2.1. Характеристика изложниц

Изложницами называют литые металлические формы, в которых из жидкой стали получают слитки, обладающие определенными качествами, заданными весом и формой, необходимыми для дальнейшей обработки давлением: прокаткой; ковкой; прессованием.

При непрерывной разливке стали, роль изложницы выполняет водоохлаждаемый кристаллизатор, изготовленный из материалов с высокой теплопроводностью: меди или хромистой бронзы.

Изложницы отливают либо из чугуна второй плавки (переплавленного в вагранках), либо из чугуна первой плавки (полученного из доменного цеха в жидком виде). Химический состав ваграночного чугуна, используемого для отливки изложниц, выбирается на каждом заводе в зависимости от местных условий (табл. 12). Отливка изложниц из чугуна первой плавки обходится дешевле, этот способ более производительный, так как отпадает переплав чугуна в вагранке. В последнее время применяются стальные изложницы, которые имеют увеличенную стойкость по сравнению с чугунными.

На (рис. 62) показаны типовые формы изложниц, для разливки стали.

Рис. 62. Типовые формы изложниц для разливки стали: а, б, в – сквозные; г, д – глуходонные

Таблица 12

химический состав чугуна для отливки изложниц

Наименование заводов, страна	Химический состав, %						Вес слитка, т
	углерод	кремний	марганец	сера	фосфор	хром
ММК	<3,5	0,9–2,5	0,4–1,3	>0,8	>0,20		7–21
НТМК	3,3–3,8	1,8–2,2	0 6–1,0	0,05–0,07	>0,20		До 7
ЧМЗ:
I сорт	3,5–3,8	1,6–2,2	<1,0	0,10	0,20	0,10	7–6
II сорт	3,8–4,0	1,4–1,8	<1,0	0,10	0 20	0,10	7–6
III сорт	3,4–4,0	1,2–2,2	<1,0	0,12	0,25	0,10	7–6
США	3,5	1,0	0,9	0,07	0,20	–	Нет данных
Англия.	3,6–3,9	0,8–1,5	0,8–1,2	0,08	0,05–0,2	–	До 10

Применяемые в сталеплавильных цехах изложницы делятся на следующие две группы.

1. Для отливки слитков из кипящих и полуспокойных сталей (рис. 63).

2. Для отливки слитков из спокойных и легированных сталей (рис. 64).

Конструирование изложниц в основном сводится к выбору необходимой толщины стенок, конусности и размещению изложниц на поддонах и тележках. Конфигурация внутренней поверхности изложницы полностью определяется формой и размерами слитка. Толщина стенок определяется следующими требованиями.

1. изложница должна быть конструктивно прочной.

2. внутренняя поверхность изложницы под действием поднимающегося жидкого металла не должна оплавляться.

3. стенки изложниц должны противостоять тепловым и механическим воздействиям.

Два первых требования легко удовлетворить увеличением толщины стенок изложницы. Однако чрезмерное увеличение толщины стенок для повышения конструктивной прочности изложницы является нерациональным, так как изложница рано или поздно должна выйти из строя по сетке разгара, если даже она не имеет трещин и других дефектов. Следовательно, изложница должна иметь такую толщину стенок, которая обеспечила бы конструктивную прочность на период до образования браковочной сетки разгара. Однако практически невозможно добиться полного соответствия конструктивной прочности каждой изложницы и стойкости ее внутренней поверхности, так как, во-первых, свойства различных изложниц могут быть неодинаковыми; во-вторых, в процессе эксплуатации изложницы находятся в разных условиях.

Внутреннюю поверхность изложниц для крупных слитков делают волнистой. Это обеспечивает получение лучшей поверхности слитков, исключает поперечные тепловые напряжения, поперечные и угловые трещины.

Конусность уширенных книзу изложниц составляет 0,5–2,5 %, конусность уширенных кверху изложниц для слитков, поступающих на прокат, допускается до 4,0 %, а для слитков кузнечных – до 6 %. Чем больше конусность изложниц, тем выше плотность слитков.

