3.3 Технологія розливання сталі

Основними технологічними параметрами під час розливання зливків у виливниці є температура, швидкість розливання та режим охолодження зливків. Сталь, яку випускають із печі, має бути нагріта на 100…150 °С більше, ніж температура плавлення. Перегрівання металу потрібне для забезпечення відновної температури сталі у процесі розливання, а також для компенсації втрат теплоти під час випускання, витримування сталі в ковші до початку і під час розливання, тривалість якої для ковшів великої місткості може досягати 1…1,5 год. Найбільше сталь охолоджу­ється після випускання та в перші хвилини витримування у ковші, коли теплота витрачається на нагрівання футерівки ковша. За цей час температура металу знижується на 30…60 °С. Нормальною температу­рою для початку розливання вважають температуру, що перевищує тем­пературу плавлення на 90…120 °С при сифонному розливанні і на 70…110 °С у разі розливання зверху.

Надмірно висока температура сталі під час розливання призводить до погіршення якості зливка. Перегріта сталь довше твердне у виливниці, тому сильніше розвивається хімічна неоднорідність. Швидке розли­вання гарячого металу зумовлює підвищення ураження поверхні зливків поздовжніми тріщинами. Розливання сталі за дуже низької температури не рекомендується, оскільки холодний метал більше в'язкий, що утруднює спливання неметалевих включень у зливку, який кристалізується. Крім того, у процесі тверднення в'язкого металу погіршується живлення об'ємів зливка із прибуткової частини, тому зливки мають підвищену осьову пористість і пухкість. При розливанні холодного ме­талу сифоном на його поверхні у виливниці утворюється кірочка, завороти якої є істотним дефектом зливка.

Швидкість розливання металу залежить від його температури. Так, гарячий метал розливають повільніше, холодний - швидше. Надмірно висока швидкість розливання призводить до збільшення кількості по­здовжніх тріщин на поверхні зливка, а під час розливання киплячої сталі - до зменшення товщини здорової зовнішньої кірочки у зливку. Розливання з недостатньою швидкістю спричинює посилене утворення та завертання кірочки, особливо під час розливання сталі сифоном. Швидкість розливання металу зверху зазвичай вища, ніж сифонного.

Розливання спокійної сталі. Для зменшення удару металу об днище виливниці або піддон струмінь гальмується лише впродовж кількох секунд під час початкового піднімання стопора, а потім метал надходить через повністю відкритий канал стакана. Після надходження металу в прибуткову частину швидкість розливання знижується. Тому швидкість розливання вибирають у межах 0,3…1,1 м/хв., а для сталей, які мало схильні до утворення поздовжніх тріщин - до 4,5 м/хв. Трива­лість розливання зливків масою від 2 до 20т становить 0,5…8 хв.

За сифонного способу розливання спокійну сталь розливають з мен­шою швидкістю (0,15…0,7 м/хв.), яку регулюють у процесі розливання. У разі розливання з відкритим дзеркалом металу швидкість наповнення регулюють так: зберігають при наповненні внизу (1/4…1/3 висоти) чисте дзеркало металу, а вище на дзеркалі наводять плівку, яка не до­ходить до боків виливниці на 20…30 мм. Дзеркало металу в прибутку ще до завершення розливання засипають люнкерітом, екзотермічною сумішшю або теплоізолювальним порошком. Тривалість розливання зливків масою від 1 до 13 т становить від 1,5 до 9 хв.

Для розливання якісної спокійної сталі виливниці з металом по­трібно деякий час витримати нерухомо біля розливного майданчика або у відстійному парку. Це запобігає обриву кірки металу з прибутку, утворенню так званого лікваційного квадрата та збільшенню позаосьової ліквації. Для поліпшення якості поверхні зливків спокійної сталі широко застосовують розливання її з наступною ізоляцією дзеркала металу у виливниці завдяки використанню теплоізолювальних або різних шлакоутворюючих сумішей.

Для ізоляції дзеркала металу у виливницях застосовують матеріали, які за кількістю компонентів і дією під час розливання належать до однієї з трьох груп: двух- та трьохкомпонентні суміші або матеріали (на­приклад, вермикуліт), які лише підплавляються у процесі розливання; багатокомпонентні суміші без ефективних горючих компонентів, які частково розплавляються у виливницях, утворюючи тонкий прошарок шлаку на поверхні металу та шар нерозплавленого металу, що знахо­диться над нею; багатокомпонентні екзотермічні суміші, що утворюють у виливниці рідкий шлак.

