Непрерывная разливка стала
Лекция №7 Непрерывная разливка стала
Способ непрерывной разливки заключается в том, что жидкую сталь заливают в интенсивно охлаждаемую сквозную форму — кристаллизатор. Частично затвердевший слиток непрерывно протягивают через него и дополнительно охлаждают в так называемой зоне вторичного охлаждения. В результате в процессе непрерывной заливки металла и его затвердевания образуется непрерывный слиток, который впоследствии резрезают на заготовки определенной длины. Форма и размеры поперечного сечения слитка определяются внутренними размерами и формой кристаллизатора, и, как правило, меньше поперечных размеров слитка средней массы, отлитого в изложницу. Разливку ведут до израсходования металла в сталеразливочном ковше или же разливают без перерыва металл из нескольких ковшей (разливка методом «плавка на плавку»).
Основные преимущества непрерывной разливки по сравнению с разливкой в изложницы:
1) существенно повышается выход годного металла. Так, для спокойной стали получение слябов или блюмов путем непрерывной разливки вместо разливки в изложницы с последующей прокаткой обеспечивает повышение выхода годного на 10—15 % от массы разливаемой стали. Объясняется это тем, что верхняя часть каждого слитка (13—20 %) идет при прокатке в обрезь из-за наличия усадочной раковины и зоны обогащенной ливкатами, а при непрерывной разливке образуется одна усадочная раковина в конце разливки плавки;
2) непрерывно литые слитки или заготовки прокатывают непосредственно на листовых или сортовых станах. Применение непрерывной разливки стали позволяет исключить из производственного цикла операции по подготовке разливочного состава, стрипперованию слитков, прокатке на обжимных станах. Все это приводит к снижению капитальных затрат, устранению ряда трудоемких операций, сокращению длительности производственного цикла от выпуска стали до получения готового проката. То есть упрощается производство по заводу в целом и улучшаются его технико-экономические показатели, уменьшаются энергетические затраты, потребность в рабочей силе и площадь завода;
3) вследствие малых поперечных размеров слитка и высокой скорости кристаллизации стали ограничивается развитие ликвации, то есть повышается качество металла;
4) создаются широкие возможности для полной механизации и автоматизации разливки, повышения производительности и улучшения условий труда.
Агрегаты для разливки стали этим методом называют машинами непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) или установками непрерывной разливки стали (УНРС).
На МНЛЗ, в зависимости от назначения, отливают заготовки квадратного сечения размером до 350X350 мм, круглые диаметром до 540 мм, слябы толщиной 10—350 мм и шириной до 2600 мм и более сложный сортамент (полые круглые заготовки для производства труб, заготовки двутаврового сечения и др).
Рекомендуемые материалы
Затвердевание непрерывного слитка
В непрерывноотливаемом слитке можно (рис.) выделить два участка активного охлаждения — кристаллизатор и зону вторичного охлаждения (ЗВО).
Примерный тепловой баланс непрерывного слитка представлен на рис (I – кристаллизатор; II – ЗВО; III – охлаждение на воздухе).
Заливаемый в кристаллизатор металл при контакте с его медными водоохлаждаемыми стенками переохлаждается и затвердевает, образуя корку слитка требуемой конфигурации. На расстоянии 200—600 мм от верха кристаллизатора находится зона непосредственного контакта с коркой слитка, где теплоотвод максимальный (1,4—2,3 МВт/м2); ниже вследствие усадки корки между ней и стенками кристаллизатора возникает газовый зазор, резко снижающий теплоотвод (до 0,3—0,6 МВт/м2). В этой зоне вследствие возможной деформации непрочной корки и стенок кристаллизатора могут появляться участки плотного и неплотного контакта, в которых из-за различия в теплоотводе температура и толщина затвердевающей корки будут различаться. Эта неоднородность способствует возникновению дефектов — в местах уменьшенной толщины корки вследствие термических напряжений могут возникать продольные наружные трещины, а в переохлажденных участках плотного контакта — паукообразные или сетчатые поверхностные трещины. Толщина корки на выходе из кристаллизатора должна быть достаточной, чтобы выдержать усилие вытягивания и давление жидкой стали. Эта толщина тем больше, чем больше время пребывания корки кристаллизаторе и обычно составляет 10—25 мм, а температура поверхности слитка на выходе из кристаллизатора 900—1250 °С.
