1.3.2. Будова сталевого злитка

Розглянемо будову злитка спокійної сталі. Налита у виливницю сталь охо-оджується нерівномірно. В місцях дотику рідкого металу з відносно холодною поверхнею виливниці він сильно переохолоджується, що спричинює виник­нення безлічі центрів кристалізації. З цих центрів формується тонка поверхнева зона дрібнихрівновіашх кристалів 4 (рис. 1.3.4), близьких до глобулярної форми. у міру зниження температури сталі утворюється проміжок між стінкою виливниці й злитком, внаслідок чого охолодження помітно сповільнюється. Оскільки потік тепла назовні перпендикулярний до стінки виливниці, то створюються умови для росту стовпчастих кристалів 2 в напрямку, протилежному напрямкові відведення тепла.

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

Дефектами сталевого злитка є усадкова порожнина, ліквація, газові бульбашки й неметалеві включення.

Усадкова порожнина — найістотніший дефект сталевого злитка. У злитку зі спокійної сталі її виводять у верхню (головну) його частину, яка називається приростовою і формується в надставці 3 (рис.1.3.3). Футеровка 4 захищає метал від швидкої втрати тепла, тому сталь тривалий час залишається рідкою й живить металом ту частину злитка, що закристалізувалась. З цієї причини змен­шується об'єм і глибина усадкової порожнини. Для посилення цього ефекту приростову частину злитка часто спеціально нагрівають різними способами. Оскільки під час обробки тиском усадкова порожнина не заварюється, попередньо приростову частину злитка відрізують і потім перетоплюють. З нею у відходи потрапляє 12...20 % металу.

Характерною особливістю Злитків із киплячої сталі є відсутність прирос-тової частини з усадковою порожниною, оскільки газові бульбашки CO, що виділяються в об'ємі злитка, компенсують усадку.

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

Газові бульбашки виділяються завдяки зменшенню розчинності газів у 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 включень належать силікати, сульфіди та оксиди металів. Вони утворюються в процесі дезоксидації, а також потрапляють у метал із футеровок та іншими шляхами. Неметалеві включення завжди погіршують механічні властивості сталі.

1.3.3. Безперервне розливання сталі

Безперервне розливання полягає в тому, що рідку сталь із ковша 1 (рис. 1.3.5) виливають у проміжний розливний пристрій 2, звідки вона постійно витікає у мідяну водоохолоджувану виливницю без дна — кристалізатор 3. Перед почат­ком роботи в кристалізатор вкладають підставку (на рисунку не зображена), верхня частина якої служить тимчасовим дном, а нижня затиснута між тягови­ми валками 5. Контактуючи з порівняно холодними стінками кристалізатора

- ном, рідка сталь поступово кристалізується, утворюючи своєрідну чашу.

Пяставка разом з чашею й рідким металом пересувається вниз вздовж стінок

исталізатора за допомогою тягових валків зі заданою швидкістю. Інтенсивне

холодження металу водою сприяє швидкому переміщенню фронту

сталізації _Вщ _П0ВЄр_Хні до центра злитка. В міру віддалення від верхнього •раю кристалізатора товщина стінки чаші збільшується і на певній глибині рідкий метал остаточно кристалізується без утворення усадкової порожнини.

Особливістю безперервного розливання сталі є компенсація її усадки за рахунок постійного живлення рідким металом, що надходить у зону кристалі­зації- Таке живлення можливе лише завдяки незатверділій відкритій поверхні чаші, куди безперервно витікає рідкий метал із проміжного розливного при­строю. Після кристалізатора злиток додатково охолоджують водою з форсунок 4, а на виході з машини його розрізують на частини б необхідної довжини аце­тиленовим різаком 7. Щоб запобігти приварюванню металу до стінок криста­лізатора, він рухається зворотньо-поступально вздовж осі злитка.

Поперечний перетин кристалізатора визначається конфігурацією майбут­ніх виробів. Перетин може бути квадратним, прямокутним, круглим тощо. Машини безперервного розливання можуть мати до 8 кристалізаторів для одночасного виготовлення декількох злитків.

Переваги методу безперервного розливання сталі:

• внаслідок відсутності усадкової порожнини відходи металу зменшують­ ся до 2...4 % від маси рідкої сталі;

• не треба великої кількості виливниць, піддонів та інших пристроїв;

• структура злитка щільна, дрібнозерниста й хімічно однорідна завдяки високій швидкості охолодження;

• поверхня злитка має добру якість;

• форма й розміри перетину злитка максимально наближені до виробу;

• не треба застосувати обтискні вальцівні стани — блюмінги та слябінги, внаслідок чого заощаджується значна кількість енергії;

• покращуються умови праці.

Таким чином, безперервне розливання сталі можна вважати видатним досягненням в металургії 20 ст. Цей метод почали запроваджувати у промисловість наприкінці 40-х і на початку 50-х років. Світова сумарна частка сталі, розлитої на МБРЗ в 1960 р., становила менше 1 %, (рис. 1.3.6), а в 1970 р. менше 10 %. Починаючи від 1975 року, безперервне розливання сталі стрімко розвивається. Вже в 1990 році майже 60 % витопленої в світі сталі було розлито на МБРЗ. Досягнутий світовий рівень істотно перевершили такі країни як Японія, Італія, Республіка Корея, ФРН, де понад 90 % сталі розливають на МБРЗ. Водночас значне відставання від середньостатистичного світового рівня бачимо в КНР, Росії, Індії, Україні.

Продування сталі інертним газом вилучає з неї розчинені гази й неметалеві ключення, а також вирівнює температуру й хімічний склад металу в ковші.

Найчастіше сталь продувають аргоном через спеціальний вогнетривкий ористий блок, вмонтований у дні ковша. Тиск аргону на 0,2...0,5 МПа пере-

вишує атмосферний. Тривалість операції — 5...15 хв. У бульбашки аргону

переходять водень і азот. Бульбашки газів виносять на поверхню неметалеві

включення.