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

лабораторного исследования. Однако в практике после присад­ ки ферромарганца и ферросилиция все же наблюдается некото­ рое снижение содержания кислорода в металле и, как видно из рис. 70, происходит резкое увеличение количества неметалличе­ ских включений. Объясняется это следующим образом.

У поверхности присаженных в ванну ферросплавов происхо­ дит кратковременное значительное повышение концентрации кремния и марганца, вызывающее локальное раскисление метал­ ла и образование неметаллических включений. Более крупные из них всплывают в шлак, в большей или меньшей мере восста­ навливаясь углеродом при прохождении слоев металла, менее обогащенных кремнием и марганцем. Мелкие включения за вре­ мя выдержки плавки в печи не успевают всплыть, но и восстано­ виться не могут.

Такое предположение подтверждается наличием некоторого количества включений кварца, корунда и силикатов в период чистого кипения ванны.

Применяемые для раскисления ферромарганец и ферросили­

предварительного раскисления, вносят около 0,01%) А1, взаимо­ действующего с кислородом металла. Очевидно, этим можно объяснить резкое увеличение содержания глинозема во включе­ ниях плавок, предварительно раскисленных в печи ферромарган­ цем и низкопроцентным ферросилицием (см. рис. 70 и табл. 23). Характерно, что в рельсовых плавках раскисленных в печи одним ферромарганцем (табл. 24) не наблюдается такого рез­ кого возрастания глинозема.

Отмеченное увеличение глинозема, по-видимому, произошло из-за включений, содержащихся в ферросплавах. Поданньгм спе­ циального исследования, ферромарганец и ферросилиций содер­ жат значительное количество включений. Например, в ферросилиции обнаружены включения в виде крупных кристал­ лов глинозема и кварца в общем количестве 0,3%. После при­ садки ферросплавов в металл вносились бы крупные включения глинозема. Как было указано, зерна корунда в конце предвари­ тельного раскисления имели размер 2,7—13,5 мк. Такой размер зерен корунда обычно бывает после раскисления стали алюми­ нием. Однако включения, содержащиеся в ферросплавах, явля­ ются дополнительным источником загрязнения стали.

ИЗМЕНЕНИЕ СОД ЕР ЖАНИЯ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ В КЛ ЮЧЕ НИЯ В МЕТ АЛЛЕ 121

Таблица 24

ИЗМЕНЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА И СОСТАВА ВКЛЮЧЕНИИ В МЕТАЛЛЕ РЕЛЬСОВОЙ ПЛАВКИ, РАСКИСЛЕННОЙ ФЕРРОМАРГАНЦЕМ В ПЕЧИ И ФЕРРОСИЛИЦИЕМ

И АЛЮМИНИЕМ В КОВШЕ

наиболее удовлетворительно объясняет максимальное увеличе­ ние количества включений (см. табл. 23) в процессе предвари­ тельного раскисления ферромарганцем и низкопроцентным ферросилицием, обнаруженное и в некоторых других исследо­ ваниях.

Итак, по рис. 71 раскисление марганцем и кремнием должно начаться только при температуре примерно 1530° (см. точку Д), т. е. после выпуска металла из печи. По мере дальнейшего по­ нижения температуры должен продолжаться процесс раскисле­ ния с выделением до точки Ох или 0 2 ненасыщенных силикатов и в последующем кремнезема. Присаженный в ковш 45%-ный ферросилиций и алюминий искажают этот процесс. В частности, раскисление металла алюминием увеличивает содержание гли­ нозема в стали. В наибольшей мере указанной выше схеме удов­ летворяет изменение количества и состава включений, наблю­ даемое в рельсовых плавках, раскисленных в печи одним фер­ ромарганцем и в ковше ферросилицием и алюминием.

По данным табл. 24, в этих плавках наибольшее увеличение количества включений и особенно глинозема наблюдается после выпуска металла. В ковшовой пробе, отбиравшейся в середине разливки, включения состояли из зерен корунда размером 5,4— 27 мк, зерен силикатов различной окраски размерами от 20 X 16 до 600 X 200 мк, глобулей силикатов диаметром 27—81 мк и зерен кварца размерами от 15 X 12 до 54 X 35 мк.

По рассмотренной схеме процесс образования продуктов раскисления должен продолжаться в ковше и изложнице. К это­ му нужно добавить влияние вторичных реакций в ковше, вслед­ ствие пеаемешивания металла и шлака при выпуске, и воздей­

122 ПЛАВКА РЕЛЬСОВОЙ СТАЛИ

ствие кислорода, поглощающегося струей металла при выпуске плавки и наполнении изложниц.

