книги из ГПНТБ / Заверюха, Н. В. Разливщик стали учеб. пособие

блитка и сталь имеет самую низкую прочность, изложница стано­ вится податливой Литейной формой, что предотвращает зависание слитков и образование продольных и поперечных трещин.

При разливке под шлаком или через шлак образование угловых продольных трещин сокращается до минимума. В затвердевающем прямоугольном слитке, отлитом в шлаковой «рубашке», устраняется неравномерность напряжений усадки широкой и узкой стороны, т. е. трещины асимметричности кристаллизации устраняются пол­ ностью.

Встречающиеся дефекты на поверхности слитков при обычной разливке: «завороты» корок, плены, раковины, «корзины», «оспины».

волосовины, при разливке через шлак или под шлаком, сокращаются до минимума.

В слитках, отлитых под шлаком, заме­ чено снижение суммарного содержания кислорода и неметаллических включений (по сравнению с разливкой с открытым зеркалом слитка).

Почти все исследователи доказывают, что частицы неметаллических включений размером >0,3 мкм при разливке под шлаком или через шлак всплывают в шлак, а частицы <0,1 мкм не всплывают и оста­ ются в затвердевшей стали. Большинство исследователей считают, что при разливке со шлаком в стальных слитках количество крупных неметаллических частиц сни­ жается, а мелких — увеличивается.

При высокой скорости кристаллизации слитка частицы смеси и капельки шлака могут быть «заморожены» в поверхностном слое слитка. В образцах, вырезанных из нижней части слитков легированных ста­ лей массой 0,5— 1,5 т, отлитых сифонным способом под шлаком, обнаружены ча-

стицьГ нерасплавившегося шлака. В слитках массой > 3 т, отли­ тых сифонным способом, неметаллические включения не обна­

и сифонным способом с недостаточной толщиной слоя шлака над зеркалом металла количество неметаллических включений в стали повышается вследствие того, что струя металла затягивает вклю­ чения в глубь слитка.

Возникающие конвективные восходящие потоки жидкой стали в затвердевающем слитке, окутанном сверху и с боков жидким шла­ ком, способствуют всплыванию неметаллических включений, где они ассимилируют (растворяются) в слое шлака на зеркале ме­ талла.

160

Слиток кипящей стали

Слиток кипящей стали существенно отличается от слитка спо­ койной стали по физической и химической неоднородности. Кипя­ щей называют такую сталь, процесс раскисления которой полностью не завершен. Такая сталь затвердевает в изложнице с выделением

слитка сверху замедлено, зона мелких кристаллов (плотная корка), достигает 10 мм. При разливке стали сифонным способом струя стали поступает снизу, что ускоряет процесс газовыделения, поэтому в слитках, отлитых сифонным способом, плотная корка слитка достигает 20—30 мм.

Кипящий слиток отличается по структуре от спокойного слитка отсутствием сосредоточенной усадочной раковины и наличием газо­ вых пузырей, расположенных почти по всему объему в определенном порядке. На рис. 111 видны зоны кристаллизации кипящего слитка. Вследствие высокой скорости охлаждения и газовыделения обра­ зуется плотная корка слитка — это зона быстрого охлаждения (рис. Ill, 1). Здесь скорость выделения газов превышает скорость образования кристаллов. Корка слитка состоит из мелких равно­ осных кристаллов и характеризует качество кипящих слитков.

Тонкая корка слитка « 8 мм) при нагреве перед прокаткой может окисляться, вскрыв газовые пузыри, дающие при прокатке дефекты на поверхности металла. Химический состав этой зоны примерно отвечает среднему ковшовому составу плавки.

Зона сотовых пузырей (рис. 111,2) — это вытянутые пузыри, расположенные по направлению от плотной корки к центру слитка на 30—70 мм. Сотовые пузыри образуются в результате замедленного

и промежуточными (вторичными) пузырями. Эта плотная зона фор­ мируется из мелких равноосных кристаллов при полном отсутствии пузырей, т. е. в условиях, когда рост дендритов значительно отстает от скорости образования и выделения пузырей.

Вторичные пузыри (рис. 111, 4) образуются после закрытия зер­ кала слитка крышкой. В это время выделение газа из слитка пре­ кращается, и образующиеся газы фиксируются в объеме слитка в виде пузырей округлой формы, обычно располагающихся цепочкой по всей высоте слитка и отстоящих от его поверхности примерно на одинаковом расстоянии. В зоне вторичных пузырей наблюдается повышенная ликвация серы, фосфора, углерода и других элементов, что указывает на прекращение процесса кипения.

