Дипломная работа: Стойкость изложниц в условиях их эксплуатации на комбинате "Криворожсталь"

Выполненный анализ исследования по данному вопросу позволяет сделать вывод, что при оценке пригодности материала для изложниц необязательно и нецелесообразно принимать во внимание какой-то строго определенный фактор (температура, химсостав, макроструктура и т.д.) характеристики изложницы, а только несколько важнейших из них. Принципиальный подход к выбору материала обязательно должен базироваться на анализе условий работы изложниц и превалирующих причин их отбраковки. Если придерживаться такого принципа, то некоторые характеристики, признанные важнейшими, могут быть отнесены в разряд второстепенных без ущерба для стойкости изложниц [2].

1.5. Способы повышения стойкости изложниц

Многочисленные исследования в области повышения стойкости изложниц посвящены, главным образом, вопросам связанным с образованием сквозных трещин [14 – 17]. Пути предотвращения этих дефектов определены довольно четко. Однако за счет повышения трещиноустойчивости изложниц нельзя полностью решить проблему снижения их расхода.

Характерными причинами отбраковки изложниц на большинстве отечественных заводов в настоящее время являются приваривание слитков, сетка разгара и выгары [13].

Так по данным работы [14] следует различить два вида приваривания:

1)  приваривание на ранних этапах эксплуатации, возникающее в результате смещения струи, повышенной температуры разливаемой стали и высокой начальной температуры изложниц;

2)  позднее приваривание, «заклинивание слитка», происходящее в результате проникновения жидкой стали в трещины сетки разгара.

Повышение температуроустойчивости рабочей поверхности изложниц может быть достигнуто двумя путями: созданием защитных покрытий на рабочей поверхности и улучшением качества чугуна в процессе отливки изложниц. Использование защитных покрытий в виде намазок, экранов и вставок требует значительных материальных затрат. Поэтому на отечественных заводах защитные экраны, покрытия не нашли широкого применения. Более перспективными являются способы улучшения качества чугуна изложниц в процессе их отливки.

Распространенным способом улучшения структуры и свойств чугуна является модифицирование.

В качестве модификаторов были опробованы ферротитан, титановые губки, феррованадий, гранулированный ферросилиций, чугунная стружка и др. [7]. Производственные испытания опытных партий показали, что модифицирование титаном, способствующее укрупнению графита, эффективно для замедления процесса образования сквозных трещин.

Следует отметить, что при добавке титана (в виде губок) в ковш и особенно в литниковую чашу достигнут больший эффект, чем при вводе его в вагранку (при одинаковом остаточном содержании титана в чугуне 0,05%). Титан в большей степени эффективен как модификатор и в меньшей как легирующий элемент.

Измельчение эвтектического зерна и графита под влиянием феррованадия и гранулированного ферросилиция отрицательно сказывается на трещиноустойчивости изложниц, однако развитие разгара замедляется. В условиях интенсивной эксплуатации при разливке высоколегированных сталей стойкость изложниц из чугуна, модифицированного гранулированным ферросилицием, повысилась по сравнению с обычными на 42% [3].

Таким образом, для повышения термоустойчивости поверхности изложниц без ущерба для трещиноустойчивости необходимо измельчать структуру чугуна только в рабочем слое [15].

Среди известных способов улучшения структуры в рабочем слое отливок наиболее подходящим для изложниц является поверхностное модифицирование и легирование. В качестве легирующих компонентов в составе активных красок для стержней изложниц опробованы теллур, феррохром и различные соединения на основе бора. При выборе этих компонентов предполагалось повысить ростоустойчивость окалиностойкость чугуна в рабочем слое изложниц. В структуре повепхностного слоя наблюдалось измельчение и образование отдельных включений карбидов. Активные составляющие красок в данном случае играют роль и модификаторов, и легирующих элементов. Замена части графита в рабочем слое карбидами повышает термоустойчивость в результате замедления окисления, развивающегося по графитовым включениям. Разложение карбидов в процессе охлаждения отливки в форме и при эксплуатации способствует уплотнению чугуна [16].

В этом аспекте представляет интерес следующий эксперимент [2].

Изложницу отливали по стержню, который после коксо-графитовой краски покрывали слоем феррохрома. После 10 наливов из нее высверливали керновые пробы. В структуре поверхностного слоя еще сохранялись карбиды хрома (рис. 1-9). Однако на одном участке, там, где отсутствуют карбиды, уже хорошо заметно окисление. На участке с перлитно-карбидной структурой чугун практически не окислен, т.е. карбиды хрома замедляют процесс окисления чугуна.

