книги из ГПНТБ / Производство шарикоподшипниковой стали М. И. Колосов, А. И. Строганов, И. Я. Айзеншток. 1960- 21 Мб

жения среднезаданного содержания углерода присаживается предварительно подогретый чугун в количестве 2—3%. Ванна вновь закипает и после выгорания избыточного углерода металл раскисляют [144].

Поведение марганца. Согласно имеющимся в ли­ тературе экспериментальным данным,, окисленность металла в основной и кислой мартеновской печах определяется содержа­ нием углерода [17]. Поэтому с точки зрения окисленности метал­ ла режим марганца не имеет значения в кислой печи. На это указывает в частности хорошее качество кислой стали, выплав­ ленной с остаточным содержанием марганца 0,05—0,08% по рас­ плавлении и 0,10—0,15% перед раскислением [141,. 143, 145]. Од­ нако при выплавке подшипниковых сталей необходимо учиты­ вать специфические требования, предъявляемые к ним в отно­ шении содержания неметаллических включений. В процессе ки­ пения подина печи разрушается и частицы кремнезема загряз­ няют металл. В табл. 73а приведено изменение содержания сво­ бодного глинозема и кремнезема в составе силикатных включе­ ний по ходу плавок, проведенных активным и кремневосстано­

ванны и повышении содержания кремнезема в металле. Удале­ ние кремнезема из металла улучшается в случае образования

легкоплавких силикатов, чему способствует повышенное содер

жание марганца в ванне. На Серовском комбинате обнаружено повышение количества плавок с ограничением по содержанию

неметаллических включений при понижении содержания марган­ ца в металле по расплавлении [138].

Рис. 38. Правильный (а) и неправильный (6) режимы марганца по ходу плавки

характерная по режиму марганца плавка стали ШХ15. По ре­ зультатам микроконтроля среднее содержание оксидов в пробах сечением 90 мм по всем поддонам в этой плавке 'оценивалось в 2,1 балла, а содержание сульфидов в 2,5 балла. Пример не­ удовлетворительного режима марганца в плавке стали ШХ15 приведен на рис. 38, б. Марганец в отдельные моменты периода кипения окислялся. Балл по оксидам и сульфидам в металле

этой плавки оказался равным 3,1 (по каждому виду включений).

Учитывая сказанное, на заводах, выплавляющих шарико­ подшипниковые стали, не допускают снижения содержания мар­ ганца по расплавлении ниже 0,20—0,25%, в первый час после расплавления ниже 0,15% и в последующий период кипения ни­ же 0,18—0,22%. Требуемое содержание марганца по расплав­ лении обеспечивается средней концентрацией марганца в ших­ те 0,8—1,2%. Иногда в печь заваливают марганцевую руду.

В процессе кипения практикуется присадка марганцевой руды или ферромарганца.

Шлаковый режим. Самородный шлак кислого про­ цесса состоит практически из FeO, МпО и SiO2. Диаграмма рав­

новесия этой тройной системы приведена на рис. 39. В этой си­ стеме имеется большая область тройных сплавов с температу­ рой плавления ниже 1600°. Самая низкая температура (1123°)

соответствует тройной эвтектике состава: 47% FeO, 20% МпО и

33% SiO2. Обычные кислые шлаки при выплавке шарикопод­

шипниковых сталей содержат 10—30% FeO, 20—30% МпО и не

ниже 45% SiO2.

Рис. 39. Система FeO — SiOj — МпО

Согласно данным комбината им. Серова оптимальным содер­ жанием FeO по расплавлении следует считать 16—26% [138]

Было замечено также, что качество стали улучшается при увеличении суммы FeO + МпО.

Указанному составу шлака соответствует заштрихованная область диаграммы. Температура плавления подобных сплавов выше 1650°. Присутствие других примесей (А12О3, СаО и др.)

в количестве не более 8—10% несколько понижает температу­ ру плавления, по тем не менее кислый шлак представляет собой

высокотемпературный сплав.

