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

184 Сравнение качества стали, выплавленной различными способами

вает. По данным завода Б, мартеновский металл имеет несколь­ ко более сильно развитую центральную пористость, чем электро^ металл. Однако эта разница не настолько существенна, чтобы можно было говорить о какой-либо закономерности.

Важным показателем качества стали является ее флокеночувствительность. По данным одного из заводов в одинаковых условиях производства основная мартеновская сталь оказывается более флокеночувствительной, чем электросталь; в первый пери­ од работы в 40,1% плавок из мартеновских печей при контроле на флокеночувствительность наблюдались; флокены, в то время как при выплавке в электропечи всего 6,1% плавок было пора­ жено флокенами [152]. По данным другого завода, была получе­

ских заводов флокеночувствительность основной мартеновской

конструкционной стали выше, чем основной электростали анало­ гичных марок. В связи с этим для предупреждения образования флокенов для мартеновской стали установлены более длитель­ ные режимы замедленного охлаждения металла.

Заводы-поставщики в зависимости от способа передела и раз­ мера профилей устанавливают режимы замедленного охлажде­ ния или термообработки, гарантирующие отсутствие флокенов в поставленном металле. Поэтому заводы-потребители как пра­

вило не в состоянии обнаружить флокеночувствительность метал­ ла различных способов выплавки.

Более действенным способом предупреждения образования флокенов в металле являются режимы замедленного охлаждения

или термообработки, чем способы выплавки.

Всвязи с увеличением производства электроэнергии в СССР

иудешевлением ее стоимости, несомненно наиболее перспектив­

ным способом выплавки шарикоподшипниковой стали является основной электросталеплавильный процесс.

Глава 12

РАЗЛИВКА СТАЛИ

Выбор метода разливки

Все отечественные заводы, производящие шарикоподшипнико­

вую сталь, разливают ее только сифоном. В практике зарубеж­ ных заводов разливку шарикоподшипниковой стали производят обычно также сифонным способом. На отдельных зарубежных заводах (Чехословакии, Швеции) шарикоподшипниковую стали разливают сверху, однако в этом случае слитки перед прокаткой или готовый прокат подвергаются обдирке, что снижает выход,

годного металла на 7—10% и увеличивает стоимость передела. Выбор сифонного способа разливки объясняется высокими, требованиями к качеству поверхности слитка и необходимостью

применения слитков сравнительно небольшого развеса.

При сифонном способе разливки поверхность слитка и за­ готовки всегда лучше, чем при разливке сверху, так как при раз­ ливке сверху брызги металла окисляются и остаются у стенок изложниц.

Газы, попавшие в металл при разливке сверху, и окисленные брызги металла реагируют с жидкой сталью и остаются в ней в. вид'е включений, поражающих металл на значительную глубину. Вследствие этого поверхность проката имеет значительное коли­ чество дефектов, а металл во всем объеме содержит больше не­

металлических включений типа оксидов, чем при разливке си­ фоном.

Сравнительные данные микроконтроля 17 опытных плавок,

стали марки ШХ15 (в каждой плавке один поддон отливали свер­ ху, а другой сифоном) приведены в табл. 91 [73].

Как видно из приведенных данных, при разливке сифоном

загрязненность неметаллическими включениями несколько ниже,. Чем при разливке сверху.

По исследованиям В. Г. Сперанского и А. Кошика [154] воло­ совин в прокатанной заготовке стали марки IX13 и 2Х13 при сифон­ ной разливке меньше, чем при разливке сверху. Это наглядно по­

казано в табл. 92.

Такая же закономерность наблюдается и при разливке шари­

коподшипниковой стали.

386 Разливка стали

С. М, Гнучевым и В. Г. Куклевым установлено, что при раз­ ливке сверху нижняя часть слитка оказывается более загрязнен­ ной, чем верхняя [155].

