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.
2.2. Подготовка изложниц к разливке
Качество поверхности слитка в значительной мере зависит от состояния внутренней поверхности изложницы. Неудовлетворительно очищенные и смазанные изложницы, служат причиной возникновения подкорковых пузырей и местных трещин, на поверхности слитков, что кроме этого уменьшает стойкость изложниц [20].
Качественная и производительная подготовка изложниц, чистка и смазка их может быть достигнута только путем комплексной механизации этих работ, которые выполняются в специальных отделениях, куда изложницы поступают после их охлаждения.
На «Криворожстали» в цехе подготовки составов чистку изложниц производят в специальном отделении, где совмещены две операции – чистка и смазка. Изложницы из отделения раздевания слитков подаются на пути отстоя для их охлаждения на воздухе. После охлаждения до необходимой температуры (90 – 120оС) изложницы поступают в отделение чистки. В отделении чистки установлен реечный толкатель 1 (рис. 2.9), при помощи которого производится передвижение тележек с изложницами. Привод 2 реечного толкателя электрический.
Машина чистки смонтирована на передвижной тележке 3. На тележке установлены механизм передвижения 4 и механизм подъема штанги 5. Штанга 6 выполнена в виде зубчатой рейки, в нижней части которой закреплены металлические щетки 7. Щетки представляют собой две металлические пластины, между которыми закреплены мерные обрезки стального каната. Чистка изложниц производится путем передвижения штанги в вертикальной плоскости по внутренней поверхности изложницы.
Слой металла, образовавшийся на верхнем торце изложницы в результате подтека шиберного затвора при переезде сталеразливочного ковша с изложницы на изложницу, удаляется в отделении подготовки составов при помощи кранов специальным скребком.
Изложницы, после «аварийных плавок» (подтек металла между плитами, разливка холодных плавок с прожигом, не кроет шибер и т.д.) с залитыми торцами выкладывают на специальной площадке для удаления настылей с помощью огневой резки. Изложницы со шлаковыми поясами подвергаются чистке в отделении подготовки составов на стационарном ерше. Стационарный ерш представляет собой металлическую плиту, вес которой равен весу изложницы, в которой установлен квадратный стержень. Высота стержня соответствует высоте изложницы. На стержне установлены три металлические щетки. Очистка изложниц на стационарном ерше производится при помощи электромостового крана.
После очистки изложниц производится их смазка. Отделение смазки состоит из реечного толкателя, аналогичного как в отделении чистки, передвижной тележки и емкости с раствором для покраски. Тележка состоит из механизма ее передвижения и механизма подъема штанги. Штанга выполнена в виде трубы, внутри которой расположены трубопроводы подачи раствора и сжатого воздуха. В нижней части штанги трубопровод соединен с форсункой, которая обеспечивает равномерное покрытие внутренней поверхности изложницы смазочными материалами.
На комбинате «Криворожсталь» смазку изложниц производят раствором на основе дистенсилиманитового концентрата или извести.