Химическая неоднородность

Разливка стали снизу (сифонный метод) (рис.8М, в), основан на принципе сообщающихся сосудов

Разливка стали сверху (рис.8М,а)

Способы разливки стали

Рис. 8М, а Разливка стали сверху

Застывшие на стенках изложницы брызги расплавленного металла вторично не переплавляются при заполнения изложницы расплавленным металлом и оставляют на поверхности закристаллизовавшегося слитка углубления, покрытые пленкой окислов (окисные плены) Рис. 8М, б Схема образования окисных пленов

В изложниц 5 сверху сталь разливают непосредственно из сталеразливочного ковша 1. Прибыльная надставка 8 с огнеупорной массой малой теплопроводности 9 применяется для подпитки усадочной раковины расплавленным металлом. Преимущества: исключается расход металла на литники, упрощается подготовка оборудования к разливке. Недостатки: большая высота разливки стали приводит к разбрызгиванию металла при попадании струи расплавленного металла 2 на поверхность жидкой ванны металла, что приводит к образованию окисных пленов - углублений в теле слитка, покрытых пленкой окислов (рис 8М, б). Применяется для разливки углеродистых сталей.

Рис. 8М, в Разливка стали снизу (сифонный метод)

1- сталеразливочный ковш; 2- струя жидкой стали; 3- центровой литник; 4- огнеупорные трубки; 5- изложница; 6- поддон; 7- литниковые каналы; 8- прибыльная надставка; 9- огнеупорная масса малой теплопроводности

Присифонной разливкеодновременно заполняются несколько изложниц (от 4 до 60). Изложницы устанавливаются на поддоне 6, в центре которого располагается центровой литник 3, выложенный изнутри огнеупорными трубками 4, и соединённый каналами 7 с изложницами. Жидкая сталь 2 из сталеразливочного ковша 1 поступает в центровой литник и снизу плавно, без разбрызгивания заполняет изложницу 5. Преимущества: отсутствие окисных пленов, можно разливать большую массу металла одновременно в несколько изложниц. Недостатки: расход металла на литники ( каналы) до 1,5% от массы заливаемой стали Используют для разливки легированных и высококачественных сталей

.

Рис. 9М Непрерывная разливка стали

1- разливочный ковш; 2- промежуточное разливочное устройство; 3- водоохлаждаемый медный кристаллизатор; 4 –жидкая фаза слитка; 5- тянущие ролики; 6- охлаждающие форсунки; 7- кантователь; 8- кислородно-ацетиленовый резак. а - машина вертикального типа; б - машина радиального типа; в - машина горизонтального типа

3. Непрерывная разливка стали (Рис. 9М)

Этот способ заключается в том, что жидкая сталь непосредственно из ковша 1 ( рис. 9М, а) и через промежуточное разливочное устройство 2 непрерывно заливается в водоохлаждаемую форму, называемую кристаллизатором 3. Перед началом разливки в кристаллизатор вводится специальное устройство с замковым захватом ("затравка") как дно для первых порций металла. После затвердевания металла у стенок кристаллизатора затравка при помощи тянущих механизмов вытягивается из кристаллизатора, увлекая за собой формирующийся слиток. Поступление жидкого металла продолжается и слиток непрерывно наращивается. В кристаллизаторе затвердевают лишь поверхностные слои металла, образуя твердую оболочку слитка, имеющего жидкую фазу 4 по центральной оси. Поэтому за кристаллизатором расположена зона вторичного охлаждения, называемая также второй зоной кристаллизации. В этой зоне поверхностное охлаждение осуществляется с помощью охлаждающих форсунок 6. Слиток протягивается тянущими роликами 5 и поступает в зону резки, где разрезается кислородно – ацетиленовым резаком 8 на заготовки мерной длины и с помощью кантователя 7 подается на рольганг прокатного стана.

По сравнению с разливкой в изложницы резко уменьшаются потери металла на обрезку и кроме того, благодаря непрерывности литья и кристаллизации, достигается полная равномерность структуры слитка по всей его длине.

Основное условие получения качественного слитка – синхронизация скорости протяжки со скоростью кристаллизации для предотвращения разрыва слитка, находящегося в твердо-жидком состоянии и обладающего малой прочностью. .

Для осуществления процесса непрерывной разливки стали, сначала применялись машины вертикального типа (рис. 9М,а), в которых формирование слитка и его резка происходили на вертикальном участке. Высота таких машин могла превышать 40 м, поэтому их размещение требовало сооружения башен или колодцев. Стремление уменьшить высоту машин непрерывного питья привело к созданию машин радиального типа (рис. 9М,б). В этих машинах кристаллизатор и зона вторичного охлаждения расположены по дуге определенного радиуса(обычно радиус равен 30-40 толщинам слитка). В конце радиального участка слиток проходит через тянущие ролики и выводится в горизонтальное положение, в котором производится его резка. Высота таких машин, как правило, не превышает 12 м. Следующим достижением в развитии машин непрерывной разливки стали явилось создание машин горизонтального типа (рис. 9М, в). Такие машины имеют высоту не более 8 м. Они могут быть установлены не только на металлургических предприятиях, но и на машиностроительных.

