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

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 4. Непрерывная разливка стали на мини … 361

скольку плавленый кремнезем интенсивно изнашивается и может

выдержать не более 30 - 40 минут [335].

Рис. 4.17. Схематическое представление характера износа по-

гружного стакана в процессе разливки (а) и конструкции

погружного стакана для разливки сверхдлинными серия-

ми (б): 1 – эрозия в зоне шлакового пояса; 2 – зарастание

внутренней полости неметаллическими включениями; 3

– растрескивания в зоне контакта со стаканом-

дозатором; 4 – эрозионный износ в зоне истечения струи

а) б)

Наиболее высокую эксплуатационную стойкость обеспе-

чивают корундографитовые погружные стаканы, усиленные спе-

362 Металлургические мини-заводы

циальным цирконовым поясом в зоне контакта со шлакообра-

зующей смесью (рис. 4.18 б), что при определенных технологиче-

ских мероприятиях может обеспечить длительность их работы на

уровне, соответствующем длительности эксплуатации футеровки

промковша и стопора-моноблока (12 - 15 плавок).

Однако, как показали промышленные эксперименты, тех-

нологическая стойкость погружного стакана в этом случае лими-

тируется скоростью зарастания

его внутренней полости оксидами

алюминия, кремния и пр. При этом выход погружного стакана из

эксплуатации может происходить уже через 2,5 - 3 плавки. Для

повышения срока эксплуатации погружного стакана могут быть

рекомендованы следующие мероприятия [336 - 338]:

а) уменьшение вторичного окисления стали за счет предот-

вращения подсоса кислорода воздуха в стык между стака-

ном-дозатором и

погружным стаканом посредством обдува

аргоном места стыка;

б) использование специального «антиклоггингового» покры-

тия внутренней полости погружного стакана;

в) вдувание аргона во внутреннюю полость погружного ста-

кана через стопор-моноблок с целью адсорбции оксидов

алюминия и создания нейтральной атмосферы в полости

погружного стакана;

г) предотвращение преждевременного разрушения стакана-

дозатора и головки стопора

, что нарушает движение струи

в погружном стакане (скольжение металла по стенке, раз-

брызгивание и пр.).

В целом применение изостатически прессуемых корундо-

графитовых погружных стаканов, усиленных в зоне контакта со

шлаком цирконовым поясом (ZrO

= 65-70%; SiO

= 13-17%; C =

11-15%), является наиболее перспективным и экономически

обоснованным методом защиты стали между промковшом и кри-

Глава 4. Непрерывная разливка стали на мини … 363

сталлизатором МНЛЗ. Свойства материала тела погружного ста-

кана представлены в табл.4.6.

Таблица 4.6. Свойства корундографитового погружного

стакана

Химический состав

Si как SiO

TiO

O+ K

70 - 75 %

6 - 9%

0,80 - 1,00%

0,6 - 0,9%

1,5 - 1,9%

14 - 17%

Физические свойства

Кажущаяся плотность 2,60 - 2,80 г/cм

Открытая пористость 15 - 18 %

а) б)

Рис. 4.18. Зарастание погружного стакана: а – общий вид

стакана-дозатора, б – вид наростов на внутренней

поверхности

364 Металлургические мини-заводы

По мнению многих исследователей, отложения на внутрен-

ней поверхности погружного стакана могут существенно отли-

чаться как по физическим свойствам (начиная с достаточно рых-

лых зон и заканчивая зонами прочных кристаллов корунда), так и

по химическому составу (алюминаты кальция типа CaO×6Al

CaO×2Al

и 2CaO×Al

×SiO

; а также шпинелиды перемен-

ного состава от герцинитового до магнетитового и пр.) [339-341].

Дополнительно следует отметить, что в такого рода отложениях

может также наблюдаться повышенное содержание «корольков»

металла (рис.4.18 б).

Следовательно, можно утверждать, что отложения на внут-

ренней поверхности погружного стакана являются результатом

развития различного рода процессов дополнительного загрязне-

ния стали,

происходящих уже непосредственно в ходе разливки.

Явление формирования отложений на поверхности по-

гружного стакана происходит в течение всего цикла эксплуата-

ции. При этом основным источником такого рода отложений, ве-

роятно, является дополнительное загрязнение металла неметал-

лическими включениями за счет вторичного окисления стали при

ее движении от сталеразливочного ковша в кристаллизатор, а

также эрозии огнеупорных и вспомогательных материалов, с ко-

торыми сталь вступает в контакт в процессе технологических пе-

реливов. Вместе с тем, процесс зарастания внутренней полости

погружного стакана характеризуется также заметной неравно-

мерностью его развития во времени и несимметричностью распо-

ложения зон отложений относительно вертикальной оси изделия.

