Смирнов А.Н., Сафонов В.М. и др. Металлургические мини-заводы

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 4. Непрерывная разливка стали на мини … 341

быстрой замены стакана-дозатора в случае его разрушения или

затягивания (рис. 4.10).

Рис. 4.10. Общая схема устройства для замены стака-

на-дозатора (конструкция фирмы «Intocast»)

Все такого рода конструкционные решения предполагают

расположение под днищем промковша специальной кассеты, по

крайней мере, из двух стаканов-дозаторов, быстрая установка ко-

торых в рабочее положение осуществляется с помощью специ-

ального привода. Такая схема обеспечивает снижение расходов

на огнеупоры из-за повышения длительности разливки из одного

промковша, уменьшение удельной доли

отходов металла по поя-

сам, концевой и головной обрези и остаткам в промковше. Кроме

того, благодаря обеспечению хорошей организации струи

повышается качество стали при разливке длинными сериями за

счет минимизации процессов вторичного окисления на участке

промковш-кристаллизатор.

Вместе с тем, применение устройства для быстрой замены

стакана-дозатора предполагает использование специальных доро

гостоящих огнеупорных изделий, что связано с необходимостью

342 Металлургические мини-заводы

обеспечения высокой точности контакта между сменным стака-

ном-дозатором и базовым стаканом промковша по всей плоско-

сти скольжения. Безусловно это увеличивает затраты на разлив-

ку.

Другим распространенным способом дозирования стали в

процессе ее разливки является применение схемы «стакан-

дозатор» - «стопор-моноблок». При этом расход металла регули-

руется положением головки стопора относительно

стакана-

дозатора. Между тем стойкость стакана-дозатора определяется

общей прочностью материала, препятствующей его разрушению

в процессе разливки, локальным разрушением стакана-дозатора в

зоне его контакта с головкой стопора (1), скалыванием материала

в месте контакта с погружным стаканом (2) и скоростью зараста-

ния его внутренней полости (3) неметаллическими и шлаковыми

включениями (

рис. 4.11 а).

Кроме того, при частой замене погружного стакана может

происходить частичное разрушение (скалывание) нижней части

стакана-дозатора. В этом случае происходит свободный подсос

воздуха во внутреннюю полость погружного стакана, что значи-

тельно повышает интенсивность вторичного окисления струи

стали.

Стакан-дозатор обычно изготавливают из корундографито-

вого материала методом изостатического прессования [324]. При

мерные свойства материала стакана-дозатора для разливки

длинными сериями приведены в табл. 4.3.

Для условий длительной разливки оказалось целесообраз-

ным верхнюю часть стакана-дозатора выполнять из более проч-

ного материала (того же, что и головка стопора). Уменьшение

скорости зарастания внутренней полости стакана-дозатора может

быть достигнуто с использованием специального керамического

«антиклоггингового

» покрытия, принцип действия которого за-

Глава 4. Непрерывная разливка стали на мини … 343

ключается в связывании оксидов алюминия, оседающих на по-

верхности стакана-дозатора, в легкоплавкие соединения. Уста-

новлено, что это покрытие в 2-3 раза повышает длительность ра-

боты погружного стакана без промываний кислородом. Вместе с

тем, скорость зарастания стакана-дозатора в немалой степени за-

висит от развития процессов вторичного окисления стали, что

предопределяет целесообразность

проведения мероприятий по

защите стали от взаимодействия с кислородом воздуха на участке

«сталеразливочный ковш – промковш».

Рис. 4.11. Схематическое представление характера износа

стакана-дозатора в процессе разливки (а) и конструк-

ции стакана для разливки сверхдлинными сериями (б): 1

– разрушения в зоне контакта с головкой стопора; 2 –

разрушения в зоне контакта с погружным стаканом; 3

– зарастание внутренней полости; 4 – эрозия вследст-

вие разрушения при контакте со струей стали

344 Металлургические мини-заводы

Таблица 4.3. Свойства корундографитового стакана-

дозатора

Химический состав

Si как SiO

TiO

O+ K

72 - 75 %

6 - 9 %

0,80 - 1,20 %

0,1 - 0,4 %

1,0 - 1,4 %

15 - 17 %

Физические свойства

Кажущаяся плотность 2,60-2,80 г/cм

Открытая пористость 16-19 %

Стопор-моноблок является составляющей функциональной

частью промковша МНЛЗ, обеспечивающей дозированную пода-

чу стали в кристаллизатор, перекрытие канала стакана-дозатора в

случае технологической необходимости, подачу аргона в струю

стали и пр. В большинстве случаев стопор-моноблок работает в

достаточно тяжелых условиях, сопровождающихся термически-

ми и внутренними напряжениями, механическими ударами и эро-

зионным разрушением [325, 326]. Следовательно, обеспечение

его высокой эксплуатационной стойкости представляется доста-

точно сложной технологической и производственной задачей,

требующей учета возможностей производителей такого рода ке-

рамики и технологических условий разливки.

