Слитки и разливка стали

Непрерывная разливка стали

Основаниями успеху развития непрерыв­ной разливки стали являются: большая механизация и автомати­зация разливки, сокращение и упрощение металлургического цикла, увеличение выхода и улучшение качества металла.

Установки непрерывной разливки стали (УНРС) известны в нескольких вариантах. Первоначально получила разработку внедрение и распространение УНРС вертикального типа, углуб­ленная ниже уровня цехового пола на 20—30 м. Желание отка­заться от заглубления машины привело к созданию башенного варианта (рис. 139, а) высотой до 40 м. Строительство в стале­плавильном цехе машины такого типа имеет ряд трудностей и еще большие затруднения создаются в эксплуатации. Поэтому такой тип УНРС получил меньшее признание и распространение. В установках вертикального типа слиток в продолжение разливки находится в вертикальном положении.

В вертикальных установках с изгибом слитка (рис. 139, б) слиток после выхода из тянущих валков изгибается на 90°. После изгиба специальный правильный механизм выпрямляет его и слиток разрезается на заготовки. Установки с изгибом — меньше по высоте, чем вертикальные. Однако заметное уменьшение вы­соты установки возможно только при небольшом сечении слитка. С увеличением сечения увеличивается минимальный радиус из­гиба. Кроме того, установки с изгибом труднее размещаются в сталеплавильных цехах, даже в сравнении с вертикальными машинами.

Последнее время все большее распространение имеют УНРС радиального типа (рис. 139, в). В этой установке сформировавшийся в кристаллизаторе изогнутый слиток выходит из него по той же дуге, а затем выпрямляется тянуще-правильным меха­низмом, после чего режется на заготовки. Эта конструкция ока­залась наиболее рациональной в организации грузопотоков сталеплавильного цеха.

Общую для всех видов установок упомянутых разновидностей технологию разливки рассмотрим одновременно с конструкцией вертикальной установки непрерывной разливки стали (рис. 140).

Схемы установок непрерывной разливки стали

Сталеразливочный ковш 1 разливочным краном подается к разливочной машине. Сталь поступает в промежуточный ковш 2, который имеет стопор для одноручьевой машины или несколько стопоров для нескольких ручьев. Промежуточный ковш снабжен перегородкой для задерживания шлака. Из промежуточного ковша сталь через стопорное устройство или стакан-дозатор за­полняет кристаллизатор 5. В кристаллизатор с нижней стороны вводится затравка — штанга сечения кристаллизатора или формы будущей заготовки. Верхний торец затравки образует дно кристал­лизатора и имеет устройство в виде ласточкина хвоста для сцепления со слитком.

Когда уровень металла 3 поднимается над затравкой на высоту 300—400 мм. включается механизм вытягивания заготовки. Под действием тянущих валков этого механизма затравка опускается и тянет за собой формирующийся слиток.

Принципиальная схема про- цесса непрерывной разливки сталиМедный, с полыми стенками, интенсивно охлаждаемый водой, кристаллизатор 5 с внутренним сечением по форме заготовки формирует корочку слитка-заготовки 8. Для предотвращения надрыва корочки и ухода металла, что наблюдается при разливке с повышенными скоростями, кристаллизатор имеет возвратно-поступательное движение. Это движение осуществляется электродвигателем через редуктор с кулачковым механизмом качания. Кристаллизатор движется по направлению движения заготовки (вниз) и затем возвращается вверх. Ход качания от 10 до 40 мм. Стенки кристаллизатора смазываются парафином или другими смазывающими веществами. В кристаллизаторе современных У НРС радиометрически контролируется уровень металла с подачей управляющего сигнала на стопор ковша. В кристаллизаторе над поверхностью металла может быть создана восстановительная или нейтральная атмосфера и тем самым предотвращено окисление металла при разливке.

Перспективна также разливка под вакуумом.

Одновременная разливка через несколько кристаллизаторов одной установки дает соответственное число ручьев, доходящее до 8.

Корка нижней части слитка формируется под действием теплоотвода холодной затравкой. Под тянущим воздействием затравки слиток с жидкой сталью в середине выходит из кристаллизатора и попадает в зону вторичного охлаждения слитка 6. Толщина корки должна быть при выходе заготовки из кристаллизатора не менее 25 мм. Это достигается главным образом правильно выбранной скоростью движения заготовки. Скорость должна быть в пределах 0,6—0,9 м/мин для заготовок 160×900 мм, 0,55—0,85 м/мин для заготовки 180 × 1000 мм и 0,8—1,2 м/мин для квадрата 200 × 200 мм. Соответственная средняя скорость на один ручей оказывается равной 44,2 т/ч. При превышении,оптимальной скорости разливки развивается центральная пористость. Кроме этого, на стабильность процесса непрерывной разливки и качество слитка влияет температура металла. Замечено, что при температуре выше 1560° С заготовка бывает поражена наружными трещинами, при температуре ниже 1560° С происходит затягивание стакана. Установлено, что лучшая температура для разливки на УНРС 1540—1560° С. Для этого температура нагрева металла в 200-т печи перед выпуском должна быть 1630 — 1650°С.

