Разливка стали в изложницы

Дозирующие устройства при разливке стали в изложницы

Дозирующие устройства сталеразливочных ковшей обеспечивают донную разливку с полным или регулируемым перекрытием отверстия стакана. До1964 года повсеместно использовались стопорные дозирующие устройства, а с расширением объёмов непрерывной разливки и внепечной обработки их потеснили более надёжные шиберные затворы. От надёжной работы дозирующих устройств в значительной мере зависит компактность струи, качество слитков и заготовок, сокращение потерь металла, стойкость изложниц и безопасность труда разливщиков. При выборе типа дозирующего устройства учитывается также возможность механизации работ при их подготовке, монтаже и демонтаже.

Схема стопорного дозатораСтопорный дозатор (рис.8.6) состоит из стакана 1, стопора 2, траверсы 3, которая соединяет стопор с ползуном 4, перемещающемся вверх и вниз с помощью рычага 5 внутри наружной направляющей трубы, закреплённой на кожухе ковша. Стопор закрепляется на траверсе гайкой, навинчиваемой на верхнюю нарезную часть стержня. Другой конец траверсы крепится на ползуне.

Рисунок 8.6 – Схема стопорного дозатора

Стопор состоит из металлического стержня диаметром 35-60мм, футерованного шамотными трубками диаметром до 200 мм, которые в нижней части стержня опираются на разгрузочную шайбу. Под разгрузочной шайбой с помощью червячной резьбы или анкерным болтом к стержню крепится пробка (рис.8.7).

Пробки изготавливают шамотными, графитошамотными, андалузито-выми, электрокорундовыми и др. Стопорные трубки стыкуются с помощью буртиков и пазов. Перед одеванием трубок стержень обмазывают огнеупорной массой, уплотняя ею и стыки между трубками. Сушат стопоры в вертикальном положении в специализированных сушилках, установленных в разливочных пролётах в течение 20-48 часов в зависимости от температуры в камерах, которая составляет 140-200oС. Подъёмом и опусканием стопора обеспечивают полное перекрытие канала стакана или изменение зазора между пробкой и стаканом для регулирования скорости разливки. С этой целью используется рычажная система, расположенная на внешней стороне ковша. Так как стопорные катушки и пробка значительно легче жидкого металла, то действующая на них выталкивающая сила может деформировать теряющий упругость разогретый стержень. Для предотвращения всплывания стопора ползун 4 с помощью гайки плотно прижимается к направляющей. Перед началом разливки гайка откручивается и стопор от всплывания удерживается пружиной. При нажатии вниз на рычаг вручную или с помощью гидравлического привода пружина сжимается, перемещая вверх ползун, траверсу и стопор. При этом пробка не должна выходить из гнезда, так как под действием архимедовых сил стопор может быть выброшен из металла. Последствиями могут быть несчастные случаи и аварийная разливка без перерыва струи при переездах вдоль разливочного состава.

Методы крепления пробки

Более надёжны стопоры с полыми охлаждаемыми стержнями, футеро-ванными высокоглинозёмистыми огнеупорными трубками. Охлаждается стержень стопора компрессорным воздухом, подаваемым по трубе, устанавливаемой внутрь стержня. Охлаждаемые стержни сохраняют жёсткость при длительном пребывании металла в ковшах. Служит стопор одну плавку, стержни после выравнивания используют 4-6 раз.

Рисунок 8.7 – Методы крепления пробки: а – анкерное; б – винтовое; 1 – шов кирпича; 2 – стержень; 3 – шамотная втулка; 4 – шплинт; 5 – огнеупорный цемент; 6 – соединительный болт; 7 – пробка

Качество слитков и заготовок во многом определяется конструкцией и материалом сталеразливочного стакана. Являясь одним из элементов дозирующего устройства, стакан должен обеспечить разливку стали с заданной скоростью компактной строго вертикальной струёй с минимальным развитием процессов вторичного окисления металла. С этой целью используются различные конструкции сталеразливочных стаканов и ряд приёмов разливки стали. Конструкцию разливочных стаканов и расположение их в ковше выбирают по результатам предварительного моделирования с учётом размера ковша, состава стали и необходимой скорости разливки.

Снижения турбулизации струи достигают закруглением углов на входе её в стакан, обеспечивая уменьшение сжатия струи и отрыва потока от стенок канала. При этом снижается вихреобразование, сопротивление движению жидкости в струе и захват воздуха металлом.

Снижения радиальной составляющей скорости, вызываемой кореолисовым ускорением, достигают применением каналов стаканов с увеличенным периметром их поперечного сечения. На практике кроме круглых чаще других применяют щелевые, крестовидные (рис.1.8) и овальные каналы стаканов. Рекомендованы также стаканы с укороченной цилиндрической частью или с юбкой.

Замена круглого канала в стакане овальным, щелевым или крестовидным позволяет существенно (до 1,5 раза) увеличить периметр поперечного сечения канала стакана и соответственно уменьшить величину критерия Еф, определяющего степень устойчивости струи.