Протекание дополнительных реакций раскисления рельсово­ го металла в изложнице подтверждено некоторыми исследова­ ниями. Небольшое количество шлака, появляющегося на поверх­ ности •металла после на полнения изложницы, не может быть печ­ ным шлаком или продуктом размыва огнеупоров ковша и утеп­

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ШЛАКА С ПОВЕРХНОСТИ ЖИДКОЙ РЕЛЬСОВОЙ СТАЛИ

Судя по составу, этот шлак является продуктом процесса рас­ кисления, протекающего в изложнице. Не все из образовавших­ ся включений всплывают, часть из них, особенно тугоплавкие, по-видимому, задерживалась в периферийной зоне слитка, обра­ зуя «песочины»; последние были обнаружены ступенчатой об­ точкой головных блюмов в основном первых по ходу разливки

•слитков. Песочины толщиной около 0,1 мм и -длиной 2—12 мм располагались на глубине 5—10 мм от поверхности испытывав­ шихся штанг.

Итак, неметаллические включения в рельсовой стали явля­ ются в основном продуктами раскисления, образующимися в печ-и, ковше, изложнице. В исследованиях, направленных иа усо­ вершенствование процесса раскисления, особое внимание обра­ щалось на содержание хрупких включений глинозема.

В последние годы металлургические заводы, выплавляющие рельсовую сталь, отказались от предварительного раскисления в печи низкопроцентным ферросилицием. Это улучшило технико­ экономические показатели и несколько повысило качество ме­ талла, но не явилось радикальным решением вопроса дальнейшего понижения количества неметаллических включений в стали.

Опыты по введению в ковш алюминия в трубах или в форме «звездочек», насаженных на стержень, не показали преиму­

ИЗМЕНЕНИЕ СОД ЕР ЖАНИЯ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИИ В МЕТ АЛЛЕ 123

ществ этого метода по сравнению с обычным методом подачи раскислителей. Однако в опытах раскисления томасовской ста­ ли с содержанием 0,15—0,18% С и стали 35Л (0,28—0,39% С),

выплавленной в трехтонной дуговой печи, подача алюминия в трубах дала положительный результат.

Специальное исследование предварительного раскисления рельсового металла силикомарганцем вместо ферромарганца и низкопроцентного ферросилиция показало эффективность этой замены. Наряду с сокращением продолжительности плавки и снижением себестоимости стали, в этом случае достигалось улуч­ шение качества стали по некоторым механическим свойствам. Плавки, предварительно раскисленные силикомарганцем, пока­ зали значительно меньшее содержание включений в металле пе­ ред выпуском и в ковше. В готовых рельсах различия в количе­ стве включений не было обнаружено, но в рельсах из плавок, /раскисленных силико/марганцем, /включения имели более 'благо­ приятную для качества стали форму. Головные блюмы от слит­ ков плавок, раскисленных силикомарганцем, имели в 2—3 раза меньше песочин.

Отмеченное улучшение некоторых механических свойств под­ твердилось и в другом исследовании, показавшем также, что при раскислении силикомарганцем уменьшается газонасыщенность металла.

Приведем результаты исследования возможности замены алюминия силикокалы(йем и влияния модифицирования рельсо­ вой стали магнием и бором, выполненного в бессемеровском це­ хе завода Г.

На основе опытных плавок, проведенных по четырем вариан­ там, результаты которых по содержанию включений в металле приведены в табл. 26, авторы пришли к следующим выводам.

Таблица 26

СОДЕРЖАНИЕ И СОСТАВ ВКЛЮЧЕНИЙ В БЕССЕМЕ­ РОВСКОМ РЕЛЬСОВОМ МЕТАЛЛЕ ОБЫЧНЫХ

И ОПЫТНЫХ ПЛАВОК

цевой руды содержание фосфора в чугуне было повышенным и составляло в среднем 0,27%; это увеличивало расход материа­ лов и продолжительность плавки стали.

Необходимость энергичного спуска шлака для удаления фос­ фора приводила .к большим (потерям 'марганца, в результате че­ го его содержание в металле после расплавления составляло в среднем лишь 0,16%.

В 1954 г. на заводе внедрили плавку чугуна с пониженным содержанием марганца и при этом получили высокий техникоэкономический эффект. Особенно важным было понижение со­ держания фосфора до 0,14%. В качестве примера можно приве­ сти следующий состав чугуна за 1958 г.: 4,54% С, 0,47% Мп, 0,75% Si, 0,14% Р, 0,041% S.

Содержание жидкого чупуиа в'металлической части 'мартенов­ ской шихты несколько ниже, чем на других заводах, и в среднем равно 60%). Расход железной руды в среднем составляет 10,8%), а известняка 4,0%). Завалка сыпучих материалов проводится по­ слойно по схеме: руда — известняк — известняк — руда, с про­ гревом и перемешиванием каждого слоя. Скрап заваливается быстро двумя завалочными машинами, начиная с легковесного и заканчивая тяжелым. Следует отметить, что завод получает скрап относительно невысокого качества, поэтому завалка обычно несколько затягивается.

Спуск шлака в период плавления производят обычно через 10—30 мин. после окончания заливки в печь жидкого чугуна. Среднее количество спускаемого шлака составляет 1,85 ковша, причем несколько больше спускается шлака в первом цехе и меньше во втором. Такое количество спускаемого шлака не обеспечивает высокой степени удаление фосфора в период плавления. Это подтверждается составом металла после рас­ плавления. Так, в 1958 г. металл в конце периода плавления в среднем содержал 0,042%) Р, 1,05%) С и 0,045%) S.

