книги из ГПНТБ / Полухин П.И. Прокатка и термическая обработка железнодорожных рельсов

На заводе Б, где наиболее широко изучалось удаление фос­ фора для сохранения достаточно высокой концентрации закиси железа в шлаке во второй половине периода плавления произво­ дится присадка окалины и этим обеспечивается энергичное горе­ ние фосфора до конца плавления. Когда на заводе А содержа­ ние фосфора в чугуне было значительно выше, по сравнению с настоящим временем, в мартеновских цехах широко пользова­ лись присадками окалины для исправления шлака в конце плавления.

рис. 64). Хотя среднее содержание серы оставалось значительно ниже верхнего предела по ГОСТу, на металлургических заводах были предприняты исследования причин этого явления. Так, на заводе А были составлены балансы серы, один из которых пока­ зан на рис. 67.

Поведение серы в процессе плавки рельсовой стали и причи­ ны увеличения ее содержания в готовом металле можно просле­ дить по данным рис. 58 и 67, представляющим изменение соста­ ва ванны и баланс серы по одной и той же плавке.

По составленным балансам на заводе А содержание серы в скрапе и сыпучих материалах возрастало, в результате чего уве­ личивалось общее количество серы, вносимое шихтой. Это явля­ лось наиболее важной причиной, вызвавшей увеличение серы в готовой стали. Подобное явление наблюдалось и на других заво­ дах.

Следовательно, чтобы в новых условиях обеспечить более низкое содержание серы в стали, необходимо было понижать содержание ее в чугуне и совершенствовать процесс ее удале­ ния. Большинство заводов прежде всего использовало первое направление, так как удаление дополнительного количества се­ ры всегда приводит к удлинению плавки.

щийся шлак. Вследствие низкой основности этого шлака коэф­ фициент распределения серы —1 ||— небольшой и лишь незначи­

тельное количество серы удаляется из металла. По этой же при­ чине со шлаком при спуске уносится сравнительно малое коли­ чество серы и лишь в ограниченном числе 'плавок достигает величин, полученных в балансовой плавке (ом. р,ис. 67).

В дальнейшем, по мере плавления скрапа, продолжается процесс перераспределения серы между металлической ванной и образующимся шлаком. Однако величина коэффициента распре­ деления серы продолжает оставаться низкой и к концу расплав­ ления обычно колеблется в пределах 2—3.

В условиях завода А и некоторых других заводов, использу­ ющих относительно малосернистое топливо, в процессе плавле­ ния может происходить некоторое удаление серы в газовую фазу (см. рис. 67). В результате к началу рудного кипения в рассмат­ риваемой плавке более 60% от исходного количества серы оста­ лось в металлической ванне и примерно 30% перешло в спущен­ ный шлак, газовую фазу и шлак конца периода плавления.

Такая степень удаления серы за период плавления дости­ гается в ограниченном числе плавок. Об этом можно судить хотя бы по тому, что по данным, полученным рельсовыми ко­ миссиями, среднегодовое содержание серы в металле после расплавления рельсовых плавок на заводах А и В в 1957— 1958 г. составляло 0,040—0,045%. Таким образом, в период рас­ плавления рельсовых плавок сера удаляется слабо.

Как видно из рис. 58, более энергичное удаление серы до­ стигается в период кипения ванны. Обращает на себя внимание параллельность изменения кривых основности шлака и величи­ ны коэффициента распределения серы. С увеличением основно­ сти шлака возрастает величина фактического коэффициента распределения серы; лишь к концу чистого кипения последний достигает значений 6—8 и в отдельных плавках 10. Вполне понятно, что в этих условиях со скачиваемым шлаком уносится сравнительно малое количество серы (см. рис. 67).

Очевидно для улучшения процесса удаления серы желатель­ но достигнуть более быстрого роста основности шлака в конце периода плавления и в период рудного кипения. На это обстоя­ тельство обращали внимание многие исследователи.

По данным одного исследования при быстрой наводке высо­ коосновного шлака достигается более энергичное удаление серы в период рудного кипения. Для этого рекомендуется при наводке шлака присаживать окалину, способствующую более быстрому усвоению извести. Следует отметить, что эти данные получены

при выплавке низкоуглеродистой кипящей стали. Однако при­ садка окалины для ускорения наводки шлака используется и на заводе Б.

