книги из ГПНТБ / Пути улучшения качества сталей и сплавов

ФОРМА И МАТЕРИАЛ ФУТЕРОВКИ ПРИБЫЛЬНЫХ НАДСТАВОК ДЛЯ СЛИТКОВ С ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ ПОДПИТКОЙ

Форма и размеры прибыльной надставки сущест­ венно влияют на формирование слитка, особенно го­ ловной его части, и на расход жидкого металла. Поэ­ тому выбор формы и материала футеровки имеет значение не только для обычных слитков, но и слитков с электрошлаковой подпиткой.

Чтобы определить оптимальную форму и материал футеровки прибыльных надставок для слитков весом (массой) 0,5— 1,0 т с электрошлаковой подпиткой, оп­

робовали следующие прибыльные надставки:

а) обычные, с набивной футеровкой (85 процентов шамотного порошка и 15 процентов глины) и объемом по жидкому металлу 20 процентов от веса слитка. Вы­ соту налива жидкого металла снизили до 72 высоты надставки;

б) укороченные, с объемом по жидкому металлу 10—20 процентов от веса слитка (футеровку укорочен­ ных надставок производили разными материалами: обычной массой, магнезитовым порошком, добавляя в качестве связующего 3—5 процентов жидкого стек­ ла с графитовыми вставками; с шамотными ворон­ ками) .

Было установлено, что футеровка вступает в хими­ ческое взаимодействие с жидким шлаком и быстро те­ ряет первоначальную форму. Замена шамотной футе­ ровки на магнезитовую позволила несколько увели­ чить стойкость, однако, в сравнении со стойкостью надставок без электрошлаковой подпитки, она была в 5— 10 раз ниже. Графитовая вставка имеет более вы­ сокую шлакоустойчивость по сравнению с шамотной и магнезитовой и позволяет значительно увеличить стойкость прибыльных надставок. Изучение качества макроструктуры головной части слитка показало, что применение надставок с графитовыми вставками при одновременной электрошлаковой подпитке не обеспе­ чивает удовлетворительной макроструктуры, так как графит обладает высокой теплопроводностью и крис­ таллизация металла в прибыли наблюдалась раньше, чем начинался устойчивый электрошлаковый процесс.

120

готовой продукции, однако из-за низкого качества по­ верхности прибыльной части слитка ее приходилось использовать для переплава. Кроме этого в макро­ структуре прибыльной части слитка наблюдаются по периферии дефекты, образование которых связано с подворотом корочки в процессе разливки. Подворот корочки в прибыльной надставке обусловлен резким снижением поперечного сечения по высоте надставки (с 3240 до 900 см2 для слитка весом 2,7 т).

Для улучшения качества поверхности прибыльной части слитка и устранения подворотов корочки в про­ цессе наполнения прибыльной надставки металлом бы­ ла предложена новая ее форма. В отличие от сущест­ вующих, конусность уменьшена с 25 до 4 процентов, внутренняя поверхность не футеруется, высота увели­ чена на 50 мм, то есть новая прибыльная надставка —

это как бы продолжение изложницы (рис. 8). Применение прибыльных надставок новой формы

для слитков с электрошлаковой подпиткой позволило:

121

1)значительно улучшить качество поверхности прибыльной части слитка и блюмсов после проката слитка;

2)улучшить качество макроструктуры слитка по

периферии;

3)уменьшить расход жидкого металла на недолиткп и повысить выход годного с 95 до 98 процентов;

4)повысить стойкость прибыльных надставок до 35—40 наливов (футерованные надставки выдержива­ ли 3—5 наливов);

5)извлекать из изложниц слитки весом (массой) 2,7 тпри передаче их в горячем состоянии в прокатный

цех без затруднений. (При использовании футерован­ ных надставок высота налива металла уменьшалась

наполовину. Этот фактор, наряду с большой конуснос­ тью прибыльной части слитка, отрицательно влиял на извлечение слитков из изложниц клещевым краном);

6) исключить влияние футеровки прибыльной над­ ставки па изменение состава жидкого шлака в процес­ се электрошлаковой подпитки.

СПОСОБЫ НАВЕДЕНИЯ ШЛАКОВОЙ ВАННЫ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕЖИМ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ ПОДПИТКИ СЛИТКОВ

Электрошлаковую подпитку слитков по способу на­ ведения шлаковой ванны можно осуществить в следу­ ющих вариантах:

1)после разливки металла;

2)одновременно с разливкой металла, с помощью

экзотермических смесей или легкоплавких эвтектик;

3)путем заливки жидкого шлака в изложницу или

вприбыльную надставку на поверхность металла. Опыт показал, что в зависимости от способа наве­

дения шлаковой ванны существенно изменяется про­ текание процессов подпитки (особенно в начальной стадии). Качество макроструктуры верхней части слитка также в значительной степени определяется скоростью наведения шлаковой ванны.

