Файл: Николайчик Н.П. Повышение стойкости изложниц на машиностроительных заводах.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 05.07.2024

Просмотров: 77

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

выплавленной стали. Применение тонкостенных излож­ ниц более экономично в тех случаях, когда они служат так же долго, как и толстостенные.

Изложницы в процессе эксплуатации поглощают теплоту расплавленной стали и передают ее в окружа­ ющую атмосферу. При этом их толщина должна быть такой, чтобы внутренняя поверхность стенок не нагре­

валась выше 850—900° С. Фактическое время

соприкос­

 

 

 

 

новения

расплавленной

 

 

 

 

стали со степками излож­

 

 

 

 

ницы невелико.

 

 

 

 

 

 

В это время тонкостен­

 

 

 

 

ная изложница

будет по­

 

 

 

 

глощать тепло в такой же

 

 

 

 

мере,

как и толстостен­

 

 

 

 

ная, но чем тоньше стен­

 

 

 

 

ки

изложниц,

тем быст­

 

 

 

 

рее

они

нагреваются до

 

 

 

 

более

высоких

темпера­

 

 

 

 

тур; это приводит к бы­

 

 

 

 

строму износу тонкостен­

 

время кристаллизации, мим

ных изложниц.

 

Рис. 8. Изменение температуры верх­

 

При нагреве изложни­

ней части поверхности 6-т

слитка (/)

цы до очень высокой тем­

и

внутренней поверхности

изложницы

(2)

в процессе

затвердевания стали

пературы

(850—900° С)

 

в

изложнице

 

па ее внутренней поверх­

 

 

 

 

ности

быстро появляется

сетка разгара, что вызывает возникновение на гранях слитков различных дефектов, требующих зачистки. Наи­ больший нагрев наблюдается на одной трети высоты из­ ложницы (снизу). Нижняя часть вследствие охлаждаю­ щего действия массивного поддона всегда охлаждается быстрее.

Обобщая опыт различных исследователей, В. А. Ефи­ мов в своей книге «Стальной слиток» приводит данные распределения температур в стенках изложниц и в слит­ ках.

На рис. 8 приведены кривые изменения температуры поверхности изложницы и слитка массой 6 т в процес­ се затвердевания стали, а на рис. 9 — характер распре­ деления температуры в стенках изложницы для слитка массой 12,8 т. Как видно из приведенных данных, раз­

ница между температурой внутренних и

наружных

слоев изложницы составляет 700—750° С.

Внутренние


слои стенки, нагреваясь в течение 1—2 мин до 750— 800° С, стремятся расшириться; при этом температура внешней наружной поверхности изложницы остается на уровне 50—60° С. В дальнейшем температура внутрен­ ней поверхности изложницы изменяется незначительно. Толщина стенок изложницы должна быть такой, чтобы в момент заливки стали внутренняя поверхность не нагрева­ лась до температур, близких к температуре плавления.

Рис. 9. Изменение температуры стенок изложниц

для слитка массой 12,5 т па глубине,

мм.

1 — 2; 2 — 10; 3 — 20; 4 — 100; 5 — 200; 5 — на

поверхности

Установлено, что при отношении массы изложницы к массе слитка в пределах 1,1—1,15 (тонкостенные из­ ложницы) стойкость их невелика. Оптимальное сочета­ ние стойкости и расхода на тонну выплавленной стали отмечается у изложниц с отношением массы изложни­

цы к массе слитка в пределах 1,2-—1,3.

необходимо из­

При проектировании новой модели

готовлять опытную партию изложниц

и проверять во

время работы в сталеплавильном цехе.

Если стенки

изложницы нагреваются равномерно

и максимальная

температура наружной

стенки не прывшает 600° С, кон­

струкция изложницы

считается удовлетворительной.

2*

 

19


При нагреве наружной поверхности до 400—600°С стой­ кость изложниц еще выше. Нагрев отдельных участков наружной поверхности выше 650° С свидетельствует о неудовлетворительной конструкции изложницы, тол­ щину стенок, имеющих повышенную температуру, сле­ дует увеличить.

При проектировании изложниц для листовых слит­ ков И. С. Тришевскпй и др. рекомендуют руководство­ ваться правилом, применяющимся в зарубежной прак­ тике. При увеличении отношения длин широкой грани к узкой на 0,1 сверх единицы толщину широкой грани следует увеличить на 1% по сравнению с толщиной уз­ кой стенки. Например, при отношении длин широкой грани к узкой, равном 2,0, толщина широкой стенки из­ ложницы должна быть на 10% больше толщины узкой стенки.