Поверхностное модифицирование и легирование существенно влияет на формирование структуры чугуна в поверхностном слое изложниц, и способствует повышению стойкости на 14 – 33%. По данным исследований [17] более технологичным является модифицирование борной кислотой. Толщина улучшенного слоя при использовании борной кислоты колеблется в пределах 5 – 10 мм. В изложницах из доменного чугуна в этом слое графит располагается в виде отдельных включений, а при обычных условиях кристаллизации – в виде мало изолированных колоний (рис. 1.10). Большее измельчение графитовых включений наблюдается в ваграночном чугуне (рис. 1.11).

Поверхностное модифицирование и легирование эффективно для замедления процесса развития сетки разгара и для повышения стойкости изложниц против заклинивания слитков. Стойкость промышленной партии изложниц с улучшенной структурой рабочего слоя на 11 –14% выше, чем у обычных.

Изложницы с металлокерамическим рабочим слоем толщиной 1,5 – 2 мм (рис. 1.12) хорошо противостоят раннему привариванию [15]. При эксплуатации опытных 6-и тонных изложниц на Днепропетровском заводе им. Петровского при разливке рельсовой стали, случаев приваривания не наблюдалось.

В то же время 75% обычных изложниц вышли из строя в результате приваривания слитков. Средняя стойкость 30 опытных изложниц оказалась на 48% выше стойкости контрольных. Испытание изложниц с металлокерамическим рабочим слоем в условиях интенсивного развития сетки разгара не дало положительных результатов вследствие низкой термостойкости этого слоя.

Для предотвращения приваривания слитков из высоколегированных сталей оказалось эффективным создание защитной пленки из окислов алюминия на рабочей поверхности изложниц [5].

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СТОЙКОСТИ ИЗЛОЖНИЦ В УСЛОВИЯХ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИ НА КГГМК «КРИВОРОЖСТАЛЬ»

2.1. Характеристика принимаемых на КГГМК «Криворожсталь» изложниц и анализ их стойкости

Для разливки кипящей и полуспокойной стали сверху и сифоном применяются уширенные книзу сквозные изложницы типа КС – 8п, (рис. 2.1), расчетная масса слитка:

спокойной стали – 8,9 т;

кипящей стали – 8,6 т;

расчетная масса изложницы – 8,6 т.

И МКС – 12,5 т (рис. 2.2):

общая масса слитка – 12,9 т;

расчетная масса изложницы – 13,1 т.

Для разливки спокойной стали применяются изложницы уширенные кверху, глуходонные с прибыльными надставками типа С – 9 (рис. 2.3):

расчетная масса слитка – 9,1 т;

масса прибыльной надставки – 1,25 т;

общая масса слитка – 8,4 т;

масса изложницы – 10,8 т;

и изложница типа МС – 12 (рис. 2.4):

расчетная масса слитка – 10,5 т;

масса прибыльной надставки – 2,4 т;

общая масса слитка – 12,5 т;

масса изложницы – 12,5т;

Изложницы уширенные книзу типа КС – 8п для разливки спокойной стали изменяют с теплоизоляционными плитами.

Первые – для разливки сверху, вторые для разливки сверху и сифоном [20].

Типы изложниц и способ разливки стали на КГГМК «Криворожсталь» приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Типы изложниц и способ разливки стали на комбинате «Криворожсталь»

№ п/п	Тип изложниц	Способ разливки	Вид стали	Масса слитка	Примечание
1	С-9	сверху	спокойная	8,5
2	МС – 12	сверху	спокойная	12,5
3	КС – 8п	сверху и сифоном	спокойная	8,5	С ТИВ
4	КС – 8п	сверху и сифоном	кипящая	8,5
5	МКС	сверху	кипящая	12,5
6	МКС	сверху	спокойная	12,5	С ТИВ

Расходный коэффициент изложниц на 1 тонну стали на комбинате «Криворожсталь» составляет: КС – 8п – 11кг/т стали, МКС – 12,5 – 12,7кг/т стали, С – 9 – 30кг/т стали, МС – 12 – 22кг/т стали.

В таблице 2.2 приведено количество выведенных из эксплуатации изложниц по видам дефектов за 2001 и 2002 год, а также стойкость изложниц.

Изложницы выходят из эксплуатации в результате образования продольных и поперечных трещин, разгара внутренней поверхности, механических повреждений. Изучение причин разрушения изложниц и анализ промышленных данных, показывает, что перечисленные причины характерны для всех заводов. Разница состоит лишь в преимущественном влиянии тех или иных факторов, что связано с конкретными условиями на каждом предприятии. На стойкость изложниц оказывает влияние большое число факторов, основными из которых являются:

1.  Физические и механические свойства чугуна.

2.  Химический состав чугуна.

3.  Макро и микроструктура чугуна.

4.  Технология изготовления изложниц.

5.  Условия эксплуатации изложниц.

6.  Конструкция изложниц.

7.  Марка стали разливаемая в изложницы.

Как правило, изложницы выходят из строя в результате разрушения внутренней поверхности, что связано с появлением мелких трещин, размывов и ожегов, образования сквозных и глубоких трещин на стенках.

