способ подготовки к постоянной эксплуатации уширенных книзу слябинговых изложниц для отливки слитков спокойной стали

Формула изобретения

СПОСОБ ПОДГОТОВКИ К ПОСТОЯННОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ УШИРЕННЫХ КНИЗУ СЛЯБИНГОВЫХ ИЗЛОЖНИЦ ДЛЯ ОТЛИВКИ СЛИТКОВ СПОКОЙНОЙ СТАЛИ, включающий отливку изложниц сифоном в разовую форму, извлечение из нее, охлаждение изложниц и утепление их верхней части, отличающийся тем, что перед заливкой спокойной стали изложницы при начальной температуре 25 75^oС не менее 5 раз заливают кипящей сталью с последующим охлаждением изложниц после снятия со слитков до указанной температуры.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к способам подготовки слябинговых изложниц к постоянной эксплуатации, и может быть использовано в сталеплавильных и сталелитейных цехах металлургических и машиностроительных предприятий.

В сталеплавильных цехах черной металлургии при отливке слябинговых слитков спокойной стали массой 15.22 т применяют уширенные книзу сквозные изложницы с утеплением ее верхней части.

В начальный период эксплуатации изложницы наполняют несколько десятков наливов только спокойной сталью с выдержкой слитков 150.240 мин. После появления трещин и разгарно-эксплуатационных дефектов на внутренней рабочей поверхности изложницы переводят на отливку слитков-недоливов или слитков кипящей стали (Типовая технологическая конструкция по разливке стали. Минчермет СССР, 1973, с. 32.35; Заверюха Н.В. Николаев А.Г. Рыбалко А.С. и др. Подготовка изложниц и составов для разливки стали. М. Металлургия, 1974, с. 321-322).

Применяемый способ эксплуатации изложниц не учитывает влияния остаточных литейных напряжений и изменения микроструктуры чугуна в стенках изложниц на возникновение и развитие температурных эксплуатационных напряжений, оказывающих влияние на долговечность изложниц и состояние внутренней рабочей поверхности, а в итоге на качество поверхности слитков и готового проката.

Такая технологическая операция как снятие остаточных напряжений с одновременной стабилизацией микроструктуры и свойств чугуна не предусматривается технологическими инструкциями ни в цехах производства изложниц, ни в цехах подготовки составов.

Известен способ, согласно которому изложницы после отливки сифоном в разовые формы перед вводом в постоянную эксплуатацию могут выдерживаться в течение 6.12 месяцев, т.е. проходят старение.

Выдержка с целью старения изложниц в течение 6.12 месяцев для снятия остаточных литейных напряжений и повышения стойкости изложниц имеет ряд недостатков:

во-первых, в процессе столь длительной выдержки в отливке снимается всего лишь 10.15% остаточных литейных напряжений, при этом изменений микроструктуры и свойств чугуна не происходит;

во-вторых, в связи с отсутствием закрытых складов длительная выдержка изложниц на металлургических предприятиях может осуществляться только на открытых эстакадах, что сопряжено с интенсивными окислениями составляющих чугуна и коррозией поверхности изложниц. Это приводит к снижению жаростойкости внутренней рабочей поверхности изложниц, работающих в условиях жестких знакопеременных температурных напряжений и деформаций и интенсивных окислительно-восстановительных реакций, что снижает качество рабочей поверхности, долговечности изложниц и ухудшает качество поверхности слитков.

Задачей изобретения является повышение эксплуатационной долговечности изложниц и улучшение качества поверхности слитков спокойной стали, отливаемых в уширенные книзу слябинговые изложницы.

Согласно изобретению в способе подготовки к постоянной эксплуатации уширенных книзу слябинговых изложниц для отливки слитков спокойной стали, включающем отливку изложниц сифоном в разовую форму, извлечение из нее, охлаждение изложниц и утепление ее верхней части, перед заливкой спокойной стали изложницы при начальной температуре 25.75^оС не менее 5 раз заливают кипящей сталью с последующим охлаждением изложниц после снятия со слитка до указанной температуры.