Вполне понятно, что в'рельсовых плавках при определении возможности применения окалины для ускорения наводки шла­ ка необходимо учитывать содержание углерода в металле в этот период.

Ускорение наводки шлака и в результате этого более энер­ гичное удаление серы достигалось в рельсовых плавках про­ дувкой ванны воздухом.

4. Изменение содержания газов в металле

Возникновение некоторых дефектов рельсов, как отмечалось

чувствительных рельсах Р-65. Применение тока высокой частоты для закалки концов рельсов резко снижает развитие этого де­ фекта. Несмотря на это, все же было бы желательным умень­ шить содержание водорода в жидкой стали, так как отделения изотермической выдержки или замедленного охлаждения рель­ сов, кроме дополнительных капиталовложений, занимают боль­ шие площади, стесняют прокатные станы и в некоторых случаях затрудняют поточность производства.

садки и печные газы. Из них наибольшее значение имеют печные газы, воздействующие на ванну от начала завалки металличе­ ской шихты до выпуска стали из печи. Наличие такого постоян­ но действующего источника водорода создает непрерывный про­ цесс передачи этого газа в металл.

В то же время вместе с пузырями окиси углерода, образую­ щимися в результате горения углерода, содержащийся в жидком металле водород удаляется в газовую фазу печи. Так как горе­ ние углерода в жидкой ванне происходит непрерывно вплоть до раскисления ферросилицием, то в процессе плавки также непре­ рывно происходит большее или меньшее удаление водорода из металла.

Алгебраическая сумма скоростей непрерывных процессов по­ глощения и удаления водорода определяет величину и характер

114 ПЛАВКА РЕЛЬСОВОЙ СТАЛИ

ророда в металле. В рельсовых плавках это явление встречает­

ся редко.

В большинстве плавок удаление водорода в процессе чисто-

>5

а

ЯН i-? to­

Э4? rn-

10 ч го-

0,з

op- 0,2 ю-

0,1

в р е м я п л а в к и , ч а £ .

Рис. 6 8 . Изменение содержания водорода в металле и шлаке в про­ цессе двух плавок (а и б) рельсовой стали в 370-г печи (Р, Б, /7— загрузка соответственно руды, боксита, извести в мульдах)

го кипения происходит с неодинаковой скоростью и обычно за медляется в конце этого периода. Наибольшее удаление водо рода 'происходит за первые 25—30 мин. чистого кипения. Следо вательно, вполне допустимо некоторое сокращение продолжи

тельности чистого кипения, колеблющегося на наших заводах обычно в .пределах 50—70 мин.

Впроцессе раскисления содержание водорода увеличивается

встепени, зависящей от количества присаживаемых ферроспла­ вов, продолжительности выдержки после их подачи до выпуска плавки, от состава и консистенции шлака (см. рис. 68).

По результатам специальных опытов, своевременное сокра­ щение или прекращение подачи топлива в печь, увеличение вяз­ кости шлака и уменьшение продолжительности выдержки после присадки ферросплавов замедляют рост содержания водорода в

дорода из футеровки ковша менее вероятно, так как футеровка была не новой и хорошо ошлакованной. В ковшовой пробе со­ держание водорода колеблется в пределах 3—5 сж3/ 100 г.

Таким образом, в процессе выплавки рельсовой стали нельзя обеспечить устойчивого понижения содержания водоро­ да в ковшовой пробе до 2 сл13/ 1 0 0 г (при этой величине флокены не образуются). При существующем технологическом режиме плавки можно добиться лишь некоторого дальнейшего умень­ шения содержания водорода.

Чтобы исключить необходимость изотермической выдержки или замедленного охлаждения рельсов необходимо изыскивать новые методы уменьшения содержания водорода в жидком мет талле вне процесса плавки. В этом отношении представляет осо­ бый интерес вакуумная обработка жидкой стали, результаты ко­ торой, по данным соответствующих исследований, будут приве­ дены при описании выплавки рельсового металла на заводе Г.

Изменение содержания азота в металле в процессе плавки до выпуска во многом аналогично поведению водорода, хотя о растворимости азота в мартеновском шлаке высказываются про- 8*

тиворечивые мнения. К началу раскисления рельсовых плавок содержание азота обычно составляет 0,003—0,004%- За время раскисления металла содержание азота несколько увеличивает­ ся из-за азота, вносимого ферросплавами (табл. 22).