Качество поверхности прокатанной заготовки из слитков, от­

литых сифоном, значительно лучше, чем из слитков, отлитых сверху. Заготовки прокатанного металла из слитков, отлитых

сверху, как правило поражены волосовинами и мелкими подкор­

ковыми пузырями и требуют глубокой сплошной зачистки на наждачных станках или газокислородными резаками, или обдир­

ки слитков перед прокаткой.

Сифонная разливка имеет ряд преимуществ.

1.Плавки большого тоннажа можно разливать в мелкие слитки, сокращается общая продолжительность разливки плавки.

2.Слитки одной плавки получаются более однородными (на одном поддоне устанавливают несколько слитков).

3.При разливке легко наблюдать за поверхностью поднимаю­ щегося в изложнице металла и регулировать скорость разливки. При сифонной разливке смазка изложниц выгорает равномерно,

металл у стенок изложниц не вскипает, вследствие чего подкор­ ковые пузыри на слитках не образуются.

Регулирование скорости разливки по виду поднимающейся

поверхности металла исключает появление на слитках горячих трещин.

4. Поверхность слитков и заготовок чиста и не требует боль­ шой затраты труда на зачистку; потери металла при зачистке проката значительно меньше, чем при разливке сверху.

К недостаткам сифоннойразливки следует отнести повышен­ ный процент отходов металла в виде литников, а также увеличе­ ние стоимости передела стали из-за расхода огнеупорного при­ паса для разливки, содержания дополнительного оборудования и

повышенной затраты труда на сборку поддонов и центровых.

Технология разливки стали сифоном

Выдержка м'еталла в ковше. Выдержка металла в ковше необходима для всплывания неметаллических включений и удаления значительного количества газов: кроме того, путем ре­ гулирования времени выдержки металла в ковше можно пони­ зить температуру металла до требуемой для оптимальных усло­ вий разливки.

После выпуска из печи металл рекомендуется выдерживать

вковше от 5 до 20 мин., в зависимости от температуры металла

иемкости ковша.

Зависимость скорости подъема частиц в жидкой стали от раз­ личных факторов выражается формулой Стокса

у = 2grW-d)

97]

где v — скорость подъ'ема частиц, см[сек; К — постоянная; г — радиус шарообразной частицы, см;

g —ускорение силы тяжести, см1сек?\ d —удельный вес жидкой стали, г1см\ d' — удельный вес частицы, г!см?‘,

т; — вязкость стали.

Постоянная К для вязких частиц, какими являются неметал­ лические включения в жидкой стали, равна единице.

При выпуске стали из печи металл окисляется, в результате

чего количество неметаллических включений увеличивается.

Кроме того, при выпуске плавки в металле запутываются печ ной шлак и неметаллические включения от размывания футеров­ ки желоба и ковша.

В первом приближении можно допустить, что включения в стали имеют шарообразную форму, зависящую от преоблада­ ния .в их составе того или иного соединения: окиси кальция,

кремнезема, комплексных силикатов, глинозема, сернистых и

188 Разливка стали

окисных соединений металлов. Удельный в'ес включений колеб­

лется в пределах 2—5 г!см3.

Расчет показывает, что для подъема в жидком металле шла

вают со скоростью нескольких метров в секунду.

наличия турбулентного дви­ жения жидкости при всплывании1 образуют ряд мелких включе­ ний, отделившихся от основного включения под действием обрат­ ной струи.

Таким образом, выдержка металла в ковше крайне необходи­ ма для очищения стали от неметаллических включений.

Влияние выдержки металла в ковше перед разливкой изучали

на металлургическом комбинате им. Серова при производстве

шарикоподшипниковой стали в кислых мартеновских печах. Бы­ ла установлена определенная зависимость загрязненности стали неметаллическими включениями от данного фактора: чем больше выдержка металла в ковше перед разливкой, тем меньше загряз­

ненность оксидными включениями.

На рис. 41 приведена кривая зависимости количества неме­ таллических включений от выдержки металла в ковше. Лучшие результаты получены при выдержке металла в ковше в преде­ лах 15—20 мин.