где Sc – площадь сечения струи; p – плотность жидкости; V0 – скорость истечения жидкости из насадки; Lп – периметр сечения струи; – коэффициент межфазного натяжения.

Устойчивость струи обеспечивается при значении критерия Еф менее 15, а для круглого сечения канала стакана его величина превышает 35. Снижение значения этого критерия при использовании щелевого и крестовидного каналов приводит к значительному уменьшению количества захватываемого воздуха струёй.

Хорошие результаты при испытаниях в производственных условиях на ряде заводов при скоростной разливке крупных листовых слитков кипящей стали и сортовых слитков спокойной стали дал конфузорный щелевой стакан, а при обычной разливке спокойного металла - конфузорный крестовидный стакан (рис 8.8). При использовании этих стаканов устраняется приваривание слитков к поддонам и значительно снижается брак по пленам, расслою и поперечным трещинам, увеличивается выход годного. Но по мере .износа канал становится круглого сечения.

1Стабилизации струи разливаемого металла способствует применение стаканов с внутренней или внешней теплоизоляцией, обеспечивающих хоро-шую жидкотекучесть стали.

Рисунок 8.8 – Форма разливочных конфузорных стаканов

Предложены конструкции стаканов, наружная поверхность которых уплотняется силикатом натрия, а через пористый цирконосиликатный огнеупор по периметру канала стакана подаётся аргон. При этом на поверхности канала стакана образуется защитная плёнка аргона, обеспечивающая истечение металла без трения у стенок. Использование таких стаканов обеспечивает разливку жёсткой организованной струёй даже при недостаточной температуре металла и раскислении его большим количеством алюминия, цирконием и редкоземельными элементами.

Подачей регулируемого количества инертного газа в полость канала стакана можно реализовать и плавное изменение скорости разливки хорошо организованной струёй, а также нивелировать влияние на скорость разливки изменение напора металла по мере опорожнения сталеразливочного ковша.

Для непрерывной разливки широкое применение находят удлинённые погружные стаканы, предотвращающие контакт струи с воздухом и регулирующие направление потоков в кристаллизаторе, сокращая неблагоприятное тепловое воздействие на затвердевающую корку непрерывной заготовки и обеспечивающие лучшие условия для всплывания неметаллических включений.

Диаметры (приведенные диаметры) каналов разливочных стаканов в зависимости от вместимости ковша и необходимой скорости разливки могут быть от 30 до 140 мм. Длина канала составляет 120-440 мм. В соответствии с ГОСТ 5500-75 стаканы изготовляют шамотные, высокоглинозёмистые, магнезитовые, магнезитохромитовые, графитовые, цирконовые и комбинированные.

Шамотные стаканы имеют низкую износостойкость и значительно размываются струёй в процессе разливки, при этом увеличивается опасность загрязнения стали неметаллическими включениями особенно сильно увеличивается сечение канала шамотного стакана при разливке кипящих и марганцовистых сталей. Перегрев кипящей стали вызывает повышенное размывание канала стакана, а при значительном перегреве такой стали разливка может быть аварийной. При размывании настылей в канале стакана кислородом его диаметр также заметно увеличивается.

Спокойные углеродистые стали, раскисленные ферросилицием, значительно меньше разрушают шамотный стакан, а разливка сталей раскисленных большим количеством алюминия может вызвать зарастание канала образующейся настылью.

Наибольшее распространение получили стаканы из магнезита. Они практически не размываются, но, обладая высокой теплопроводностью, часто затягиваются особенно при разливке с небольшой скоростью легированных и высоколегированных марок стали. При этом приходится периодически промывать канал кислородом. Положительные результаты получают при покрытии магнезитовых стаканов низко теплопроводной шамотной обмазкой. Еще лучше шамотные стаканы с цирконовой или магнезитовой втулкой.

Выбор материала стакана для ковшей со стопором обуславливается ещё и тем, что сталеразливочный стакан и пробка стопора составляют единый комплект. Для надёжного и плотного перекрытия канала стакана поверхность одного из элементов комплекта в момент разливки должна находиться в пластическом состоянии при полном жёстком состоянии другого. Это достигается при различной огнеупорности и температуре начала деформации под нагрузкой. В комплекте из шамотной пробки и шамотного стакана возможно приваривание пробки к седловине стакана. При сочетании шамотной пробки и магнезитового стакана или вкладыша соединение получается наиболее удачным.

В настоящее время стопорные дозаторы применяются в основном в промежуточных ковшах, в которых условия работы стопора более благоприятны, чем в основных сталеразливочных ковшах. Из-за большой трудоёмкости футеровки, сушки и установки одноразовых стопоров, а также недостаточной надёжности для больших ковшей применяются в основном шиберные затворы.

Установка шиберного затвора на сталеразливочном ковшеВ зависимости от вариантов перекрытия канала стакана, прижатия плит, крепления затвора на плите и др. признаков существует большое разнообразие конструкций шиберных затворов. На рис.8.9 приведена схема типовой конструкции шиберного затвора.

