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

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 4. Непрерывная разливка стали на мини … 351

ством впрессованной металлической гайки и посредством кера-

мической гайки, посаженной на раствор.

0,2

0,4

0,6

0,8

1,2

1,4

1,6

1,8

12345678

Номер точки измерения напряжений

Величина отношения напряжений

напряжения после сборки стопора

напряжения при перекрытии отверстия стакана-дозатора

напряжения при перекосе стопора относительно вертикальной оси

Рис. 4.14. Соотношение уровня главных напряжений при креп-

лении стопора к штанге подъемного механизма посред-

ством впрессованной металлической гайки и посредст-

вом керамической гайки, посаженной на раствор

Напряжения измеряли в горизонтальном сечении, распо-

ложенном на уровне верхнего торца впрессованной гайки. Это

сечение, на наш взгляд, является одним из наиболее критических

с точки зрения уровня внутренних напряжений. Точки замера

значений главных напряжений располагались на линии диаметра

окружности равномерно от поверхности стопора (точки 1 и 8) к

его оси (точки 4 и 5).

352 Металлургические мини-заводы

В целом в результате выполненных исследований установ-

лено, что уровень внутренних напряжений на 50 - 80% выше в

случае применения впрессованной в тело стопора металлической

гайки. Видимо, это следует объяснять тем фактом, что впрессо-

ванная гайка жестко контактирует с керамическим материалом

тела стопора. Между тем металлическая гайка имеет значительно

более высокие показатели прочности и

твердости, чем основной

керамический материал, что в совокупности с более высоким ко-

эффициентом линейного и объемного расширения способствует

развитию высокого уровня внутренних напряжений. Безусловно,

при сложении внутренних напряжений с эксплуатационными

(удары, перекосы, вибрации и т.п.) в стопоре могут образовы-

ваться внутренние трещины и сколы, которые, в конечном счете

приводят

к выходу стопора из строя и аварийной остановке

МНЛЗ.

Характерные картины нагружения стопора-моноблока (за-

прессованная гайка), полученные поляризационно-оптическим

методом, представлены на рис. 4.14 а-в.

Как видно из приведенных данных, уровень главных на-

пряжений в модели стопора с впрессованной гайкой во всех слу-

чаях оказывается более высоким. Это объясняется

тем, что при-

менение металлической (или керамической) запрессованной гай-

ки изначально предполагает более сложное напряженное состоя-

ние окружающего ее материала стопора: в местах сопряжения

гайки с материалом стопора образуются зоны с большим числом

концентраторов напряжений. При перекрытии стопором отвер-

стия стакана-дозатора даже незначительные перекосы в положе-

нии керамического стержня вызывают

существенное увеличение

напряжений в верхней его части, что, в конечном счете, приводит

к разрушению (скалыванию) стопора (рис. 4.14 г).

Глава 4. Непрерывная разливка стали на мини … 353

Рис. 4.14. Характерные поляризационно-оптические карти-

ны нагрузок стопора-моноблока в месте крепле-

ния (запрессованная гайка): а – после сборки; б и в

– при прижатии стопора к поверхности стакана-

дозатора; г – при перекосе стопора (разрушение)

354 Металлургические мини-заводы

При креплении стопора керамической гайкой, посаженной

на раствор, обеспечивается некоторое демпфирование возни-

кающих нагрузок за счет пластичности связующего раствора.

Фактически благодаря связующему раствору происходит «раз-

грузка» внутреннего напряженного состояния стопора, что обес-

печивает его повышенный эксплуатационный ресурс.

В последнее десятилетие ведущие европейские производи-

тели изостатических стопоров-моноблоков «Stawerma» (Герма-

ния),

Везувиус (Бельгия), «Foseco» (Великобритания) стремятся

использовать концепцию зонального упрочнения материала сто-

пора в зависимости от характера разрушения той или иной зоны.

Свойства материала тела стопора представлены в табл. 4.5. При

этом для головки стопора используется материал с повышенным

содержанием 70-75% Al

, который в большей степени противо-

стоит эрозионному износу в условиях быстро движущихся пото-

ков металла. Кроме того, для рабочей пары «головка стопора -

стакан - дозатор» разработана оптимальная геометрия соприка-

сающихся частей, позволяющая обеспечить рациональное исте-

чение металла из стакана-дозатора. Для стали, обработанной

кальцием, рекомендуется использовать головку стопора из магне-

зит

содержащего материала.

