|
В настоящее время в Японии почти
все крупногабаритные ковши оборудованы скользящими затворами. Вертикальные
стопорные разливочные устройства применяются мало. Но, поскольку для их
изготовления требуются огнеупорные материалы, о них необходимо рассказать.
В комплект стопорного устройства входит стакан, пробка и
стопорная трубка. Сталеразливочный стакан является наиболее ответственной
частью узла стопорного затвора, точнее стопорной пары пробка—стакан. В
условиях опускания стакана (закрывания затвора) и подъема (открывания) эта
стопорная пара подвергается обоюдному изнашиванию.
Формы стакана и пробки, а также огнеупорные материалы
подбирают с учетом надежного и безопасного регулирования разливки, легкого
манипулирования стопорным устройством и лучшего взаимодействия его частей.
Комплекс воздействующих на стакан и пробку разрушающих факторов весьма
разнообразен.
Стакан устанавливается в гнездовой кирпич внутри или
снаружи ковша. Последний случай более распространен. Стакан подвергается
интенсивному воздействию расплавленной стали, поэтому высокая металло- и
шлакоустойчивость материала стакана весьма важна. Необходимо избежать
растрескивания стакана при быстром разогреве в начале разливки, так как
трещины деформируют струю. Для изготовления стаканов используют
высококремнеземистые, шамотные и высокоглиноземйстые (при разливке
спецсталей) огнеупоры.
Вторая часть запорной пары — пробка—изготавливается из
огнеупорного материала с менее высокой температурой деформации, но с
некоторой пластичностью. Именно это свойство обусловливает плотное закрытие
стакана без подтеков. Материал стакана обычно является более жестким во
избежание размыва его струей металла, текущей с большой скоростью. Большое
значение имеет конфигурация запорной пробки и крепление ее к стопорному
стержню. Форма пробки должна быть рассчитана на плотный стык со стаканом.
Однако при чересчур глубоком опускании пробки возможно ее прилипание к
Стакану. Скрепление пробки со стержнем осуществляется с помощью семивитко-
вой нарезки и болта. В последнем случае в пробке делают сквозное отверстие с
расширением внизу для болтовой головки.
Стопорная трубка служит для защиты металлического штыря от
перегрева снаружи. Поскольку трубка омывается горячим металлом, следует
изготавливать ее из высокотермостойких огнеупоров, стойких к эрозии. Иначе от
термического удара трубка может треснуть, что приведёт к перегреву
находящегося внутри нее стального штыря, который может изогнуться. Стопорные
трубки обычно изготавливают из пирофиллита росэки или шамота, а кольца
трубки, контактирующие со шлаковой зоной или прилегающие к головке, — из
высокоглиноземистых или цирконовых материалов, характеризующихся высокой
шлаксг- и износостойкостью. Скользящий (бесстопорный) затвор является
наиболее совершенным типом""разливочного устройства. Конструкция
скользящего затвора основана на действии двух плотно соприкасающихся между
собой огнеупорных плит, одна из которых скользит по другой, закрепленной
неподвижно. В этих плитах просверлены отверстия, через которые при их
совмещении происходит истечение металла. При смещении подвижной' плиты
отверстия закрываются. Скользящие затворы могут быть' двух видов: с нижней
подвижной плитой, совершающей возвратно-поступательное движение в
горизонтальном направлении с помощью гидроцилиндра, и с нижней подвижной
плитой, вращающейся вокруг оси. Затвор первого вида называют шиберным,
второго — поворотным.
Идею скользящего затвора впервые выдвинул в 1885 г. американец Д. Д. Левис, но в то время практически эта идея не была осуществлена. В 1961 г. фирма ФРГ «Бентелер штальверке» приступила к изучению работы скользящего затвора на опытном
оборудовании при использовании сталеразливочного ковша емкостью 1 т. С 1964 г. разработку скользящего затвора эта фирма проводила совместно с фирмой «Стокер унд Кунц»,
занимающейся созданием огнеупоров. В результате успешного совместного
сотрудничества был изготовлен и освоен скользящий затвор для ковша,
испрльзуемого при непрерывной разливке. Промышленное освоение скользящих
затворов в Японии началось с 1967 г. По сравнению со стопорным устройством,
стопор с пробкой которого находятся непосредственно в ковше с жидкой сталью,
скользящий затвор крепится к днищу ковша
В последние годы с целью улучшения качества стали и
повышения производительности увеличилось количество установок для ковшевого
рафинирования и МНЛЗ, повысилась температура стали, заливаемой в ковши.