Важной причиной разрушения изложниц является неравномерный прогрев стенок. В период разливки стали, разность температуры внутренних и наружных слоев изложницы достигает 650-800оС. В результате в стенках изложницы возникает высокое напряжение, приводящее к образованию трещин [19].

Многократное циклическое повторение нагрева и охлаждения приводит к полному разрушению изложниц.

Образующиеся при эксплуатации трещины можно классифицировать следующим образом [2].

1.  Трещины первого рода - образуются на рабочей поверхности при одностороннем нагревании, в первые минуты после соприкосновения изложницы с жидким металлом.

2.  Трещины второго рода – возникают на рабочей стороне изложницы, в виде волосовин, которые при длительной эксплуатации изложниц, увеличиваются и проходят через всю стенку (рис. 2.5).

3.  Трещины третьего рода - появляются на внутренней поверхности изложницы после значительного числа наливов. Это так называемая сетка разгара (рис. 2.6).

Все эти трещины являются результатом влияния высоких температур, окисления составляющих примесей чугуна, приводящего к его росту, в результате чего возникают внутренние напряжения.

Существенное влияние на стойкость изложниц как указывалось ранее, оказывают: конструкция изложницы, структура и свойства материала, из которого они изготовлены, продолжительность периода между раздеванием изложниц (длительность пребывания металла в изложницах) и разливкой стали, а так же условия наполнения изложниц. Различают внутренние напряжения первого рода зональные, возникающие между стенками зонами сечения и различными частями изложницы, второго рода - возникающие внутри зерна или между соседними зернами. И третьего рода – возникающими внутри кристаллической решетки. Все эти напряжения в конечном итоге вызывают упругую деформацию, которая приводит к искажению кристаллической решетки и когда эти напряжения превосходят переделы прочности чугуна, в изложнице образуются трещины [13].

Под действием движущейся жидкой стали в случае прямого попадания струи на стенку происходит размыв внутренней поверхности изложницы (рис. 2.7). Циркуляционные потоки в жидкой стали вызывающие неравномерный нагрев рабочей поверхности изложниц зависят от способа разливки. При сифонной разливке зона интенсивной циркуляции располагается в нижней части изложницы. Интенсивная циркуляция задерживает образования зазора в нижней части изложницы, тормозит усадку стали и способствует более высокому нагреву внутренних стенок изложницы, что способствует появлению наиболее ранней стадии сетки разгара.

При разливке сверху зона интенсивной циркуляции стали перемещается последовательно снизу вверх, тепло, поглощаемое стенкой изложницы, распределяется равномерно по высоте, что приводит к более позднему и равномерному появлению сетки разгара по высоте изложницы.

Максимальное ферростатическое давление в этом случае воспринимается более прочной корочкой слитка, образующейся значительно раньше, чем при сифонной разливке. При разливке сверху так же возможны ожоги (оплавления) на стенках изложницы, если струя заливаемого металла в момент прожига или при открытии (закрытии) шибера, частично попадала на стенку изложницы (рис. 2.8).

Неточная центровка струи часто приводит к приварке слитка к изложнице, в некоторых случаях настолько прочной, что слитки практически невозможно извлечь и поэтому изложницу приходится разбивать. Для борьбы с приварами и пленами разливку стали сверху следует начинать плавным, но достаточно быстрым открытием шибера до получения полной струи, обеспечивающей подъем металла в изложнице со скоростью 0,6 – 0,7м/мин.

Переход от разливки приторможенной струей на максимальную скорость наполнения должен происходить не рывками, а очень плавно, т.к. температура поверхности поддона в этот период достигает своего максимального значения. Кроме рационального режима разливки необходимо применять специальные материалы смазки препятствующие привариванию слитка к изложнице и затормозить появление сетки разгара.

Анализ приведенных данных (табл. 2.2) показывает, что по причине сетки разгара и выгаров выходит из строя изложниц типа КС–8п – 80,6%, МКС – 12,5т – 77,9%, С–9 – 51,5%, МС–12 – 31,8%. По причине приваривания слитка, размыва дна, стен выходит из строя изложниц типа КС–8п – 1,4%, МКС – 0,7%, С–9 – 18%, МС–12 – 17,1%. Что вызвано наряду с недостаточной прочностью чугуна из-за отсутствия его модифицирования как в объеме, так и в поверхностном рабочем слое в цехе производства изложниц, так и эксплутационным напряжением связанным с температурой изложницы и температурой разливаемой стали, временем выдержки металла в изложнице, напряжениями вызванными торможением усадки слитка в изложнице. Так известно [28,29], что чем выше литейное напряжение тем большее значение получают эксплутационные, особенно на первых 10 – 15 наливах, поэтому на первых наливах необходимо стремиться по возможности не допускать под разливку изложницы с температурой ниже 50оС.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6