При непосредственном соприкосновении кислого шлака с футеровкой печи шлак обогащается кремнеземомЧасть крем­

незема в шлаке может находиться в растворенном состоянии,

другая часть в виде твердых частиц. Растворимость кремнезе­

156 Выплавка стали в кислой мартеновской печи

ма в железомарганцовистом шлаке, находящемся в равновесии с кремнеземом при 1550—1600°, составляет по разным источни­

кам 46—49% и практически мало зависит от температуры. Гли­

нозем почти не влияет на растворимость кремнезема в шлаке: известь сильно увеличивает растворимость кремнезема в шлаке, которая при 12% СаО составляет 57%. Содержание кремнезема в кислом шлаке в конце плавки достигает 60—62%. Следова­ тельно, даже при максимально возможной добавке извести в печь часть кремнезема находится в шлаке в твердом, нераство-

ренном состоянии. Это сильно увеличивает вязкость шлака, пре­

отмечалось, стабилизация представляет собой конечное естест­ венное состояние кислой ванны. В течение процесса кипения шлак искусственно поддерживается в активном жидком состоя­ нии путем добавки железной руды, а при активном процессе—до­ полнительно извести или известняка. В условиях мартеновской печи введенная в шлак известь увеличивает жидкоподвижность

шлака; тем самым увеличивается интенсивность взаимодействия между металлом и шлаком.

Следует также иметь в виду, что добавки извести освобож­ дают закись железа из силикатов; однако это же приводит к по­ нижению содержания закиси железа [146, 147], так как освобо­ дившаяся закись железа взаимодействует с примесями металла.

В процессе кипения шлак постепенно сгущается и становит­ ся вязким, приобретает светло-зеленый цвет. Удовлетворитель­ ный шлак по расплавлении при вршлавке стали ШХ15 обычно содержит 15—25% FeO, 15—30% МпО и около 45% SiO2.

Конечный шлак дает ровную гладкую лепешку толщиной 6—8 мм, в изломе он совершенно однородный, светло-зеленого цвета с сероватым оттенком, с незначительным количеством га­ зовых пузырьков и корольков металла. Состав конечного шлака примерно следующий: 10—20% FeO, 15—25% МпО и не менее

55% SiO2.

кремневосстановительного процесса не превышает 6%. Верхний предел по содержанию закиси марганца достигается при веде­

нии плавки кремнемарганцевым восстановительным процессом,

когда в ванну забрасывают марганцевую руду. Раскисление и легирование стали. Качество ша­

рикоподшипниковой стали определяется прежде всего количест­ вом, величиной и характером распределения неметаллических включений. Кислый шлак предохраняет металл от значительно­ го окисления во время выпуска; кроме того, восстановленный кремний в некоторой степени раскисляет металл. Поэтому кис­ лый металл обычно не раскисляют сильными раскислителями, наприм’ер алюминием. Однако неметаллические включения в этом случае представляют собой в основном глобули, по разме­

рам превосходящие допустимые в шарикоподшипниковой стали. Применение сильных раскислителей обеспечивает изменение хи­ мического состава включений и уменьшает их размер. Изложен­ ными соображениями определяются приемы раскисления шари­ коподшипниковой стали, отличные от методов раскисления кис­

лых сталей других марок.

Раскисление в печи обычно ведут ферросилицием и ферро­ марганцем. В шведской практике одно время раскисление начи­ нали с присадок в печь за 30 мин. до выпуска 25%-ного ферро­ силиция из расчета получения заданного содержания кремния. Ферромарганец вводили после легирования хромом за 12 мин.

до выпуска [3]. Подобный порядок присадок ферросилиция и

ферромарганца практиковался и на заводе «Красный Ок­ тябрь». Ферросилиций в этом случае вводили в виде 45%-ного сплава. Раскисление металла в печи в указанной последова­ тельности (кремний, затем марганец) объясняется желанием не допустить образования крупных включений силикатов.

На других заводах, например на комбинате им. Серова, рас­ кисление начинают с присадки ферромарганца, а затем ферро­ силиция (чаще в виде высокопроцентного сплава).