У якості теплоізолювальної засипки на дзеркало металу застосовують графіт. У деяких випадках використовують суміші на основі золи ТЕЦ, перліту (склад: SiO₂ – 72…76%, А1₂O₃ – 13…15%, (К₂O+Nа₂O) – 3…9%, решта оксиди заліза та СаО) або вермикуліту (склад: SiO₂ - 35…40%, А1₂O₃ – 13…20%, Fе₂O₃ – 5…20%, МgO – 15…27%, СаО - 0,8…3,5%) з графітом (12…30%), який підвищує температуру їх плав­лення, а також суміші на основі бою червоної цегли, що частково роз­плавляється у виливниці. Велике значення під час розливання металу із захистом його дзеркала мають екзотермічні шлакові порошкові суміші або брикети, до складу яких зазвичай входять горючі матеріали (по­рошки Аl, Мg і FеSі), окисники (натрієва селітра, манганова руда) і легкоплавкі складові (плавиковий шпат, силікатна брила). Наявність цих компонентів у шлакових сумішах забезпечує їх швидке розплав­ляння.

Прикладом таких сумішей є суміші зі зниженою термічністю, що складаються з 8% алюмінію, 14% манганової руди, 12% силікатної брили, 6% бокситу, 30% вапна, 30% доменного шлаку. Нетермічна суміш скла­дається з 13% шамоту, 20% силікатної брили, 7% ставропільського концент­рату, 15% вапна, 20% датоліту, 25% доменного шлаку.

Витрата зольно-графітової суміші становить 2…3,5, перліто- і верми- куліто-графітових - 1,0…1,5, вермикуліту - 1,5…2,5 кг на 1 т сталі, порошкових сумішей і брикетів - 2,5…6 кг/т сталі.

Розливання під шлаком дає змогу ліквідувати заворот кірки, зменшити глибину усадкової раковини і водночас боротися з підкірковими пухир­цями та екзогенними неметалевими включеннями, знизити брак відносно появи тріщин і розривин, збільшити швидкість розливання та продук­тивність розливних прольотів.

Одним із різновидів розливання сталі під шлаком є оброблення ме­талу рідкими синтетичними шлаками у виливниці. Під рідким шлаком сталь розливають як зверху, так і сифоном. Розливання зверху істотно збільшує взаємодію металу зі шлаковою сумішшю внаслідок енергій­ного їх перемішування, що значно зменшує завороти кірочки, заплески металу і його розбризкування внаслідок гальмування шлаком струме­ня, що входить до виливниці.

Шлак виплавляють у спеціальній шлакоплавильній печі і заливають у виливницю після піднімання металу на висоту 150…200 мм; витрати шлаку становлять 5…10 кг/т сталі. Зазвичай застосовують шлаки систе­ми SiO₂-СаF₂-СаО-А1₂O₃ з високим вмістом SiO₂ (30…45 %). Іноді до складу шлаків уводять Nа₂O₂, МgО, ТіO₂.

Розливання киплячої сталі. Киплячу сталь розливають як сифоном, так і зверху, у наскрізні виливниці, що розширюються донизу. В обох випадках для попереджен­ня заплески металу на стінки виливниці та утворення плен на нижній поверхні зливка стопор відкривають плавно, що сприяє повільному заповненню нижньої частини виливниці. В подальшому швидкість напов­нення виливниці під час розливання зверху визначається діаметром стакана сталерозливного ковша, а під час розливання сифоном - пере­різом каналів сифонної цегли. Швидкість розливання зверху стано­вить 0,5…1,0 м/хв., а за сифонного розливання - 0,2…0,6 м/хв. Три­валість відливання зливків масою 5…20 т під час розливання сифоном становить 5…12 хв., під час розливання зверху - 2…4 хв.