Для создания нормальных условий разливки и получения

удовлетворительных результатов по оксидным включениям тех­

нологической инструкцией была установлена выдержка металла

в ковше, в зависимости от температуры металла в пределах

15—20 мин.

температура металла при разливке, тем быстрее идут процессы кристаллизации слитка, а следовательно, более равномерно рас­ пределяются неметаллические включения по слитку и тем мень­ ше размер этих -включений.

Во время выдержки в ковше в первые 10 мин. температура

металла понижается (для 30 т плавки) примерно со скоростью

2,0—2,5° С/мин.

С понижением температуры понижается растворимость газов

■в металле. Выделившиеся из раствора газы, также как и часть неметаллических включений, имеют возможность удаляться из жидкой стали.

Температура и скорость разливки. Температура металла и скорость разливки являются по существу главными факторами, определяющими качество слитка (поверхность, мак­ роструктуру и загрязненность неметаллическими включениями/.

Для шарикоподшипниковой стали температура металла и скорость разливки должны быть строго регламентированы, в свя­ зи с высокими требованиями, предъявляемыми к ней по содер­ жанию неметаллических включений.

Температура металла, поступающего в изложницу, должна быть такой, чтобы, с одной стороны, можно было обеспечить возможно быструю кристаллизацию слитка, а с другой — иметь

достаточно жидкоподвижный металл, способствующий более легкому всплыванию включений в прибыльную часть слитка. При

этом необходимо также обеспечить получение чистой поверхности слитка и проката.

Загрязненность стали марки ШХ15 неметаллическими вклю­ чениями в зависимости от температуры металла изучали на Че­ лябинском заводе.

На основании этой работы были установлены режимы разлив­ ки шарикоподшипниковой стали (разливку регулируют по виду

поднимающейся поверхности металла). Сталь в этот период вы­ плавляли с раскислением карбидным шлаком и молотым

75%-ным ферросилицием. Этому режиму разливки соответство­ вало оптимальное время наполнения изложницы до прибыли, обеспечивающее получение хорошей поверхности слитка при пониженном браке по неметаллическим включениям (табл. 93).

Температура металла в печи (с садкой 30 т) перед выпуском в этот период составляла 1580—4615°, а в ковше,после выпуска

1550—1570°.

Примерно к таким же выводам пришли работники завода «Электросталь». Оптимальной температурой металла при разлив­ ке на этом заводе считают 1530—1580°.

Продолжительность выдержки метала в ковше с момента его наполнения до начала разливки составляла не менее 10 мин.

В 1957 г. изучали влияние температуры жидкого металла в ковше на качество поверхности слитка и загрязненность его не­ металлическими включениями. Опытные плавки стали ШХ15 про­ водили по технологии, разработанной ЦНИИЧМ и Кузнецким

металлургическим комбинатом. Сталь разливали в слитки раз­ весом 2,65 т. Слитки в горячем виде передавали в нагревательные колодцы блюминга; после нагрева слитки прокатывали на за­

готовку квадрат 250—300 мм. Заготовки зачищали и затем про­ катывали на готовый сорт.

Результаты испытаний и количество полученного брака по поверхностным дефектам в готовом сорте приведены в табл. 94

с тем брак готового сорта по поверхностным дефектам резко па­ дает.

Слитки, разлитые сифоном при температурах металла в ков­ ше 1525—1540°, имеют очень плохую поверхность с большим ко­ личеством заворотов и заливов.

С целью получения хорошей поверхности слитка для наборки поддонов следует применять сифонный кирпич с диаметром

отверстия 50 мм, и разливку вести с применением деревянных

рамок, предварительно хорошо просушенных.

Деревянные рамки (размер рамок должен соответствовать

нижнему сечению изложницы), изготовленные из брусков 35Х Х35 мм, кладут на дно изложницы перед разливкой.

