Бесстопорная разливка стали
Бесстопорная разливка стали из ковшей с шиберными скользящими затворами освоена на многих металлургических заводах. В ряде цехов вся выплавляемая сталь разливается без стопоров.
Шиберный затвор монтируется снаружи ковша, под днищем. Основными элементами его конструкции служат две высокоогнеупорные керамические плиты (корундовые, муллито-корундовые или цирконовые) и стакан коллектор. Плиты пропитываются смолой заводом-изготовителем. При сборке затвора они запрессовываются вручную на огнеупорной массе: одна — в подвижный, другая — в неподвижный металлические корпуса. Коллектор вставляется в держатель. Диаметры каналов в ковшовом стакане, в плитах и в коллекторе неодинаковые (соответственно 80, 70 и 60—70 мм). Коллектор организует струю стали из ковша.
Затвор готовят к плавке в отдельной мастерской разливочного отделения. Его очищают от скрапа, шлака и огнеупорного раствора. Плиты и коллектор притираются контактными (рабочими) поверхностями на притирочном станке, покомплектно. Собранные элементы переносятся кран-балкой в электрическую печь и сушатся при 120—180°С в течение 40—50 мин.
Поверхности скольжения подвижной и соединительной рам, болты крепления смазываются графито-масляной эмульсией. Конструкция стягивается болтами без пережатия с применением тарировочного ключа. Собранный затвор передается в разливочный пролет электрифицированной тележкой или автопогрузчиком. Масса затвора в собранном виде 120 кг. Цилиндр гидропривода присоединяется к раме подвижного корпуса на удлинителе, благодаря которому привод выводится из зоны высоких температур.
Во время выпуска плавки в ковш отверстия плит смещены. Для открытия стопора разливщик, имея в руке пакет управления (кнопочное устройство), включает гидропривод, и нижняя подвижная плита, скользя по верхней — неподвижной, приходит в положение совмещения каналов — в стакане, плитах и коллекторе. Движение плиты возвратно-поступательное с ходом 160 мм. Гидропривод с рабочим давлением 15—20 МПа действует от маслостанции, укрепленной на кране.
Надежность работы шиберного затвора обеспечивается применением высококачественных огнеупоров. Плиты служат в условиях резких колебаний температур от 1600—1650°С в стакане до 200—300°С по краям. Вместе с коллектором они испытывают значительные механические напряжения во время крепления в корпусе и в истирающих воздействиях. Поэтому плиты должны быть плотными, прочными, термостойкими.
Работа затвора в большой степени зависит от тщательности притирки рабочих поверхностей, от исправности гидропривода. Невыполнение первого условия приведет к затеканию стали между плитами, к подтекам в коллекторе. Затягивание и вымывание ковшового стакана дезорганизует разливку плавки. Не допускаются пропуски масла в гидросистеме. Соединительные шланги должны быть надежными в эксплуатации под давлением масла, превышающим 10 МПа. При повреждении наружной оболочки и появлении масла на поверхности шлангов их надо немедленно заменять исправными.
Преимущества бесстопорной разливки стали очевидны. Имеется возможность длительно удерживать плавку в ковше для технологической обработки металла (продувка аргоном или азотом); вести разливку со многими перекрытиями струи, что недостижимо для шамотного стопора; ковшевому приходится работать в менее горячей зоне (затвор находится снаружи ковша); вместо полукустарной стопорной мастерской оборудовать механизированный участок шиберных затворов. Кроме того, увеличивается пропускная способность разливочного отделения, так как злектромостовые краны высвобождаются от переноски части грузов (стопорного припаса и набранных стопоров), ускоряется оборачиваемость ковшей, повышается стойкость футеровки и сокращается удельный расход огнеупоров. Меньше становится аварийных плавок и потерь стали в скрап. Повышается степень механизации тяжелых работ и общая культура производства.
Фонтанирование стали в изложницах
Слитки кипящей стали массой 8 т отстаиваются у разливочной площадки 40 мин, 12 т — 70 мин, а слитки спокойной и низколегированной стали того же развеса — соответственно 80 и 140 мин. Отстой полуспокойной стали продолжается до прекращения искрения (40— 50 мин).
В это время работа с залитыми плавками не прекращается. С поверхности рослых химически закупоренных слитков срезают кислородом скрап, неуспокоенные и долго искрящие слитки примораживают песком и мелкой железной рудой. Но составы не должны стоять в пролете больше положенного времени, чтобы избежать продолжительной тепловой радиации и не ухудшать условий труда разливщиков, ковшевых и машинистов кранов.
После разливки металл не всегда застывает спокойно. Отдельные слитки кипящей стали фонтанируют. Выброс жидкого металла из изложницы происходит под напором газов, прорывающихся из-под корочки кристаллизирующего слитка. Механизм этого явления известен. Кислород, поступающий в зону реакций, поглощается из воздуха открытой струей металла из ковша и окисляющимися брызгами кипящего металла. Оксид углерода вначале выделяется по фронту кристаллизации металла и в усадочные поры между дендритами. По мере затвердения слитка часть газов остается в периферийной зоне в виде сотовых пузырей. В них рассредоточивается объемная усадка слитка кипящей стали.
Распределение зон сотовых пузырей регулируют химической закупоркой слитка или замораживанием его головной части чугунной крышкой (реже). Образование верхней корки на слитке само по себе не представляет опасности. Механизм фонтанирования стали срабатывает в конце периода кристаллизации слитка. Скопившиеся под коркой газы (Рг) подавляют выделение из металла пузырей СО в силу противодействия Рг>Рсо, где Рсо — давление оксида углерода.
Постепенно сокращающаяся жидкая сердцевина сильно обогащается ликвирующими примесями: углеродом, серой, водородом, неметаллическими включениями. В этой массе количество активных центров газозарождения увеличивается. В какой-то момент выделение газов возобновляется и их поток, преодолевая сопротивление оболочки, прорывается наружу, увлекая с собой жидкий металл.
Предугадать фонтанирование стали не всегда возможно, но некоторые настораживающие внешние признаки могут послужить сигналом. Если искрение над коркой усиливается и не устраняется охлаждающими добавками песка и железной руды, то слиток является потенциальным источником выброса жидкого металла. Мастер разливки обязан сообщить о грозящей опасности составителю плавочного поезда, в стрипперное отделение и предупредить людей в пролете.
Фонтанирование стали из изложницы можно предупредить правильной организацией конвертерного процесса. Не передувать плавки, назначенные на мягкие марки стали, и не допускать попадания воды в конвертер, что обогащает металл водородом. Этот газ в атомарном состоянии свободно диффундирует в слитке и повышает давление выделяющихся газов в конце кристаллизации. Надо вовремя выбраковывать изложницы и поддоны с глубоким разгаром рабочей поверхности, чтобы избежать скопления в их массе молекулярного водорода.