Обработка металла

Внепечная обработка чугуна и стали

Раздел:  Строительство. Ремонт

Первые сообщения о практике использования метода продувки металла газами на установках непрерывной разливки появились примерно 10 лет назад. В настоящее время эта практика получила достаточно широкое распространение. Способы введения газа (как правило, аргона) различны: через днише промежуточного ковша; в стакан промежуточного ковша, месте стыка стакана промежуточного ковша и погружаемого стакана; в погружаемый стакан, через стопор, в жидкий металл в кристаллизаторе.

Продувка газами в промежуточном ковше. Инжекция инертного газа в промежуточный ковш чаще всего производится через пористые блоки или вставки, установленные в днище ковша. Пористый огнеупорный блок может выполняться во всю ширину ковша с подведением газа через камеру, прикрепленную к кожуху ковша. При этом поднимающиеся вверх пузыри инжектируемого газа создают защитный экран перпендикулярно потоку металла. Установка пористого блока в виде кольца, примыкающего к наружной стенке стакана промежуточного ковша, дает возможность обрабатывать весь металл перед его попаданием в кристаллизатор. Инжекция производится через пористую вставку, имеющую, например, форму усеченного конуса, или вставку, состоящую из пористого цилиндра, помещенного внутрь газоплотного материала. Внутренний пористый цилиндр может иметь резьбу и навинчиваться на металлическую трубку, через которую подводится газ.

Подача газов в стакан промежуточного ковша. Инжекция газа таким способом позволяет в значительной степени устранить снижение скорости и исключить случаи прекращения разливки вследствие зарастания стакана. Кроме того, при этом снижается количество подкорковых пузырей и неметаллических включений, образовавшихся из продуктов вторичного окисления и частиц шлака из промежуточного ковша. Положительный эффект инжекции реализуется при оптимальном ведении процесса разливки и, прежде всего, определенном сочетании скорости разливки и расхода к чектируемого газа. Так, большая подача газа может затормаживать струю металла, разбрызгивать ее и создавать нежелательное "кипение" покровного шлака в кристаллизаторе.

Подача газов встык стакана промежуточного ковша и погружаемого стакана. Инжекция газов на этом участке разливочного тракта осуществляется либо через пустотелую шайбу, либо через газопроницаемое огнеупорное кольцо, укрепленное герметично между стаканом промежуточного ковша и погружаемым стаканом. Инжектирование газа встык стакана промежуточного ковша и погружаемого стакана можно рассматривать, так же как средство защиты разливаемого металла от вторичного окисления кислородом воздуха. Инжектирование газа в шиберный затвор, регулирующий поступление   металла   из  промежуточного   ковша   в   кристаллизатор, через пористую вставку в шиберной  плите  можно рассматривать  как инжекцию  встык стакана промежуточного ковша и погружаемого стакана.

Вдувание в погружаемый стакан. Инжекция газа в погружаемый стакан производится через отверстие в боковой стенке стакана, либо через пористый элемент, выполненный в виде вставки в стенку или дно стакана, или в виде кольца, помещенного внутрь стакана. Разработан способ подвода газа к сталевыпускному отверстию погружаемого стакана через канал, выполненный в его боковой стенке. Для повышения эффективности инжектирования предлагается вводить газ через серию отверстий в стенках стакана; в последнем случае отверстия выполняются под углом 40—60° к вертикали, а проекции их в горизонтальной плоскости расположены параллельно осям поперечного сечения стакана на расстоянии от них 0,5—0,9 радиуса его канала.

Имеются конструкции, в которых инертный газ подводится: , к поверхности канала по коллектору, выполненному в стенке стакана на уровне, примерно соответствующем уровню метал-1 ла в кристаллизаторе. В результате весь металл, протекающий через вертикальный канал погружаемого стакана, насыщается пузырями инертного газа и выходит в кристаллизатор через боковые отверстия стакана. Последний выполнен из устойчивого против коррозии металлом огнеупора — глинозе-мографита. Высокая стойкость в шлаковом поясе достигается пропиткой поверхности стакана смолой или пеком. Применение указанного стакана с инжектированием газа позволяет разливать пять—шесть плавок из 250-т сталеразливочного ковша без замены стакана. При этом исключаются возможность затягивания стакана и необходимость прожиганий. Инжекция газа в погружаемый стакан эффективна для рафинирования от неметаллических включений, благоприятного распределения включений по сечению от лигой заготовки, улучшения гидродинамики потока металла вследствие снижения скорости проникновения последнего в жидкую лунку слитка, уменьшения образования трещин на прокатанных листах и повышения их физико-механических свойств.

