Разливка стали и кристаллизация

В процессе сифонной разливки жидкая сталь, протекая по каналам 
литниковой системы, неизбежно соприкасается с огнеупорами. При этом 
вследствие резкого изменения температуры на внутренней поверхности 
сифонного кирпича образуются мелкие трещины, приводящие к 
скалыванию (шелушению) кирпича. Частички огнеупора. отколовшиеся с 
поверхности канала кирпича, загрязняют сталь. В дальнейшем при 
одновременном действии на сифонный кирпич высокой температуры 
продуктов раскисления и окислов железа поверхностный слой, канала 
сифонного кирпича размягчается. В образовавшиеся поры размягченного 
кирпича проникают окислы, и продукты раскисления стали: вступая во 
взаимодействие с огнеупором. Они образуют легкоплавкие соединения. 
Эти соединения смываются движущейся струей металла и также попадают 
в слиток.

Наибольшее загрязнение  стали экзогенными включениями 
происходит в конце наполнения изложниц, когда сифонный кирпич 
бывает в большой степени размягченным. Характер размывания 
сифонного кирпича в результате разливки зависит от его качества и 
химического состава разливаемой стали. При удовлетворительном 
качестве сифонного кирпича поверхность затвердевающего 
металлического литника получается гладкой и блестящей, и наоборот, 
при низком качестве сифонного кирпича затвердевший литник имеет 
шероховатую поверхность.

Сифонные изделия разрушаются  также под воздействием 
химических элементов, входящих в состав стали их окислов. 
Наибольшую агрессивность к огнеупорам проявляет присутствующий в 
стали марганец. На границе контакта жидкой стали с поверхностью 
огнеупора происходит химическая реакция восстановления кремния 
марганцем из свободного кремнезема, входящего состав сифонного 
кирпича, по уравнению

2Mn+Si0₂=2Mn0+Si.

Эта реакция протекает  наиболее интенсивно при отсутствии 
кремния в металле, поэтому кипящая сталь разрушает огнеупоры в 
большей степени, чем спокойная. При разливке спокойных 
углеродистых сталей развитие указанной реакции тормозится 
имеющимся в них кремнием, несмотря на то что содержание марганца 
спокойной стали значительно выше, чем в кипящей Химическая 
реакция наиболее сильно проявляется при разливке сталей, 
легированных марганцем.

Меняя количество одновременно отливаемых слитков, можно 
получить любую линейную скорость наполнения изложницы, не 
увеличивая времени пребывания металла в сталеразливочном ковше.

Сокращением числа перекрытий стопора и ускорением разливки 
плавки уменьшается продолжительность разрушающего воздействия 
жидкого металла и шлака на огнеупорную футеровку ковша, 
увеличивается стойкость стопорных трубок и пробок.

Во время разливки поверхность  поднимающегося жидкого 
металла в изложницах доступна наблюдению. Это позволяет управлять 
линейной скоростью отливки слитков.

Сталь в изложницах поднимается  спокойно, без брызг и 
заплесков, так как основной напор струи металла поглощается 
центровым литником и сифонными проводками. В этих условиях 
получается чистая поверхность слитка. Поражение поверхности слитка 
пленами может быть только в нижней его части, где возможно 
фонтанирование первых порций металла, поступающих в изложницу. 
На отечественных заводах подавляющее количество качественной и 
высококачественной стали разливают сифонным способом как наиболее 
рациональным для получения чистой поверхности готового проката.

Сифонная разливка оказывает  благоприятное влияние на качество 
кипящей стали. При такой разливке сотовые пузыри залегают на большей 
глубине от поверхности слитка, чем при разливке сверху. Это способствует 
получению проката с меньшим количеством рванин на поверхности.

Наиболее существенным фактором. сдерживающим 
распространение сифонной разливки, является сложность в подготовке 
оборудования к разливке и связанная с ней высокая стоимость разливки. 
Количество рабочих операций увеличивается. Затраты труда при 
сифонной разливке кипящей стали в 3-4 раза больше, а для спокойных 
сталей в 2.5-3 раза больше, чем при разливе сверху.