При наполнении металлом все изложницы должны быть на­ крыты плотно крышками. Только на контрольной, по которой ре­ гулируют скорость разливки по виду поднимающейся поверхно­ сти металла, крышку несколько сдвигают. Если смазка излож­ ниц густая и выделяется очень большое количество не загораю­ щихся газов, следует крышки несколько сдвигать.

Следует отметить, что некоторые исследователи придержива­ ются другого мнения по позоду температуры металла при раз­

ливке.

Так, К. Бенедикс и X. Лефквист рекомендуют высокую тем­ пературу металла при разливке, объясняя это тем, что высокая

температура разливки понижает вязкость металла и тем спо­

собствует всплыванию включений [136]. Однако, как уже не­ однократно подчеркивалось, подобное мнение не оправдано для

подшипниковой стали, к которой предъявляются особо жесткие требования по чистоте, по глобулярным включениям (при высо­

кой температуре разливки содержание глобулярных включений увеличивается в результате разъедания футеровки ковша и си­ фонного припаса), хотя совершенно очевидно, что при повышен­ ной температуре разливки металла поверхность слитков улуч­ шается и устраняется ряд пороков стали.

Заполнение низа изложницы. Специфические явле­ ния, происходящие при наполнении нижней части изложницы (в ее сферической области) обусловливаются тем, что первые пор­

ции металла, поступающие на дно холодной изложницы, сильно охлаждаются, проходя через холодную сифонную проводку,

значительно окисляются и загрязняются включениями на всем пути следования (ковш — центровая — проводка — изложница)

и входят в изложницу с большими завихрениями.

Все это приводит к образованию в нижней части слитка плен

и корок, которые в прокате выявляются в виде пузырей, макро­

структурной полосчатости, волосовин и трещин.

рической зоне слитка вследствие быстрого затвердевания первых порций металла, размещающихся при заполнении низа изложни­ цы именно в этой зоне. Чем ниже температура металла в ковше,

чем меньше скорость разливки при подаче первых порций метал­ ла и чем более турбулентный характер имеет движение этих пор­

ций, тем чаще и тем в большем количестве встречаются пороки внизу слитка (плены, корки).

Для предотвращения образования в нижней части слитка этих пороков стопор в ковше следует открывать быстро, но бе? рывков, добиваясь получения максимально компактной струи.

3 а п о ля е н ие прибыльной надставки. Для лучшего формирования в слитках спокойной стали усадочной раковины,

устранения образования в них осевой рыхлости и усадочных пус­ тот и получения плотной макроструктуры слитка металл при­ быльной части должен находиться в жидком состоянии до полно­ го затвердевания тела слитка. Это достигается утеплением верха слитка при помощи прибыльных надставок, в которых металл длительное время сохраняется в жидком состоянии и теплоизо­ ляцией люнкеритовыми смесями или непосредственным специаль­

ным подогревом открытой поверхности металла. Заполнению прибыльных надставок должно уделяться особое внимание.

На многих заводах до последнего времени при подходе метал­

ставку.

При этом не учитывали, что по месту стыка изложницы с прибыльной надставкой вследствие изменения сечений и интен­ сивного охлаждения металла, создаваемого торцом изложницы, корка на поднявшемся металле, задерживаясь, легко может ло­

маться и заворачиваться с образованием местных подкорковых пузырей. Это было' установлено на Челябинском заводе при ис­

следовании причин частого поражения газовыми пузырями и за­

воротами корок подприбыльных прокатанных заготовок на дли­ не 100—300 мм за «воротником». Особенно много брака по пузы­ рям в подприбыльной части было в заготовках из малоуглеро­ дистой легированной стали, но встречались такие дефекты и на

заготовках шарикоподшипниковой стали. Как установлено, обра­ зованию таких пузырей в большой степени способствовало рез­ кое уменьшение скорости наполнения прибыльной надставки с

образованием при этом грубой корки на поверхности металла и последующим ее заворотом при 'переходе в прибыль.

Во избежание образования грубой корки и получения брака по пузырям скорость разливки следует снижать только после то-