Выполненные авторами в условиях ряда заводов Украины и

России промышленные тестирования стопоров-моноблоков раз-

личной конструкции и геометрической формы, различного хими-

Глава 4. Непрерывная разливка стали на мини … 345

ческого состава и произведенные различными огнеупорными

фирмами показали, что многие из них не соответствуют комплек-

су требований, обеспечивающих разливку сверхдлинными се-

риями [327]. Основными причинами выхода стопоров из эксплуа-

тации в ходе разливки являются:

• интенсивный эрозионный износ стопора в области шлако-

вого пояса, заканчивающийся его поломкой и потерей ру-

чья МНЛЗ

;

• эрозионный износ головки стопора, что препятствует нор-

мальному процессу истечения металла из промковша (раз-

рушение компактной формы струи и т.п.);

• поломка стопора в зоне его крепления со штангой стопор-

ного механизма в процессе эксплуатации из-за непрочно-

сти (или потери прочности) узла крепления, включающего

керамические и металлические

части;

• поломка стопора в нижней трети его длины из-за потери

механической прочности и жесткости в процессе эксплуа-

тации;

• подсос воздуха в месте крепления стопора и последующее

окисление углерода во внутренних слоях футеровки стопо-

ра, вызывающее её разупрочнение;

• коробление вилки, соединяющей штангу и стопорный ме-

ханизм, за счет

ее нагрева в процессе эксплуатации, что

приводит к некрытию (поломке) стопора в ходе разливки.

Как показывает статистический анализ, наиболее частой

причиной выхода стопора-моноблока из эксплуатации является

разрушение узла крепления. Следовательно, при выборе рацио-

нальной схемы крепления стопора и стальной штанги необходи-

мо принимать во внимание тот факт, что зона

фактического кре-

346 Металлургические мини-заводы

пления стопора находится длительное время в условиях воздей-

ствия агрессивной среды, повышенных температур, динамиче-

ских нагрузок и пр. Основными схемами крепления стопора яв-

ляются следующие:

• фиксирование стопора-моноблока с помощью расклини-

вающей вставки (рис.4.12 а);

• фиксирование поддерживающей штанги в теле стопора ке-

рамической гайкой, посаженной на специальный раствор,

что

позволяет перенести часть возникающих нагрузок на

торцовую поверхность стопора (рис.4.12 б);

• фиксирование штанги стопора посредством ввинчивания

поддерживающей штанги в металлическую гайку, которая

впрессована непосредственно в тело стопора еще при изго-

товлении (рис. 4.12 в-г);

• фиксирование поддерживающей штанги в теле стопора

ввинчивающейся металлической втулкой, в которой закре-

пляется штанга (

рис. 4.12 д).

Фиксирование стопора-моноблока с помощью металличе-

ского соединительного штыря (рис. 4.12 а) является наиболее ар-

хаичным и несоответствующим современным требованиям обес-

печения стабильности разливки стали на МНЛЗ. В этом типе со-

единения все механические нагрузки, возникающие при откры-

тии и закрытии стопора, воздействуют на сравнительно малую

поверхность металлического соединительного штыря

, что часто

приводит к механическим поломкам [328]. Кроме того, в этом

случае очень сложно обеспечить газонепроницаемость соедине-

ния. С учетом отсутствия возможности вдувания аргона через

внутреннюю полость стопора этот метод, видимо, следует при-

знать неконкурентоспособным с точки зрения литья длинными

сериями.

Глава 4. Непрерывная разливка стали на мини … 347

а б в г д

Рис. 4.12. Схематическое представление методов крепления

стопора-моноблока и штанги стопорного меха-

низма: а – с помощью расклинивающей вставки; б

– посредством керамической гайки, посаженной

на раствор; в – посредством впрессованной ме-

таллической гайки; г – посредством впрессован-

ной керамической гайки; д – посредством ввинчи-

вающейся металлической втулки

Как видно из сравнительного анализа, приведенного в

табл._4.4, остальные способы крепления стопора и металлическо-

го стержня подъемного механизма имеют определенные эксплуа-

тационные достоинства и недостатки.

