Спосіб сифонного розливу сталі

Изобретение относится к черной металлургии, в частности, к те хнологии отливки стальных слитков сифоном и может быть использовано в сталеплавильных и сталелитейных металлургических и машиностроительных предприятиях. Известен способ сифонной разливки стали в сквозные уширенные книзу изложницы с подачей металла в каждую изложницу через отверстие в трубке сифонной концевой, уложенной в ручье поддона. Этот способ позволяет уменьшить трудоемкость подготовки сталеразливочного состава к плавке и расход огнеупоров, но сопряжен с повышенными потерями металла на технологическую донную обрезь. При отливке таких слитков имеет место повышенная отбраковка слитков по поверхностным дефектам и дефектам макрои микроструктуры, обусловленная большой энергией и фонтанированием струи металла в начале наполнения изложницы сталью. На возникновение и развитие перечисленных дефектов оказывают существенное влияние обратные циркуляционные потоки, отрицательно влияющие на эксплуатационную долговечность изложниц. Известен способ сифонной разливки стали в уширенные кверху глуходонные изложницы с подачей металла в каждую изложницу через отверстие в трубке сифонной концевой, уложенной в поддоне. Однако этот способ имеет целый ряд существенных недостатков, в том числе: большую тр удоемкость подготовки сталеразливочных составов к плавке; повышенный расход огнеупоров, а также металла с литниками и обрезью. Наполнение изложницы сталью через огнеупорный стаканчик, изготовленный из материала с низкой теплопроводностью и установленный в дне изложницы, приводит к фонтанированию струи и барботажу стали, а также ее интенсивной циркуляции у стенок изложницы как в начале, так и в процессе наполнения изложницы сталью. Это приводит к возникновению и развитию на слитках поверхностных дефектов (плен, раковин, трещин и др.), неоднородности макро- и микроструктуры по высоте слитков и пораженности нижней части слитков неметаллическими включениями, размыву донной части изложницы и стенок, преждевременному выходу и х из эксплуатации, нетранзиту слитков из-за заклинивания их деформирующимися стенками изложниц. Попытка снижения скорости наполнения изложницы сталью для уменьшения влияния этих факторов на качество поверхности слитков приводит к увеличению продолжительности разливки плавки из ковша, что влечет за собой необходимость перегрева металла в печи, перерасходу ферросплавов, снижению стойкости футеровки стальковша, дополнительному насыщению металла газами и неметаллическими включениями из футеровки ковша и сифонной проводки. К числу недостатков этого способа следует отнести также необходимость соответствия размеров отверстия в стаканчике для изложницы и трубке сифонной концевой, что усложняет работу по наборке составов и является наиболее аварийно опасным местом во время разливки стали. Попытки усовершенствовать способ сифонной разливки стали сводятся, в основном, к регулированию скорости наполнения изложниц сталью. Так, авторы авт. св. СССР №1538987 номинальную скорость заливки меняют по высоте изложницы, при этом 10 - 15% высоты заливают со скоростью 0,4 - 0,6, последующие 70 - 80% высоты со скоростью 1,0 - 1,2, а остальную часть со скоростью 0,3 - 0,5 от номинальной. Авторы авт. св. СССР №1688972 все центровые, через которые производится разливка данного ковша с металлом, делят на 3 группы; при этом в 1 - й группе, состоящей из 10 - 15% и в 3 - й группе, состоящей из 20 - 30% общего количества центровых, скорость заливки изложниц по высоте всех 3 - х участков увеличивают соответственно в 1,15 - 1,21 и 1,32 раза по сравнению со скоростью заливки аналогичных участков 2 - й группы центровых. Общим недостатком рассмотренных способов сифонной разливки стали является высокая энергия и турбулизация струи при входе и наполнении изложницы сталью, способствующие возникновению и развитию дефектов слитка и отрицательно влияющих на эксплуатационную долговечность изложниц. Наиболее близким по достигнутому эффекту является способ-прототип (Огурцов А.П, Бродский С.С. Повышение качества металлопродукции при сифонной разливке стали под шлаком через расширяющуюся литниковую систему // Сталь. 1994. - №1). Суть способа сводится к уменьшению высоты стаканчика для изложницы и увеличения диаметра его выходного отверстия, через который сталь поступает в изложницу. По мнению авторов, это способствовало существенному уменьшению фонтанирования струи металла в начальный момент разливки и позволило зону циркуляции приблизить к срезу стаканчика. Снижение энергии входящей в изложницу струи металла и быстрое ее раскрытие привели к заметному уменьшению захвата смеси с поверхности бурлящим металлом, увеличению скорости наполнения изложниц сталью до 500мм/мин, резкому сокращению продолжительности наполнения тела слитка с 5мин 40с до 3мин 15с, что не привело к ухудшению качества поверхности слитка и увеличению расхода металла на обрезь. Однако авторы этого способа не ушли от традиционного способа разливки стали через стаканчик для изложницы с присущими ему недостатками. В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать сифонный способ разливки стали таким образом, чтобы он способствовал сокращению продолжительности разливки плавки, уменьшению поверхностных дефектов, улучшению макро- и микроструктуры стали по высоте и сечению слитков, снижению расхода металла на передел и повышению эксплуатационной долговечности изложниц. Поставленная задача решается путем снижения турбулизации струи при поступлении стали в изложницу, уменьшения высоты зоны обратных циркуляционных потоков, отрицательно влияющих на микроструктур у стали и чугуна и долговечность изложниц. Сущность изобретения состоит в том, что наполнение изложниц, установленных на поддоне, сталью осуществляют через вертикальное отверстие трубки сифонной концевой и отверстие в дне изложницы с весовой скоростью (6,5 8,5)т/мин. При этом диаметр отверстий в дне изложницы превышает диаметр вертикального отверстий трубки сифонной концевой в 5 - 8 раз. Общими с прототипом существенными признаками изобретения являются: многоместный поддон с каналами т сифонной проводкой; трубка сифонная концевая с вертикальным отверстием; изложница глуходонная с отверстием в донной части. Отличительными от прототипа признаками являются: отсутствие огнеупорного стаканчика в дне изложницы; более широкий диапазон весовых скоростей наполнения изложниц сталью; наличие промежуточной емкости в дне изложницы, наполняемой сталью перед по ступлением ее в основную часть изложницы. Дополнительными признаками являются: диаметр вертикального отверстия трубки сифонной концевой и отверстия в дне изложницы взаимосвязаны между собой и скоростью наполнения изложницы сталью; скорость наполнения, изложницы сталью и сечение литниковой системы (центровой, сифонной проводки и выходных отверстий трубок сифонных концевых) взаимосвязаны со скоростью наполнения и общей продолжительностью изложницы сталью. Между существенными признаками и техническим результатом обеспечением скоростной безнапорной разливки стали и управление процессом получения слитков с качественной поверхностью и удовлетворительными макро- и микроструктурой существуе т причинно-следственная связь. Наполнение изложниц сталью непосредственно через вертикальное отверстие сифонной концевой трубки и отверстие в дне изложницы способствует значительному уменьшению фонтанирования струи стали в начальный момент наполнения изложницы, разливке стали с уменьшением зоны циркуляции и обратных циркуляционных потоков, приводящих к максимальным тепловым нагрузкам стенок изложницы в зоне их действия и отрицательно влияющих на прочность корочки слитка, качество поверхности и микроструктуры стали, стойкость изложниц. Кроме того, снижение энергии входящей в изложницу струи и быстрое ее раскрытие приводят к устранению такого явления, как захват смеси бурящим металлом, нарушение целостности корочки на поверхности стали. Такая система подвода позволяет разливать сталь с увеличенной скоростью наполнения изложниц сталью, т.к. уменьшение энергии циркуляционных потоков, в т.ч. в критическом сечении, способствует ламинарному движению стали на протяжении всего периода разливки без размыва дна изложницы и стенок. Не менее важным является и то, что при заявленном способе наполнения изложницы сталью включается в систему теплоотвода теплоаккумулирующая способность поддона и донной части изложницы, которая в известных способах была изолирована от струи стаканчиком для изложницы, выполненной, как правило, из термостойкого материала с очень низкой теплопроводностью. Донная часть глуходонной изложницы без стаканчика и при заданном диаметре отверстия с поддоном забирают значительную часть тепла поступающей стали как в первоначальный период, так и на протяжении всего наполнения изложницы сталью, что приводит к уменьшению воздействия высоких температур стали на внутреннюю поверхность стенок изложниц, более интенсивному теплоотводу, образованию более толстой корочки затвердевающего слитка, создает условия для получения прочной оболочки в месте действия максимального ферростатического давления. Это способствует получению слитков без дефектов поверхности с минимальным расходом металла на передел и максимальной эксплуатационной долговечностью изложниц. Поэтому увеличение скорости наполнения изложницы более 8,5т/мин нецелесообразно из-за того, что это приведет к увеличению энергии входящей в изложницу стр уи металла, способствует ее турбулизации с появлением обратных циркуляционных потоков на определенной высоте изложницы. Турбулизация струи и обратные циркуляционные потоки приводят, как правило, к ухудшению качества поверхности слитков в донной части, увеличению неоднородности макро- и микроструктуры стали по высоте слитков, резкому снижению долговечности изложниц из-за интенсивного их разгара в зоне обратных циркуляционных потоков, заклиниванию слитков деформирующимися стенками изложниц. Устанавливать скорость наполнения изложниц сталью меньше 6,5т/мин также нецелесообразно, т.