Прочность остальных частей стопора-моноблока достига-

ется за счет выбора рационального состава материала и режимов

изостатического прессования. При этом, учитывая тот факт, что

повышенный износ стопора происходит в зоне шлакового пояса,

максимальный диаметр стопора, соответствующий требуемому

циклу эксплуатации, рекомендуется задавать именно для зоны

шлакового пояса и расположенной выше

области крепления сто-

пора. С целью снижения массы и себестоимости стопора его диа-

метр в зоне, расположенной ниже шлакового пояса может быть

уменьшен на 15 – 25 %.

Глава 4. Непрерывная разливка стали на мини … 355

Таблица 4.5. Свойства корундографитового стопора-

моноблока

Химический состав

Si как SiO

TiO

O+ K

50 - 60 %

11 - 14 %

0,80 - 1,20 %

0,1 - 0,4 %

1,0 - 1,4 %

28 - 33 %

Физические свойства

Кажущаяся плотность 2,40 - 2,50 г/cм

Открытая пористость 14 - 16 %

В настоящее время на ряде заводов мира вместо стопора-

моноблока в промковше применяется трехплитный шиберный за-

твор [330-332]. В СНГ такую схему успешно применяют на Ос-

кольском электрометаллургическом комбинате (г. Старый Ос-

кол, Россия). В целом, как показывает практика, трехплитный

шиберный затвор может при определенных условиях обеспечить

разливку сериями 8-9 плавок, что

заметно уступает показателям,

которые достигаются при использовании стопоров-моноблоков.

Основным лимитирующим звеном является зарастание (клог-

гинг) внутренней полости сталепроводящего канала, протяжен-

ность которого в случае с шиберным затвором увеличивается в

несколько раз.

Между тем применение шиберных затворов в определен-

ной степени изменяет условия разливки, что может оказывать

356 Металлургические мини-заводы

влияние как на сам процесс литья, так и на качество непрерывно-

литой заготовки. Особенно это относится к процессу старта

МНЛЗ и регулированию расхода металла в ходе разливки.

Характерной особенностью конструкции шиберного затво-

ра промковша является стремление по возможности увеличить

внутреннее сечение стакана-дозатора по отношению к реально

требуемому сечению для обеспечения

соответствующего расхода

стали. При этом реальное сечение стакана-дозатора может быть

больше требуемого в 5-10 раз. Соответственно, процесс регули-

рования расхода металла осуществляется за счет изменения по-

ложения средней плиты шиберного затвора.

При использовании шиберного затвора (рис.4.15) начало

разливки осуществляют либо с открытым каналом и всплываю-

щим блоком 1, либо с

закрытым каналом (при наполнении пром-

ковша), в который непрерывно подается аргон (или смесь аргона

с кислородом) через специальную вставку в плите 5. Однако, в

обоих случаях выход на номинальную скорость разливки проис-

ходит более медленно в силу инерционности привода шиберного

затвора. Это, в конечном счете, увеличивает отходы стали с го-

ловной

обрезью.

В целом по сравнению с разливкой со стопором-

моноблоком разливка из промковша через трехплитный шибер-

ный затвор имеет следующие достаточно серьезные функцио-

нально-технические недостатки:

• при разливке через трехплитный шиберный затвор удлиня-

ется система каналов от промежуточного ковша до по-

гружного стакана, что повышает вероятность ее зараста-

ния;

учитывая большую протяженность этих каналов,

представляется практически невозможным осуществление

операции промывания канала с помощью кислорода;

Глава 4. Непрерывная разливка стали на мини … 357

Рис. 4.15. Схема разливки стали через трехплитный шибер-

ный затвор: 1 – всплывающая керамическая труба; 2 –

гнездовой блок; 3 – коллектор с пористым кольцом для

подачи аргона; 4 – верхняя плита; 5 – плита с порис-

той вставкой для старта МНЛЗ по схеме с закрытым

каналом; 6 – подвижная плита; 7 – нижняя плита; 8 –

погружной стакан; 9 – тело погружного стакана в об-

ласти шлакового пояса

• поскольку регулирование расхода металла в шиберном за-

творе осуществляется за счет изменения положения сред-

ней плиты, то в ходе такого дросселирования происходит

358 Металлургические мини-заводы

разрушение компактной геометрической формы струи, ее

разбрызгивание и разрушение огнеупоров, входящих в

контакт со струей;