Следовательно, увеличилась выдержка стали в ковшах. В этих условиях
стабильная работа стопорных устройств стала проблематичной. Поэтому на
японских металлургических заводах их заменили на более надежные скользящие
затворы, имеющие следующие преимущества: легкость рафинирования и других видов
обработки жидкой стали в ковше, поскольку ее температура и время пребывания
(обработки) в ковше не ограничены; возможность безопасной продолжительной
разливки; отсутствие стопора, благоприятствующее надежному проведению разных
операций, например перемешиванию металла; подходящие условия для организации
дистанционного управления и автоматизации, что обеспечивает большой
экономический эффект; возможность многократного использования затворов без
замены огнеупоров.
Основные детали скользящего затвора изготавливают из
различных огнеупорных материалов. Верхний стакан и обе плиты (верхнюю и
нижнюю) выполняют в основном из высокоглиноземистых материалов. Плиты, кроме
того, пропитывают смолой. Большое внимание обращают на обработку поверхности
плит с целью лучшей их притирки. Для изготовления нижнего стакана в
зависимости от условий разливки возможны варианты
Удлиненный стакан. Неметаллические включения отрицательно
влияют на качество стали и состояние огнеупоров. Окислы алюминия, кремния,
марганца, вводимые в жидкую сталь в качестве раскислите- лей или добавок, во
всплывшем состоянии затвердевают. Удлиненный стакан в виде трубки
предназначен для защиты разливочной струи от соприкосновения с воздухом на
пути между сталеразливочным и промежуточным ковшами. Функции этого
стакана-трубки (кроме предотвращения окисления воздухом разливаемой стали)
заключаются еще в том, чтобы поддерживать температуру стали на определенном
уровне, а также предотвращать деформацию струи, заливаемой в промежуточный
ковш. Для защиты от окисления через жидкую сталь пропускают инертные газы
(аргон и азот). В данном случае газовая среда также защищается с помощью
огнеупоров или стальной трубы.
Удлиненные стаканы-трубки изготавливают в основном из тех
же огнеупорных материалов, что и погружаемые разливочные стаканы,
используемые для почти аналогичны^ целей между промежуточным ковшом и
кристаллизатором. Однако по сравнению с погружаемым стаканом диаметр
удлиненного стакана больше, поэтому и требования к их термостойкости и
устойчивости к растрескиванию более жесткие.
Огнеупоры для футеровки промежуточного ковша.
Промежуточный ковш является дополнительным звеном между сталеразливочным
ковшом и кристаллизатором. При непрерывной разливке наличие промежуточного
ковша оправдывается, поскольку через него можно разливать несколько плавок с
одинаковой скоростью непрерывной струей. Однако при этом происходит
дополнительное охлаждение стали, поэтому приходится предварительно ее
нагревать.
В отличие от сталеразливочных ковшей в промежуточном ковше
меньше неметаллических включений, поэтому его футеровка служит дольше. С
целью экономии энергии и затрат труда в последние годы в качестве нового
футеровочного материала в промежуточном ковше начали применять
теплоизоляционные материалы. Для ремонта футеровки промежуточного ковша
широко применяют торкретирование неформованными огнеупорами. Поскольку
условия эксплуатации сталеразливочных и промежуточных ковшей имеют много
общего, для футеровки промежуточного ковша используют шамотные, цирко- новые,
высокоглиноземистые огнеупоры. В случае разливки высококачественных
(например, нержавеющих) сталей применяют обычно цирконовые и
высокоглиноземистые материалы. Крышку промежуточного ковша изготовляют из
огнеупорных бетонов, набивных масс и изоляционных изделий. Форма крышки
сложная, что иногда вызывает трудности при ее футеровании. Типичные свойства
огнеупоров,
применяемых для футеровки промежуточного ковша, приведены
в табл. 211.
Регулирование струи металла из промежуточного ковша
осуществляется тремя способами: через незакрываемый разливочный стакан при
стабилизированной скорости истечения металла; с помощью стопорного устройства
(пробки и стакана); с использованием скользящего затвора.
Первым способом отливают небольшие заготовки в MHJI3 с
малогабаритным кристаллизатором. Следовательно, в этом случае диаметр
отверстия разливочного стакана небольшой. Такой стакан следует изготовлять из
огнеупоров с большим сопротивлением к термическому растрескиванию. Для
разливки стали'массового назначения в большие объемы стаканы делают из
высокообожженных цирконо- вых и циркониевых огнеупоров.
