Влияние времени пребывания металла в изложнице на ее стойкость

2.3. Влияние времени пребывания металла в изложнице на ее стойкость

Как показали исследования в работе [21], задержка раздевания слитка вызывает термическую усталость из-за увеличения чугуна и его роста, что приводит к изменению структуры материала изложницы к более раннему появлению сетки разгара с соответствующим снижением ее стойкости. Значительное повышение стойкости изложниц может быть достигнуто путем снижения максимальных температур, достигаемых в теле изложниц и сокращения времени пребывания изложницы при максимальных температурах. Этим способом нельзя устранить перерождение структуры чугуна изложницы, но оно может быть замедлено с повышением ее стойкости.

Пор данным работы [22] между стойкостью изложниц и временем нахождения в ней слитка существует зависимость:

; (2.1)

где:

А – число наливов (циклов),

А_∞ - 20 – минимальное число наливов (при сколь угодно длительном пребывании слитка в изложнице),

К – коэффициент равный ≈ 5000,

S – продолжительность пребывания слитка в изложнице, мин.

В соответствии с вышеуказанной зависимостью полученной путем повышения продолжительности пребывания слитка в изложнице S сокращает допустимое число наливов.

Результаты эксплуатации изложниц и анализ их стойкости на комбинате «Криворожсталь» показывает (табл. 2.2), что в изложнице, работающей только с кипящей и полуспокойной сталью, сетка разгара развивается значительно медленнее, чем в изложницах работающих со спокойной сталью, что можно объяснить двумя причинами: первая – это сквозная изложница имеет меньшие литейные напряжения чем глуходонная, и вторая – время выдержки слитков меньше, что повышает стойкость сквозных изложниц. Согласно технологической инструкции по разливке стали [23] время выдержки металла в глуходонных изложницах для спокойной стали составляет 50 – 110 минут, для кипящей и полуспокойной (сквозные изложницы) составляет 30 минут.

Из таблицы 2.2 видно, что стойкость изложниц типа С – 9 и МС – 12, для спокойных марок стали в 2 раза меньше чем изложниц типа КС – 8п и МКС – 12,5, для кипящих и полуспокойных марок стали.

В 2002 году было достигнуто увеличение стойкости изложниц типа КС – 8п и МКС – 12,5 на комбинате «Криворожсталь» по сравнению с 2001 годом. Эти результаты были достигнуты благодаря вводу в 2002 году нового регламентированного графика №2 (рис. 2.10) доставки слитков с повышенным теплосодержанием из сталеплавильных в обжимные цехи комбината [24]. Сущность этого регламентированного графика заключается в том, что для полуспокойных марок стали уменьшили время отстоя плавки в разливочном отделении сталеплавильных цехов комбината с 30 минут до 10 минут, следовательно, уменьшилось время нахождения слитков в изложницах до стрипперования. На 20 минут, что как видно из таблицы 2-2 привело к повышению стойкости изложниц КС – 8п на 12% и МКС – 12,5 на 4%.

В работе [31] был пересмотрен и сокращен график пребывания горячих слитков в изложницах. По старому графику время пребывания горячего слитка в изложнице составляло 3,5 – 4 часа. Путем теоретических расчетов и длительного наблюдения за передвижением горячих составов было установлено, что для слитков массой в 3,5 тонны время выдержки горячих слитков в изложницах без ущерба для качества слитка можно сократить на 1 час, т.е. до 2 ч 30 мин – 2 ч 40 мин.

В результате температура горячего посада повысилась с 715 до 810^оС. При работе по новому графику в течение года отмечено улучшение показателей: снижение угара металла в колодцах блуминга на 0,3%, повышение производительности колодцев на 0,6%, сокращение расхода топлива на 4%, повышение стойкости изложниц на 2 – 4 налива, ускорение оборачиваемости составов на 8%, увеличение пропускной способности разливочного пролета на 12%.

2.4. Влияние коэффициента оборачиваемости изложниц

на их стойкость

Одной из основных эксплутационных характеристик стойкости изложниц является коэффициент оборачиваемости изложниц, который характеризует температурный режим эксплуатации изложниц.

Фактический коэффициент оборачиваемости изложниц зависит от целого ряда факторов, основными из которых являются:

1.  Массы и конструкции изложницы;

2.  Способа охлаждения изложниц;

3.  Теплофизических свойств чугуна изложницы;

4.  Температуры разливаемой стали;

5.  Продолжительности от разливки стали;

6.  Расстояние между рядом стоящими изложницами;

7.  Температуры окружающего воздуха;

8.  Количества типов применяемых изложниц, планирование производства по сортаменту продукции и, в соответствии с этим по типам изложниц;

9.  Обеспеченности сменным оборудованием, в том числе: сталеразливочными тележками, изложницами;

10.  Пропускной способности участков, в том числе железнодорожных путей для охлаждения составов с изложницами [25].