В верхней части изложниц и прибыльных надставок предусматриваются и рассчитываются на прочность специальные устройства для захвата их краном при перемещении: уши, кольца, цапфы. На изложницах, уширенных кверху, кроме того, в нижней части делают уши или цапфы для закрепления изложниц при стрипперовании слитков на напольном стрипперном механизме. Иногда в боковой плоскости изложниц при их отливке заливают прочную металлическую скобу, которая облегчает укладку изложниц в штабель и взятие их из штабеля, особенно при частой замене изложниц одного типа другими.

Уши, цапфы, приливы и кольца или заливают в тело изложниц, или отливают их вместе с изложницей.

Стойкость изложницы (срок службы) характеризуется числом слитков, отлитых в нее. На практике в зависимости от веса слитка это число колеблется от 75 до 150.

При нормальной эксплуатации изложницы выходят из строя в основном из-за так называемой сетки разгара. Отдельные участки внутренней поверхности изложниц разъедаются жидкой сталью, и образуются углубления различной формы и величины в виде сетки. Это и есть сетка разгара. На образование сетки разгара оказывают влияние температура жидкой стали, форма и вес слитка.

Большое значение имеет также продолжительность выдержки слитков в изложницах; чем скорее после окончания разливки изложницы освобождаются от слитков, тем выше срок их службы. Близкое расположение изложниц на тележках вызывает боковой разгар, который иногда может быть причиной заклинивания слитка в изложнице.

При сифонной разливке стали стойкость изложниц ниже, чем при разливке сверху. Самая низкая стойкость изложниц наблюдается в электросталеплавильных цехах. На разливку спокойных сталей расходуется изложниц больше, чем на разливку кипящих.

Разливка стали из двух стопорных ковшей увеличила расход изложниц на 1 т стали, так как при такой разливке изложницы стоят близко друг к другу на тележках.

Стойкость изложниц можно повысить наиболее рациональным конструированием, правильным размещением их на тележках и хорошей эксплуатацией. Разгар внутренних поверхностей изложниц уменьшается при оптимальном режиме охлаждения. Кроме того, изложницы внутри можно обрабатывать хромом или алюминием, которые образуют на стенках защитную пленку окислов. Жаростойкость изложниц от этого повышается, и расход их на 1 т стали снижается.

Часть изложниц бракуют при хорошей еще внутренней поверхности из-за продольных трещин. Они образуются в результате больших термических напряжений в теле изложниц после налива жидкого металла. Стенки изложниц за время пребывания в них слитков нагреваются до 800 °С, т. е. примерно до половины температуры жидкой стали. За этот период происходят колебания от температуры плавления стали до температуры окружающей среды. Особенно резким температурным колебаниям изложницы подвергаются после освобождения их от слитков.

При прочих равных условиях – чем меньше толщина стенок изложниц, тем быстрее они выходят из строя по трещинам. Для снижения отбраковки изложниц по трещинам следует охлаждать изложницы как можно медленнее, особенно в первый период их эксплуатации. Однако для ускорения оборачиваемости изложниц нередко приходится прибегать к ускорению их охлаждения, установив оптимальный режим.

Трещины на изложницах появляются, кроме того, и в результате механических ударов при освобождении их от слитков.

Чтобы уменьшить возможность появления трещин, изложницы отливают с утолщенной верхней и нижней частью (поясами) или усиливают верхний и нижний торцы изложниц заливкой специальных стальных бандажей. При отливке изложниц из ваграночного чугуна можно улучшить их стойкость легированием, а также модифицированием, т. е. размельчением зерен графита в чугуне.

Глуходонные изложницы часто снашиваются из-за ударов струи металла в дно, если металл разливают сверху непосредственно из большого ковша. Причиной преждевременной выбраковки изложниц является также обрыв ушей и приливов во время освобождения изложниц от слитков.

На передовых предприятиях расход изложниц составляет 10–16 кг/т. Средний расход равен 20 кг/т. В электросталеплавильных цехах из-за высоких температур стали и длительной выдержки слитков в изложницах расход их составляет 30–45 кг/т.

Стойкость изложниц зависит от размеров слитков. Чем меньше слиток, при прочих равных условиях, тем выше стойкость изложниц.