Например, после разливки нескольких

плавок весьма часто на-

блюдается довольно резкое уменьшение внутреннего сечения ка-

нала погружного стакана, что, в конечном счете, и служит основ-

ной причиной его замены новым.

Глава 4. Непрерывная разливка стали на мини … 365

;

По нашему мнению, наиболее вероятными причинами та-

кого резкого увеличения скорости выпадения отложений могут

быть либо дополнительные оксиды, которые попадают в пром-

ковш при прожигании канала шиберного затвора с применением

кислорода, либо частицы шлака, которые захватываются струей

металла (эффект «воронки») при вытекании из промковша. Усло-

вия для развития такого механизма захвата

шлака струей металла

создаются при уменьшении уровня налива стали в промковше,

которое наиболее характерно при замене сталеразливочных ков-

шей при работе по схеме «плавка на плавку».

При этом не менее существенным фактором оказывается

накопление в промковше дополнительного шлака, попадающего

из сталеразливочных ковшей, по мере увеличения числа разлитых

плавок. Можно даже

предположить, что в условиях отсутствия

специальных мероприятий по контролю количества шлака в

промковше достаточно вероятным представляется уменьшение

уровня металла в промковше, поскольку оператор в большей сте-

пени ориентируется на положение поверхности шлака. Следова-

тельно, при замене сталеразливочных ковшей после разливки не-

скольких плавок вероятность спонтанного зарастания внутренней

полости погружного стакана возрастает

Выполненные практические наблюдения и оценки по ха-

рактеру расположения зон отложений во внутренней полости по-

гружных стаканов позволили установить следующие общие зако-

номерности:

•

отложения алюминатов более ярко проявляются при

повышенном содержании алюминия в стали

•

зоны наибольшего количества отложений обычно распола-

гаются, начиная с области, соответствующей положению

уровня металла в кристаллизаторе, и до нижнего среза для

366 Металлургические мини-заводы

прямоточных погружных стаканов, или до внешней по-

верхности для глуходонных изделий с боковыми отвер-

стиями;

•

весьма часто зоны максимального количества отложений в

горизонтальном сечении не являются симметричными;

•

для глуходонных погружных стаканов с боковыми отвер-

стиями весьма часто отмечалась несимметричность в за-

растании отверстий (одно отверстие зарастает значительно

больше, чем другое);

•

при разливке на многоручьевых МНЛЗ (4 или 6 ручьев) ус-

тановлен также факт неодинакового (по скорости и харак-

теру) зарастания погружных стаканов на разных ручьях.

Результаты физического моделирования процессов, сопро-

вождающих движение струи металла во внутренней полости по-

гружного стакана, позволяют сделать вывод о том, что при нор-

мальном истечении струи металла из

стакана-дозатора вероят-

ность быстрого зарастания внутренней полости погружного ста-

кана оказывается достаточно низкой. Более того, инжекция арго-

на через стопор-моноблок оказывает дополнительное защитное

воздействие от вторичного окисления и стабилизирует движение

струи металла. Поэтому одной из главных причин повышенного

зарастания внутренней полости погружных стаканов, видимо,

следует считать несимметричность течения

струи металла, вы-

званную особенностями ее формирования в месте сопряжения

стопора-моноблока и стакана-дозатора.

В ходе физического моделирования установлено, что наи-

большее влияние на форму и траекторию движения струи может

оказывать положение стопора относительно поверхности седла

стакана-дозатора (рис. 4.19). Заметные отклонения в истечении

струи отмечены в том случае, когда смещение

стопора относи-

Глава 4. Непрерывная разливка стали на мини … 367

тельно вертикальной оси стакана-дозатора составляет не менее 25

– 30 % от радиуса его внутренней полости. При этом увеличение

смещения стопора способствует большей деформации формы и

траектории струи относительно вертикальной оси.

а) б)

Рис. 4.19. Схематическое представление механизма де-

формации и скольжения струи металла при ее

истечении из промковша в кристаллизатор

Наиболее характерным моментом, сопровождающим такое

течение металла, является его непосредственный контакт с внут-

ренней поверхностью погружного стакана, что создает благопри-

ятные условия для осаждения неметаллических включений и

макрочастиц шлака. Соответственно, эти изменения в характере

движения струи металла во внутренней полости погружного ста-

368 Металлургические мини-заводы

кана на практике способствуют также дополнительной несиммет-

ричной эрозии головки стопора-моноблока и несимметричному

отложению включений внутри погружного стакана, которые, в

конечном счете, и служат причиной преждевременного выхода

изделия из эксплуатации (рис. 4.19 б).