Степень раскисления ванны, как правило, контролируется по специальной пробе,, отливаемой в огнеупорный или металличе­ ский стаканчик. Металл в пробнице должен застывать спокой­ но, без выделения искр.

Иногда металл раскисляют алюминием, силикомарганцем, сплавом AMS, силикокальцием, ферротитаном, феррованадием

и др.

Согласно исследованиям, проведенным на комбинате им. Се­ рова, раскисление стали сплавом AMS (2—6 кг)т), силикомар­ ганцем, силикокальцием, а также одновременно AMS и алюми­ нием особых преимуществ по содержанию неметаллических вклю­ чений не дало [138]. Средний балл по оксидам по 24 плавкам,

раскисленным AMS, составлял 2,64, а по 29 плавкам, раскислен­ ным силикокальцием, — 2,56 вместо 2,44 в текущих, плавках, рас­

кисленных ферромарганцем и 45%-ным ферросилицием.

158 Выплавка стали в кислой мартеновской печи

Лучшие результаты были получены при дополнительном ра­ скислении ванны алюминием (0,14—0,6 кг/т) после присадки феррохрома. Средний балл по оксидам по четырем плавкам ока­ зался равным 2,25. Алюминий в этом случае в ванну вводили

на железных шомполах.

Сталь выплавляли в 45—50-т печах. Перед раскислением кремний восстанавливался в пределах 0,10—0,26%.

Разливку ,вели в 2,86-т слитки сифоном. Неметаллические включения контролировали на пробах сечением 90 мм. Несколь­ ко иные данные были получены на заводе «Красный Октябрь», где испытывали влияние предварительного раскисления метал­ ла в печи сплавом AMS (4 кг[т) и смесью раскислителей, состоя­

Развес слитка во всех случаях 3,7 т. К сожалению, содержа­ ние глобулярных включений в этом случае не оценивали.

Можно полагать, что применение комплексных раскислителей для предварительного раскисления не всегда обеспечивает необ­ ходимую чистоту стали по включениям, хотя общее содержание включений в этом случае понижается, но увеличивается вероят­ ность получения отдельных включений больших размеров.

Особенно показательным в этом отношении является раскис­ ление силикокальцием.

Сказанное полностью справедливо и для окончательного рас­ кисления металла в ковше. Так, по результатам упомянутого ис­

следования [138], раскисление металла в ковше силикокальцием (1—3 кг!т) и алюминием (0,18 кг/т) обеспечивало получение

среднего балла по оксидам по 30 плавкам 1,73. В печь кремний

в этих плавках не вводили. Однако величина глобулярных вклю­ чений в металле опытных плавок в подавляющем большинстве случаев была больше допустимой; не давало положительных ре­ зультатов также комбинированное раскисление в ковше силикокальцием, феррованадием, силикомарганцем, алюминием и 45 % -

ным ферросилицием в различных соотношениях. Глобулярные

включения во всех опытных плавках превышали 4 балла.

Несколько лучшие результаты были получены при одновре­ менном раскислении металла силикокальцием в печи и ков­ ше. Причем было замечено, что загрязненность стали глобуляр­ ными включениями находится в прямой зависимости от количе­ ства присаженного силикокальция. Удовлетворительные резуль­ таты по 15 плавкам были получены при расходе силикокальция в печь 1,4 кг/т и в ковш 0,8 кг/т. Дополнительно в ковш присажи­

прикрепленных к железным прутьям. В одной банке содержа­

лось 12—15 кг силикокальция.

Однако более устойчивые результаты получаются при рас­ кислении металла в ковше сильными раскислителями, образую­ щими мелкие включения. Наибольшее распространение в каче­ стве такого раскислителя получил алюминий. Расход алюминия

в ковш обычно колеблется в пределах 80—200 г/т. Алюминий присаживают в кусочках весом не более 200 г, равномерно по ходу выпуска под струю металла. Иногда, например в шведской практике, алюминий вводят не при выпуске, а в процессе раз­ ливки непосредственно в изложницу. Расход алюминия умень­

шается до 40—60 г/т при разливке по 500-ка слиткам.