Рисунок 8.9 – Установка шиберного затвора на сталеразливочном ковше: 1 – верхняя обойма; 2, 3 – верхняя и нижняя огнеупорные плиты; 4 – стакан-коллектор; 5 – металлическая обойма шибера; 6 – промежуточная плита; 7 – корпус блока; 8 – сталеразли-вочный стакан; 9, 10 – верхний и нижний гнездовой кирпич; 11 – установочный болт; 12 – гидроцилиндр; 13 – фланец сталеразливочного ковша

Верхняя неподвижная огнеупорная плита, находящаяся в металлической обойме, своим выступом входит в паз сталеразливочного стакана. Нижняя огнеупорная плита с коллектором, организующим и направляющим струю, вставлена в подвижную обойму, которая с помощью штока соединена с гидроцилиндром. Плиты тщательно пришлифованы одна к другой, а для облегчения скольжения рабочие поверхности покрывают графито-масляной смазкой или карбонитридом бора. Подвижная плита прижимается к неподвижной четырьмя нажимными болтами или пружинами чтобы предотвратить затекание в зазор между ними металла, так как малые количества затекающего металла быстро застывают и, затрудняя перемещение подвижной плиты, нарушают нормальную работу шибера. Перемещаясь с помощью гидравлического, электрического или пневматического механизмов, подвижная плита открывает, дросселирует и перекрывает канал затвора. Оптимальное усилие прижатия плит достигает до 100000Н (10т) при давлении в гидросистеме до 15МПа.

Шиберные затворы собирают, сушат, настраивают и подготавливают к плавке на специальных стендах и вместе с приклеенным стаканом с помощью манипулятора устанавливают снизу к днищу ковша, закрепляя двумя клиньями. Изнутри ковша гнездо вокруг ковшевого стакана затрамбовывают высокоглинозёмистой массой. К подвижной плите присоединяют гидроцилиндр и проверяют работу затвора. Канал затвора прочищают, затем перекрывают и заполняют засыпкой, предупреждающей затекание металла и облегчающей открывание затвора первый раз. В качестве засыпки используют в зависимости от наличия ставролит, дистенсилиманитовый концентрат, зольно-графитовую смесь, молотый кокс, песок в смеси с графитом, шамотный порошок, хромистую руду, магнезитовый порошок и др. Материал засыпки должен быть совершенно сухим и по возможности более тяжёлым. Чтобы материал засыпки не загрязнял разливаемую сталь, затвор открывают над резервной ёмкостью, а при сифонной разливке на лейку устанавливают конусный экран из картона, прожигаемый первыми порциями металла. Стойкость шиберных затворов в первую очередь зависит от качества огнеупорных плит. По условиям службы огнеупорные плиты должны обладать высокой механической прочностью, термостойкостью, устойчивостью против физико-химического воздействия жидких расплавов и высокой сопротивляемостью износу при трении поверхностей. Успешная разливка нескольких плавок возможна лишь при использовании дефицитных высококачественных огнеупорных плит, тщательной сборке и установке затвора, в котором деформация корпуса от термических напряжений конструктивно сведена до минимума. Указанным требованиям в большей мере отвечают плиты из плавленого периклаза и корундовые, пропитанные бакелитом. Успешно используют плиты с цирконовыми вставками, контактирующими непосредственно со струёй металла и шлака, которые служат до 17 плавок.

Широкое применение шиберных затворов в сталеплавильных цехах обусловлено значительными их преимуществами перед стопорными дозаторами. К ним относятся высокая надёжность работы и регулирования скорости разливки, быстрота установки, механизация и сокращение трудоёмкого процесса, облегчение условий труда при подготовке ковша и разливке плавки. Расположение затвора снаружи ковша и контактирование плит со струёй металла только в момент разливки позволяет разогревать футеровку ковша перед приёмом плавки вплоть до 1400oС, сокращать потери тепла металлом, увеличивать продолжительность пребывания металла в ковше во время внепечной обработки и разливки. Сокращение периода подготовки ковша в 2-3 раза увеличивает оборот ковшей в цехе, уменьшает их общее количество, повышает стойкость футеровки из-за снижения термических напряжений, снижает расход огнеупоров. Дополнительно сокращается расход сталеразливочного припаса с соответствующим уменьшением затрат на транспортировку и складирование, особенно при многократном использовании шиберных плит. Через шибер практикуется вдувание аргона и рафинирующих порошкообразных материалов.

К недостаткам скользящих шиберных затворов относятся:

  • продолжительность перекрытия отверстия во время разливки не должна превышать более 30 с, так как отверстие стакана перекрывается не сверху, а снизу и в нём застывает металл;
  • выше потери напора металла на трение струи и местные сопротивления, затрудняющие получение компактной струи в процессе регулирования скорости разливки;
  • недостаточно надёжно предотвращается затекание металла между плитами даже при весьма больших усилиях прижатия плит, усложняющих конструкцию шиберов;
  • дефицитность и невысокая стойкость огнеупорных плит, служба которых усугубляется термическими напряжениями, а также короблением огнеупоров и металлоконструкций;
  • затрудняется разливка стали через малые диаметры стаканов.

В связи с этим продолжается поиск новых конструктивных решений по дозирующим устройствам.

РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