В зоне вторичного охлаждения происходит интенсивное не­посредственное охлаждение слитка водой с помощью брызгал. Система вращающихся холостых (не силовых) роликов предохра­няет поверхность слитка от коробления, а слиток от изгиба. В ре­зультате интенсивного охлаждения в зоне вторичного охлаждения стенки слитка быстро утолщаются, кристаллизация распространяется вглубь. Степень охлаждения и скорость вытягивания слитка соответственно подбираются так, чтобы слиток затвердевал пол­ностью к моменту поступления его в клеть тянущих валков 7. Скорость вытягивания и производительность машины представ­лены в табл. 33.

Скорость вытягивания и производительность установки непрерывной разливки при отливке квадратных заготовок

Ниже тянущего устройства находится газорезка 9. Отрезанная от слитка заготовка удерживается захватом, поступает в канто­ватель 10, укладывается на рольганг 11. Заготовка транспорти­руется рольгангом к лифту и поднимается на уровень пола цеха. Заготовка после выхода из машины при 850—900° С направляется в термосные ямы, на склад или в прокатный цех.

В наземном варианте рис. 139, а машина установлена в башне высотой 30—40 м. В этом варианте достигается хорошая вентиля­ция, облегчается отвод охлаждающей воды, упрощается выдача и уборка слитков. Существенными недостатками его являются: технические трудности и большие затраты, вызванные сооруже­нием высоких и прочных зданий — башен, и технической слож­ности передачи ковша с жидкой сталью на большую высоту.

В последние годы строят установки непрерывной разливки преимущественно радиального типа. Особенностью, радиальной установки непрерывной разливки является то, что при разливке на ней формируется криволинейный непрерывный слиток в кри­сталлизаторе с криволинейной (радиальной) рабочей полостью. Это изменение конструкций уменьшает высоту машины по сравне­нию с УНРС, углубленной в землю на 25—30 м (колодец) или по­строенной над уровнем пола цеха в виде башни высотой до 40 м. Высота радиальной установки оказывается в 2—3 раза меньше. Эта особенность — преимущество радиального типа УНРС перед колодцевой и башенной установками — вызывает ряд других преимуществ, как-то: 1) стоимость капитальных затрат снижается на 50% по сравнению с двумя предыдущими машинами; 2) соору­жение радиального типа УНРС возможно в любом сталеплавиль­ном цехе, при использовании имеющегося кранового оборудова­ния; 3) возможно производство заготовки любой длины.

Выход годных слябов на радиальной УНРС достигает 93,5%, а иногда 98,5%; расход жидкой стали 1,075 т/т годных слябов Выход листа первого сорта 99,7%. Экономический эффект раз­ливки на УНРС по сравнению с разливкой в изложницы бесспорен.

Механические свойства металла, прокатанного или кованного из непрерывных заготовок, равноценны, а порой и выше свойств качественного катаного или кованого металла из обычных слит­ков. Заготовки-слитки непрерывной разливки характерны одно­родной структурой, значительно меньшей ликвацией, равномер­ным распределением в слитке неметаллических включений и не­значительным развитием осевой пористости.

Разливка на УНРС по сравнению с разливкой в изложницы проще и требует меньше затрат, менее трудоемка, более произво­дительна. Так как слиток формируется непрерывно, то усадочная раковина в слитке-заготовке может быть только в хвостовой части, в то время как при обычной разливке каждый слиток имеет соб­ственную раковину. Таким образом, выход годного металла от машины непрерывной разливки гораздо выше, чем после разливки обычным способом. На машине непрерывной разливки можно получить заготовку различной формы (квадрат, прямоугольник, круг, сляб и т. д.) с размерами широкого диапазона, от квадрата 40 × 40 до прямоугольника 250×1000 мм. Таким образом, при машине непрерывной разливки можно отказаться от обжимных станов и тем самым намного удешевить и упростить металлурги­ческий передел. Это обстоятельство, как и то, что применение непрерывной разливки позволяет исключить операции подготовки канавы или составов с изложницами, стрипперование, прокат на блюминге и обжимных станах, все это значительно удешевляет сталь и создает выгодные экономические предпосылки примене­ния УНРС. Особенно эффективно применение непрерывной раз­ливки на строящихся высокопроизводительных металлургических заводах, где можно будет резко сократить производственные пло­щади, количество оборудования, строительные затраты. Расчеты показывают, что стоимость строительства нового завода с непрерывной разливкой находится в пределах стоимости того же завода без нее. Технико-экономические преимущества эксплуатации не­прерывной разливки многочисленны и разносторонни. Таким образом, непрерывная разливка стали является одним из важ­нейших достижений современной металлургии.