TURNAREA ŞI SOLIDIFICAREA OŢELURILOR

 

După elaborare oţelul este evacuat într-o oală de turnare - ţinută în cârligul unei macarale - se găseşte pe un postament sub jgheabul de evacuare sau pe o maşină de turnare.

În cazul cuptoarelor mari, de peste 250 t, oţelul se evacuează în două oale de turnare, folosind un jgheab de evacuare bifurcat.

Oale de turnare

Construcţie:

• manta metalică - tablă sau bandă de oţel nituită sau sudată, (15-30 mm - pereţii şi 25-40 mm – fundul) - este susţinută de un inel puternic din oţel prevăzut cu două fusuri de prindere în cârligul macaralei;

• căptuşite cu materiale refractare - cel puţin 150 mm la pereţi (mai groşi la partea inferioară unde atacul oţelului este mai puternic) şi ajunge la 375 mm la fundul oalei (pentru o oală de circa 150 t);

• formă invers conică - conicitate de 5 % - pentru uşurarea îndepărtării scoarţelor de pe pereţi şi/sau fund;

• înălţime oţel = cu diametrul mediu al oalei;• cioc pentru deversarea zgurii - la circa 100 mm sub bordură;• orificiul de evacuare – aşezat excentric în fundul oalei de

turnare; închis cu un dop montat pe capătul unei bare port-dop - se manevrează cu un sistem de pârghii;

Oală de turnare

• tija port-dop după confecţionare se usucă într-un cuptor vertical şi apoi se montează în oala de turnare;

• înainte de fiecare utilizare oala cu tija montată se preîncălzeşte la temperaturi de 400-600 ˚C cu un arzător cu gaz - pentru reducerea şocurilor termice şi micşorarea pierderilor de căldură a oţelului;

• după fiecare turnare se curăţă de resturile de oţel şi zgură şi i se reface zidăria refractară.

În oala de turnare oţelul este neomogen din punct de vedere al compoziţiei chimice şi al temperaturii - reglarea şi uniformizarea acestora - prin barbotare cu gaze inerte.

Gazele inerte se pot introduce:- printr-o lance metalică - se introduce în oală pe sus- printr-un dop poros amplasat în fundul oalei de turnare

Sisteme de barbotare cu gaze inerte.

a) prin lance; b) prin dop poros montat în fundul oalei

de turnare.

Din oala de turnare oţelul este turnat în lingotiere

Lingotierele = piese din fontă (rareori din oţel) în care se toarnă oţelul lichid din oală şi în care se solidifică → lingoul → la deformarea plastică prin forjare sau laminare.

Forma lingotierelor – conicitate 3-4° - să permită scoaterea lingoului din lingotieră fără dificultăţi şi fără a distruge lingotiera.

Mărimea şi profilul lingotierelor - determină condiţiile de răcire şi deci de solidificare a oţelului.

Tipuri de lingotierea. normal conicăb. normal conică cu cap buteliec. invers conicăd. invers conică cu maselotieră

Tipuri de lingotiere

• normal conice cu sau fără maselotiere;• invers conice prevăzute întotdeauna cu maselotiere

Se toarnă:- oţelurile calmate - în lingotiere invers conice;- oţelurile necalmate - în lingotiere normal conice cu sau fără

maselotiere;- oţelurile semicalmate - în lingotiere cu cap-butelie (fig.b).

La picior lingotierele pot fi închise (cu sau fără orificiu) sau deschise.

METODE DE TURNARE

Turnarea directă - cea mai simplă, oţelul curge din oala de turnare direct în lingotieră

Avantaje:• temperatură de turnare mai mică;• contact redus cu atmosfera şi cu materiale refractare - impurificare

scăzută a oţelului;• ultima porţiune de oţel turnat se află în maselotă - condiţii de

solidificare mai bune, golul de contracţie este umplut cu oţel lichid -retasura mai mică;

• cheltuieli mai reduse pentru manoperă şi materiale;

Dezavantaje:• nu se pot turna lingouri mici din cuptoare de capacitate mare;• lingoul poate prezenta stropi şi scoarţe;• pentru viteză de turnare mare nu se poate urmări bine umplerea

lingotierelor şi deci lingourile pot avea înălţimi diferite;

Metoda - recomandată pentru turnarea lingourilor mari, care admit viteză mare de turnare (nu sunt susceptibile la crăpături) şi cărora li se impun restricţii de puritate.

