29.03.2018

Подвод металла к кристаллизатору при непрерывном литье стали и чугуна


Подвод расплавленного металла к кристаллизатору становится весьма трудным при непрерывном литье стали и чугуна, особенно когда скорость разливки находится в узких пределах.

Выше уже описаны особенности печей для разливки стали фирмы Vereinigte Leichtmetall-Werke GmbH и подводящий желоб Юнганса. Следует также упомянуть многочисленные предложения фирмы Eisenwerke Gelsenkirchen AG для распределения расплавленного металла.
На рис. 1809 показан способ компании Kellog Company для подачи расплавленного металла, например стали или чугуна, в литейную форму без соприкосновения потока металла с атмосферным воздухом. В печи 1 с помощью плавящихся электродов 2, из которых на рисунке показан только один, под слоем флюса 4 получается расплавленный металл 3, который переливается в желоб 5, снабженный водоохлаждаемым кожухом 6 из медного листа, а затем поступает через слой шлака 8 в форму 7. На нижнем краю кожуха 6 образуется «пробка» 9 из затвердевшего шлака, которая герметически отделяет струю расплавленного металла от внешней атмосферы. Верхняя жидкая часть слитка подопревается нерасплавляющимися электродами 10.

Способ может применяться также для непрерывного литья.

По предложению Гербера (1949 г.), при подаче расплавленного металла через узкий канал нужно для устранения преждевременного затвердевания обогревать его электрическим током. Наиболее для этой цели подходят индукторы, которые можно установить так, чтобы подогревающий поток индуцируемого электротока концентрировался в затвердевшей поверхностной корке слитка. Также целесообразно направлять индуцированный электроток в продольном направлении через струю металла. Этот способ предназначается в особенности для непрерывного литья стали.
На рис. 1810 показано, каким путем может подводиться тепловой поток. Сверху поток подводится электродом 1, обмазанным огнеупорной массой, снизу — через стальные шарики 2 диаметром 6,0 мм. Нагрев может осуществляться также индукционной катушкой 3. Можно периодически вытягивать затвердевший слиток из заполненного кристаллизатора 4, зеркало жидкого металла в кристаллизаторе при этом будет периодически опускаться и подниматься.

Во избежание «замораживания» тугоплавких металлов, например, чугуна или стали, в подводящем желобе или насадке по способу фирмы AG fur Unternehmungen der Eisen-und Stahlindustrie разливка осуществляется в кристаллизатор, соединенный с копильником и закрытый со всех сторон.
На рис. 1811 показана конструкция установки. В дно копильника 1 вставляется кольцо 2 из огнеупорного плохо проводящего тепло материала. Металл поступает через отверстие 3 в кольцо в водоохлаждающий кpиcтaллизaтоp 4, 5 — затравка. Так как скорость истечения металла автоматически регулируется скоростью выпускания слитка, отверстие 3 может быть большим. При этом можно не опасаться «замораживания» металла, так как металл по пути от копильника до кристаллизатора нигде значительно не охлаждается.

В конструкции, согласно рис. 1812, подача металла может регулироваться не только скоростью опускания слитка, но и закрыванием отверстия 3 стопором 6. Эта конструкция дает дополнительное преимущество — при прекращении разливки отверстие 3 в кольце закрывается и металл предохраняется от потери тепла. Между копильником и кристаллизатором нужно предусмотреть зазор 7 для вывода воздуха из кристаллизатора в начале разливки. Зазор при разливке заполняется металлом и уплотняется. Копильник 1 может перемещаться.

Для удаления шлаков при разливке стали Остендорф предложил в 1951 г. подогреваемый промежуточный ковш 1 (рис. 1813), снабженный лотком 2 для перетекания избыточной части металла из ковша.
Подача расплавленного металла из разливочного ковша 3 и вытекание металла из промежуточного ковша в кристаллизатор 4 так регулируется стопорами 5 или 6, чтобы шлаки, накопившиеся в промежуточном ковше, постоянно или через определенное время сливались через край лотка 2.