При этом требуется дополнительное оборудование и 
приспособления (центровые изложницы, огнеупорные сифонные 
изделия, нагревательные устройства для сушки центровых изложниц и 
т. д.). Дополнительные расходы огнеупоров на сифонный припас для 
слитков массой 7000 кг, отливаемых по четыре штуки на одном 
поддоне, составляют 4-8 кг/1000 кг. Удельный расход огнеупоров 
зависит от массы слитков: чем меньше масса слитков, тем он больше. 
При разливке спокойной стали сифонным способом, скорость 
наполнения изложниц регулируют в соответствии с температурой 
металла и состоянием поверхности поднимающегося металла. При 
нормальной скорости наполнения изложниц на зеркале металла плавает 
корочка, а по периметру зеркала имеется рант жидкого металла 
шириной 30-40 мм. При увеличении ширины ранта скорость разливки 
уменьшают, а при увеличении размеров корочки повышают.

Быстрое образование большой  корочки предотвращают 
деревянные диски при отливке круглых бандажных и колесных слитков 
и деревянные рамки при отливке листовых слитков прямоугольного 
сечения. Плавая на поверхности поднимающегося металла, дерево 
постепенно сгорает и тем самым замедляет получение корочки.

Рациональный режим наполнения изложниц сводится к 
следующему. Стопор поднимают постепенно в течение 10-15 сек: за 
это время металл заполняет сифонную систему и начинает поступать в 
изложницы: затем канал стакана открывают полностью, чтобы в 
нижней части слитков не образовалась корка. Через 30-40 сек. когда в 
изложнице накопилось достаточное количество металла, струю 
уменьшают и первую половину слитка наполняют сокращенной струей 
(с уменьшенной скоростью): это помогает избежать образования 
продольных трещин в нижней части слитка. Со второй половины 
высоты изложниц, когда деревянные части полностью разрушатся, и на 
зеркале слитков появляется корочка, канал стакана вновь открывают 
полностью. Примерно за 100-150 мм до подхода уровня металла к 
прибыльной надставке струю снова несколько уменьшают, чтобы 
металл не попал в зазор между изложницей и прибыльной надставкой, 
а свободно перешел бы в прибыль. Когда металл в прибыли 
поднимается до 70-100 мм, струю значительно сокращают или даже 
перекрывают. Наполнение прибыльной части слитка заканчивают, если 
изложницы заполнены ниже требуемого уровня на 50-100 мм. Затем, 
периодически открывая канал стакана, заполняют изложницы так, 
чтобы уровень металла в них был одинаковым.

Сразу после наполнения изложниц на зеркало слитков насыпают 
люнкерит. Для лучшего сохранения тепла металла можно давать примерно 50-60% люнкерита при наполнении только половины 
прибыли, а остальное количество - после окончания наполнения.

Часто через некоторое  время после отливки слитков  в изложницы 
доливают («подкачивают») металл - это уменьшает усадочную 
раковину. Однако не всякую сталь можно разливать с подкачкой. 
Например, такая разливка не допускается для многих легированных 
сталей. Дело в том, что перед подкачкой в сифонных проводках могут 
образоваться корки затвердевшего металла, которые во время доливки 
попадают в слиток. Эти корки особенно опасны для легированной 
стали.

Легированную сталь иногда разливают при такой температуре  и с 
такой скоростью, чтобы во время наполнения изложниц на зеркале 
слитка вовсе не получалась корка. Высоколегированные стали и сплавы 
разливают в атмосфере аргона.

Кипящую сталь следует  разливать сифонным способом в тех 
случаях, когда необходимо получить заготовки и изделия с чистой 
поверхностью, без рванин и плен.

Поведение кипящего металла  в изложнице при сифонной разливке 
считается нормальным, если он хорошо кипит и под действием этого 
кипения пленка шлака на зеркале отгоняется к середине. Сильное 
бурление металла, при котором шлаковая пленка разбивается и отходит 
к стенкам изложниц, указывает на недостаточную его раскисленность. 
Плохо раскисленная сталь дает большую усадку в изложнице, образует 
«голенище», а поверхность слитка оказывается пораженной заплесками. 
шлаковыми включениями.