Turnarea cu pâlnie intermediară

Între lingotieră şi oala de turnare se intercalează o pâlnie intermediară, care înainte de turnare se încălzeşte la roşu, iar temperatura oţelului va fi la limita superioară admisă.

Avantaje:- permite turnarea mai multor lingouri deodata care au toate aceeaşi înălţime;- se pot turna lingouri mai mici din oale de capacitate mare;- oala de turnare se goleşte într-un timp mai scurt dacă se toarnă mai multe lingouri deodată;- centrarea jetului de oţel în lingotieră se face mai uşor şi durabilitatea lingotierei creşte;- ho fiind mai mică şi înălţimea de cădere a oţelului mai mică, se reduc stropirile - suprfaţa lingoului

este mai bună;- viteza de umplere este mai mică şi constantă în condiţiile în care durata de golire a oalei scade.

Dezavantaje :- temperatura oţelului la evacuare trebuie să fie mai mare - oţelul se răceşte în pâlnia intermediară;- reoxidarea oţelului este mai puternică, contactul cu atmosfera fiind pe o suprafaţă mai mare, de

aceea trebuie protejată oglinda oţelului cu zguri de acoperire;- consumuri mai mari de manoperă, materiale şi energie;

Metoda - recomandată pentru turnarea lingourilor de calitate, în primul rând pentru produse forjate, cu prescripţii severe în ceea ce priveşte defectele interne.

Metode clasice de turnare

a - turnarea directă; b - turnarea prin sifon

Turnarea indirectă (prin sifon)

La turnarea prin sifon ansamblul de turnare este format din podul de turnare (3) pe care se aşează lingotierele (4), maselotierele şi pâlnia de alimentare a podului (2)

Podul de turnare - din plăci masive din fontă prevăzute pe grosimea lor cu canale deschise în care se montează cărămizi tubulare din şamotă - converg spre mijlocul podului - cavitate - se montează o cărămidă cilindrică sau poligonală numită cărămidă stea - este prevăzută cu câte un orificiu în dreptul fiecărui canal al podului şi unul în dreptul pâlniei de alimentare a podului

Pâlnia de alimentare - construită din fontă căptuşită cu cărămizi refractare tubulare din şamotă - prevăzută cu urechi pentru a putea fi prinsă în cârligul macaralei.

Pâlnia de alimentare trebuie să fie mai înaltă decât lingotierele cu maselotiere aşezate pe pod - lingotierele se umplu cu oţel lichid pe principiul vaselor comunicante.

Avantaje:• se pot turna mai multe lingouri deodată reducând durata turnării;• se pot turna lingouri mici din oale mari;• lingourile au toate aceeaşi înălţime şi structură;

Dezavantaje:• cheltuieli mai mari pentru manoperă şi materiale;• pierderi destul de mari prin reţeaua de turnare (circa 4%);• temperatura de turnare trebuie să fie mai mare, deoarece oţelul se

răceşte pe traseu;• se impurifică cu incluziuni nemetalice din zidăria podului;

Metoda este recomandată pentru lingouri mici care se toarnă din cuptoare mari - necesită viteze mici de turnare (sunt susceptibile la crăpături), fără restricţii deosebite de puritate.

Turnarea continuă

Ansamblul de turnare este format din:- Distribuitor - pâlnie intermediară - are o capacitate de 10-15% din greutatea oţelului din oala

de turnare şi este prevăzută cu unul sau mai multe orificii de turnare - funcţie de numărul de fire turnate odată - se închid şi se deschid cu bare port dop ;

– Cristalizator - confecţionat din Cu cu pereţi dubli prin care curge apa de răcire. Are profilul semifabricatului şi o conicitate de 0,7…1,1% pe fiecare latură. Pentru creşterea durabilităţii cristalizorului acesta se cromează la interior şi se rectifică de câte ori este nevoie dacă a suferit deformări mai mari de 5 mm în plus sau în minus. Durabilitatea cristalizorului pina la 350-370 turnări. Apa de răcire intră în cristalizor pe la partea de jos şi iese pe la partea de sus, cu o presiune de circa 6 atm. Nivelul oţelului lichid în cristalizor este menţinut constant;

– Instalaţie de tragere - formată din: • role masive de ghidare, din fontă sau din oţel - au rolul de a evita deformarea

semifabricatului până la solidificarea lui completă;• stropitori cu apă - stropesc atât semifabricatul cât şi rolele de ghidare. Viteza de tragere a firului - identică cu viteza de turnare a oţelului în cristalizor şi corelată cu

viteza de solidificare a oţelului, calculată astfel încât centrul semifabricatului să se solidifice complet imediat după ieşirea firului din răcirea secundară ;