162

в изложнице и высоком ферростатическом давлении значительная

(оплавления) их корки.

Увеличению рослости слитков способствует высокое содержание

кипения в изложнице. Высокое содержание марганца также снижает окисленность, что приводит к вялому или запоздалому кипению. Для сталей с содержанием 0,15—0,25% С считается оптимальным

сивного выделения газов дает усадку, оставляя на стенках излож­ ницы застывшую корку. В таких слитках зона сотовых пузырей полу­ чается малой и пузыри расположены глубоко. Окисленность стали можно регулировать путем присадки в изложницы алюминия в коли­ честве 30—50 г/т стали, а при сифонной разливке— в центровую. Слитки, отлитые с большими «голенищами», условно бракуют и после обрезки «голенищ» при стандартном химическом составе и хоро­ шей поверхности принимают по прямому назначению, а при отсту­ плениях от заданного состава и грубой поверхности переводят в пони­ женную марку и иногда окончательно бракуют.

Для обеспечения высокого качества слитков кипящей стали достаточно получить плотную корку и максимальную однородность слитка. Снижение скорости разливки, разливка через промежуточ­ ный ковш или из двухчетырехстопорного ковша через стаканы с диаметром канала 30 мм, а также сифонная разливка способствуют образованию толстой корки.

Увеличение производства листового проката вызвало необходи­ мость отливки крупных слитков кипящей стали массой до 25 т, прокатываемых на слябингах и непрерывных широкополосных листовых станах. Такие слитки отливают из сталеразливочных ков­ шей емкостью 300—450 т через стаканы с диаметром канала 50— 100 мм в изложницы большого поперечного сечения с волнистой

164

внутренней поверхностью. На образование плотной корковой зоны слитка влияет окисленность жидкого металла, т. е. с увеличением содержания избыточного кислорода в стали образование и удаление газов протекают интенсивнее, металл кипит лучше и толщина плот­ ной зоны больше. Кипение слитков массой до 25 т, отлитых сверху при больших скоростях, интенсифицируют обдувкой струи металла воздухом и кислородом. В табл. 11 приведены данные, характери­ зующие изменение толщины корки слитка при обдувке струи металла.

Начинают обдувку через 30—60 с после подъема стопора и пре­ кращают ее после наполнения изложницы. Давление воздуха должно быть не менее 3,5 ат. Рослость слитков, отлитых с обдувкой струи металла воздухом, на 100— 150 мм меньше, чем обычных слитков, и высота пояса сотовых пузырей на 100— 150 мм меньше, чем в обыч­ ных. При этом повышенной насыщенности жидкой стали кислоро­ дом, водородом и азотом не наблюдалось. Однако если производить обдувку с большим расходом кислорода, металл закипает в момент поступления в изложницу, кипение проходит более интенсивно, чем при обычной разливке, в результате чего в отдельных местах на поверхности слитков образуются плены.

На ММК проводили опыты по отливке 6,5-т кипящих слитков

сприсадкой в изложницу кальцинированной соды. Толщина корки

услитков, отлитых без присадки соды, составляла 8— 10 мм, у слит­ ков, отлитых с присадкой до 1,5 кг соды на слиток, она увеличилась

до 12— 15 мм, у слитков, к которым добавляли 3 кг соды — до 20 мм,

ас присадкой 6 кг соды — до 30 мм.

Впоследнее время для интенсификации газовыделения и увеличе­ ния толщины корки начали применять брикеты из смеси сухой ичистой окалины (сортовых прокатных станов), фтористого натрия и суль­ фатного щелока. Эти брикеты (массой 2 кг) помещают в изложницы перед разливкой кипящей стали на крупные листовые слитки. Раз-: ливка производится через стакан с диаметром канала 50—100 мм со скоростью > 14 т/мин. Толщина корки увеличивается при этом до 12 мм.

165

Согласно проведенным исследованиям отмечено, что при разливке кипящей стали через стакан с диаметром канала ПО мм без интенсификаторов кипения, сотовые пузыри выходят на поверхность. При­ меняя интенсификатор кипения, кипящую сталь можно разливать с высокой скоростью, не ухудшая поверхности слитка и его макро­ структуры.

При отливке слитков кипящей стали с содержанием углерода > 0,12% применяют брикеты из 80% окалины и 20% фтористого натрия из расчета 500—600 г/т стали. Для слитков кипящей стали с содержанием угле­ рода <0,12% используют брикеты из 30% окалины и 70% фтористого натрия из расчета

300—400 г/т стали.

