Разливка стали и кристаллизация

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Федеральное государственное  автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Уральский федеральный  университет  
имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Нижнетагильский технологический  институт (филиал)

 

 

 

 

 

«Разливка стали и кристаллизация»

 

 

 

 

 

 

Преподаватель        Пыхтеева К.Б.

Студенты         Мохова Е.Ю.

Группа         490601-МЧМ

 

 

 

 

Нижний Тагил

2013

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ

1. Способы разливки стали
1. Разливка сверху
2. Сифонная разливка
3. Промежуточные ковши
4. Непрерывная разливка
1. Оборудование для непрерывной разливки стали
2. Типы установок
3. Кристаллизаторы
2. Кристаллизация
1. Три состояния вещества
2. Энергетические условия процесса кристаллизации
3. Механизм процесса кристаллизации

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 

ВВЕДЕНИЕ

Разливка  является, ответственной операцией  в производстве стали, оказывающей существенное влияние на структуру и поверхность слитков.

Сталь, наилучшим образом приготовленная в печи и удовлетворяющая всем требованиям как по химическому  составу, так и по содержанию неметаллических включений и газов, может быть испорчена неправильно проведенной разливкой. Наоборот, правильно проведенной разливкой можно значительно улучшить качество стали.

Различные затруднения, возникающие при разливке, вызываются, главным образом, тем, что  процесс разливки ограничен во времени  довольно узкими пределами: его начинают при определенной для каждой марки  стали температуре и заканчивают  раньше, чем сталь в ковше успеет остыть до температуры, при которой ее жидкотекучесть становится недостаточной для получения слитков высокого качества.

Прежде  чем попасть в изложницы, сталь  проходит длинный путь. На своем  пути она соприкасается с огнеупорными материалами желоба и ковша, а  при сифонной разливке и с огнеупорами  сифонного припаса.

При соприкосновении  стали с огнеупорами, а также  со шлаком в ковше сталь загрязняется неметаллическими включениями, дополнительно  окисляется кислородом, попадающим в нее как из окружающего воздуха, так и из окислов шлака.

С давних пор разливку стали считали искусством и только опытным мастерам доверяли выполнение этой операции. Современные  сведения о физико-химических процессах, протекающих во время разливки и при затвердевании черных металлов, позволяют воздействовать на жидкую сталь при ее кристаллизации в кристаллизаторах или в изложнице, руководствуясь точной информацией о температуре металла, его химическом составе и других свойствах, выполнять операции разливки на самом высоком технологическом уровне.

Для улучшения  качества слитков широкое применение нашли способы внепечной обработки  жидкого металла в ковше вакуумированием, продувкой инертными газами, обработкой синтетическими шлаками.

Для выполнения указанных воздействий на крупных  металлургических заводах применяется  сложное и разнообразное оборудование. Это значительно повышает требования к подготовке квалифицированных специалистов: разливщиков и литейщиков.

 

1. Способы разливки стали

В настоящее время существуют два принципиально различных 
способа разливки стали: прерывная, или обычная, разливка, при 
которой из жидкой стали получаются слитки, и непрерывная разливка, 
когда получаются литые заготовки - слябы. Каждый из этих способов в 
свою очередь имеет разновидности, накладывающие определенный 
отпечаток, как на технологию, так и на организацию процесса разливки. 
Обычная разливка в зависимости от способа подвода металла в 
изложницу [делится на разливку сверху и сифоном (снизу).

 

1. Разливка сверху

Разливка сверху является наиболее простым и производительным 
способом получения стальных слитков, так как она требует 
наименьшего количества оборудования и производственных площадей, 
а также сравнительно небольших затрат рабочей силы.

Слитки, полученные при такой  разливке, поступают в 
нагревательные колодцы с высокой температурой. Строение их по 
расположению усадочной раковины и усадочной рыхлости несколько 
лучше, чем слитков, отлитых сифоном.

Разливку стали сверху производят либо непосредственно из 
сталеразливочного ковша, либо через промежуточный ковш.

Разливка непосредственно  из сталеразливочного ковша проше, 
однако для нее необходимы высокие скорости наполнения изложницы.

