Доменное пр-во
Электрометаллургия
Конвертерное пр-во
Разливка стали
Популярные материалы

Усадочная раковина. Устранение усадочной раковины и рыхлости

Образование усадочной раковины
При условии равномерного отвода тепла стенками и дном изложницы и неизмеримо меньшего отвода тепла через свободную верхнюю поверхность металла сокращение объема слитка при кристаллизации сопровождается уменьшением уровня жидкого металла. В итоге образуется усадочная раковина, глубоко распространенная в тело слитка (рис. 1, а). При тепловой изоляции верха слитка футерованной прибыльной надставкой усадочная раковина сосредоточивается в объеме металла, кристаллизующемся в последнюю очередь, т. е. в прибыльной части слитка (рис. 1, б).

На практике используют именно этот способ локализации расположения усадочной раковины в слитке спокойной стали. В предельном случае, когда для сохранения металла в прибыльной части слитка в продолжении всего времени затвердевания тела слитка применяют специальные способы обогрева, весь объем жидкого металла в прибыльной части расходуется на компенсацию усадочной раковины, и таким образом обеспечивается максимальный выход годных слитков (рис. 1, в).

Специальные способы обогрева прибыльной части слитка. В жидком состоянии металл в прибыльной надставке можно поддерживать длительное время, вплоть до затвердевания тела слитка, прибегая для этого к специальным способам обогрева: электродуговому, индукционному и газокислородному.

Схема образования усадочной раковины
Рисунок 1. Схема образования усадочной раковины
Устранение усадочной раковины - утипление и обогрев прибыльной надставки

При затвердевании жидкая сталь, находящаяся в прибыльной надставке, теряет тепло в трех направлениях: вверх через зеркало металла (5-25%), вниз в тело слитка (3-10%) и через боковую поверхность огнеупорной футеровки и корпус (52-75%).

В настоящее время разработаны различные приемы по снижению тепловых потерь через боковую поверхность надставки и зеркало металла. Снижение потерь тепла через боковую поверхность прибыльной надставки. Наиболее широко для футеровки прибыльной надставки используют шамотный кирпич, характеризующийся достаточной стойкостью, но в то же время отличающийся сравнительно высокой теплопроводностью и теплоемкостью. Замена обычного шамотного кирпича на легковесный с кажущейся плотностью 1,2-1,3 г/см3, опробованная на Серовском и Златоустовском заводах, позволяет уменьшить объем прибыли и обрезь головной части слитка на 2-3%. Однако стойкость такой футеровки даже с защитной огнеупорной обмазкой толщиной 4-5 мм на слитках развесом 2,7-4,5 т не превышает 20-30 наливов против 50-60 наливов при футеровке, выполненной из обычного шамотного кирпича. Применение двухслойной футеровки (изоляционный слой из легковесного кирпича и рабочий из обычного шамотного кирпича) увеличивает стойкость, однако усложняет изготовление прибыльной надставки. Такую футеровку целесообразно применять только при отливке крупных слитков (более 40 т).

Положительные результаты получены при использовании одноразовых теплоизоляционных вкладышей плотностью 0,9-1,2 г/см3, изготовленных из смеси следующего состава: 75% песка, 10% отходов бумажной промышленности, 5% огнеупорной глины и 10% сульфатно-спиртовой барды. Выход годного металла при применении таких вкладышей возрастает на 2-5% и соответственно наблюдается уменьшение усадочной раковины.

Более высокий выход годного металла наблюдается при обогреве боковой поверхности прибыльной надставки одноразовыми экзотермическими вкладышами и обмазками. Вкладыши готовят одно- или многослойными. Последние состоят обычно из экзотермического слоя, прилегающего металлу, и одного-двух наружных теплоизоляционных слоев, изотермический слой готовят на основе наполнителя (шамотный порошок, кварцевый песок и т. д.); 45-55% горючих компонентов алюминий, ферросилиций, силикокальций); 10-20% окислителей: «силитры (0-10%), окалины (20-40%), руды. При сгорании алюминия, кремния и кальция выделяется такое количество тепла, которое не только компенсирует тепловые потери металла через боковую поверхность, но и нагревает металл прибыльной части слитка.

Применение экзотермических вкладышей и достаточно хорошее утепление зеркала металла в прибыльной надставке позволяют значительно уменьшить объем прибыли и таким образом на 6-10% увеличить выход годного металла. Однако в связи со сравнительно высокой стоимостью и удельным расходом (15-25 кг/т) экзотермические вкладыши экономически целесообразно применять только при разливке высоколегированных сталей и сплавов.

Устранение усадочной раковины - утепление и обогрев прибыли сверху.

Широкoe распространение в практике производства качественной и высококачественной стали нашли люнкеритные смеси, содержащие 14-28% Al; 5-10% ферросилиция; 20-25% древесного угля; до 20% коксика; 20-30% шамотного порошка и 10-15% боксита. Расход люнкерита в зависимости от его состава и массы слитка устанавливают в количестве 1,5-3,0 кг/т. Целесообразно для уменьшения теплопотерь половину люнкерита при сифонной разливке засыпать после наполнения прибыльной надставки на 1/2-2/3 высоты.