Так, при наведении шлаковой ванны по первому способу в макроструктуре прибыльной части слитков весом (массой) 0,5 ти менее наблюдается граница раз­

дела между наплавленным в процессе подпитки и зали­

122

тым в надставку при разливке металлом. Причем эта граница четче у края и постепенно исчезает к центру слитка. Наличие границы между наплавленным в про­ цессе подпитки и основным металлом прибыльной час­ ти слитка можно объяснить тем, что в процессе раз­ ливки металла на поверхности его образуется пленка окислов; кроме того, засыпка флюса низкой темпера­ туры на поверхность металла в прибыльной части слитка приводит к резкому охлаждению металла с по­ верхности. Объем металла прибыльной части слитка весом (массой) 0,2—0,5 т, по сравнению со слитком весом (массой) 1,0 т и более, составляет незначитель­

ную величину, и кристаллизация металла протекает довольно быстро. Наведение шлаковой ванны длится 2—3 минуты для слитков малого веса. Все эти факто­ ры приводят к тому, что к началу протекания устойчи­ вого электрошлакового процесса металл в прибыльной части слитка частично у стенок и с поверхности закристаллизовывается, и последующий разогрев и расплав­ ление флюса не обеспечивают полного расплавления металла.

В макроструктуре головной части слитков весом (массой) 1,0 г и более не наблюдается границ раздела между основным и наплавленным в процессе подпитки металлом даже в случае применения флюса с темпера­ турой 20—30° С (без подогрева) для наведения шла­ ковой ванны. Чтобы в макроструктуре головной части слитков весом 0,5 ти менее устранить границы разде­

ла между основным и наплавленным в процессе под­ питки металлом, опробовали наведение шлаковой ван­ ны в прибыли путем заливки жидкого шлака или за­ сыпки подогретого до температуры 600—800° С флюса АНФ-6. В макроструктуре верхней части опытного слитка границ раздела наплавленного и основного ме­ талла не обнаружили даже без применения футерован­ ной надставки.

Наведение шлаковой ванны вторым способом про­ веряли при разливке металла в изложницы для слит­ ков весом (массой) 0,5 т. Как отмечалось, этот способ

обеспечивает устойчивое протекание процесса электрошлаковой подпитки (особенно в начальной стадии). Однако качество поверхности слитков весом (массой) 0,5 г снижается. Технология подготовки смесей трудо­

123

емкая. В связи с этим второй способ наведения шлако­ вой ванны не получил развития.

Опытами по наведению шлаковой ванны третьим способом (заливка жидкого флюса АНФ-6 на поверх­ ность металла в момент входа в изложницы) установ­ лено, что, как и во втором случае, начало процесса электрошлаковой подпитки проходит без дуговых раз­ рядов с устойчивым потреблением заданной мощности. Макроструктура головной части опытных слитков была плотная и однородная, но качество поверхности — не­ удовлетворительное (встречались шлаковые включе­ ния, оспа и другие дефекты).

Высокое качество поверхности слитков весом (мас­ сой) 0,5—2,7 т легированных марок стали и сплавов

достигается при разливке под слоем жидкого шлака

Этот состав выплавляется в специальной шлако­ плавильной печи. Заливка жидкого шлака (5—7 кг/т)

в изложницы производится через распределитель в момент появления металла в нижней части изложниц.

Чтобы установить, возможно ли провести в началь­ ной стадии электрошлаковую подпитку головной час­ ти слитков под шлаком указанного состава с последу­ ющей добавкой флюса АНФ-6, были проведены опытные плавки сплавов Х15Н60 и Х20Н80. Они пока­ зали, что начало процесса электрошлаковой подпитки в этом случае аналогично работе на жидком флюсе АНФ-6, то есть жидкий шлак приведенного состава обладает достаточно хорошей электропроводностью и

жидкотекучестью.

Этого не наблюдается в начале процесса электро­ шлаковой подпитки при работе по первой схеме. Д о­ бавка твердого флюса АНФ-6 в количестве 5—6 кг/т через 3—5 минут от начала процесса обеспечивает по­ лучение необходимой глубины шлаковой ванны (80— 100 мм) и дает возможность окончить электрошлако­

вую подпитку в устойчивом режиме, с заданной ско­ ростью оплавления электродов. Химический состав шлаковой ванны, получаемый при разливке металла под слоем жидкого шлака с добавлением твердого

124

флюса АНФ-6 отличается от состава шлака, получае­ мого по первой схеме, незначительно (табл. 30).

Таким образом, сочетание разливки металла под слоем жидкого шлака приведенного состава с после­ дующим добавлением твердого флюса АНФ-6 обеспе­ чивает получение хорошей поверхности слитков и про­ ведение электрошлаковой подпитки с устойчивым электрическим режимом в начальной и последующих стадиях процесса.

При электрошлаковой подпитке головной части слитков тепло выделяется в шлаковой ванне при про­ хождении через нее электрического тока. Количество этого тепла можно определить по формуле:

Q — 0.24U-I кал!сек,

где Q — количество тепла;

U — напряжение на шлаковой ванне, в; I — сила тока, а.

Экспериментами, проведенными Златоустовским металлургическим заводом совместно с Челябинским научно-исследовательским институтом металлургии [149, 150] по замеру расхода тепла головной частью слитка за время кристаллизации, установлено:

Таким образом, электрический режим электрошла­ ковой подпитки должен компенсировать потери тепла головной частью слитков в процессе кристаллизации, с учетом расхода его на расплавление металлического электрода и флюса.

