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.