Технологическая инструкция цеха подготовки составов (ТИ 228 ПС – 06 – 2000 п.3.5.1) регламентирует для создания оптимальных условий эксплуатации изложниц следующий коэффициент по типам изложниц:

-  для уширенных книзу 1,3 – 1,4;

-  для уширенных кверху 1,0 – 1,1.

Из анализа графика оборачиваемости изложниц типа КС – 8п и МКС – 12,5т (рис. 2.11) следует, что при увеличении коэффициента оборачиваемости изложниц больше 1,4 или его снижения до 0,9 существенно уменьшается стойкость изложниц типа МКС – 12,5т. Это связано прежде всего с большим размером изложницы и ее весом. Идет неравномерный прогрев стенок изложницы, возникают большие внутренние напряжения [15], что резко снижает стойкость изложницы типа МКС – 12,5т. Исходя из анализа графика видно, что стойкость изложниц типа КС – 8п при увеличении коэффициента оборачиваемости изложниц больше 1,4 или его снижения до 0,9 приводит к уменьшению стойкости изложниц, но в меньшей степени по сравнению с изложницами типа МКС – 12,5т. Это связано прежде всего с ее меньшими размерами и массой. Прогрев изложницы происходит быстрее и равномернее, что и улучшает стойкость изложницы типа КС – 8п. Необходимое количество изложниц для поддержания оптимального коэффициента оборачиваемости в зависимости от производства на комбинате «Криворожсталь» определяется по номограммам (рис. 2.12, 2.13). Так, необходимое количество изложниц типа КС – 8п в отделении подготовки составов №3 для производства стали, разливаемой в эти изложницы в количестве 50 ковшей в сутки при коэффициенте оборачиваемости изложниц 1,3 составит 780 шт.

Существенным недостатком в работе металлургических заводов долгое время являлся факт отсутствия или недостаточного учета стойкости изложниц по причине сложности их учета без компьютерной техники. Наличие такого учета в настоящее время (с наличием компьютерной техники) дает возможность ликвидировать преждевременную отгрузку изложниц в брак, оперативно принимать меры к устранению причин преждевременного выхода изложниц из строя и главное выполнять анализ стойкости изложниц (определять главные факторы оказывающее воздействие на их стойкость). В настоящее время на комбинате «Криворожсталь» учет стойкости изложниц ведется в цехе подготовки составов с применением компьютерной техники. Он организован следующим образом.

В цехе производства изложниц на каждую отлитую и принятую изложницу работниками ОТК изложниц выписывается паспорт (рис. 2.14). Паспорт включает в себя следующие данные:

1.  Тип изложницы

2.  Номер изложницы

3.  Вес изложницы

4.  Дата заливки

5.  Дата приемки

6.  Химический состав чугуна

7.  Геометрические размеры

А так же имеется таблица по учету стойкости изложницы, которая включает в себя:

1.  Дата ввода изложницы в эксплуатацию

2.  Количество наливов

3.  Дата выхода из эксплуатации

4.  Причина выхода из эксплуатации

Паспорта на изложницы вместе с изложницами передаются из цеха изложниц на склад слитков ЦПС, где они хранятся до момента отгрузки изложниц в отделение подготовки составов [18].

При отгрузке изложниц во дворы подготовки составов паспорта на них передаются в отделение подготовки составов.

В паспорте отмечается дата ввода изложницы в эксплуатацию, т.е. дата подачи изложницы под первый налив.

Учет ввода и вывода изложниц из эксплуатации в цехе подготовки составов производят в той смене, которая готовит состав с изложницами к разливке плавок [18]. Новые изложницы при вводе в работу маркируются известью на 2-х гранях с предварительной записью в журнал учета ввода в эксплуатацию нового сменного оборудования с пометкой их ввода, номер изложницы, номер тележки, на которую установлена изложница. При отбраковке и изъятии из эксплуатации производится отметка в журнале учета изложниц. Отбраковка изложниц производится в цехе комиссионно, с передачей информации в вычислительный центр ежедневно.

Оператор ЭВМ на основании данных по наборке составов вводит номера изложниц в базу данных компьютера.

Ежедневно ведется распечатка работающего парка изложниц (табл. 2.4) которая включает в себя:

1.  Количество изложниц

2.  Тип изложниц

3.  Номера изложниц

4.  Дату ввода

5.  Дату последней оборачиваемости

6.  количество наливов

7.  Коэффициент оборачиваемости на каждую изложницу

После вывода изложницы из эксплуатации, на нее составляется акт, в котором делается отметка причины отбраковки, эти данные заносятся в ЭВМ. Анализ причин вывода изложниц из строя делается лабораторией технического управления комбината.

