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
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