Строение стального слитка (Рис. 10М)

Строение слитка зависит от способа раскисления стали:

1) Спокойную сталь раскисляют Mn, Al и Si.

Раскисление спокойной стали заканчивается в в разливочном ковше или сталеплавильном агрегате

2) Раскисление полуспокойной стали ( раскислитель Mn и Al) и кипящей стали (раскислитель Mn ) не заканчмвается в ковше и сталеплавильном агрегате, а продорлжается в изложнице. Процесс раскисления идет по реакции: FeO + C → Fe + CO↑. Пузырьки CO , всплывая на поверхность , создают впечатление кипения стали.

В слитках стали присутствует структурная и химическая неоднородность.

Рис. 10М Строение стального слитка

1- мелкие равноосные кристаллы (корка); 2- крупные столбчатые кристаллы; 3- неориентированные крупные кристаллы; 4- усадочная раковина; 5- газовые раковины (поры)

Строение слитка спокойной стали (рис. 10М, а,г)

Спокойную сталь разливают в изложницы, расширяющиеся к верху (рис. 8М, в).

Структурная неоднородность (рис. 10М, а).

Кристаллизация слитка начинается от стенок изложницы. Скорость кристаллизации в этих объемах максимальна, поэтому там образуются мелкие равноосные кристаллы (1). В объемах более близких к центральным областям слитка скорость охлаждения ниже и там образуется крупные столбчатые кристаллы ( 2 ). В объемах, близких к оси слитка, скорость охлаждения минимальна и там образуются неориентированные крупные кристаллы (3). Разнозернистость по объему слитка приводит к неоднородности механических свойств. Участки, имеющие мелкое зерно, обладают высокой пластичностью. Крупное зерно приводит к уменьшению пластичности.

Вследствие неравномерного распределения температур по объему слитка , а следовательно, неравномерной усадки отдельных ее частей, в верхней части слитка образуется концентрированная усадочная раковина (4). Для снижения объема усадочной раковины в слитке спокойной стали в изложнице предусмотрены прибыльная надставка, снабженная огнеупорной массой малой теплопроводности (рис. 8М, а,в поз. 8 и 9 соответственно). Огнеупорная масса малой теплопроводности обеспечивает более длительное существование металла в расплавленном состоянии , что позволяет подпитывать усадку слитка расплавленным металлом.

Прибыльная часть слитка после его затвердевания удаляется в отход. Т.к. в слитке спокойной стали присутствует концентрированная усадочная раковина в отход идет до 30% от массы слитка

а. Дендритная ликвация

По мере роста дендритов растворимость примесей (S, P, С) меняется (растворимость примесей в жидкой фазе значительно выше, чем в твердой). Поэтому участки дендритов, кристаллизующиеся в последнюю очередь, обогащены примесями. Это приводит к возникновению химической неоднородности в пределах одного дендрита (кристалла), назывыаемой дендритной ликвацией.

Дендритная ликвация приводит к возникновению полосчатой структуры при прокатке, что вызывает анизотропию свойств стали (пластические свойства стали в направлении поперечном прокатке значительно ниже, чем в продольном).

б. Зональная ликвация (рис. 10М, г).

В различных зонах всего слитка концентрация примесей различна вследствие неравномерного распределения температур по его объему. Особенно велика концентрация примесей в верхней части слитка, кристаллизующегося в последнюю очередь рис. 10М,г). Зональная ликвация может привести к выбраковке слитка вследствие несоответствия полученного химсостава стали заданному.

Строение слитка кипящей стали (рис.10М, б и д)

Кипящая сталь разливается в изложницы , расширяющиеся книзу (рис. 8, а)

Структурная неоднородность (рис. 10М, б).

Слиток кипящей стали, в отличии от слитка спокойной стали, кристаллизуется с выделением пузырьков СО, которые перемешивают жидкую сталь , способствуя выравниванию температуры по объему слитка. Поэтому концентрированная усадочная раковина в слитке кипящей стали отсутствует. Однако в слитке кипящей стали присутствуют газовые раковины (поры) 5, образующиеся вследствие того, что пузырьки СО не успевают полностью выделиться из расплавленного металла и остаются в твердом слитке. Эти поры подвариваются при прокатке слитка Кроме того, выделение газа приводит к снижению плотности слитка по сравнению со слитком спокойной стали. Образование и рост зерен кипящей стали происходит также, как и спокойной стали.

Т.к. концентрированная усадочная раковина в слитке кипящей стали отсутствует в отход идет 5-8% от массы слитка.