Для подвода расплавленной стали к кристаллизатору в 1952 г. компания Continuous Metalcast Company построила промежуточный желоб, выложенный огнеупорным кирпичом (рис. 1814—1816). Металл поступает в кристаллизатор, который может точно центрироваться под разливочным отверстием. Величину свободного падения струи металла делают возможно меньшей. Промежуточный желоб дает возможность точно регулировать подачу металла, так как небольшое изменение высоты зеркала жидкого металла в двух сообщающихся пространствах желоба вызывает большое изменение высоты уровня металла в отдельных частях желоба, при помощи которого осуществляется разливка. Так, повышение уровня металла в разливочном пространстве желоба на 150 мм может быть вызвано повышением уровня металла в двух других его частях только на 12 мм, что приводит к соответствующему повышению скорости разливки.
Компания Continuons Casting Company предложила в 1954 г. разливочный желоб, представленный на рис. 1817, и 1818. На рис. 1818 показано сечение по AA рис. 1817. Компания исходила из того, что шлакозадерживающая перегородка в таких разливочных желобах приводит к сужению литейных каналов и вследствие этого к усиленному воздействию металла на огнеупорные стенки, кроме того, предварительный подогрев желоба пламенем или газом затрудняется из-за наличия перегородок; эти недостатки устраняются применением в разливочном ковше каналов сифонного типа с расширяющимися выходными отверстиями.

Расплавленный металл из чайникового ковша 1 попадает вначале в раструб 3 разливочного желоба 2. Раструб выполнен таким образом, что поток металла почти не оказывает воздействия на огнеупорную футеровку. Сопутствующие или вновь образовавшиеся шлаки собираются на поверхности «зеркала» металла. От дна раструба идет незначительно поднимающийся вверх канал 4 к второму раструбу 5 для дальнейшего отделения шлаков. Этот раструб также связан поднимающимися каналами 6 и 7 с разливочными отверстиями 8 и 9, из которых металл разливается в кристаллизаторы 10 и 11. Металл при этом соприкасается с воздухом только в раструбах желоба. Он поступает в кристаллизаторы из низкого горизонтального двухстороннего желоба, что весьма целесообразно при разливке металла в небольшие кристаллизаторы.

Каналы 4, 6 и 7 имеют такой уклон, что нижние участки их остаются опущенными, даже когда разливочный желоб при регулировке течения металла в кристаллизаторы слегка наклоняется.

На рис. 1819 и 1820 показано промежуточное разливочное устройство фирмы British Iron and Steel Research Association для непрерывного литья стали. Это устройство состоит из плоского ковша, находящегося в верхней камере кристаллизатора 1 и нижней подопреваемой камеры 2; горячие газы подогревают дно ковша, попадают в камеру 1 через канал 3 и удаляются через отверстие 4, благодаря чему устраняется опасность затвердевания расплавленного металла. Из ковша сталь поступает через трубу 5 и насадку 6 в кристаллизатор. Высота столба металла в трубе 5 во много раз больше высоты металла в ковше. Применялось, например, устройство, имеющее следующие размеры: длина ковша 500 мм, ширина 230 мм, глубина жидкого металла в ковше 200 мм, длина трубы 5 между дном ковша и насадкой 230 мм, внутренний диаметр трубы 50 мм, диаметр насадки 5—25 мм. Почти 3,6 кг стали заполняло пространство под насадкой в трубе, в то время как около 13,6 кг требуются для того, чтобы поднять уровень зеркала металла в ковше на 1 см. Большие колебания количества жидкого металла в ковше вызываются сравнительно малым колебанием столба металла в трубе 5. Например, быстрая подача 100 кг стали в ковш вызывает повышение скорости истечения только на 14%. Описанное разливочное устройство обеспечивает хорошую регулировку подачи металла в кристаллизатор.
На рис. 1821 показано разливочное устройство фирмы Continuous Metalcast Co для непрерывного литья стали. В дне копильника 1 имеется отверстие 2, закрываемое стопором 5. Стопор 5 состоит из внешней огнеупорной трубы 8 и пробки 7, также из огнеупорного материала. Стопор внутри охлаждается водой или воздухом через металлические трубы 6. Между внешней трубой 6 и внутренней 7 насыпают порошкообразный или гранулированный огнеупорный материал 11 (например, магнезит, окислы циркония, кварц или глинозем), который препятствует затвердеванию расплавленного металла на внешней трубе. Металл к кристаллизаторy 4 подводится по трубе 3, которая состоит из огнеупорной трубы 9 и металлической трубы 10, отделенных одна от другой порошкообразным материалом 12; 13 — распределитель.