Таблица 22

СРЕДНЕЕ СОДЕРЖАНИЕ АЗОТА В МЕТАЛЛЕ РЕЛЬСОВЫХ ПЛАВОК.

В процессе выпуска плавки содержание азота в металле значи­ тельно увеличивается вследствие поглощения его из воздуха.

5.Изменение содержания неметаллических включений

вметалле

Ссоставом и количеством неметаллических включений в ста­ ли . связывают службу рельсов в пути и возникновение в них некоторых дефектов. В связи с этим рассмотрим характер изме­

нения состава и содержания неметаллических включений в про­ цессе 370-г плавки рельсовой стали (рис. 70).

При определении общего количества и состава устойчивых включений в последних обнаружилось значительное содержание Fe30 4, особенно в пробах металла, отобранных в процессе руд­ ного кипения. Наличие Fe30 4 в устойчивых включениях в коли­ честве, иногда достигающем 50% общего веса включений, было обнаружено и в других исследованиях. Учитывая возможную некоторую погрешность, связанную с тем, что в извлеченные электролизом включения могла попасть окалина, образовавшая­ ся при отковке проб, на рис. 70 приведено изменение содержания включений с учетом и без учета Fe30 4.

По опытным данным, к концу расплавления содержание устойчивых включений в металле рельсовых плавок было очень ни-зким и колебалось в пределах 0,001—0,004% без учета Fe30 4 и в пределах 0,002—0,014% с учетом его. Полученные величины свидетельствуют об энергичном удалении включений, вносимыу исходной шихтой, и высокой чистоте металла, достигающейся в этот период плавки.

ИЗМЕНЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИИ В МЕТАЛЛЕ Ц 7

После присадки железной руды в начале рудного кипения содержание включений увеличивается, особенно Fe30 4. Особенно резко содержание Fe30 4 возрастает после присадки железной руды и снижается до малых величин в процессе чистого кипения и раскисления. Это свидетельствует о зависимости содержания включений Fe30 4 от присадки железной руды.

Рис. 70. Изменение содержания неметаллических вклю­ чений в процессе плавки рельсовой стали в 370-г печи (Р, Б, И — загрузка соответственно руды, боксита, извести в мульдах):

1 — с учетом Fe30<; 2 — без учета Fe3Oi

В табл. 23 приведен состав и количество включений по ходу плавки, представленной на рис. 70.

По данным табл. 23 и сведениям по другим плавкам, после при­ садки железной руды обычно происходит некоторое сравнитель­ но кратковременное увеличение не только Fe30 4, но и А1г03 и Si02. К концу рудного кипения содержание включений, особен­ но Fe30 4, понижается. В процессе наводки шлака в плавках с присадкой (больших порций ферромарганца, когда горение углерода замедляется, содержание включения вновь возрастает, достигая к началу чистого кипения величин 0,0010—0,0050%. или

ИЗМЕНЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИИ В МЕТ АЛЛЕ Ц 9

включения состоят преимущественно из глобулей силикатов диа­ метром до 40 мк, крупных зерен силикатов различной окраски

исследований процесса раскисления. На рис. 71 приведены кри­ вые раскислительной способности 0,1 и 0,2% Si и 0,7% Мп (соответственно кривые 3, 4, 5) при различной температуре и при получении 'продуктов раскисления, насыщенных кремнезе­ мом.

Рис. 71. Графическое изображение процесса рас­ кисления рельсового металла марганцем и крем­ нием

Область Б показывает пределы колебания фактического со­ держания кислорода в металле перед раскислением; средние значения этой области представлены кривой 2. Равновесное со­ стояние между углеродом и кислородом [С]-[О] = 0,0025 показа­

Следовательно, при предварительном раскислении плавки та­ ким количеством кремния и марганца не должно уменьшаться количество кислорода в металле и не должны образовываться в нем неметаллические включения. Раскисление должно начать­ ся при 0,1% Si и 0,7% Мп только после понижения температуры примерно до 1530° (точка Д ) и для 0,2% Si и 0,7% Мп при тем­ пературе примерно 1540° (точка Г).

В случае раскисления одним ферромарганцем кривая 5 дол­ жна сдвинуться вверх, в сторону меньшей раскислительной спо*- собности, так как продукты раскисления будут состоять в основ­