При разливке стали через  один стакан, скорость наполнения 
изложницы достигает наибольшей величины и равна скорости 
освобождения ковша от металла. В современных 
высокопроизводительных сталеплавильных цехах для своевременной 
разливки всей выплавляемой стали, металл из одного ковша емкостью 
200-300 т разливают в течение не более 1 ч. т. е. со скоростью 3,5-5,5 
т/мин.

Применение промежуточного ковша со стопорными механизмами 
(рис. 1) позволяет регулировать скорость наполнения изложниц и 
уменьшать общую продолжительность разливки установкой нескольких 
стаканов. В цехах, где сталь разливают из большого ковша через два 
стакана, следует иметь промежуточные ковши с четырьмя или более 
стаканами.

Наиболее существенными  недостатками разливки сверху 
являются:

- сильное разбрызгивание металла в начале разливки в 
результате удара струи о дно изложницы, которое приводит к 
грубым порокам поверхности слитка;

- большие скорости наполнения изложницы, из-за которых часто 
не получаются слитки требуемого качества:

- невозможность отливки большого числа мелких слитков из-за 
ограниченного времени службы стопора и недостаточного количества 
подъемов и опусканий его.

Рис. 1. Схема разливки стали через промежуточный ковш: 1 - 
сталеразливочный ковш; 2 - промежуточный ковш; 3 - изложницы

 

2. Сифонная разливка

Сифонная разливка позволяет  отливать слитки с любой требуемой 
скоростью и в любом количестве (от двух-трех до нескольких десятков). 
Поверхность слитков получается чистой, так как основной напор струи 
металла, вытекающего из ковша, поглощается центровым литником и 
сифонными проводками, в результате чего металл поступает в 
изложницу и поднимается относительно спокойно. Кроме того, при 
сифонной разливке можно наблюдать за поверхностью 
поднимающегося в изложнице металла и по состоянию поверхности 
регулировать скорость разливки, приводя ее в соответствие с 
температурой стали.

При сифонной разливке металл из сталеразливочного ковша попадает 
сначала в центровой литник, а затем по сифонным проводкам снизу 
поступает в изложницы (рис. 2).

Рис. 7.2. Схема сифонной разливки: 1 - воронка; 2 - центровая изложница; 3 - 
шамотные трубки; 4 - звездочка; 5 - поддон; 6 - груз - «башмак»; 7 - сифонная 
пролетная трубка; 8 - шамотный стаканчик; 9 - изложница; 10 - прибыльная 
надставка

Если на поддоне стоит  небольшое число изложниц, количество 
отводов от центрового литника равно количеству изложниц. В этом 
случае каждая изложница наполняется через самостоятельную 
проводку, и литники для слитков делают только в концах основных 
отводов (рис. 3). Если на одном поддоне имеется много изложниц, то 
от центрового литника делается несколько основных отводов, которые 
затем разветвляются, а литники для слитков делаются по всей длине 
основных и вспомогательных отводов.

Рис. 3. Схема разливки сифонным способом: 1 - центровой литник; 2 - 
сифонные проводки; 3 - шамотные стаканчики; 4 - поддон; 5 - сквозная 
изложница для кипящей стали; 6 - глуходонная изложница для спокойной стали

Литниковую систему набирают из сифонных пролетных и 
концевых трубок. Диаметр каналов трубок для горизонтальных 
проводок обычно равен 40-50 мм. При разливке легированной стали, 
обладающей небольшой жидкоподвижностью. диаметр сифонных 
трубок должен быть больше, чем при разливке подвижного, обычного 
высокоуглеродистого или высококремнистого металла.

Толщина стенок сифонных трубок зависит от веса отливаемых 
слитков и качества огнеупоров. Чем больше вес. тем толще должны 
быть стенки сифонных трубок.

Внутренний диаметр центровых  трубок обычно принимают 
равным 65-100 мм. Такой диаметр обеспечивает требуемую скорость 
наполнения изложницы. Вообще для уменьшения потерь металла 
следует стремиться к минимальным диаметрам каналов литниковой 
системы. однако при разливке кипящей стали. особенно 
малоуглеродистой, сечение центрового литника нужно увеличивать.