Вторым способом получают сравнительно большие непрерывно-
литые блюмы и слябы. В этом случае применяют погружаемые стаканы. Стопорное
устройство может непосредственно взаимодействовать с погружаемым стаканом,
если верхняя часть последнего входит в дно промежуточного ковша, или через
разливочный стакан- воронку, плотно устанавливаемую на погружаемый наружный
стакан. Диаметры разливочных стаканов для первого и второго способов разные.
При наличии стопорного устройства диаметр разливочного стакана больше. В
обоих случаях на качество разливочных стаканов обращают серьезное внимание.
Разливочный стакан, независимо от способа, и стопорную головку изготовляют
обычно из высокоглиноземистых и цирконовых материалов. В отличие от
сталеразливочного ковша, где при выборе материала для запорной головки и
стакана предусматривается некоторая пластичность, для промежуточного ковша
принимают во внимание прежде всего длительное давление разливаемой стали,
которое мржет вызвать деформацию стопора.
В сталеразливочном ковше стакан регулирует струю металла,
но в промежуточном ковше широкий стакан не может выполнять роль регулятора
из-за большого диаметра. С учетом изложенного запорный комплекс в
промежуточном ковше выполняют из более плотных материалов. Трубку стопора
промежуточного ковша изготовляют из пирофиллита росэки, шамота и высокоглиноземистого
материала. Свойства огнеупорных материалов для стопорных деталей
промежуточного ковша приведены в табл. 212.
По третьему способу вместо стопорного устройства применяют
скользящий затвор, работающий в комплексе с погружаемым стаканом. При подводе
металла в большой кристаллизатор струя заполняет его равномерно. В малом
кристаллизаторе характер потока меняется (например, из-за смещения струи
металла), что может быть причиной кавитационных явлений и резких колебаний
давления металла в формирующемся слитке. Для предотвращения этих явлений
применяют трехплиточные скользящие затворы, в которых промежуточная плита
подвижна, а верхняя и нижняя неподвижны. В промежуточных плитах выполняют
отверстия разного диаметра, подходящие для разных условий работы. Огнеупорные
материалы для изготовления скользящих затворов промежуточного ковша те же,
что и для сталеразливочного.
Погружаемый разливочный стакан. В 1966 г. фирма «Диллингер» (ФРГ) опубликовала результаты производственных испытаний погружаемых
стаканов с-применением литейных порошков. Впоследствии форма и качество этих
стаканов были улучшены:
Погружаемые стаканы применяют с целью предотвращения
окис-; ления жидкой стали на участке между промежуточным ковшом и
кристаллизатором, подвода стали в кристаллизатор затопленной струей под
уровень металла для ее равномерного распределения и во/ избежание
разбрызгивания, сохранения в кристаллизаторе на поверхности металла литейного
порошка и всплывших частиц, пре-; дотвращения беспорядочных потоков,
облегчения всплытия неметаллических включений, уменьшения вовлечения в металл
нежелательных веществ.
Целесообразно для изготовления погружаемых стаканов
применять материалы с хорошей эрозионной стойкостью к расплаву и
шлакообразующей смеси, стойкие к тепловым ударам, затягиванию и зарастанию
канала, а также термически прочные. Этим требованиям соответствуют
плавленолитые кремнеземистые (99,4 % Si02) и угле- родглиноземистые (<330
% С и >50 % А1203) огнеупоры.
Свойства плавленолитых кремнеземистых погружаемых
стаканов: открытая пористость 11,7 %, кажущаяся плотность 1,92 г/см3, предел
прочности при сжатии 75 МПа, линейное термическое при 1000 °С расширение 0,05
%, температура начала деформации под нагрузкой 0,2 МПа составляет 1260 °С.
Применение погружаемых стаканов из плавленолитых
кремнеземистых огнеупоров, отменно стойких к тепловым ударам, целесообразно
при разливке стали, раскисленной алюминием. Стаканы из плавленокремнеземистых
огнеупоров хорошо сопротивляются действию литейно-формовочных порошков и
зарастанию. Однако их коррозионная стойкость недостаточна, особенно при
контакте с высокомарганцовистыми сталями. Поэтому при длительных разливках
диаметр канала стакана увеличивается в результате износа и разъедания.
Эрозионная стойкость углеродглиноземистых огнеупоров в
несколько раз выше, чем у плавленокремнеземистых, вследствие содержания
углерода ~30 %. Углеродглиноземистые огнеупоры характеризуются следующими
свойствами: кажущаяся пористость 16,5 %, кажущаяся плотность 2,35 г/см3,
предел прочности при сжатии 30 МПа, линейное термическое (при 1000 °С)
расширение 0,51 %, температура начала деформации под нагрузкой 0,2 МПа
составляет >1600 °С.