В зоне вторичного охлаждения на поверхность движущегося слитка подают распыленную воду и устанавливают опорные устройства (например, ролики 4, см. рис.), которые предотвращают возможное выпучивание корки слитка под воздействием давления столба жидкой стали. Выбор способа охлаждения в этой зоне базировался на опыте, который показал, что при слишком интенсивной подаче охладителя (например, подаче воды струями) из-за переохлаждения поверхности слитка и возникающих при этом термических напряжений в слитке образуются внутренние и сетчатые поверхностные трещины. Поэтому применяют распыленную воду («мягкое охлаждение»). Расход воды уменьшается по мере отдаления от кристаллизатора; его рассчитывают так, чтобы отводилось тепло, выделяющееся при кристаллизации стали, а температура корки во избежание образования трещин снижалась бы от исходной (900—1250 °С в начале зоны) не более, чем до 800—1000 °С в конце, причем в тем меньшей степени, чем выше склонность стали к трещинообразованию.
В зоне вторичного охлаждения отводится основная часть тепла кристаллизации. В зоне вторичного охлаждения теплоотдача от слитка происходит как излучением, так и на нагрев и испарение воды. На втором участке зоны вторичного охлаждения, где вода непосредственно на слиток не подается, теплоотдача осуществляется на воздухе главным образом путем излучения, а также конвекцией.
Длина зоны вторичного охлаждения составляет 80 — 100 % глубины лунки жидкого металла в слитке.
Структурная и химическая неоднородность непрерывнолитой заготовки
Непрерывным способом разливают преимущественно спокойную сталь, поскольку при разливке кипящей стали не достигается существенного увеличения выхода годного и трудно получить достаточную толщину беспузыристой корки в слитке из-за большой скорости разливки и сложности обеспечения необходимой степени окисленности металла.
Образование структурных зон в непрерывном слитке, как и в слитке, отлитом в изложницу, определяется в основном составом и температурой стали, а также теплофизическими условиями затвердевания. В непрерывном слитке спокойной стали также наблюдаются структурные зоны наружных мелкозернистых, столбчатых и различно ориентированных срединных кристаллов.
Химическая неоднородность в непрерывном слитке развивается в меньшей степени, чем в слитке, отлитом в изложницу. Это справедливо как для дендритной, так и для зональной ликвации. При повышенной скорости кристаллизации разделительная диффузия примеси проходит менее полно и соответственно меньшей сказывается и разница концентрации примеси в осях дендритов и межосных участках.
Так же как и дендритная, зональная ликвация уменьшается с ростом скорости затвердевания. Установлено, что при скорости продвижения фронта затвердевания более 1,8 мм/мин зональная ликвация практически отсутствует. В непрерывном слитке даже большого сечения скорость кристаллизации превышает эту критическую величину, связи с этим в непрерывных слитках отсутствует значительная зональная ликвация.
Вам также может быть полезна лекция "Оглавление".
Например, в осевой зоне непрерывных слитков сечением от 75x500 до 180Х900 мм2 степень положительной ликвации примесей достигала значений, %: для углерода 10—14, для серы 5—42 и для фосфора 10,5—47.
Особенности строения слитка кипящей стали. В отличие от слитка, разлитого в изложницы, непрерывный слиток кипящей стали формируется в условиях более интенсивного охлаждения, быстрого нарастания ферростатического напора, большей глубины жидкой лунки, сравнительно малого поперечного сечения кристаллизатора и его циклического движения и т. п. Эти факторы затрудняют кипение стали.
В непрерывном слитке кипящей стали можно выделить здоровую корочку, зону сотовых пузырей и центральную зону. Здоровая корочка и часть зоны сотовых пузырей формируется еще в кристаллизаторе. Толщина здоровой корочки определяется так же, как и в обычном слитке, интенсивностью и продолжительностью кипения. Она увеличивается с уменьшением скорости разливки и повышением окисленности стали. При скорости разливки около 0,7 м/мин ее толщина может достигать 20—25 мм.
Формирование сотовых пузырей заканчивается в зоне вторичного охлаждения по мере возрастания ферростатического давления. Их протяженность также зависит от условий газовыделения, т. е. окисленности стали и скорости разливки. Общая протяженность здоровой корочки и зоны сотовых пузырей, в стали с 0,17—0,22 % С и при толщине слитка 150—200 мм составляет 35—60 мм.
Центральная зона слитка затвердевает в условиях повышенного ферростатического давления и обычно не содержит пузырей.
В непрерывном слитке кипящей стали химическая неоднородность развита меньше, чем в обычном, но больше, чем в непрерывном слитке спокойной стали. Скопление ликватов — серы, фосфора и углерода — имеет место в конце зоны сотовых пузырей и в центральном объеме слитка. В слитке шириной 250—300 мм ликвация достигала, %: 30—180 для серы, 20—30 для фосфора и 15—60 для углерода.