Практикуется также засыпка верха слитков кипящей стали порошком «силикатной глыбы» через 1—2 мин после наполнения изложницы. При этом образуется тонкий слой жидкопод­ вижного шлака, который хорошо растворяет всплывающие на поверхность неметаллические включения и задерживает затвердевание по­ верхности крупного слитка кипящей стали на 5—8 мин. Сотовые пузыри располагаются глуб­ же, т. е. увеличивается плотная корковая зона слитка.

При сифонной разливке для получения жидкоподвижного шлака и увеличения продол­ жительности кипения металла в изложницах зеркало слитков засыпают сухой смесью ока­ лины (35%) и песка (65%). Для слитков мас­ сой 300—600 кг это делают через 1—2 мин после заполнения куста, для слитков массой

800—2000 кг — через 3—4 мин. В результате улучшается структура верхней части слитков и снижаются отходы при прокатке на 1%.

В крупных слитках кипящей стали наблюдается самая высокая неоднородность (ликвация). При длительном периоде кипения обра­ зуется толстый поверхностный слой с отрицательной ликвацией, центральная зона имеет сильно положительную ликвацию. Граница между центральной и поверхностной зонами обозначается сравни­ тельно резко, и эти зоны после травления различны по своему составу и внешнему виду. Максимальная положительная ликвация в круп­ ных слитках кипящей стали обнаруживается в головной части слитка.

Для устранения химической неоднородности во всем объеме круп­ ного кипящего слитка его закупоривают либо механическим, либо химическим путем. Механическое закупоривание заключается в том, что верх слитка накрывают тяжелой металлической крышкой. Меха­ ническому закупориванию подвергают слитки кипящей стали, отли­ тые в изложницы, уширенные книзу, или в изложницы бутылочной формы. Крышку закрепляют на горловине изложницы сразу после ее наполнения (рис. 115). При разливке сифонным способом крышки

166

можно накладывать до начала разливки, оставляя на каждом под­

доне одну открытую изложницу для наблюдения за наполнением куста.

Сталь содержит ограниченное количество активного кислорода, поэтому она поднимается (растет) до крышки за 2—3 мин (рис. 115) и закупоривает слиток. Дальнейшее выделение газа прекращается. В закупоренных слитках выделение газов заканчивается очень рано, что дает узкую зону кипения. При непродолжительном кипении кон­ центрация примесей в середине слитка уменьшается, поэтому коли­ чество ликватов снижается. В механически закупоренных слитках

газ выделяется в таком огра­ ниченном количестве, что плотная наружная корка слитка до­

стигает достаточной толщины раньше, чем начнут освобождаться первые газовые пузыри (т. е. до образования подкорковых пузырей). Из кипящей стали во время кристаллизации выделяется так много газов, что плотная здоровая корка успевает сформироваться до того момента, когда выделение газа станет вялым (неинтенсивным). Под­ корковые пузыри всегда находятся в нижней части слитка (рис. 116). Раскислителями для химического закупоривания слитков являются алюминиевая дробь и мелкодробленый 45- и 75%-ный ферросилиций.

При отливке слитков из полуспокойных сталей 08, Ст. 1,Ст. 2, Ст. 3 металл раскисляют в ковше ферросилицием и за 3—5 с до опуска­ ния стопора в каждую изложницу под струю вводят алюминиевую дробь. Установлено, что при химическом закупоривании за 3—5 с перед закрытием стопора или через 1—2 с после закрытия стопора улучшается качество поверхности слитка, снижается головная обрезь и улучшается качество проката в головной части слитка.

Расход алюминиевой дроби определяют, исходя из температуры, содержания углерода и кислорода в металле и закиси железа в шлаке перед раскислением. Чем выше содержание углерода, тем меньше нужно алюминиевой дроби. При высокой температуре металла и вы­ соком содержании закиси железа алюминиевой дроби расходуют

167

больше. Расход раскислителя при химическом закупоривании слит­ ков колеблется в пределах от 100 до 400 г/т стали.

При раскислении головной части слитков дробленым ферросили­ цием его вводят в изложницу через 1—5 мин после наполнения в ко­ личестве 500—600 г/т стали. Момент ввода раскислителей в металл или на зеркало слитка влияет на структуру, качество слитков и рас­ ход раскислителей. Расход ферросилиция корректируют в зависи­ мости от тех же факторов, что и расход алюминия, и изменяют по ходу разливки. В первые изложницы и кусты ферросилиция вводят меньше, а в последующие больше на 10—20 г/т.