Чем больше длина горизонтальных проводок, поворотов и 
разветвлений в них, тем больше потери напора. Для создания 
достаточного напора необходимо увеличивать высоту. Даже при самых 
минимальных потерях напора - в коротких и без разветвлений 
проводниках — высота центрового литника должна быть выше уровня 
налива металла в изложницах на 200-250 мм. При большей длине и 
значительной разветвленности сифонных проводок указанную разницу необходимо увеличивать до 400-500 мм. чтобы не делать чрезмерно 
большими диаметры каналов центровых и сифонных проводок.

Каналы в стаканчиках, вставляемых в дно изложницы, при 
разливке спокойной стали, бывают разной формы. На (рис. 4) 
показаны конструкции стаканов, которые применяются для этого 
способа разливки. Цилиндрическими стаканами (рис. 4. а) пользуются 
при разливке стали, не расположенной к образованию трещин. 
Диффузорные стаканы (рис. 4. б) применяются при разливке стали, 
особо склонной к образованию рванин и трещин. Овальные и 
щелевидные стаканы (рис. 4. в. г) рационально применять при отливке 
листовых слитков, а для отливки слитков цилиндрической или 
многогранной формы применяют иногда диффузорные круглые стаканы 
с тангенциальным подводом струи металла в изложницу (рис. 4. д).

 

Рис. 7.4. Разливочные стаканы  для глуходонных изложниц

Расширяющиеся кверху стаканчики уменьшают разбрызгивание 
или фонтанирование первых порций металла, но затрудняют удаление 
литника. Цилиндрические или расширяющиеся книзу - удобнее, так как 
они не мешают удалению литника. При использовании таких стаканов 
для уменьшения фонтанирования металла при отливке крупных слитков 
применяют специальные козырьки из тонкого листового железа. 
Обычно это практикуется также при разливке кипящей стали, к 
качеству поверхности которой предъявляются высокие требования.

Шамотный стакан вставляется  в дно изложницы плотно и 
строго центрировано с осью изложницы. Косая установка стакана 
может вызвать размывание внутренней стенки изложницы. По 
внешнему размеру шамотный стакан должен подходить к 
отверстию в дне изложницы без подтески, при этом с внутренней 
стороны он должен выступать не более чем на 5-7 мм над дном 
изложницы. Внутренний диаметр и форма канала специально разрабатываются применительно к определенным условиям 
разливки, так как эти параметры оказывают влияние на 
формирование нижней части слитка и корочки на поверхности 
поднимающегося металла.

Качество стального слитка зависит от распределения 
циркуляционных потоков жидкой стали внутри отливаемого слитка и 
места нахождения теплового центра. При сифонной разливке стали зона 
интенсивной циркуляции металла постоянно находится в нижней части 
слитка, здесь же расположен тепловой центр (рис. 7.5. а).

 

    

Рис. 7.5. Характер интенсивных  потоков и расположение теплового  центра 
при сифонной разливке (а) и при разливке сверху (б)

Это вызывает уменьшение толщины  корочки затвердевающего 
слитка в тех местах, где ферростатическое давление достигает 
максимальной величины. Такое распределение потоков способствует 
задержке образования зазора в нижней части слитка и создает торможение 
усадки стали по высоте слитка, которое приводит к образовав поперечных 
трещин на поверхности слитка. Расположение теплового центра в нижней 
части слитка к концу разливки затрудняет последовательную 
кристаллизацию, что приводит к развитию центральной пористости и 
неоднородности слитка.

При разливке сверху зона циркуляции стали перемешается 
последовательно снизу вверх (рис. 7.5, б). Максимальное ферростатическое давление воспринимается уже вполне затвердевшей, 
прочной корочкой слитка, часть слитка в этом случае кристаллизуется в 
условиях относительно спокойного состояния стали, т.е. с большей 
скоростью, что приводит к более быстрому образованию зазора между 
слитком и стенкой изложницы. Торможение усадки стали по высоте 
слитка значительно устраняется. По этой причине разливка стали 
сверху позволяет разливать сталь с большей скоростью, чем разливка 
сифонным способом.