• наличие определенного зазора между плитами шиберного

затвора является дополнительным источником подсоса

воздуха (вторичного окисления) в струю стали, что осо-

бенно негативно проявляется при разливке вакуумирован-

ных марок стали и стали с повышенным содержанием

алюминия;

•

при разливке через трехплитный шиберный затвор в силу

инерционности привода «загрубляется» система автома-

тического поддержания уровня металла в кристаллизато-

ре, что приводит к большим рабочим амплитудным значе-

ниям и, возможно, к снижению качества поверхности.

Важнейшим функциональным элементом, обеспечиваю-

щим подвод металла в кристаллизатор является погружной ста-

кан, который стыкуется с нижним торцом стакана-дозатора. По

существу, погружной стакан защищает металл от вторичного

окисления на участке «промковш–кристаллизатор», предотвра-

щает загрязнение заготовки включениями шлакообразующей

смеси, расположенной на зеркале металла в кристаллизаторе и

обеспечивает подвод струи под

уровень в кристаллизаторе, спо-

собствуя рациональной организации движения конвективных по-

токов в жидкой ванне. Для повышения эффективности защиты

стали от вторичного окисления на практике применяют совме-

щенные погружные стаканы, устанавливаемые непосредственно в

промковше (рис. 4.16).

Глава 4. Непрерывная разливка стали на мини … 359

Рис. 4.16. Общая схема размещения стопора-моноблока и со-

вмещенного погружного стакана в промковше

Обычно погружные стаканы работают в режиме непрерыв-

ной разливки методом «плавка на плавку». Соответственно, ос-

новными требованиями, которые предъявляются к погружным

стаканам, являются высокая прочность при высокой температуре

и стойкость к эрозии и коррозии под действием металла и шлако-

образующих смесей. Любая замена погружного стакана для сор-

товых МНЛЗ представляется

достаточно сложной операцией, ко-

торая предполагает не просто замену изделия, но также подъем

промковша (и, соответственно, сталеразливочного ковша). Каж-

дая замена погружного стакана в ходе разливки, вызванная его

разрушением или зарастанием внутренней полости, предполагает

360 Металлургические мини-заводы

остановку на некоторое время соответствующего ручья МНЛЗ,

что впоследствии требует вырезания из заготовки той части, ко-

торая находилась в процессе замены непосредственно в кристал-

лизаторе. Поэтому частая замена погружных стаканов не просто

нарушает технологический ритм разливки, но также повышает

отходы металла и снижает выход годного на 1 - 2 %.

В зависимости от условий разливки

различают прямоточ-

ные и глуходонные погружные стаканы. Глуходонные погружные

стаканы могут иметь 2 или 4 боковых отверстия, которые выпол-

няются под углом к зеркалу металла. Угол может колебаться от

+10° до – 25-30°.

Основной причиной выхода погружных стаканов из экс-

плуатации является эрозионный износ в зоне шлакового пояса

(1), зарастание внутренней полости в зоне

выходного отверстия

(2) и растрескивание верхней части изделия (3), связанное с под-

сосом воздуха в стык между стаканом-дозатором и погружным

стаканом (рис.4.17 а), а также образование продольных сквозных

трещин при термоударе (недостаточном подогреве стакана перед

разливкой).

Одним из огнеупорных материалов, который используется

для производства погружных стаканов, является плавленый (или

аморфный) кремнезем [333, 334]. Исходным материалом при

этом является кварц высокой чистоты (≥99% SiO

), который пла-

вится, а потом быстро охлаждается для предотвращения образо-

вания кристаллической структуры. Спекание осуществляется при

температуре, достаточной для образования связи между отдель-

ными зернами.

Вместе с тем, кварцевый погружной стакан обеспечивает

разливку 1 - 3 плавок. При этом для стали с повышенным содер-

жанием марганца такое изделие использоваться не может, по-