Общее количество тепла, выделяемое в процессе подпитки, по экспериментальным данным, составляет:

Оно превосходит потери при кристаллизации го­ ловной части слитка.

С целью быстрого наведения шлаковой ванны в на-

125

чале процесса электрошлаковой подпитки подводили к установке повышенную мощность, затем ее снижали.

Повышение напряжения с 40 до 70 в, при прочих

равных условиях, способствует заметному повышению температуры жидкого шлака. Выше 50 в оно благо­

приятно влияет на изменение формы металлической ванны в прибыли, с точки зрения повышения выхода годного металла. Однако при этом режиме возникают дуговые разряды между электродом и поверхностью шлаковой ванны и процесс электрошлаковой подпитки протекает менее устойчиво.

Лучшие результаты по устойчивости технологичес­ кого процесса подпитки и выходу годного были полу­ чены при следующих электрических режимах (табл. 31). Расход металлического электрода при этом сос­ тавляет 1,5—2 процента от веса слитка, что снижает

Проведение первой трети периода электрошлако­ вой подпитки с повышенным расходом мощности обу­ словлено значительной усадкой металла, когда холод­ ная изложница интенсивно поглощает тепло, отдавае­ мое слитком.

Кроме того, как уже отмечалось, в начале процесса

127

электрошлаковой подпитки повышенная мощность благоприятно влияет на ускорение расплавления флю­ са и перевод процесса в устойчивый режим.

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОЦЕССА

" Процесс подпитки начинается после окончания раз­ ливки. Шлаковая ванна наводится присадкой флюса АНФ-6 с температурой 500—700° С или комнатной — при разливке металла под слоем жидкого шлака (ко­ личество флюса—5—7 кг/т).

Глубина шлаковой ванны 50—60 мм для слитков

0,5—0,8 т и 800— 100 мм для слитков массой 1,0—2,7 т.

Электрический режим процесса подпитки указан в предыдущем разделе.

За время электрошлаковой подпитки необходимо наплавить 1,5—2 процента от веса слитка металла расходуемого электрода.

После окончания подпитки электроды поднимают­ ся, отсоединяется нулевая фаза и конвейер может пе­ ремещаться в соответствии с требованиями техноло­ гической инструкции.

Снятие прибыльных надставок производится после истечения технологического времени выдержки для

15.30Начало подготовки установки к подпитке

15.40Окончание подготовки установки к подпитке

15.48Выпуск плавки в ковш

15.54Начало разливки металла

15.54Заливка жидкого шлака в изложницы

15.57Окончание разливки металла

15.58Начало процесса электрошлаковой подпит­ ки. Напряжение 45 в, ток 2000 а.

15.59Засыпка флюса АНФ-6 в прибыльную над­ ставку (5 кг/т)

16.30Напряжение 45 в, ток 1700 а.

17.33Окончание процесса электрошлаковой под­ питки.

128

КАЧЕСТВО ЛИТОГО

ИДЕФОРМИРОВАННОГО МЕТАЛЛА

СЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ

ПОДПИТКОЙ

Изучением макроструктуры литого и деформиро­ ванного металла с электрошлаковой подпиткой, в сравнении с утеплением обычным или экзотермичес­ кими втулками, установлено, что для всех слитков вы­ соколегированных марок стали и сплавов весом (мас­ сой) 0,2—2,7 г общим является значительно меньшая глубина залегания усадочной раковины или полное устранение ее. Макроструктуры слитков массой 2,7 г сплава Х15Н60 с утеплением люнкеритом и с электро­ шлаковой подпиткой показаны на рис. 9. Глубина за­ легания раковины на слитке с электрошлаковой под­ питкой в 4 раза меньше, чем на обычном слитке. Процесс электрошлаковой подпитки оказал влияние не только на снижение глубины залегания усадочной раковины, но и в значительной степени на уплотнение осевой зоны слитка. Протяженность осевой пористос­ ти снизилась более чем в 2,5 раза. Кроме того, значи­ тельно уменьшаются размеры осевых пор и интеркристаллитных трещин. Качество металла прибыльной части и тела слитка было равноценно.

Анализ качества макроструктуры деформирован­ ного металла показал, что центральная пористость всех образцов после электрошлаковой подпитки на 1,0— 1,5 балла ниже, чем у обычного металла.

Количество дефектных по макроструктуре образ­ цов (усадка, подкорковые пузыри) резко снижается на плавках с электрошлаковой подпиткой по сравне­ нию с обычными плавками, при одновременном сниже­ нии нормы обрези головной части слитка с 21 до 10 процентов.

Для изучения влияния процесса электрошлаковой подпитки головной части слитка на неметаллическую фазу стали Х18Н10Т, исследовали качественный и хи­ мический состав включений металлографическим ме­ тодом. Общее количество и площадь неметаллических включений в слитке с электрошлаковой подпиткой на­ ходятся на одном уровне с обычным слитком. Количе­ ство и площадь сульфидных включений (особенно в

129