35.Технология вакуумирования нациркуляционном вакууматоре (rh-установка) и ковшевом вакууматоре (vd/vod-установка)

Процесс RH (Ruhrstahl Heraeus) осуществляют в камере с огнеупорной футеровкой, оснащенной двумя патрубками, которые погружают в жидкий металл. В результате снижения давления в системе и поддувки инертного газа в восходящий погружной патрубок металл подсасывается в вакуум-камеру, где происходят его обезуглероживание и дегазация, а также другие реакции, связанные с дегазацией.

Обработка всей плавки идет быстро за счет циркуляции жидкой стали. Погружение патрубков осуществляют путем опускания самой камеры или при подъеме ковша. В целях минимизации времени замены камеры может быть предусмотрена система быстросменных вакуум-камер.

Металлургические преимущества системы RH:

оптимальное обезуглероживание до концентрации ниже 15 ppm;

возможность работы при различном исходном содержании углерода;

возможность использования более дешевых высокоуглеродистых легирующих добавок;

возможность химического нагрева расплава;

низкое конечное содержание растворенных газов;

повышение общей степени чистоты стали;

достижение точных плановых показателей состава.

Вакууматоры RH типа получили наибольшее распространение в виду оптимального сочетания производительности, глубины рафинирования и расходов по переделу.

Вакуумирование стали в ковше (VD/VOD), является наиболее простым и надежным способом вакуумной обработки жидкого металла. Оборудование камерного вакууматора не контактирует с жидкой сталью, не требует специальных огнеупоров для футеровки камеры, нет необходимости в предварительном подогреве узлов установки, на них не влияет периодичность пользования, что особенно важно при отсутствии поточного производства.

Вакуумной обработке подвергают как нераскисленную, так и раскисленную сталь. Для повышения эффективности вакуумирования применяют перемешивание расплава инертным газом через донные продувочные пробки сталеразливочного ковша.

36. Скорость затвердевания слитка. Хим неоднородность слитка. Температура и скорость разливки. Технология разливки спокойной стали. Особенности разливки кипящей стали.

Скорость затвердевания слитка

Теплопередача в застывающем слитке при наличии конвективных потоков жидкого металла, как правило, складывается из теплопередачи конвекцией, теплопроводностью и излучением. Основная причина трудности определения скорости кристаллизации слиткасвязана с невозможностью учесть многообразие факторов, оказывающих влияние на кристаллизацию слитка, и их изменения в процессе кристаллизации. По этой же причине затруднено моделирование процесса кристаллизации слитка стали. Наиболее просто решается задача при анализе только одного потока теплопроводностью через затвердевший металл. Общее уравнение теплопроводности для одномерного теплового потока в одномерном пространстве имеет вид:

dT/dt = ( /pc)*(dT2/dx2) где - коэффициент теплопроводности, Вт/(м-К) [кал/(м-ч-°С)]; р и с - плотность (кг/м3) и теплоемкость (кал/кг° С) твердой стали; dT/dx - температурный градиент.

Одним из первых методов изучения скорости кристаллизации стали явился - метод выливания жидкого металла из закристаллизовавшейся части слитка. В последние годы применяли также метод радиоиндикатора. В этом случае в изложницу через определенное время после заливки металла вводят радиоиндикатор, например Fe⁵⁹ в виде окиси. Границу распространения каждой порции радиоиндикатора фиксируют, определяя радиоактивность проб металла, отобранных из разных мест, вырезанных из слитка

Оба метода измерения скорости кристаллизации стали взаимно дополняют друг друга, поскольку при опрокидывании слитка из него выливается не только жидкий металл, но и выбрасывается двухфазная область, появляющаяся между жидкой и твердой частями слитка; в то же время надо иметь в виду, что радиоиндикатор распределяется только в жидкой части слитка.

Химическая неоднородность.

Химический состав стального слитка в различных его частях (объемах) неоднороден. Неоднородность (ликвация) возникает при затвердевании слитка. Содержание примесей (серы, фосфора, кислорода и др) и основных элементов (углерод, хром) может различаться в отдельных объемах слитка в несколько раз. Если, в среднем, в печи получают сталь, удовлетворяющую по своему химическому составу требования стандартов, то отдельные части слитка, а следовательно, и изделий, которые будут получены из слитка, при последующей переработке, могут иметь содержания указанных выше химических элементов, в несколько раз отличающиеся, в ту или иную стороны от требований стандартов. Практически, в разных частях слитка (головной, центральной и донной) имеются различные, хотя и достаточно близкие, марки стали. Ликвация углерода или легирующих компонентов не гарантирует уровень требуемого потребителями комплекса физико – механических свойств стали, что не может обеспечить эксплуатационную надежность изготовленного из нее оборудования.