Если металл сильно кипит, его дополнительно раскисляют 
алюминием, который вводят или в центровую или непосредственно в 
изложницу. В изложницы алюминий можно давать только в начале их 
наполнения. Поздняя присадка раскислителя приведет к загрязнению 
окислами алюминия верхней части слитка. Излишне раскисленный 
металл можно исправить в процессе разливки, окислив кислородом или 
сжатым воздухом струю стали, вытекающую из ковша. Однако это 
серьезно осложняет работу и часто оказывается малоэффективным.

На отечественных заводах  качественную и высококачественную 
сталь, предназначенную для прокатки, разливают сифонным способом. 
При сифонной разливке кипящей стали получается здоровая корка 
значительно толще, чем при разливке сверху. Поверхность слитка и 
заготовки из спокойных сталей обычно лучше, чем при разливке сверху.

Сифонная разливка является незаменимой при отливке мелких 
слитков, поступающих непосредственно на сортовые станы. Сифонная 
разливка позволяет существенно улучшить качество поверхности 
слитков, например листового металла. Поэтому сифонным способом 
разливают весь металл на тех заводах, где отсутствуют обжимные станы. На современных металлургических заводах с мощными 
обжимными станами сифонным способом разливают часть металла, к 
которому предъявляются высокие требования по состоянию 
поверхности.

Наиболее существенные недостатки сифонной разливки: 
сложность работы и высокая стоимость разливки, дополнительная 
потеря металла в литниках, достигающая 0,5-2,5%, возможное 
загрязнение металла неметаллическими включениями.

3. Промежуточные ковши

Из сталеразливочных ковшей металл переливают в промежуточные 
ковши, а из них - в изложницы. Промежуточные ковши уменьшают напор 
струи жидкой стали, а при непрерывной разливке, кроме того, 
обеспечивают постоянное давление на стенки заготовок в 
кристаллизаторах.

Раньше промежуточные  ковши применяли для получения  лучшей 
поверхности слитков, а с развитием непрерывной разливки металла 
промежуточные ковши стали технически необходимым устройством в 
технологической схеме непрерывной разливки стали из ковшей большой 
емкости.

Стопоры промежуточных ковшей расположены в одну линию 
вдоль оси разливочного железнодорожного пути (рис. 7.6). До начала 
разливки на стационарном стенде устанавливают и центрируют 
промежуточный ковш относительно оси железнодорожного пути, на 
который подается состав с изложницами. В процессе разливки стали 
состав с изложницами передвигают реечным толкателем и в 
продольном направлении центрируют относительно осей каналов 
разливочных стаканов промежуточного ковша.

Рис. 7.6. Промежуточный ковш в рабочем положении: 1 - ковш; 2 - 
электропривод подъема стопоров; 3 - изложница; 4 - тележка; 5 - толкатель; 
6 - разливочная площадка

При двухрядном расположении изложниц на тележках применяют 
промежуточные ковши с двумя стопорами. Во время разливки стали 
промежуточные ковши перемещают в поперечном направлении на 
специальной тележке и центрируют над каждой тележкой относительно 
продольной оси состава. Состав с изложницами в процессе разливки 
передвигается толкателем, одновременно изложницы центрируются 
относительно осей стаканов промежуточного ковша.

Таким образом, расположение и количество стаканов в 
промежуточных ковшах соответствует размещению и количеству 
изложниц на тележках. В рабочем состоянии промежуточный ковш 
накрывают крышкой, зафутерованной с внутренней стороны и 
имеющей два отверстия с керамическими вставками. Через эти 
отверстия промежуточный ковш наполняется жидким металлом из 
сталеразливочного ковша.

Промежуточные ковши внутри футеруют в два ряда, днище - в 
три ряда. Броневой (арматурный) ряд выполняют нормальным 
кирпичом на плашку, а рабочий ряд выкладывают из универсального 
лекального кирпича. Дно футеруют донным или нормальным кирпичом. 
Шамотные стаканы устанавливают в специальные гнездовые кирпичи. 
Промежуточный ковш после футеровки, установки стаканов и стопоров 
помещают на стенд для сушки и нагрева.

Эксплуатация двух-, трех- и четырехстопорных промежуточных 
ковшей значительно ускоряет разливку плавки, повышает стойкость 
больших сталеразливочных ковшей, увеличивает пропускную 
способность разливочного пролета, снижает количество брака. Слитки, 
получаемые при разливке из таких ковшей, поступают на блюминг с 
более высокой температурой.