Однако по сравнению с плавленолитыми кремнеземистыми для
углеродглиноземистых стаканов более характерно зарастание на- стылью металла вследствие
влияния литейно-формовочных порошков.
Это влияние резко . уменьшается при использовании углерод-
циркониевых или углеродцирконовых огнеупоров, которые обладают хорошими
характеристиками в высокотемпературных условиях эксплуатации при разливке стали,
содержащей литейно-формовочные порошки.
Пористая пробка. Через пористую пробку в ковш подается
инертный газ. При продувке стали инертным газом в ковше необходимо
принудительное перемешивание жидкого металла, выравнивающее температуру
металла в объеме ковша и приводящее к равномерному
распределению химических элементов в расплаве. Продувка
ускоряет процесс вакуумирования (удаления из металла растворенных газов:
водорода, азота и кислорода). Пузырьки инертного газа, проходя через толщу
металла, дополнительно поглощают водород и азот, тем самым дегазируют жидкую
сталь и очищают ее от неметаллических включений.
Инертный (промывочный) газ подается в ковш через пористую
пробку, вставляемую в днище ковша, или сверху через навесную продувочную
фурму ( 211). Погружаемая в металл фурма заканчивается пористым блоком либо
просто является футерованной огнеупорным материалом трубкой. Подачу газа
регулируют, изменяя давление.
Пористость пробки или блока должна быть равномерной,
термостойкость — достаточно высокой, разъедание их материала жидкой сталью и
проникновение сквозь него недопустимы. Пористые пробки изготавливают в
основном из высокоглиноземистых (85 % А1203 и 13 % Si02) и частично из
основных огнеупоров.
Характеристика высокоглиноземистой пористой пробки: огнеупорность
1850 °С, кажущаяся пористость 35,0 %, кажущаяся плотность 2,35 г/см3, предел
прочности при сжатии 25 МПа, линейное термическое (при 1000 °С) расширение
0,60%, температура начала деформации под нагрузкой 1600 °С, коэффициент
газопроницаемости 8—12 см3• см/(см2• с• см вод. ст.).
В 1967 г. доля непрерывной разливки составляла 30 %, к 1985 г. она достигнет 42—52 %. Естественно, что возрастет и количество MHJ13. На новых
усовершенствованных МНЛЗ появилась возможность разливать высококачественные
стали. Производительность машин увеличивается вследствие высокой скорости
разливки, стабильного качества металла, расширения номенклатуры заготовок с
разными размерами. Одним из условий многократной непрерывной разливки
является быстрая замена погружаемого стакана или промежуточного ковша, потому
что невозможно изготовить идеальный погружаемый стакан многократного
использования. Дело в том, что погружаемый стакан разъедается
Литейно-формовочными порошками и затягивается настылью металла. Одним из
средств защиты канала стакана от агрессивных формовочных порошков является
футеровка огнеупорами углеродистой системы. Но зарастание стакана
предотвратить трудно. Оно происходит вследствие снижения температуры разливки
и, следовательно загустевания жидкой стали, а также прилипания к поверхности
канала стакана раскислителей (алюминия, титана). Есть сообщения о зависимости
между количеством добавляемого раскислителя, температурой разливки и
зарастанием стакана
Для уменьшения зарастания стакана предлагается повысить
температуру разливки, увеличить диаметр,, канала погружаемого стакана,
продувать его инертным газом, например аргоном. Однако повышение температуры
разливки влечет за собой запаздывание скорости вытягивания слитка, что в
конечном счете сказывается на ухудшении его качества и снижении
производительности машины. От увеличения диаметра канала стакана также
приходится отказаться вследствие того, что оно сопряжено с увеличением
диаметра кристаллизатора, а этого нельзя допустить. Но можно изменить форму
поперечного сечения канала, сделав его эллиптическим ( 213).
Широко применяют также продувку инертным газом, что
подтвер-. ждается примерами, изображенными на 214. Инертный газ вдувают
через пробку стопора, верхний стакан скользящего затвора, неподвижную плиту;
погружаемый стакан промежуточного ковша И т. д. Несмотря на широкие
возможности продувки, полностью предотвратить зарастание стакана не удается.
В дальнейшем в этом направлении необходимо продолжать исследовательские
работы.
В заключение нужно сказать о^повышении качества плит
скользящего затвора. Имеется в виду разработка огнеупоров, не содержащих в
своем составе компоненты, вредные для человеческого организма, а именно пек и
каменноугольную смолу.
|