложниц зависят от веса заливаемого слитка, который достигает от 100 кг до 100 т и более.

Стойкость чугунных изложниц 60-100 плавок.

Форма и конструкция изложниц зависят от назначения отливаемых в них слитков и способа разливки стали (рис.2а), а также от того, для разливки какой стали они предназначены - кипящей, полуспокойной или спокойной.

Кипящей называется сталь, при разливке которой наблюдается "кипение" металла в изложнице в период кристаллизации слитка. Она раскисляется только ферромарганцем. В процессе раскисления образующаяся окись углерода вместе с другими растворенными в стали газами выделяется из металла, что создает впечатление кипения стали в изложницах. Кипящая сталь легче сваривается, чем спокойная, и очень хорошо штампуется. Из нее меньше отходов при прокатке. Стоимость кипящей стали меньше стоимости спокойной. Отрицательным свойством кипящего металла, особенно при отливке тяжелых слитков, является большая неоднородность химического состава по высоте и поперечному сечению слитка.

Рисунок 1 - Схема устройства стопорного разливочного ковша для разливки стали

Спокойной называется такая сталь, которая перед разливкой хорошо раскислена; при разливке из нее выделяется мало газов, благодаря чему она спокойно застывает в изложницах. Раскисляют ее ферромарганцем, ферросилицием и алюминием. В слитках кипящей стали имеются пузыри. В слитках спокойной стали они отсутствуют, и наблюдается рыхлость и пористость. Среднеуглеродистая и высокоуглеродистая сталь изготовляется только спокойного типа, так как из кипящей стали с высоким содержанием углерода нельзя получить хорошие слитки. Кроме того, слитки спокойной стали более однородны по химическому составу.

Полуспокойную сталь можно назвать промежуточной между спокойной и кипящей. Для раскисления этой стали дается меньшее количество ферросилиция, чем для спокойной, и определенное количество алюминия, добавляемого в ковш перед разливкой металла или в изложницы во время разливки.

Так как в слитках полуспокойной стали образуется усадочная раковина малого размера и меньше развита химическая неоднородность, выход годной части слитка повышается. Для отливки кипящей стали применяют сквозные изложницы квадратного и прямоугольного сечения без дна, уширяющиеся книзу, чтобы было удобнее удалять из них слитки. Чтобы устранить образование трещин на слитках, внутреннюю поверхность изложниц делают волнистой (см. рис.2 а, б).

Для получения слитков спокойной стали применяют изложницы с глухим дном и с отверстием в нем для установки шамотного стаканчика при сифонной разливке или стального вкладыша при разливке сверху (см. рис.2б).

Слитки, предназначенные для прокатки сортовых профилей, отливаются в изложницы квадратного сечения, а для прокатки листов - в изложницы прямоугольного (эллиптического) сечения (см. рис.2 а, б).

Слитки, идущие для ковки на молотах или на прессах, отливают в изложницы многогранного сечения, уширяющиеся кверху.

Рисунок 2 - Типы изложниц для заливки слитков

Способы разливки стали.

Существует три основных способа разливки стали: сверху, сифонный и непрерывный. По первому способу каждую изложницу заливают металлом сверху (рис.3).

Рисунок 3 - Схема разливки стали в изложницы сверху: а - ковш с жидкой сталью, б - изложница

Рисунок 4 - Схема сифонного способа разливки стали:

- ковш, 2 - центровой литник, 3 - сифонные кирпичи, 4 - поддон, 6 - изложницы, 6 - шлакоуловители, 7 - огнеупорная масса

Сверху отливаются слитки крупного развеса (до 200 т), а также некоторые сорта легированной стали (быстрорежущей, шарикоподшипниковой и др.), в которых допустимо минимальное содержание неметаллических включений.

По сифонному способу из ковша 1 (рис. 4) через центровой литник 2 одновременно заливается в зависимости от развеса слитков от двух до 60-100 изложниц. При этом металл, проходя по центровому литнику 2, поступает по системе каналов, образованных специальными сифонными кирпичами 3 в чугунном поддоне 4, к каждой изложнице 5. Преимущества сифонного способа: можно отливать одной струей большое число слитков, поверхность слитков получается чистой, вследствие уменьшения высоты и объема усадочной раковины можно получить качественные слитки развесом до 20-30 г стали.

Прогрессивным способом является непрерывная разливка стали. Металл из ковша 1 (рис. 5) заливается непрерывной струей в промежуточное устройство 2, а из него поступает в охлаждаемые водой кристаллизаторы 3, в которые предварительно закладываются стальные заготовки, образующие дно. При соприкосновении жидкого металла с этими заготовками (затравками) и стенками кристаллизаторов начинается быстрое затвердевание его, еще более усиливающееся при проходе через зону 4 вторичного охлаждения. Затвердевшая заготовка вытягивается роликами 5, действующими от специального механизма к тележкам газорезок 6, разрезается на куски, а затем по конвейеру поступает в прокатный цех. Применение способа непрерывной разливки стали позволяет сократить отходы металла с 15-20% при обычной разливке до 3-5%, т.е. в 5 раз.

Рисунок 5 - Схема непрерывной разливки стали

2. Технология разливки стали в изложницы

2.1 Разливка сверху

2.1.1 Разливка стали в изложницы сверху

В настоящее время наибольшее применение находит простая, менее трудоемкая и более экономичная разливка стали сверху, составляя около 80% от всей стали, разливаемой в изложницы. При разливке сверху каждая изложница наполняется отдельно через стакан непосредственно из сталеразливочного ковша (реже через промежуточные устройства), рис. 6. Металл поступает в изложницы с заданным расходом и наполняет их до требуемого уровня. После этого канал стакана перекрывают и ковш (реже изложницы) перемещают для отливки следующих слитков. Этот способ широко применяется в кислородно-конвертерных, мартеновских и электросталеплавильных цехах при отливке средних и крупных слитков углеродистых и низколегированных сталей.