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

ских печах, работающих скрап-процессом, после введения сред­ неуглеродистого феррохрома в кипящую ванну в металле в про­ должении 20—30 мин., сохраняется повышенное содержание кис­ лорода (табл. 14) [17].

Таблица 14

щую ванну включения, вносимые феррохромом, полнее удаляют­ ся из металла. Кроме того, в этом случае несколько повышается

температура металла при выпуске. Оба эти обстоятельства спо­ собствуют улучшению поверхности слитка и готового проката.

Подобная картина в несколько меньшей степени наблюдается

при присадке феррохрома в начале рафинировки при выплавке шарикоподшипниковой стали в электропечах.

В ферромарганце преимущественно содержится свободный глинозем и кварц, а также возможно присутствие нитридов ти­

тана. В доменном ферросилиции находится до 0,3% глинозема и кварца.

При использовании в качестве раскислителей нитридооб­ разующих элементов в конечной стали может увеличиться ко­

личество нитридных включений.

Влияние печного ш, лака. На основании теоретиче­ ских предпосылок о высокой смачиваемости металла шлаком и возможности в связи с этим загрязнения металла неоднократно высказывалось предположение о целесообразности раздельного выпуска металла и шлака.

Б. В. Старк и П. Л. Керлин [72] исследовали десять плавок стали ШХ15 в электропечи; две из них были выпущены без шлака, а восемь обычным способом. В первой группе плавок,

в пробах металла, отобранных из-под ковша, обнаружено мень­ ше включений, чем в плавках второй группы (табл. 15).

Содержание неметаллических включений определяли метал­ лографическим способом в литых пробах. Повышенную загряз­ ненность металла, выпущенного обычным способом, авторы объясняют присутствием частиц печного шлака. Однако в металле этих плавок было больше включений и перед выпуском, что указывает на разный режим проведения плавок, вызвавший,

возможно, и различие в конечной загрязненности металла.

Иногда ставится под сомнение возможность продолжитель­ ного существования в жидком металле включений размером

более 20 ц; встречающиеся же в металле крупные включения

относят к включениям экзогенного характера, которые являют­

ся по преимуществу частицами печного шлака [81]. С таким ка­

тегорическим утверждением довольно трудно согласиться, так как относительно крупные включения могут иметь и эндогенный характер вследствие того, что в металле вплоть до его полного затвердевания протекают различные восста1новительно-01кис- лительные процессы, в том числе и процессы образования

включений. В частности, при раскислении металла силикокаль-

цием в нем обнаруживаются глобули размером 50 ц и более.

Однако, без сомнения, печной шлак в какой-то степени мо­ жет запутываться в металле, что было подтверждено нами ме­ тодом радиоиндикатора. Карбидный шлак перед выпуском трех плавок стали ШХ15 из 40-т электропечи метили радиоактивным кальцием С а45 в виде окиси кальция.

Неметаллические включения выделяли электролитическим

методом из 2,65-т слитков (отливаемых сифоном) первого, вто­ рого и четвертого поддонов. Пробы отбирали из готового про­

филя (круг 90 мм) из верхней и нижней штанг. Из проб каждо­

го слитка изготавливали по четыре образца. Осадки после рас­ творения всех образцов соединяли. Во избежание значительного

разрушения включений шлака при кислотно-окислительной об­ работке радиоактивность неметаллических включений опреде­

Количество включений, поступающих из печного шлака, ко­ леблется в пределах 1,2—5.1%; естественно, эти включения не могут определять характер неметаллических включений. На од­ ной плавке отобрали шлачок с поверхности металла и определи­

46 Источники неметаллических включений в стали

ли его радиоактивность. Согласно полученным данным, коли­ чество печного шлака в шлачке уменьшается от первого поддо­ на к 'последнему.

Аналогичные результаты были получены и Е. И. Малинов­ ским [82]. Несмотря на незначительное влияние печного шлака на загрязненность стали неметаллическими включениями, этим

фактором нельзя пренебрегать, так как присутствие частиц печного шлака может привести к отбраковке металла по гло­ булярным включениям. Можно полагать, что частицы печного шлака, запутавшиеся в металле во время выпуска, удаляются из него в ковше по ходу разливки и в самом слитке в процессе его кристаллизации. Естественно, что с увеличением продолжи­ тельности выдержки металла в ковше загрязненность готовой стали включениями уменьшается.