На рис. 1822 показано промежуточное разливочное устройство фирмы Low Moor Alloy Steelworks Limited для непрерывного литья стали и других металлов с высокой температурой плавления. Разливочная труба 1 из муллита имеет толщину от 1,5 до 6,3 мм (в среднем 2,5 мм) и окружена воздушной рубашкой. Стопор 2 — полый и используется как игольчатый вентиль. На этой установке получают ровную струю металла, так как металл в огнеупорной трубе не может «заморозиться».

Рассмотрим предложение Роскопфа, в котором предусматривается возможность смазки кристаллизатора. При непрерывном литье (в особенности стали), подвод металла и его открытая поверхность внутри кристаллизатора соразмеряются так, чтобы металл поднимался только до определенной высоты, которая автоматически поддерживается с учетом поверхностного натяжения. В противоположность уже известным способам разливки новый способ при использовании больших поверхностных натяжений и при низких температурах разливки особенно надежен. По мнению изобретателя, этот способ дает возможность получать мелкозернистую структуру при отсутствии ликвации и повышает производительность разливки. Диаметр кристаллизатора может быть небольшим. Одновременно можно разливать серию слитков в несколько ручьев.

На рис. 1823 показано устройство для разливки крупных слитков; подводящая труба 1 с помощью ребер 2 устанавливается таким образом, что образуется зазор 5; из-за поверхностного натяжения разливаемый металл 4 не проникает в зазор и разливка металла устанавливается автоматически по выбранной скорости опускания слитка. В кольцевой паз 5 подается масло, которое смазывает стенки кристаллизатора и устраняет прилипание к нему слитка.

На рис. 1824 изображено устройство для различных пустотелых слитков, в котором разливаемый металл равномерно подается со всех сторон.
Фирма Mannesmann AG в 1953 г. пришла к заключению, что стопорные разливочные устройства не пригодны для непрерывного литья стали, и разработала свое разливочное устройство, имеющее следующие отличительные черты: расплавленный металл вытекает не через донные отверстия, а через короткий желоб, имеющий форму лотка на верхнем крае. Желоб может частично или полностью закрываться пробкой. Одна из боковых стенок разливочного устройства наклонена, чтобы содержимое его полностью выливалось. Под разливочным желобом устанавливается воронка для центрирования струи металла в середину кристаллизатора.

На рис. 1825 показано вертикальное сечение по разливочному желобу 2 распределителя 1, а на рис. 1826 — вид спереди. Стопоры 3 служат для прерывания процесса разливки, один из них — резервный. На рис. 1827 показан вид сверху части разливочного устройства, имеющего переливной канал 4, через который сливается избыточная часть жидкого металла в резервуар 5. Желоб может опрокидываться вокруг оси, проходящей через концевые участки разливочных желобов 2. Поперечное сечение разливочного устройства следует выбирать так, чтобы его средняя ширина приблизительно равнялась высоте.

В связи с указанным следует упомянуть распределительный желоб, предложенный Юнгансом.

Разливочные желоба, у которых металл через носок подается с некоторым принуждением, часто при разливке тугоплавких мeталлoв легко «замораживаются» у носка. Чтобы устранить этот недостаток, фирма Gerb. Bohler Co AG предложила в 1953 г. тормозить вытекание металла из разливочного желоба регулируемой струей горячего газа, направленной против вытекающего металла. Особенно подходит для этой цели ацетилен, который при сгорании подогревает металл и устраняет его «замораживание». На рис. 1828 показана такая конструкция, а на рис. 1829 — устройство с опускающимся зеркалом жидкого металла.
При разливке тугоплавких металлов в несколько кристаллизаторов из разливочного желоба возникает опасность «замораживания» металла.

Фирма Gebr. Bohler Co AG (1953 г.) устранила этот недостаток. При регулировке подачи металла в кристаллизаторы желоб содержит только такое количество расплавленного металла, которое можно беспрепятственно разлить. Когда зеркало жидкого металла в желобе находится выше выходных отверстий разветвляющихся каналов, шлак при любом положении стопоров не может попасть в эти каналы.