Хорошие результаты по оксидным включениям получаются также при раскислении металла в ковше силикоцирконием. В готовой стали обнаруживаются в этом случае нитриды циркония, представляющие собой прямоугольники неправильной формы светло-желтого цвета. Недостатком раскисления силикоциркони­ ем является его высокая стоимость. Таким образом, наиболее удовлетворительные результаты дает раскисление металла в пе­ чи ферросилицием и ферромарганцем и в ковше или изложнице

алюминием. Увеличение продолжительности выдержки ме:алла в ковше в сочетании с повышенным количеством ал'-юминия при­ водит к снижению содержания сульфидных включений.

По данным завода «Красный Октябрь» влияние указанно­

го фактора характеризуется следующими цифрами (табл. 75). Снижение содержания включений объясняется тем, что с уве­

личением степени раскисленности стали и понижением темпера­

туры разливаемой стали сегрегация примесей в стальном слитке уменьшается; имеет значение также и всплывание включений.

Легирование стали хромом в кислых печах не представляет особых затруднений. Обычно феррохром присаживают в подо­

гретом состоянии после предварительного раскисления металла кремнием или кремнием и марганцем. Выдержка ванны с фер­ рохромом определяется прежде всего содержанием в нем угле­ рода. С повышением содержания углерода в феррохроме вы­

держку после его присадки следует увеличивать. На заводе «Красный Октябрь» выдержка металла с феррохромом при ра­

Угар хрома обычно составляет 10—15%. Целесообразно пос­ ле легирования металла хромом помешать ванну. На немецких и шведских заводах одно время успешно опробовали хромовос­

становительный процесс с дачей хромистой руды на шлак. Одна­

ко от такого способа легирования отказались из-за возможного перегрева металла. Окончательная корректировка металла по содержанию марганца, кремния и хрома производится за 10—15 мин. до выпуска. При необходимости содержание углерода кор­ ректируют путем присадки чушкового чугуна. Однако с чугуном следует вводить не более 0,05% С.

Большое влияние на загрязнение стали неметаллическими включениями оказывает температура металла перед выпуском

[139].Г

Высокая температура металла, по-видимому, способствует развитию реакций вторичного окисления.

Примеры из практики кислого процесса

Ниже приводятся примеры ведения активного и кремневосстановительного процессов при выплавке стали ШХ15 в 45-т печи.

Активный процесс на твердой шихте. В качест­ ве исходных материалов использовали саткинский древесноуго­ льный чугун (12,0 т) и шихтовую болванку (35,0 г). Химический состав составляющих металлической части приведен в табл. 76.

162 Выплавка стали в кислой мартеновской печи

Температура металла на желобе 1535° (по Пирапто).. Актив­ ность шлака в первой половине кипения поддерживали периоди­ ческими добавками железной и марганцевой руды, а также известью. Таким образом, плавку проводили отчасти марганце­ восстановительным процессом. Состав шлака в отдельные перио­

ды доводки был нормальным (табл. 78).

Таблица 78

Состав шлака

Состав, %

Момент отбора пробы

FeO МпО

Скорость выгорания углерода понижалась к концу кипения и составляла 0,28% С/час в первые два часа кипения и 0,22%

С/час — в последний час.

Сталь разливали сифоном в слитки развесом 2,86 т. Продол­ жительность наполнения изложниц до прибыльной надставки

изменялась в пределах 4,3—6,3 мин. Состав готовой стали: 1,06% С; 0,27% Мп; 0,25% Si; 1,48% Сг; 0,020% S; 0,020% Р.

Активный дуплекс-процесс. Жидкий полупродукт,

пользовали оборотный шлак в количестве 500 кг. Твердый чугун и шлак до заливки полупродукта расплавлялись.

Хронометраж периода доводки приведен в табл. 79.

В отличие от предыдущей плавки содержание марганца по

ходу кипения поддерживалось на более высоком уровне глав­ ным образом благодаря присадкам марганца.

Цвет шлака менялся от темно-зеленого по расплавлении до светло-зеленого перед раскислением. Содержание закиси же­

первые два часа кипения до 0,20% С/час в последний час.