На скорость удаления из металла включений печного шлака

влияет также высота столба металла. В малых объемах метал­ ла, например при выплавке стали в лабораторных индукцион­

продолжают протекать окислительно-восстановительные про­ цессы, усиливающиеся в результате изменения состава шла­

ка, окисления металла кислородом воздуха и понижения тем­ пературы металла. Легкоокисляющиеся примеси могут частич­

но окисляться, в результате чего металл загрязняется неме­ таллическими включениями. Следует иметь в виду, что рас-

кислительная способность элементов-раскислителей, как пра­ вило, повышается с понижением температуры. П. М. Данилов в лабораторных условиях установил, что природа шлачка, скапли­ вающегося на поверхности металла в изложнице, сходна с при­ родой продуктов раскисления [83]. После расплавления отходов стали ШХ15 в индукционной печи и после тщательного удаления первоначального шлачка металл раскисляли Мп, Si и А1. Обра­ зующийся при этом искусственный шлачок оказался близок по химическому составу к шлачку, снятому с поверхности слиточка.

Состав шлачка из изложицы: 41—58% SiO2; 15—26% А12О3;

3—7% FeO; 2—7% СаО; 0,2—4% MgO.

Состав искусственного шлачка: 51—72% SiO2: 3,6—15%

А12О3; 8—17% СаО; MgO от следов до 18%.

в процессе выпуска и разливки в производственных условиях [84]. Плавки проводили в 20-т электропечах под белым и кар­

бидным шлаком. Содержание кислорода в металле (содержа­

ние кислорода определяли методом вакуум-плавления) умень­ шалось к выпуску и затем вновь возрастало в процессе разлив­

ки (рис. 13). Результаты электролитического определения со-

Рис. 13. Изменение содержания кис­

держания неметаллических включений также подтверждают

А. М. Самарин и Е. С. Калинников установили, что содер­ жание кислорода в стали ШХ15, выплавленной в электропечи, повышается с 0,0021% перед выпуском до 0,0029% в ковшевой

пробе [85].

Окисление металла во время выпуска находится в (прямой зависимости от длительности выпуска, характера струи и тем­

пературы металла. После устранения завихрения струи метал­ ла во время выпуска путем установки трубы в выпускном от-

чений в среднеуглеродистой стали двух опытных плавок соста­

вило 0,024 и 0,016%, вместо 0,020 и 0,041% в металле обычных плавок. Однако в обоих случаях после выдержки металла в ковше в течении 4—5 мин. количество включений снижалось до 0,008—0,012% [86]. Разливка металла веерообразной притор­ моженной струей приводит к увеличению числа и среднего диа­

метра включений [86] (табл. 18).

Столь заметная разница в характеристике включения наблю­ дается лишь при отливке малых, быстро кристаллизирующихся слитков. Уже при разливке слитков диам. 9" характер струи практически не влияет на содержание неметаллических включечений.

Продукты разрушения огнеупорного припаса. Металл в процессе плавки и разливки соприкасается с огне­ упорными материалами. Частицы огнеупоров могут механиче­ ски запутываться в стали в виде кристаллических включений кварца, муллита, крупных кристаллов корунда и так называе­ мых полухрупких включений, образуемых зернами шамота

[87—90]. Некоторые исследователи полагают, что если источник кремнезема носит эндогенный характер, то кремнезем может быть в стали только в модификации кристобаллита. В действи­ тельности же кремнезем в стали редко встречается в этой моди­ фикации [91, 92]. Иногда в стали обнаруживаются мелкие кри­ сталлики корунда (сходные по своей структуре с подобными кристалликами в бесцветной массе стекла), образовавшиеся на внутренней поверхности сифонного припаса.

Поверхность огнеупоров разрушается не только механичес­ ким путем, но и в результате химического воздействия примесей стали; степень этого воздействия зависит от состава, темпера­ туры и физических свойств металла. Обычно применяемые ков­ шевой и сифонный припасы имеют полукислый характер. По­ этому разрушение огнеупоров в первую очередь определяется отношением Мп : Si. На одном зарубежном заводе при изготов­

50 Источники неметаллических включений в стали

Рис. 14. Влияние суммы окислов Al2O3+TiO2, со­ держащихся в материале футеровки, на стойкость ковша и содержание включений в стали

Еще меньше, чем футеровка ковша, на загрязненность стали

неметаллическими включениями влияет футеровка желоба

(табл. 20) [85].

Влияние огнеупорного припаса на загрязненность стали не­ металлическими включениями зависит и от развеса слитка. При малом развесе слитков, как было в вышеприведенных исследо­ ваниях, продукты разрушения огнеупоров не успевали полно­ стью всплыть и в какой-то степени оставались в стали. При