На рис. 1830 показана конструкция желоба 1, в котором вытекание расплавленного металла через каналы 2 регулируется стопорами 3, а на рис. 1831 — с помощью шибера 4. Если часть шибера такой конструкции разрушится, то она вследствие своего малого удельного веса поднимется на верх зеркала расплавленного металла, а шибер нужно будет только немного опустить.

Жордан указал на то, что отсутствие подходящей аппаратуры для непрерывного и автоматического подвода расплавленного металла оказывает большое влияние на непрерывное литье стали. Этот недостаток особенно заметен при непрерывном способе рафинирования, предложенном компанией Kellog Company и требующем безусловно постоянной скорости подати металла.
Жордан изобрел в 1953 г. разливочное устройство, показанное на рис. 1832 и 1833. Металл находится в стационарном копильнике 1 с огнеупорной футеровкой и разливается непрерывно или периодически, 2 — лоток для сливания шлака. В дне копильника имеется отверстие, в котором помещается клапан 3, связанный с подвешенным с помощью рычагов 5 на поплавках 6 ковшом 4. Вентиль 11 регулирует положение жидкости в резервуарах 12. Детали 3, 8 и 9 изготовляются из плотного графита, чтобы ограничить эродирующее действие расплавленного металла, боковое перемещение поплавка 6 ограничивается пружинами 7. Принцип действия устройства ясен из рисунка. Ванна жидкого металла 10 должна быть по меньшей мере в 2,5 раза шире глубины, чтобы колебания уровня в системе не были слишком большими.

При непрерывном литье цветных и легких металлов можно регулировать скорость поступления расплавленного металла из промежуточного разливочного устройства в кристаллизатор с помощью вентиля или стопора. При разливке возникают трудности из-за отсутствия огнеупорного материала, удовлетворительно сопротивляющегося эрозионному воздействию расплавленного металла.

Компания Continuous Metalcast Co устранила эту трудность, расположив над промежуточным разливочным устройством, имеющем донное разливочное отверстие, качающийся ковш. Качание автоматически управляется в зависимости от уровня зеркала металла в промежуточном разливочном устройстве.

На рис. 1834 показано устройство для управления данной установкой.

Промежуточное разливочное устройство 1 расположено над кристаллизатором 2 и имеет разливочное отверстие 3. Промежуточное разливочное устройство установлено на раме 4, которая смонтирована на поршне 5 гидравлического цилиндра 6. Цилиндр 6 является частью гидравлической системы, состоящей из насоса 7, манометра 8 электрического выключателя давления 9. Выключатель давления 9 устанавливается таким образом, чтобы он включался при падении гидравлического давления ниже определенной величины и отключался при превышении этой величины.

Во время разливки давление массы расплавленного металла в промежуточном разливочном устройстве зависит от высоты зеркала жидкого металла, при повышении уровня давление увеличивается и при уменьшении падает.

Перед началом разливки в гидравлической системе насосом 7 устанавливается давление, соответствующее выбранному уровню жидкого металла в промежуточном разливочном устройстве. На эту же величину устанавливается электрический выключатель давления 9.

На рис. 1834 показана только часть качающегося ковша 10, шарнирно связанного с поршнем 11 гидравлического цилиндра 12. Цилиндр 12 через вентиль 13 соединен с насосом 14. Вентиль 13 включается катушкой 15. Если вследствие опускания уровня жидкого металла в промежуточном разливочном устройстве выключатель 9 замкнет ток, то катушка 15 откроет вентиль 13 и насос 14 начнет подавать под давлением в цилиндр 12, поворачивая ковш. Игольчатые вентили 16 и 17 устраняют воздействие на выключатель 9 временного изменения давления.
На рис. 1835 показана установка непрерывного литья, предназначенная для стали, которую разработал в 1954 г. Оллсон. 1 — водоохлаждаемый кристаллизатор, 2 — подводящая воронка и 3 — соединяющая труба, нижний участок которой вставляется в жидкую часть слитка, а верхний участок поднимается выше дна воронки. Такое расположение грубы обеспечивает постоянный прогрев ее от расплавленной стали в воронке. Пространство 4 между разливаемым слитком и воронкой закрыто. Газовая подушка заполняет это пространство и препятствует подъему металла в кристаллизаторе. Давление в этом пространстве должно соответствовать ферростатическому давлению металла. В кристаллизатор вводится смазка через каналы 5. Она особенно важна при периодическом изменении уровня жидкого металла в кристаллизаторе. Смазочное масло испаряется или частично сгорает, образующиеся в результате этого газы создают требуемое давление газа в пространстве 4. Избыточные газы удаляются через подвижную трубу 6 и регулятор давления 7.