- Instalaţie de tăiere a semifabricatului poate fi foarfecă volantă pentru tăierea mecanică sau instalaţie cu flacără oxiacetilenică pentru tăierea chimică a firului - se deplasează odată cu semifabricatul şi revine în poziţia iniţială la terminarea operaţiei de tăiere. Viteza de tăiere este corelată cu viteza de tragere şi cu mărimea semifabricatului.Semifabricatele tăiate la lungimi până la 12-15 m sunt preluate de sistemul de basculare şi depuse pe o cale cu role sau pe un ascensor şi transportate în depozitul de semifabricate.

Turnarea continuă

• Semifabricatele tăiate la lungimi până la 12-15 m sunt preluate de sistemul de basculare (15) şi depuse pe o cale cu role (16) sau pe un ascensor şi transportate în depozitul de semifabricate.

• Instalaţia verticală cu fir drept este o construcţie înaltă - 16-30 m, incomodă, costisitoare şi greu de întreţinut → alte variante, mai puţin înalte şi mai uşor de întreţinut.

• Instalaţiile de turnare cu fir curb (a) - curbarea şi îndreptarea firului se face după ieşirea din cristalizor - miezul semifabricatului (13) nu este complet solidificat, cu ajutorul rolelor (17) - role de ghidare ale răcirii secundare. Înălţimea acestor instalaţii 11-20 m sau chiar de 8-18 m dacă raza de curbare a firului se ia la valoarea cea mai mică admisibilă.

• La instalaţiile de turnare continuă cu cristalizator curb (b) - firul iese drept din cristalizor. Înălţimea ei este de 5-8 m.

Instalaţie de turnare continuă verticală cu fir drept

Instalaţii de turnare continuă cu fir curb (a) şi cu cristalizor curb (b)

Viteza de tragere vtr - trebuie să fie egală cu viteza de umplere a cristalizorului, vu depinde de forma şi mărimea semifabricatului, adică de diametru cercului înscris în secţiunea semifabricatului, Dm, de înălţimea cristalizorului, de grosimea crustei marginale dorite şi de durata turnării. – Cercetările experimentale şi calculele statistice efectuate au arătat că vtr

scade cu creşterea Dm

Răcirea secundară se alege, ca şi viteza de tragere vtr , în funcţie de calitatea oţelului şi de secţiunea semifabricatului, ţinând seama de faptul că, cu creşterea intensităţii de răcire creşte siguranţa ca centrul produsului este solidificat compact, dar creşte şi pericolul apariţiei crăpăturilor interne.

Durata unei turnări este de 60…70 min., indiferent de cantitatea de oţel Q care trebuie turnată, pentru a nu se răci oţelul în oala de turnare şi în distribuitorul rotativ. Pentru o cantitate mai mare de oţel trebuie fie un număr mai mare de fire, fie un semifabricat mare.

Avantajele turnării continue comparativ cu turnarea clasică:• semifabricatele au o suprafaţă curată;• au toate aceeaşi structură, mai omogenă decât lingourile clasice;• gradul de utilizare al metalului este mult mai mare, ajungând la peste 96%, in

timp ce la turnarea clasică nu depăşeşte 80-82%;• durata turnării şi solidificării este foarte mică, circa 1 oră faţă de 16-20 ore la cea

clasică;• se elimină cel puţin laminoarele primare;• se micşorează mult cheltuielile materiale şi de manoperă.

Dezavantajele turnării continue:• semifabricate puternic tensionate – necesită tratament termic de detensionare

Instalaţiile de turnare continuă pot servi orice tip de oţelărie, dar sunt recomandate oţelăriilor cu convertizoare care au durată mică de elaborare (30…50 minute).

• Prin turnarea continuă s-au obţinut brame cu dimensiuni de până la – 2100x300 mm din oţel calmat şi necalmat – 1300x150 mm pentru oţel inoxidabil, – ţagle de 50x50 în cristalizoare simple sau compuse, – produse rotunde, hexagonale, profile, flanşe etc.

• Nu s-au obţinut rezultate bune la turnarea oţelurilor cu sensibilitate mare la

crăpare sau la oxidare secundară, cum sunt oţelurile cu titan