Обобщая данные анализа, заметим, что применение впрес-

сованных в тело стопора гаек (металлических или керамических)

упрощает сборку стопора в цехе, но при этом создаются

опреде-

348 Металлургические мини-заводы

ленные условия для повышенных внутренних напряжений в мес-

те расположения гайки. Применение такого способа крепления

ослабляет прочность и может приводить к выходу стопора из

строя.

Таблица 4.4. Сравнение функциональных возможностей

различных способов крепления стопоров и

металлической штанги

Способ

крепления

Условия

сборки

Точность

расположе-

ния стопора

Условия работы

узла крепления

1 2 3 4

Фиксирование ме-

таллической штан-

ги в теле стопора

керамической гай-

кой, посаженной на

специальный рас-

твор

монтаж

стопора

требует

дополни-

тельных

трудоза-

трат в

цехе

обеспечива-

ется требуе-

мая точ-

ность сбор-

ки за счет

монтажного

цемента

равномерное рас-

пределение напря-

жений за счет пе-

реноса части воз-

никающих нагру-

зок

на торцовую

поверхность сто-

пора

Фиксирование

штанги стопора

посредством ввин-

чивания поддержи-

вающей штанги в

металлическую

гайку, которая

впрессована непо-

средственно в тело

стопора при изго-

товлении

монтаж

стопора

упрощен

точность

сборки зави-

сит от каче-

ства уста-

новки гайки;

возможность

коррекции

положения

гайки и

штанги от-

сутствует

повышенные внут-

ренние напряжения

в зоне расположе-

ния металлической

гайки вследствие

различных коэффи-

циентов темпера-

турного расшире-

ния; повышенная

масса стопора (5-

7%)

Глава 4. Непрерывная разливка стали на мини … 349

Продолжение табл. 4.4

3 4

Фиксирование

штанги стопора

посредством ввин-

чивания поддер-

живающей штанги

в керамическую

гайку, которая

впрессована непо-

средственно в тело

стопора при изго-

товлении

монтаж

стопора

упрощен

точность

сборки зави-

сит от каче-

ства уста-

новки гайки;

возможность

коррекции

положения

гайки и

штанги от-

сутствует

повышенные внут-

ренние напряжения

в зоне расположе-

ния металлической

гайки вследствие

различных коэффи-

циентов темпера-

турного расшире-

ния; дополнитель-

ные затраты на гай-

ку (2,5-3,0% от це-

ны стопора); повы-

шенная масса сто-

пора (5-7%)

Фиксирование

поддерживающей

штанги в теле сто-

пора ввинчиваю-

щейся металличе-

ской втулкой, в ко-

торую ввинчивает-

ся штанга

монтаж

стопора

упрощен

точность

сборки зави-

сит от каче-

ства уста-

новки гайки;

возможность

коррекции

положения

гайки и

штанги дос-

тигается за

счет подбор

втулки

повышенные внут-

ренние напряжения

в зоне расположе-

ния металлической

втулки вследствие

различных коэффи-

циентов темпера-

турного расшире-

ния; дополнитель-

ные затраты на гай-

ку (2,5-3,0% от це-

ны стопора)

350 Металлургические мини-заводы

С целью оценки условий работы узла крепления стопора

выполнен комплекс лабораторных исследований с использовани-

ем поляризационно-оптического метода, позволяющего получать

распределение и величину напряжений в различных деталях без

их разрушения [329]. Из теории поляризационно-оптического ме-

тода известно, что в монохроматическом свете будет виден ряд

темных и светлых полос, определенным образом связанных

картиной распределения напряжений в модели. Затемнение полу-

чается в соответствующем месте экрана при взаимно перпенди-

кулярном расположении плоскостей поляризации поляризатора и

анализатора при совпадении в данной точке модели направления

главных нормальных напряжений с направлениями плоскостей

поляризации.

В лабораторных экспериментах использовались плоские

прозрачные модели узла крепления стопора-моноблока, изготов-

ленные

из оптически чувствительного материала (эпоксидной

смолы) в масштабе 1:2 и 1:5. Для определения разности главных

напряжений использовали метод полос, основанный на примене-

нии материалов с высокой оптической активностью и монохро-

матического света (ртутной лампы). При этом наблюдение за об-

разованием картины полос осуществляли в процессе постепенно-

го нагружения модели. Получаемые картины полос фиксирова

лись с помощью цифровой камеры с высокой разрешающей спо-

собностью. Последующая обработка полученных данных осуще-

ствлялась на персональном компьютере, а связь между оптиче-

ским эффектом и разностью главных напряжений определялась в

соответствии с законом Вертгейма.

На рис. 4.14 приведены некоторые данные, иллюстрирую-

щие отношение между уровнем главных напряжений в теле сто-

пора при его креплении к штанге подъемного механизма посред-