Продувка через стопор. Инжекция газа в стопор наиболее распространена. Газ подают через сквозной канал в стопоре с выходом в отверстие в нижней (регулирующей дозирование металла в кристаллизатор) части с выходом через серию отверстий или через газопроницаемую вставку. При этом стопор может быть либо в традиционном исполнении — сборный из трубок и пробки, либо (и это наиболее распространено) в виде цельного стопора-моноблока. Инжекция может проводиться так, чтобы весь газ направлялся через стакан промежуточного ковша в погружаемый стакан в кристаллизатор, т.е. в направлении потока разливаемого металла, или с направлением части газа вверх к покровному шлаку в промежуточном ковше, т.е. навстречу потоку металла. Выход инжектируемого газа вниз позволяет полностью использовать газ, т.е., очевидно, имеется в виду максимальный рафинирующий эффект в результате более длительного контакта пузырей газа с металлом на всем тракте разливки. При подаче газа к слою покровного шлака в промежуточном ковше можно ожидать отсечки и захвата частиц шлака пузырями газа и переноса этих" частиц в покровный слой, что предотвращает засасывание частиц шлака в кристаллизатор.

Инжекция газа через стопор снижает или практически полностью предотвращает затягивание разливочных стаканов, улучшает качество слитков и получаемого из них проката в результате уменьшения количества неметаллических включений. Как правило, инжектируется аргон, реже азот. Выбор газа определяется требованиями к химическому составу и физико-химическим свойствам выплавляемого металла и экономической целесообразностью. Стопоры-моноблоки изготавливают корундографитового либо муллитокорундографитового состава с содержанием графита до 30 %. Пористая вставка в стопор-моноблок для инжекции содержит 80 % А12О3 и 20 % SiO2, пористость 30,2 %, газопроницаемость 60 мкм2. Вставка закрепляется в моноблоке при помощи высокоглиноземистого мертеля. ВИО разработан стопор-моноблок с газопроницаемой вставкой, позволяющей инжектировать газ в виде пузырей по участку тракта непрерывной разливки: стакан промежуточного ковша — погружаемый стакан. Была разработана технология изготовления стопора-моноблока с получением отверстия под вставку непосредственно в процессе изостатического формования изделий. Вставку формовали отдельно, используя электрокорунд фракции 500—800 мкм и смесь совместного помола глинозема с глиной и периклазо-вым  порошком.  Вставку  вклеивали  на  участке   глазурования изделий с последующим обжигом стопора-моиоблока со встав кой. Для вклейки использовали мертель на основе алюмохро-мофосфатного связующего и глинозема.

ВИО и НЛМК разработан и внедряется в конвертерно.м цехе комбината способ инжектирования газа через стопор-моноблок, снабженный пористой вставкой. Применение инжекции аргона с использованием указанного устройства при разливке сгали с повышенным содержанием алюминия позволило снизить количество неметаллических включений в заготовках и практически полностью исключить затягивание погружаемых стаканов; расход стаканов снизился на 15-40%.

Продувка в кристаллизаторе. Основной целью инжекции газа в кристаллизатор является повышение однородности структуры слитка, хотя рафинирующий эффект по неметаллическим включениям гак же имеет место, как и при других способах инжекции.

Газ подают в кристаллизатор в область жидкой зоны (лунку) формирующегося слитка. При этом принципиально можно различить три схемы инжекции: с коаксиальным подводом струи газа по отношению к cipye разливаемого металла, с тангенциальным подводом или подводом под некоторым углом к струе металла и несколькими смещениями друг относительно друга потоками. Первая схема удобна возможностью изменять место ввода газа по глубине жидкой лунки слитка. Вторая схема, предусматривающая подачу газа в зоне, где начинает образовываться твердая корочка слитка, должна обеспечивать высокий рафинирующий эффект. Третья схема позволяет реализовать вращение и интенсивное перемешивание жидкого металла.

Газ может быть введен в кристаллизатор через каналы в его стенках, огнеупорные трубки в местах контакта с металлом и трубки, оканчивающиеся газопроницаемыми вставками.

В СССР способ продувки стали аргоном в кристаллизаторе разработан институтом НИИПТмаш (г.Крамаюрск) применительно к установке полунепрерывной разливки с кристаллизатором сечения 350^460 мм, на которой отливают заготовки для крупных поковок. Практика показала, что разливка с продувкой жидкого металла в кристаллизаторе позволяет получать   слитки  среднеуглеродистой  и  низколегированной  стали для изготовления качественных поковок с рассредоточенной осевой пористостью и осевой ликвацией.

В настоящее время наибольшее распространение получил способ вдувания газа через стопор вследствие его простоты и высокой эффективности в отношении борьбы с затягиванием стакана, предотвращения вторичного окисления и рафинирования металла от неметаллических включений и газов. Наиболее технологична продувка с использованием стопора-моноблока, при которой упрощается схема подачи газа, повышается надежность инжекции и работы сюпорно дозирующего устройства.