Преимущество такого способа подготовки изложниц к отливке слитков спокойной стали заключается в том, что за счет использования тепла слитков кипящей стали происходит полное снятие остаточных литейных напряжений с одновременным улучшением микроструктуры доменного передельного чугуна и стабилизацией физико-механических свойств за счет сфероидизации эвтектоидного цементита.

Термоциклирование изложниц путем отливки слитков кипящей стали перед отливкой слитков спокойной стали обусловлено следующими особенностями отливки и эксплуатации изложниц.

При отливке изложниц из доменного передельного чугуна, содержащего, мас. С 3,9.4,4; Si 0,7.1,2; Mn 0,5-1,0 сифоном в открытую разовую форму, например из песчано-глинистой или жидкотвердеющей смеси, различные части изложниц охлаждаются неравномерно, в особенности их торцы, один из которых открыт. Металлическая основа доменного передельного чугуна в стенках изложниц, как правило, перлитная с мелкопластинчатым в сочетании с участками сорбитообразного перлита и единичными включениями цементита (до 5% по площади). В связи с неравномерностью затвердевания и охлаждения изложниц в стенках образуются неоднородные микроструктуры и свойства чугуна в сочетании с неоднородными остаточными напряжениями, которые резко возрастают у изложниц из-за затруднительной усадки и слабой податливости формовочной смеси вокруг металлического каркаса стержня.

При отливке слитков спокойной стали в изложницы с утеплением верхней ее части и выдержке слитков 150.240 мин в изложнице внутренняя рабочая поверхность широких стенок прогревается по высоте до 850^оС и выше, а максимальная средняя температура изложницы значительно превышает порог циклической вязкости чугуна 550.650^оС и достигает 720.750^оС, что и приводит к возникновению и развитию трещин различного рода, а в итоге к отбраковке изложниц на ранних этапах эксплуатации.

При заливке в изложницы не менее 5 раз кипящей стали согласно изобретению температурный режим изложниц таков, что максимальная температура чугуна у внутренней рабочей поверхности широких стенок на половине ее высоты составляет лишь 650.760^оС при начальной температуре 25.75^оС соответственно.

Известно, что при таких температурах идут интенсивно процессы снятия остаточных напряжений и сфероидизации эвтектоидного цементита, т.е. происходит стабилизация структуры и физико-механических свойств чугуна изложниц.

Заливать в изложницу с начальной температурой выше 75^оС кипящую сталь нельзя, так как в этом случае температура изложницы в зоне теплового центра грани слитка при выдержке его 90 мин достигает уже 800.820^оС, при которых в чугуне идут процессы графитизации цементита перлита, расширение металлической основы из-за интенсивного выделения газов и окисления составляющих химического состава чугуна. Это приведет к интенсивному возникновению и развитию трещин различного рода, росту чугуна на внутренней поверхности и уменьшению живого сечения стенок и преждевременной их отбраковке, ухудшению качества поверхности слитков по поверхностным дефектам или из-за заклинивания из деформирующимися стенками.

При начальной температуре меньше 25^оС заливать кипящую сталь в изложницы нельзя, так как при наполнении в стенках изложниц из-за резкого перепада температур в начальный период возникают такие температурные напряжения, которые приводят к разрушению изложниц с уходом стали из нее.

Термоциклическая обработка изложниц кипящей сталью в заявленном режиме перед вводом их в эксплуатацию под отливку слитков спокойной стали приводит к снятию остаточных литейных напряжений в основной части изложниц, стабилизации микроструктуры и свойств чугуна за счет сфероидизации эвтектоидного цементита в тех частях стенок изложницы, которые испытывают наибольшие перепады температур и знакопеременные температурные напряжения.

Таким образом, благодаря применению предложенного технического решения оказалось возможным повышать эксплуатационную долговечность уширенных внизу изложниц из доменного передельного чугуна, применяемых при отливке слитков спокойной стали.