Распечатка по отбракованным изложницам включает в себя:

1.  Анализ отбракованных изложниц по оборачиваемости (табл. 2.5)

2.  Анализ отбракованных изложниц по видам дефектов и количеству наливов (табл. 2.6)

3.  Обобщенный анализ отбракованных изложниц по группам дефектов (табл. 2.7) [18].

2.5. Влияние технологии разливки стали на стойкость

изложниц и поддонов

Известно, что разливочные пролеты сталеплавильных цехов являются узким местом в сталеплавильном производстве в плане его увеличения. Чтобы своевременно разлить всю выплавляемую сталь, многие заводы вынуждены применять двухстопорную разливку и разливку через стакан увеличенного диаметра. Эти факторы оказывают отрицательное влияние на стойкость изложниц и поддонов: скоростная разливка увеличивает тепловой удар, воспринимаемый изложницей и поддоном; двухстопорная разливка вызывает необходимость плотного расположения изложниц на поддоне, что затрудняет центрирование струи, в результате чего происходит «размыв» стенки изложницы и поддона и преждевременный вывод их из эксплуатации и кроме того, ухудшаются условия кристаллизации слитков, что снижает их качество [26]. Исследованиями в работе [26] было установлено, что ужесточение в плане соблюдения температурного режима при выпуске и разливке стали дает возможность не только варьировать скорость разливки в нужных пределах без ущерба для качества слитка, но повысить при этом стойкость изложниц. Так, ускоренная разливка позволяет снизить примерно на 10% температуру выпускаемого металла что, при соблюдении инструкции при разливке (медленное открытие стопора, центрирование струи и др.), приводит к увеличению стойкости изложниц [27].

Металл нельзя перегревать, а также разливать с чрезмерно высокой скоростью, так как изложница и поддон воспринимают большую тепловую нагрузку. В результате этого возрастает опасность образования трещин в изложнице, особенно при первых наливах [32].

Кроме того, перегретый металл при нарушении центровки и организации струи приводит к оплавлению внутренних граней изложницы, что в свою очередь обуславливает застревание слитка, и в дальнейшем механическое повреждение при извлечении слитка, что отрицательно сказывается на его качество.

Разливка холодного металла и аварийных плавок (с некроющим стопором) так же оказывает отрицательное воздействие на стойкость изложниц. Например, при сифонной разливке такой металл вынуждены разливать сверху, что приводит к размыванию дна изложниц и выводит ее из строя.

Чтобы устранить размывание низа и граней изложницы, необходимо при разливке сверху струю строго центрировать по оси изложниц, а при разливке сифоном обеспечить правильную (по центру) установку стаканчика, чтобы не было перекоса [32].

При применении двухстопорной разливки стали (мартеновский цех, емкость ковша 300т), одновременно наполняются сталью две изложницы через два стакана в ковше. При разливке стали в изложницы, уширенные кверху, отверстия в донной части закрывают вкладышами, которые предохраняют изложницу от размывания струей стали в донной части и от приваривания слитков [1]. Вкладыши для этой цели изготавливают литыми или кованными в виде подкладок, прикрывающие дно изложниц. В процессе разливки через 2 стопора, очень сложно обеспечить центрирование струи металла одновременно в двух изложницах, хотя известно, что правильное центрирование струи при разливке уменьшает приваривание слитков, способствует улучшению их качества и повышает срок службы изложниц [1].

Одним из недостатков разливки стали из ковшей большой емкости считается большая скорость истечения струи стали из ковша, которая приводит к разбрызгиванию стали при наполнении изложниц, что ведет к запороченности низа слитков пленой. Скорость истечения струи стали в наибольшей степени зависит от уровня металла в ковше, что видно из зависимости:

(2.2)

где:

Н₁ – высота уровня стали в ковше над сталеразливочным стаканом;

Н₂ – высота сталеразливочного стакана над уровнем стали в изложнице;

R – коэффициент сопротивления движению струи стали.

Вследствие большой скорости истечения струи стали происходит сильное разбрызгивание ее в начале наполнения изложниц, приваривание слитков к изложницам и поддонам, увеличивается износ поддонов [1].

Разбрызгивание стали при наполнении изложниц образуются вследствие неправильной организации струи, вытекающей из ковша (из-за плохой промывки стакана кислородом), или вследствие недостаточного плавного регулирования скорости наполнения изложниц стопорным механизмом. Разбрызгивание стали и всплески ее при наполнении изложниц вызывают образование пороков на поверхности слитков, плен и других дефектов [26].