Ликвация химических элементов может быть дендритной и зональной. Дендритная ликвация возникает в пределах одного кристалла. Сначала кристаллизуется более чистый металл (у него наибольшая температура плавления среди компонентов сплава), главные оси дендритов становятся более чистыми от примесей, а затем затвердевает более загрязненный примесями основной металл.

Температура и скорость разливки

Температура и скорость разливки стали являются факторами, в значительной степени определяющими качество поверхности слитка и его макроструктуру. Верхний предел температуры металла и скорость разливки стали должны быть такими, чтобы предупреждалось появление на слитках не только трещин, но и других дефектов металла, в частности повышенной загрязненности неметаллическими включениями, газовых пузырей и волосовин. Этот предел подбирают дифференцированно в зависимости от марки стали и предъявляемых к ней требований, а также местных условий разливки. Ниже для примера приводится рекомендуемая температура стали в ковше для некоторых марок стали, выплавляемых в 20-40-т электропечах и разливаемых на слитки массой 2-4 т:

Марка стали 12ХНЗА, 12ХН2А 30ХГСА, 40ХНМА

Температура разливки, °С 1520-1550 1640-1580 1570-1610 1580-1620

Разливку стали следовало бы во всех случаях вести так, чтобы поднимающееся в изложнице зеркало металла сохраняло чистую, свободную от плен и корок поверхность вплоть до достижения обмазки прибыли. Подобный способ разливки исключает образование пленокорочных пороков и обеспечивает максимальную чистоту поверхности слитков и прокатанных заготовок. Однако при разливке стали с большой скоростью увеличивается опасность образования горячих продольных трещин. Поэтому обычно разливку ведут так, чтобы с одной трети - половины высоты изложницы появился бы рант жидкого металла шириной 10-20 мм. Линейная скорость подъема металла в изложнице в этом случае составляет 0,2-0,6 м/мин.

Нижнюю часть изложницы необходимо наполнять возможно быстро, для чего стопор открывают быстро, но плавно, добиваясь при этом получения максимально компактной струи. Такое начало разливки легче обеспечить при дистанционном управлении стопором.

Для лучшего формирования усадочной раковины и получения плотной макроструктуры слитка скорость разливки следует несколько снижать после того, как металл зайдет в прибыльную надставку на высоту 90-100 мм. Длительность наполнения прибыльной надставки в зависимости от марки стали и массы слитка составляет 50-75% от продолжительности наполнения тела слитка.

Технология разливки спокойной стали. Особенности разливки кипящей стали.

Кипящей называется сталь, при разливке которой наблюдается «кипение» металла в изложнице в период кристаллизации слитка. Она раскисляется только ферромарганцем. В процессе раскисления образующаяся окисьуглерода вместе с другими растворенными в стали газами выделяется из металла, что создает впечатление кипения стали в изложницах. Отрицательным свойством кипящего металла, особенно при отливке тяжелых слитков, является большая неоднородность химического состава по высоте и поперечному сечению слитка.

Спокойной называется такая сталь, которая перед разливкой хорошо раскислена; при разливке из нее выделяется мало газов, благодаря чему она спокойно застывает в изложницах. Раскисляют ее ферромарганцем, ферросилициеми алюминием. В слитках кипящей стали имеются пузыри. В слитках спокойной стали они отсутствуют, и наблюдается рыхлость и пористость. Среднеуглеродис-тая и высокоуглеродистая сталь изготовляется только спокойного типа, так как из кипящей стали с высоким содержанием углерода нельзя получить хорошие слитки. Кроме того, слитки спокойной стали более однородны по химическому составу.

Для отливки кипящей стали применяют сквозные изложницы квадратного и прямоугольного сечения без дна, уширяющиеся книзу, чтобы было удобнее удалять из них слитки. Чтобы устранить образование трещин на слитках, внутреннюю поверхность изложниц делают волнистой (см. рис. 2,а,б).

Для получения слитков спокойной стали применяют изложницы с глухим дном и с отверстием в нем для установкишамотного стаканчика при сифонной разливке или стального вкладыша при разливке сверху (см. рис. 2,б).