Средняя толщина широких стенок изложниц должна составлять (0,24—0,25) D, а узких (0,19—0,21) D.

На заводе «Запорожсталь» в период освоения произ­ водства листовой стали прямоугольные изложницы из­ готовляли с различной конусностью и толщиной стен­ ки; при этом стойкость изложниц была невелика. Иссле­ дования показали, что причиной преждевременного вы­ хода изложниц из строя явилась высокая температура поверхности широкой грани. В результате изложница коробилась II принимала бочкообразную форму.

В настоящее время бочкообразные изложницы с утол­ щением широких и узких граней нашли широкое при­ менение на отечественных заводах. Многолетний опыт показывает, что такие изложницы менее склонны к об­ разованию поперечных трещин. Эффективность приме­ нения бочкообразных изложниц тем выше, чем больше отношение широкой грани к узкой.

Отношение высоты изложницы к приведенной сторо­ не среднего поперечного сечения ее полости. С увеличе­ нием отношения H/D процесс кристаллизации ускоряет­ ся, а ликвация в слитке уменьшается. При этом умень­ шается процент отхода стали на прибыли.

Отношение H/D слитка и изложницы зависит от способа выплавки и разливки стали. Практикой уста­ новлено, что усадочные раковины и пористость стали, выплавленной основным процессом, более развиты, чем стали кислого процесса. В связи с этим слитки из стали, выплавленной основным процессом, должны иметь мень-

20

Шее отношение H/D, чем слитки из стали кислого про­ цесса.

Параметр Я/D слитка и изложницы выбирают ис­

ходя

из назначения и сечения слитка,

свойств стали

и типа

процесса выплавки. Практически

его величина

колеблется в пределах 1,7—6. Изложницы прямоуголь­ ного сечения для разливки кипящей стали изготовляют с отношением H/D = 2,1-^3, а квадратного и прямоу­ гольного сечения 3—4.

При разливке спокойной стали отношение Я/D ха­ рактеризуется следующими цифрами: прямоугольные изложницы 1,7—2,5; квадратные 2,8—3,4; многогранные 3,5—6; круглые 4,5—7.

Слитки, отливаемые из легированных сталей, в боль­ шинстве случаев имеют отношение Я/D от 2,3 до 4; лишь в последние годы начали отливать слитки с отно­ шением Я/D, равным 4,5—5.

Для прокатки сортовых профилей на ряде предпри­ ятий применяют удлиненные с уширением кверху слит­ ки из высококачественной стали с отношением Я/D от 4 до 5 при относительном объеме прибыли 13—14%• В отдельных случаях у слитков круглого и многогранного сечения значение Я/D достигает 6—8. Применение удли­ ненных слитков позволяет резко снизить отходы. Так, при HJD= 6-^8 относительныйобъем прибыли состав­ ляет 10—12%.

Внедрение таких удлиненных слитков на ряде заво­ дов лимитируется размерами нагревательных печей и расстоянием между уровнями подкрановых балок и же­ лезнодорожных путей в стрипперном отделении. Кроме того, отливка слитков высотой более 2500 мм для литей­ щиков представляет известные трудности. Следует, од­ нако, иметь в виду, что затраты, связанные с расшире­ нием и реконструкцией цехов, полностью окупятся за счет эффекта, получаемого при применении удлиненных слитков. И действительно, с увеличением Я/D процесс кристаллизации стали ускоряется и уменьшается лик­ вация в слитке, так как при прочих равных условиях поверхность залитой стали, приходящейся на единицу объема, тем больше, чем слиток более «вытянут».

Внедрение на предприятиях удлиненных изложниц и слитков позволит не только получить экономию стали, но и увеличить массу слитка и повысить производитель­ ность прокатных станов.

21


Конусность изложниц. Конусность является

важным

параметром изложниц. Чем больше конусность

уширен­

ной кверху изложницы,

тем выше

при прочих

равных

условиях располагается

усадочная

раковина в

слитке.

Чем больше наклон внутренних граней изложниц, тем последовательней происходит затвердевание стали, на­ правленное снизу вверх. Конусность влияет на форми­ рование и развитие усадочной рыхлости и химической неоднородности стали; при этом улучшаются условия кристаллизации центральной зоны слитка.

