Розділ 1.3 розливання сталі

Після виплавлення сталь із конвертера або з печі випуска­ють у ківш, із якого її розливають до кристалізатора машини безперервного лиття заготовок (МБЛЗ) або до спеціальної мета­левої форми — виливниці. Після кристалізації із розлитого ме­талу отримують сталеві заготовки — зливки. їх передають для вальцювання і рідше — для кування. Близько 98 % сталі, ви-

плавленої металургійними заводами, використовують для виго­товлення зливків, а решту — для виливків.

1.3.1. Розливання сталі у виливниці

Ківш для розливання сталі — це відкрита посудина, що служить для короткочасного зберігання, транспортування та роз­ливання сталі. Ківш складається зі зварного кожуха З (рис. 1.3.1), двох цапф 5, футерівки 2 зі шамотної цегли, вкладки 1 із магнезиту або шамоту й стопора 4. Вкладка має отвір цилін­дричної форми, що закривається під час опускання стопора або відкривається під час його піднімання. Поверхня металевого стопора захищена вогнетривким матеріалом. Ківш підвішують за допомогою цапф до гаків мостового крана, який транспортує метал до місця розливання. Місткість ковша залежить від міс­ткості агрегату для виплавлення металу. Ківш вміщає від 5 до 250 т сталі, а подекуди — 400...450 т.

Рідку сталь перед розливанням недовго витримують у ков­ші, щоб вирівняти її хімічний склад, а також з метою дегазува­ти і вилучити частинки неметалевих вкраплень, що виплива­ють на поверхню.

Виливниця є товстостінною чавунною (рідше сталевою) фор­мою, призначеною для кристалізації в ній сталевого зливка. Поперечний переріз виливниці може мати вигляд квадрата, прямокутника, багатокутника або круга. Маса зливка — від 1 до 12 т, іноді доходить до 300 т.

Є два способи розливання сталі у виливниці: згори і сифон­но знизу.

Під час розливання згори з ковша 3 (рис. 1.3.2) сталлю наповнюють окремо кожну виливницю 2, що стоїть на чавунній плиті — піддоні 1. Наповнивши виливницю, отвір ковша закри-

вають стопором або шиберним замком, після чого ківш підво­зять мостовим краном до наступної виливниці. Під час розли­вання метал розбризкується і зоксидовані бризки прилипають до стінок виливниці, а звідти потрапляють на поверхню злив­ка. Вони не зварюються зі зливком навіть під час вальцювання, тому їх перед вальцюванням необхідно вилучати. Процес роз­ливання згори порівняно тривалий.

Під час сифонного розливання сталь із ковша 7 (рис. 1.3.3) потрапляє у чашу 6 центрового ливника 5 і звідти по каналах піддона / в усі виливниці 2 одночасно. Кількість виливниць може бути від 2 до 60. На кожну виливницю накладають над­ставку 3 з футерівкою 4, яка сповільнює охолодження рідкого

металу. Тому метал зберігається довше в рідкому стані й усад­кова порожнина утворюється тільки у верхній частині зливка. Сифонним розливанням отримують дрібні й середні зливки. Втрати металу на ливникову систему сягають 2,5 %. Скорочу­ється час розливання сталі на один зливок порівняно з розли­ванням згори. Поверхня зливка якісніша через відсутність на ній бризок металу.

1.3.2. Будова сталевого зливка

Розглянемо будову зливка спокійної сталі. Налита у вилив­ницю сталь охолоджується нерівномірно. В місцях стикання рідкого металу з відносно холодною поверхнею виливниці він сильно переохолоджується, що спричинює виникнення безлічі центрів кристалізації. З цих центрів формується тонка поверхне­ва зона дрібних дезорієнтованих кристалів 4 (рис. 1.3.4), бли­зьких до глобулярної форми. Зі зниженням температури сталі утворюється проміжок між стінкою виливниці й зливком, вна­слідок чого охолодження помітно сповільнюється. Оскільки потік теплоти назовні перпендикулярний до стінки виливниці, то створюються умови для росту стовпчастих кристалів 2 в на­прямку, протилежному напрямкові відведення теплоти.

Формування зони стовпчастих кристалів сповільнює охолод­ження в осерді зливка, де виникає зона великих неорієнтованих кристалів 3. Після повної кристалізації поверхневого шару зливка й подальшого поступового зменшення об'єму металу, що перебуває всередині, утворюється усадкова порожнина 5.

Дефектами сталевого зливка є усадкова порожнина, ліквація, газові бульбашки й неметалеві вкраплення. ,

Усадкова порожнина — найбільший дефект сталевого злив­ка. У зливку зі спокійної сталі її виводять у верхню (головну) його частину, яка називається приростовою і формується в над­ставці 3 (див. рис. 1.3.3). Футерівка 4 захищає метал від шви­дкої втрати теплоти, тому сталь тривалий час залишається рід­кою й живить металом закристалізовану частину зливка. З цієї причини зменшується об'єм і глибина усадкової порожнини. Для посилення цього ефекту приростову частину зливка часто спеціально нагрівають різними способами. Оскільки під час об­робки тиском усадкова порожнина не заварюється, попередньо

приростову частину зливка відрізують і переплавлюють. З нею у відходи потрапляє 12...20 % металу.

Характерною особливістю зливків із киплячої сталі є відсу­тність приростової частини з усадковою порожниною, оскільки газові бульбашки CO, що виділяються в об'ємі зливка, компен­сують усадку.

Ліквацією називається нерівномірний розподіл хімічних елементів у зливку. Розрізняють внутрікристалічну (в межах окремо взятого кристалу) й зональну (по висоті зливка) ліквацію. Найбільш схильні до ліквації сірка, фосфор і вуглець. Внут­рікристалічну ліквацію на противагу до зональної можна знач­ною мірою усунути дифузійним відпалом. Зональну ліквацію виправити відпалом не вдається. Вона може істотно впливати на механічні властивості сталі.

Газові бульбашки виділяються завдяки зменшенню розчин­ності газів в металі під час охолодження. Водночас бульбашки CO утворюються у киплячій сталі відповідно з реакцією (1.2.6). Під час вальцювання газові бульбашки заварюються.

До неметалевих вкраплень належать силікати, сульфіди та оксиди металів. Вони утворюються під час дезоксидації, а та­кож потрапляють у метал із футерівок та іншими шляхами. Неметалеві вкраплення завжди погіршують механічні власти­вості сталі.