В данной конструкции периодическое изменение высоты зеркала жидкого металла в кристаллизаторе достигается тем, что глубина погружения трубы 6 в регулятор давления 7 и связанное с этим давление газа в пространстве 4 варьируется с помощью эксцентриковой шайбы 8.

Пространство 4 связывается через трубопровод 9 и регулятор давления 11 с баллоном 10, содержащим сжатый газ: аргон, азот или углеводород. Это устройство предназначено для компенсации возможной потери давления через уплотнения, выравнивания или снижения парциального давления водорода или водяного пара, возникающие при разложении смазки.

На установке можно одновременно разливать несколько слитков. Для одновременной разливки в два ручья фирма Allegheny Ludlum Stiell Corporation в 1955 г. предложила автоматически регулируемый разливочный желоб, представленный на рис. 1836—1838. На рис. 1838 показан вид устройства в плане, на рис. 1837 — сечение по AA, на рис. 1836 — сечение по ВВ.
Регулировка достигается установкой желоба на шаровом шарнире 1. Положение ковша регулируется двумя ползунами 2 и 3, работающими независимо один от другого. Ползун 2 расположен на одной оси XX с шаровым шарниром 1 и разливочным отверстием 4; ползун 3 — на одной оси У У с шаровым шарниром 1 и разливочным отверстием 5. При перемещении ползуна 3 желоб опрокидывается вокруг оси XX, что не влияет на перемещение разливаемого металла по каналу 6 и в отверстии 4. При опрокидывании вокруг оси XX с помощью ползуна 2 также не нарушается протекание металла по каналу 7 и в отверстии 5.

В начале разливки желоб устанавливается вертикально и заливается жидким металлом из печи 8. Металл протекает в основной камере 9 через шлакоотделительную перегородку 10 и каналы б и 7 и попадает в камеры 11 и 12, а затем через разливочные отверстия 4 и 5 в кристаллизаторы 13 и 14. В кристаллизаторы встроены термоэлементы 15 и 16, связанные через усилители 17 и 18 с приборами 19 и 20, возбуждающими реверсивные двигатели 21 и 22 и определяющими направление их вращения. Двигатели через редукторы 23 и 24 вращают винтовые шпиндели 25 и 26, благодаря чему ползуны 2 и 3 поднимаются или опускаются.

Если уровень металла, например в кристаллизаторе 14 упадет ниже определенной величины, то термоэлемент 16, реагируя на возникшее падение температуры, воздействует на усилитель 18 и прибор 19, возбуждает двигатель 21, который поднимает ползун 3, и желоб опрокидывается вокруг оси XX. Металл интенсивнее перетекает в камеру 12 и оттуда в кристаллизатор 14, в котором зеркало жидкого металла поднимается до прежнего уровня. Если уровень металла в кристаллизаторе поднимется выше определенной величины, то термоэлемент 16 вызовет опускание ползуна 3 и связанное с этим уменьшение подачи металла в кристаллизатор 14.

При изменении уровня металла в двух кристаллизаторах, в одном или двух противоположных направлениях работают также одновременно моторы 21 и 22. Ручное управление предусматривает кнопочные выключатели: 27 и 28 — для поднятия ползунов, 29 и 30 для опускания.

При непрерывном литье тугоплавких металлов в разливочном ковше возможны большие неполадки. При нарушении футеровки возникает опасность прогорания металлического кожуха и выливания расплавленного металла на приборы и механизмы установки. В многоручьевых установках легко «замораживаются» каналы в разливочном устройстве. Чтобы предотвратить несчастные случаи и повреждения механизмов установки, фирма Gebr. Bohler Co AG расположила под кристаллизатором, разливочным желобом и ковшом промежуточные стенки, как показано на рис. 1839.





Яндекс.Метрика