Останнім часом широко застосовують швидкісне розливання киплячої сталі зверху. В цьому разі якісний зливок можна отримати внаслідок збільшення швидкості надходження кисню до фронту кристалізації і газовиділення завдяки присадці до виливниці (під час її наповнення) окисників-інтенсифікаторів кипіння. Для інтенсифікації кипіння вико­ристовують порошкоподібну суміш, що складається з 70% окалини, 20% плавикового шпату і 10% соди. Присадку суміші починають робити після повного відкривання стопора і завершують тоді, коли рівень металу не доходить до повної висоти на 200…300 мм. Витрата суміші ста­новить 0,5…0,6 кг/т для сталі марки 2КП і 0,6… 0,8 кг/т для сталі марки ЗКП.

Інтенсивному кипінню сталі у виливниці сприяє також обдування киснем струменя металу, що надходить у виливницю.

Розливання напівспокійної сталі. Напівспокійну сталь розливають і сифоном, і зверху. Досвід ви­робництва напівспокійної сталі довів доцільність розливання її зверху зі швидкістю 4…5 м/хв. При сифонному розливанні сталі максимальна швидкість її наповнення не перевищує 0,6…0,8 м/хв.

По ступеню|мірі| розкисленості| та харак­теру| поведінки при кристалізації у виливниці напівспокійна сталь займає| проміжне положення|становище| між| спокійною і киплячою.

При орга­нізації| технології виробництва напівспокійної| сталі основне завдання|задача| полягає в тому, щоб|аби| використовувати| переваги як киплячої сталі (відсутність концентрованої уса­дкової| раковини внаслідок|внаслідок| утворення| маси пухирців|пузирів|, що добре зварюються при плющенні, і відповідне| зменшення головної обрізі|), так і спокійної сталі (високу сту­пінь| однорідності зливка|зливка| внаслідок незначного перемішування| рідкого металу в процесі фор­мування| зливка|зливка|).

Вирішується це завдання перш за все шляхом зменшення (в порівнянні із спокійною сталлю) витрати розкислювачів, тобто проводиться часткове розкислювання так, щоб метал при кристалізації деякий час кипів, витрачаючи надлишковий кисень на утворення зони пухирців, а потім, витративши надлишковий кисень на протікання реакції [С] + [О] = СО_г, тверднув як зливок спокійної сталі. Розкислювачі при цьому в зменшеній кількості вводяться в ківш. Отримувану при такій технології сталь називають напівспокійною. Для отримання якісної напівспокійної сталі необхідно забезпечити високу “культуру” виробництва і налагоджений точний контроль складу і температури металу: навіть невелика помилка в розрахунку кількості розкислювачів, що вводяться, або у визначенні раціональної швидкості наповнення виливниці (швидкості розливання) може привести до отримання пере- або недорозкисленого зливка; виправити такі помилки в процесі розливання важко.

У виробничих умовах непрямою| характеристикою ступеня|міри| розкисленості| може служити такий по­казник|, як тривалість іскріння| металу у виливниці після|потім| закінчення її заповнення. Якщо напівспокійна| сталь застигає у виливниці| без крупних напливів і тривалість| іскріння складає 10…40 с|із|, то виходить якісний зливок|зливок| з|із| мінімальною го­ловною| обрізю| і максимальним наближенням| до спокійної сталі за фі­зико-механічними властивостями.

За стандартною технологією розкислення| напівспокійних сталей| передбачається можливість| введення|вступ| всіх розкислювачів| (феромарганцю|, сілікомарганцю|, феросиліцію|) в ківш. Звичайний|звичне| вміст| кремнію в напівспокійній сталі типа|типу| Ст3ПС і Ст5ПС складає 0,05…0,17% (відповідно при 0,14…0,22 і 0,28…0,37% С|із|). У спокійній| сталі тих же марок вміст|зміст| кремнію істотно|суттєвий| вищий (0,17…0,35%); до того ж спокійну сталь додатково розкислюють ще алюмінієм|. Заміна спокійній сталі ніпівспокійної| економічно доцільна|, оскільки|тому що| окрім|крім| економії витрати| розкислювачів (алюмінію і феросиліцію|) знижується головна обрізь| (вихід придатної заготовки|заготівлі| із|із| зливка|зливка| збільшується на 8…10%). Крім того, відпадає необхідність в прибуткових| надставках, вогнетривах для їх футеровки|, теплоізолюючих | за­сипках|; відповідно знижується трудомісткість підготовки складів з|із| виливницями.