Для спокойной стали следует учитывать не только условия формирования слитка, но и процессы дальней­ шего передела. Так, при значительной разнице в разме­ рах верхнего и нижнего поперечных сечений возможен неравномерный прогрев в нагревательных колодцах, пе­ режог в одних и недостаточный нагрев в других участ­ ках. При большой конусности в процессе прокатки в первых пропусках слиток подвергается неравномерному обжатию по длине, необходимость снятия конусности приводит к снижению производительности прокатного стана.

Наклон (на одну сторону) внутренних граней из­ ложниц для отливки уширенных кверху квадратных и прямоугольных слитков из углеродистых сталей на за­ рубежных заводах колеблется в пределах 1—2,5%. В отечественной практике для таких изложниц конус­ ность находится в пределах 1,4—1,8%• Такой наклон обеспечивает удовлетворительную макроструктуру слит­ ков и практически не снижает производительность об­ жимных станов.

Для ковочных слитков из легированных сталей ко­ нусность большая и часто применяют изложницы с двойной и тройной конусностью.

Изложницы с одинарной, двойной и тройной конус­ ностью представлены на рис. 10. В изложнице с трой­ ной конусностью конусность внутренних стенок сверху около 5,5%, в средней части 16%), внизу 100%). Слиток, отлитый в такую изложницу, отличается от обычного более плотным строением. В изложнице с тройной ко­ нусностью и сферическим дном лучше осуществляется принцип направленной кристаллизации снизу вверх.

С точки зрения технологии литейного производства увеличение конусности положительно влияет на каче­ ство и трудоемкость изготовления изложниц. При повы-

22


шейной конусности изложниц облегчается удаление

стержней из отливок.

Легированную сталь разливают в расширяющиеся кверху изложницы с конусностью 2,5—3,5%.

Конфигурация внутренней поверхности стенок из­ ложниц. С точки зрения технологии литейного произ­ водства оптимальны изложницы с плоскими гранями. Образованию сетки разгара лучше сопротивляются из-

Рис. 10. Изложницы с одинарной (а), двойной (б) и тройной (fl) конусностью

ложницы с выпуклыми стенками. Волнистые изложни­ цы и изложницы с вогнутой поверхностью обладают минимальной разгаростойкостыо. Промежуточное поло­ жение занимают изложницы с плоской внутренней по­ верхностью.

В изложницах с волнистой внутренней поверхностью затруднены выбивка стержней, обрубка и исправление дефектов. Несмотря на это, такие изложницы нашли широкое применение. И действительно, при волнистой внутренней поверхности изложницы быстрее происходит затвердевание наружных слоев слитка. При этом на его наружной поверхности образуется толстая корочка, которая хорошо сопротивляется ферростатическому дав­ лению жидкой стали. Кроме того, волнистая поверх­ ность слитка способствует более равномерному распре­ делению напряжений, возникающих при затвердевании и усадке стали в начальный период кристаллизации.

Применение изложниц с волнистой поверхностью яв­ ляется шагом вперед в сталеплавильном производстве.

23

Широкое применение таких изложниц сдерживается трудоемкостью изготовления стержней, сложностью чи­ стки и смазки и быстрым разгаром и разрушением уча­ стков стенок, выпуклость которых обращена внутрь по­ верхности изложницы.

Влияние качества плоской поверхности и профиля волн волнистой излозкницы на разгар внутренней по-

Рнс. 11. Изложница с застрявшим слитком

верхности. В процессе кристаллизации стали наружная корочка сокращает линейные размеры, а ферростатиче­ ское давление стремится прижать ее к стенке изложни­ цы; в этих участках возникают напряжения, приводя­ щие к образованию трещин на слитке и к разрушению внутренней поверхности изложницы. Мелкие углубления или раковины на внутренней поверхности изложницы заполняются перегретой сталью. Разрушаясь, эти уча­ стки препятствуют удалению слитка из изложницы. До­ полнительные усилия, необходимые для удаления слит­ ка, способствуют еще большему разрушению изложни­ цы (рис. 11).

Разрушению изложниц способствуют также ракови­ ны и пустоты, находящиеся в стенках. Наличие рако­ вин и пустот приводит к неравномерному прогреву сте­ нок и вызывает дополнительные напряжения, способст­ вующие преждевременному выходу изложниц из строя.

24