При закупоривании слитков кипящей стали ферросилицием раз­ меры кусков должны изменяться в пределах 10—35 мм (применение пылеобразного ферросилиция приводит к затягиванию его в глубь слитка и увеличивает расслоение в прокатных изделиях).

Качество слитка определяется, как известно, химической и фи­ зической однородностью, поэтому закупоривание слитков нужно проводить как можно раньше. Несмотря на снижение толщины корки слитков и уменьшение зоны кинения, сотовые пузыри при прокатке не вскрываются. Головная обрезь снижается против обычной на 2—3%, и головные заготовки не отделяют, что облегчает работу адъюстажа обжимного цеха. Химическое и механическое закупорива­ ние слитков сохраняет им свойства кипящей стали, но закупоренные слитки обладают меньшей химической и физической неоднородностью и лучшей структурой. Поверхность заготовок и готового проката из таких слитков также улучшается. При разливке стали сверху целесообразно проводить химическое закупоривание слитков, а при сифонной разливке перемешивание стали улучшает качество хими­ ческого и механического закупоривания.

Однако для сталей, используемых для глубокой штамповки, раннее прекращение кипения нежелательно. Наличие в слитке боль­ шой зоны кипения обеспечивает хорошую вытяжку металла при глу­ бокой штамповке. Все ликваты концентрируются преимущественно в верхней части слитка, которая частично идет в обрезь, а частично используется для изготовления изделий менее ответственного на­ значения.

Применение порошкообразных интенсификаторов кипения, повидимому, не является препятствием для проведения закупоривания. В то же время ввод интенсификаторов в виде брикетов ухудшает качество закупоривания, так как брикеты полностью не растворяются во время наполнения изложниц металлом и, оставаясь на поверх­ ности, реагируют с введенным раскислителем,

Слиток полуспокойной стали

Полуспокойная сталь занимает промежуточное место между спо­ койной и кипящей. Степень раскисления полуспокойной стали ниже, чем спокойной, и выше, чем кипящей. В жидкой полуспокойной стали находится некоторое количество растворенного кислорода, который вступает в реакцию с углеродом в период затвердевания слитка, обра­

168

зует окись углерода, объем которой частично компенсирует усадку и тем самым устраняет образование усадочной раковины. Образую­ щиеся газовые пузыри не выделяются из жидкого металла, поэтому кипения не наблюдается. В качественной полуспокойной стали газо­ вые пузыри расположены глубоко под коркой слитка и в объеме точно соответствуют объему усадки, сопутствующей затвердеванию, В структуре слитка отсутствуют округлые, т. е. промежуточные, пузыри. Открытая поверхность головной части слитка после засты­ вания получается гладкой. Качество слитка определяется степенью раскисленности стали, его рослостью, формой и расположением уса­ дочной раковины, а также развитием химической неоднородности.

В практике используют раз­ дельное или комбинированное раскисление металла: в ковше или в изложнице, а также последова­ тельно в ковше и изложнице. Ино­ гда окончательное раскисление металла проводят в разливочном пролете. Тщательно проведенное раскисление стали в изложницах

титан. Иногда сталь раскисляют в печи доменным ферросилицием или высококремнистым марганцем, а затем дополнительно в излож­ ницах.

Слитки полуспокойной стали получаются недостаточно раскислен­ ными, нормально раскисленными и перераскисленными, близкими по структуре к слиткам спокойной стали (рис. 117). Недостаточно раскисленный слиток рослый, зеркало его вспучивается и про­ рывается с истечением жидкого металла («капуста»). Заготовки или готовый прокат из таких слитков (особенно из верхней их части) имеют плохую поверхность. В перераскисленном слитке верх полу­ чается вогнутым, под коркой размещается усадочная раковина (пу­ стая полость), вытянутая по оси в глубь слитка. Выход годного из таких слитков снижается вследствие увеличенной головной обрези. Хороший слиток имеет ровную или слегка выпуклую поверхность зеркала. Визуальным показателем нормальной раскисленности ме­ талла служит прекращение искрения зеркала только что отлитого слитка в промежутке от 30 с до 1 мин после налива. Верхняя часть слитка получается гладкой, слиток не растет.

Количество раскисляющих добавок, даваемых в первую излож­ ницу, определяют из опыта раскисления предыдущих плавок стали такой же марки и корректируют на последующих слитках по внеш­ нему виду верха отлитых первых двух слитков. Раскислители можно вводить в изложницы на протяжении всего времени наполнения из­ ложницы, при этом происходит равномерное раскисление всего объ­

169