Учитывая, что существенное влияние на характер истече-

ния металла из промковша может оказать износ головки стопора,

на практике

для разливки стали длинными сериями рекомендует-

ся применять стопоры-моноблоки со специальным упрочнением.

Такое упрочнение может быть достигнуто либо за счет повышен-

ного содержания Al

в материале головки (для марок стали, ко-

торые не обрабатываются силикокальцием), либо за счет форми-

рования магнезитовой головки (для стали, обработанной силико-

кальцием). Безусловно, оптимизация химического материала го-

ловки должна выполняться в соответствии с конкретными усло-

виями эксплуатации стопора и промковша.

Другой причиной, обусловливающей преждевременное за-

растание внутренней полости погружного

стакана, следует счи-

тать циклические колебания стопора в вертикальной плоскости в

ходе разливки. Частота и амплитуда этих колебаний во многом

зависит от жесткости стопорного механизма и, в частности, вил-

ки, на которой крепится стопорная штанга. Как показали наблю-

дения, выполненные в промышленных условиях, амплитудно-

частотные характеристики таких колебаний могут существенно

меняться

в ходе разливки. Причиной увеличения амплитуды ко-

лебаний может быть уменьшение жесткости металлических кон-

струкций под воздействием температурных нагрузок. Кроме того,

в процессе разливки на стопоре может налипать определенное

количество металла и шлака, что также изменяет положение сто-

пора относительно стакана-дозатора.

Глава 4. Непрерывная разливка стали на мини … 369

рас ов а

Следовательно, наряду с общепринятым механизмом за-

растания внутренней полости корундографитовых погружных

стаканов за счет осаждения оксидов алюминия, другими важны-

ми причинами зарастания являются:

•

несимметричность положения гол ки стопор относи-

тельно стакана-дозатора в ходе разливки;

•

износ головки стопора в процессе разливки длинными се-

риями;

•

вертикальные колебания стопора и соответствующие

колебания расхода металла при истечении из стакана-

дозатора;

• захват шлака, расположенного на поверхности металла в

промковше, при падении уровня металла при перековшов-

ках, в том числе по причине перекосов промковша, вы-

званных короблением его кожуха.

Вышеперечисленные причины несут в себе не только техно-

логический, но и вероятностный характер. Поэтому полное их

устранение представляется крайне затруднительным. Вместе с

тем, практика

разливки стали на МНЛЗ показала целесообраз-

ность ужесточения контроля монтажа стопора и состояния сто-

порного механизма при одновременной защите вилки, поддержи-

вающей стопор, от прямого температурного воздействия. По су-

ществу, таким образом предотвращается спонтанный захват по-

кровного шлака, расположенного на зеркале металла промковша.

Что же касается отложений оксидов алюминия, попадающих

на поверхность погружного стакана непосредственно из стали,

то, по нашему мнению, одним из основных их источников явля-

ется вторичное окисление, происходящее на участке промковш –

кристаллизатор.

370 Металлургические мини-заводы

С помощью прямых замеров установлено, что по ходу раз-

ливки давление газа во внутренней полости погружного стакана,

не имеющего разъема со стаканом-дозатором, обычно колеблется

в пределах 45 - 55 кПа [338]. Такое разрежение газа объясняется

эжектирующим действием струи стали, которая вытекает из

промковша. При вдувании инертного газа через стопор-моноблок

или пористые вставки наблюдается

повышение давления во

внутренней полости до 70-75 кПа. При этом абсолютная величи-

на давления газа во внутренней полости погружного стакана ко-

леблется в пределах 3-8 кПа с частотой порядка нескольких коле-

баний в секунду. Это явление, видимо, следует связывать с внут-

ренними колебательными свойствами системы стопорного меха-

низма. Для сменного погружного стакана

давление газа во внут-

ренней его полости по ходу разливки обычно приближалось к ат-

мосферному (минимальное давление составляло не менее 90-92

кПа), что является прямым подтверждением наличия явления

подсоса газа из окружающей среды во внутреннюю его полость

через стык со стаканом-дозатором.

Для повышения срока службы погружного стакана (зараста-

ние) на практике

могут быть рекомендованы следующие меро-

приятия: защита стали от вторичного окисления на всем ее дви-

жении от сталеразливочного ковша до кристаллизатора и обра-

ботка стали силикокальцием с целью модифицирования оксидов

алюминия в легкоплавкие соединения.

Значительного снижения степени зарастания погружного

стакана удается достигнуть при использовании специальной за-

щиты стыка стакана-дозатора

и погружного стакана. Длитель-

ность эксплуатации погружного стакана в этом случае может

быть увеличена как минимум в 1,4 - 1,8 раза при прочих равных

условиях в зависимости от марки разливаемой стали.