3.4. Способы улучшения разливки стали
В процессе разливки сечение разливочного стакана изменяется. Опасным считается случай так называемого зарастания стакана. Такое явление наблюдается, в частности, при разливке стали, раскисленной алюминием. Образующиеся при раскислении частицы корунда А12О3 оседают на внутренних стенках стакана, образуя тугоплавкую и прочную настыль; внутренний диаметр стакана начинает уменьшаться, и, если не принять необходимых мер, разливка может вообще прекратиться. Для предотвращения таких явлений, а также во избежание застывания металла (особенно первых его порций) в полости стакана за время от выпуска плавки до начала разливки в разливочный стакан подают (с небольшой интенсивностью) инертный газ.
Падение струи стали из ковша в изложницу или кристаллизатор сопровождается рядом явлений, отрицательно влияющих на качество металла. Большой напор металла, вытекающего из крупного ковша, вызывает интенсивное разбрызгивание струи при ударе о дно изложницы или о поверхность жидкого металла. Расчеты и результаты моделирования показывают, что при разливке из ковшей большой вместимости струя металла имеет высокую степень турбулентности. Истечение таких турбулентных потоков сопровождается захватом атмосферного воздуха, к эжектированию его и интенсивному развитию вторичного окисления стали, увеличению содержания азота и т. д.
В последнее время имеется тенденция, в целях увеличения производительности и экономичности разливки, диаметры разливочных стаканов могут быть от 50 до 120 мм. При истечении металла через отверстие в днище ковша создается положение, при котором основное перемещение жидкого металла происходит по оси стакана, т. е. в первую очередь из ковша удаляется столб металла, располагающийся над отверстием стакана, а объемы металла, находящиеся вблизи стенок ковша, не перемещаются и поступают на разливку в последнюю очередь. Создается различие по температуре и свойствам этих объемов металла (в сравнении с температурой и свойствами внутренних слоев), приводящее к нестабильности качества слитков, отлитых за время разливки. При входе жидкого металла в стакан происходит сжатие (сужение) струи, которое сохраняется до некоторой глубины, после чего поток снова расширяется, заполняя все поперечное сечение стакана, т. е. в стакане имеется зона пониженного статического давления (отрыв потока от стенок канала и связанное с ним вихреобразование являются основной причиной увеличения сопротивления движению жидкости в струе, а также захвата струей воздуха). Дополнительная трудность при решении проблемы организации истечения струи металла из ковша связана с тем, что по мере опорожнения ковша изменяется напор металла (высота металла в ковше уменьшается). Может оказаться, что удовлетворительный характер истечения струи в начале разливки (небольшое отношение диаметра струи к высоте столба металла в ковше) сменяется неудовлетворительным в конце разливки (при неизменном диаметре струи напор металла резко уменьшился). На характер движения металла в ковше и стакане влияет также местоположение стакана относительно стен ковша.
На практике для организации нормальной разливки используют ряд приемов:
1. Сечение, размеры и форму разливочного стакана и его расположение в ковше выбирают по результатам предварительного моделирования с учетом размеров ковша, состава стали и необходимой скорости разливки. Сечение стаканов может быть круглым, эллиптическим, крестообразным и т.д. (рис. 84) и (рис. 85).
Рис. 84. Формы сталеразливочных стаканов: а – щелевого для отливки листовых слитков; б – крестового
Рис. 85. Формы разливочных стаканов: а – идеальная форма стакана, предупреждающая захват воздуха струей; б – сечения стаканов с увеличенной свободной поверхностью струи
2. Применяют удлиненные стаканы, с тем, чтобы металл проходил по разливочному стакану, не соприкасаясь с окружающим воздухом (рис. 86).
Рис. 86. Схема подвода стали в кристаллизатор затопленной струей (под уровень металла): 1 – стопор; 2 – ковш; 3 – удлиненный разливочный стакан; 4 – уровень жидкого металла в кристаллизаторе
3. Защищают струи металла, вытекающего из ковша, инертным газом, подаваемым из кольцеобразного устройства, окружающего струю.
4. Инертный газ подают непосредственно в стакан, в результате условия истечения струи определяются не изменяющимся по ходу разливки напором металла, а воздействием выходящего из пористых стенок стакана инертного газа.
5. Перемешивают металл в ковше.
6. Применяют промежуточные разливочные устройства (воронки, промежуточные ковши и т. п.), позволяющие разливать металл почти до конца разливки всей плавки с неизменной и требуемой скоростью истечения.