Использование люнкерита уменьшает скорость снижения температуры металла в прибыльной части слитка в 4 раза по сравнению с открытым зеркалом металла.

В последние годы все более широкое распространение находят экзотермические смеси, по составу близкие к экзотермическим вкладышам и обмазкам, однако обычно с меньшим содержанием наполнителя. Из-за высокой стоимости алюминия в качестве горючих компонентов преимущественно используют ферросилиций и силикокальций. При выборе состава экзотермических смесей необходимо во всех случаях обеспечивать некоторый избыток горючих над окислителями для предотвращения частичного окисления металла в прибыли и образования в слитке «белых пятен», характеризующихся меньшим содержанием углерода чем основной металл. Например, на Челябинском металлургическом заводе применяли смесь, состоящую из высокопроцентного ферросилиция (70%), селитры (20%) и шамотного порошка (10%).

Экзотермическую смесь присаживают на поверхность металла при наполнении прибыли на 1/2-2/3 ее высоты. При сгорании смесей в количестве 1 кг/т температура металла в прибыли слитка развесом около 1 т возрастает на 15-20° С, что улучшает условия питания слитка.

Следует иметь в виду, что из-за быстрого сгорания смеси значительная часть выделяющегося тепла теряется бесполезно. Поэтому целесообразно экзотермическую смесь покрывать слоем теплоизоляционной засыпки, в качестве которой используют шамотный порошок, песок и другие материалы.

Применение экзотермических смесей дает особенно ощутимые результаты при одновременном обогреве боковых поверхностей прибыльной части слитка экзотермическими обмазками и вкладышами. При выборе способа использования экзотермических смесей (для засыпки или изготовления вкладышей) необходимо иметь в виду, что эффективность экзотермических смесей при засыпке их сверху составляет всего лишь 10%, а при нанесении их на боковую поверхность надставки 45-50%.

При отливке слитков ответственных сталей, по соображениям экономического характера, достаточно пользоваться теплоизолирующими засыпками, например смесью коксика и шамотного порошка. Хорошими теплоизолирующими свойствами обладает вермикулит, представляющий собой продукт вторичных изменений темных слюд. При нагревании из вермикулита удаляется гидратная влага, что приводит к увеличению его объема в 8-12 раз.

Специальные способы обогрева прибыльной части слитка. В жидком состоянии металл в прибыльной надставке можно поддерживать длительное время, вплоть до затвердевания тела слитка, прибегая для этого к специальным способам обогрева: электродуговому, индукционному и газокислородному.

Электродуговой способ, предложенный в 1895 г. Н. Г. Славяновым, заключается в следующем. После наполнения изложницы на поверхность металла опускается электрод и зажигается дуга. Для защиты металла от окисления кислородом воздуха и для уменьшения потерь тепла на прибыль забрасывается шлакообразующая смесь, состоящая, например, из 65% извести, 20% магнезита и 15% плавикового шпата в количестве до 3-5 кг/т.

Из опыта дугового способа обогрева большого числа слитков нержавеющей стали массой 6 т на Кузнецком металлургическом комбинате выяснилось, что головная обрезь снижается с 17-18 до 10- 12% без ухудшения макроструктуры металла. Расход электроэнергии при этом составлял в среднем 17 кВт-ч/т. Необходимо иметь в виду, что при использовании графитовых электродов возможно науглероживание металла.

При индукционном способе обогрева на прибыльную подставку устанавливают индуктор, по которому после наполнения прибыли металлом пускается ток высокой частоты. Токи, возбуждаемые в металле, нагревают и поддерживают его в жидком состоянии требуемое время. В результате длительной промышленной эксплуатации установки для индукционного обогрева на Ижевском металлургическом заводе были получены следующие показатели: расход электроэнергии 14-18 кВт-ч/т, уменьшение осадочной раковины и соответственно головной обрези с 18-16 до 5-9%.

К числу положительных сторон описанного способа обогрева относится возможность изменять в широких пределах продолжительность и интенсивность обогрева.

В случае газокислородного обогрева, после наполнения прибыльной надставки, металл в ней поддерживается в жидком состоянии в результате обогрева сверху газокислородным пламенем. Для защиты от окисления на поверхность металла забрасывают шлакообразную смесь, например электропечной шлак в количестве 25-30 кг/т.

При обогреве, длящемся один час, и расходе кислорода около 12 м3/т и коксового газа 27 м3/т обрезь головной части 6-7-т слитков углеродистой и нержавеющей стали на Кузнецком металлургическом комбинате была уменьшена на 6-7%.

Таким образом, специальные виды обогрева прибыльной части слитка обеспечивают устранение усадочной раковины и соответственно заметное увеличение выхода годного металла и в то же время высокие капитальные затраты на установку оборудования при сравнительно небольшой ее производительности, потребность в увеличении штата обслуживающего персонала и повышенные требования к технике безопасности при эксплуатации являются существенными недостатками описанных способов, что ограничивает их широкое применение.

Источник [4] → список литературы.


Вернуться в начало раздела: Разливка стали
Вернуться на главную: Черная металлургия