к. это приведет к увеличению продолжительности разливки плавки изложницы, что повлечет за собой ухудшение качества стали из-за насыщения неметаллическими включениями из сифонной проводки, футеровки центровой и ковша. Увеличение продолжительности разливки плавки приведет, в свою очередь, к необходимости перегрева ее в печи, дополнительному угару элементов, перерасходу ферросплавов с целью получения заданного химсостава и физикомеханических свойств стали. Скорость наполнения изложницы сталью и общая продолжительность разливки плавки тесно взаимосвязаны между собой и диаметрами вертикального отверстия трубки концевой сифонной, а также отверстия в донной части изложницы, через которое сталь поступает в изложницу, где формируется вид движения стали. От соотношения этих диаметров зависит наличие ламинарной или турбулентной формы движения стали в первый момент наполнения стали изложницы, будет ли захватыва ться и запутываться смесь поступающей в изложницу с сталью. Рели диаметр отверстия в дне изложницы превышает диаметр вертикального отверстия трубки сифонной концевой больше, чем раз, то здесь может быть два отрицательных момента. Первое это диаметр вертикального отверстия трубки сифонной концевой недопустимо мал и, в этом случае, резко возрастет энергия входящей струи стали в изложницу. А это приведет к турбулизации струи, появлению зоны обратных циркуляционных потоков с известными отрицательными последствиями для качества поверхности стали, макро- и микроструктуры и физико-механических свойств стали, а также эксплуатационной долговечности изложниц. Второй момент - это когда диаметр в донной части изложниц слишком большой по отношению к диаметру вертикального отверстия трубки сифонной концевой. В этом случае отверстие в донной части не будет играть роль промежуточной емкости, влияющей на формирование вида движения поступающей струи. В этом случае струя принимает турбулентный характер движения с вытекающими отрицательными последствиями на качество поверхности слитков и долговечность изложниц. Кроме того, донная часть уже не будет отбирать часть тепла от поступающей стали ввиду недостаточной ее теплоаккумулирующей способности. Это приведет к появлению трещин и плен на донной поверхности слитков, к отбраковке части этих слитков по этим дефектам. Из-за недостаточной теплоаккумулирующей способности начнется разрушение донной части изложницы на ранних этапах эксплуатации, что приведет к ухудшению качества поверхности слитков в районе дна, преждевременному выходу изложниц из строя. Если диаметр отверстия в дне изложницы превышает диаметр вертикального отверстия в тр убке сифонной концевой меньше, чем в 5 раз, то это может привести к тому, что резко возрастет энергия входящей струи стали в изложницу. Ее движение примет турбулентный характер с обратными циркуляционными потоками, захватом и запутыванием смеси, перегревом стенок изложниц в зоне обратных циркуляционных потоков. Это повлечет за собой резкое ухудшение качества поверхности слитков в районе дна, отбраковке части слитков по поверхностным дефектам, сокращению срока службы изложниц. Осуществляют способ следующим образом. В отделении подготовки сталеразливочных составов выполняют стандартную наборку многоместных поддонов для сифонной разливки стали. Над вертикальным отверстием трубки сифонной концевой устанавливают изложницу, диаметр отверстия в донной части которой в5 - 8 раз превышает диаметр вертикального отверстия в тр убке сифонной концевой. Таким образом устанавливают на каждый поддон и весь состав, расчетное количество изложниц. Собранный состав подают на разливочную площадку мартеновского цеха, где идет разливка стали сифоном через центровые в соответствии с требованиями действующи х те хнологических инструкций. В 1995 году в мартеновском цехе Мариупольского металлургического комбината "Азовсталь" произведена промышленная партия рельсов типа Р65 по ГОСТ 24182 из стали М76т, разлитой в уширенные кверху изложницы глуходонные с применением заявляемого способа. Было отлито свыше 7000 тонн слитков (таблица). Сталеразливочные составы были укомплектованы 24 изложницами, установленными на 8 - ми местных поддонах. Разливка стали осуществлялась под перлитографитовой смесью с расходом 2,0 - 2,5кг/т, которая в бумажных мешках укладывалась на дно изложниц. Температура стали в печи перед раскислением составляла 1585 - 1620°C, в ковше после выпуска плавки 1520 1550°C. Отсортировка заготовок по металлу, отлитому с применением заявляемого способа составила 2,12%; на металле сравнительных плавок - 5,86%. Отсортировка закаленных рельсов по дефектам металла, отлитого с применением заявляемого способа составила 6% против 9 - 12% из металла текущего производства. Продолжительность разливки плавки при этом сократилась на 12,0мин, эксплуатационная долговечность изложниц повысилась. Опробование заявляемого способа разливки стали в мартеновском цехе комбината "Азовсталь" подтвердило правильность выбранных параметров способа сифонной разливки стали. Таким образом, применение заявляемого способа разливки стали способствует улучшению качества поверхности слитков и готового проката, снижению расхода металла на передел, повышению эксплуатационной долговечности изложниц с одновременным сокращением продолжительности разливки плавки.