Состав шлака в этот период плавки имеет некоторые особен­ ности. Содержание закиси железа в шлаке обычно колеблется в пределах 5—8%> и в среднем составляет 6,8%) при средней ос­ новности 2,02, изменяющейся в пределах 1,7—-2,3. Такое низкое содержание закиси железа в шлаке является второй причиной меньшей (по сравнению с другими заводами) степени удаления фосфора в период плавления.

Раньше на заводе для исправления шлака пользовались при­ садками окалины, что способствовало уменьшению содержания фосфора. Следует отметить несколько повышенное содержание серы в металле после расплавления, учитывая, что ее содержа­ ние в чугуне в среднем составляло 0,041%). На рис. 58 и 67, бы­ ли показаны баланс и изменение содержания серы в процессе

рельсовой плавки. Повышенное содержание серы в скрапе и же­ лезной руде затрудняли ее удаление в период плавления.

В период рудного кипения производится скачивание шлака (в среднем 0,6 ковша) и наводка нового шлака присадками из­ вести и боксита. К началу чистого кипения шлак приобретает основность, равную в среднем 2,3; температура металла по пока­ заниям термопары обычно колеблется в пределах 1500—1530°.

Перед раскислением содержание окиси кальция в шлаке по­ вышается чаще всего до 46—52% при основности в большинстве случаев 2,5—3,2 и содержании закиси железа 8,0—9,5%. Такой состав шлака обеспечивает удаление фосфора в среднем до 0,011% и серы до 0,035%. Температура металла чаще всего ко­ леблется в пределах 1550—1570°. Продолжительность чистого кипения в среднем составляет 57 мин. Скорость горения углеро­ да в этот период 'плавки оо технологической инструкции должна быть не ниже 0,12% в час. Почти во всех плавках скорость го­ рения углерода превышает этот предел и в среднем равняется

0,18% в час.

Завод отказался от присадок ферромарганца в процессе на­ водки шлака, производившихся ранее для увеличения содержа­ ния марганца в металле свыше 0,20% в начале периода чистого кипения. Требования к режиму марганца предусматривают восстановление марганца в процессе чистого кипения. На заво­ де вследствие передела маломарганцовистого чугуна содержа­ ние марганца к концу рудного кипения обычно понижается до 0,03—0,08% и за время чистого кипения увеличивается на

0,01—0,03%.

Раскисление металла в печи при выплавке рельсовой стали производится одним ферромарганцем. Завод отказался от пред­ варительного раскисления низкопроцентным ферросилицием. Специальное исследование показало, что в результате этого зна­ чительно уменьшается продолжительность раскисления в печи, общий расход ферросплавов и содержание газов в металле. Кроме того, наблюдается тенденция к понижению содержания неметаллических включений в стали (табл. 27).

Окончательное раскисление металла производится в ковше 45%-ным ферросилицием и алюминием, присаживаемым в коли­ честве 300 г/т стали. Средний состав выплавляемой на заводе рельсовой етали по годам и типам рельсов был приведен в табл. 19. Из сопоставления состава рельсовой стали и металла в конце чистого кипения видно, что в процессе раскисления про­ исходит значительное восстановление фосфора и некоторое уменьшение содержания серы.

Разливка рельсовой стали производится сверху непосредст­ венно из ковша через стаканы диаметром 45 мм. На заводе ис-

пользуются двухстопорные сталеразливочные ковши с дистан-: ционным управлением стопорами.

Для прокатки рельсов Р-43 отливают слитки весом 6,95 ти для рельсов Р-50 и Р-65 слитки весом 7,25 г. Изложницы и утеп­ лители для слитков весом 7,25 тпоказаны на рис. 72. Они отли­ чаются от изложниц и утеплителей для слитков весом 6,95 т только высотой. В последнее время на заводе внедрили сталь­ ные плавающие утеплители (рис. 72, б).

При указанном диаметре сталеразливочного стакана время отливки слитка обычно колеблется в пределах 1,2—2,5 мин., а наполнение утеплителя продолжается не менее одной минуты.

Пропускная способность разливочного пролета недостаточна, вследствие чего выдержка состава до вывозки его из цеха для 60% плавок менее 1 часа 20 мин. и для 40% плавок превышает эту норму. Минимальная выдержка слитков до снятия утеплите­ лей составляет 2 часа.

Завод Б

На заводе Б рельсовый металл выплавляется в 350-т качаю­ щихся мартеновских печах, отапливаемых смесью коксовально­ го и доменного газов с карбюрацией смолы. Для интенсифика­ ции горения топлива применяется кислород, вводимый через фурмы, расположенные по обеим сторонам кессона. В период

•плавления после заливки в печь чупуна -производится продувка ванны кислородом, в результате чего сократилась продолжи­ тельность периода плавления, повысилась скорость шлакообра­ зования и процесса дефосфорации.

В отличие от других заводов здесь кислород подается по тру­ бам, вводимым в ванну через два отверстия в задней стенке. Предварительное ошлакование труб позволяет производить не­ прерывную продувку ванны без замены труб до 2 час. Исполь­ зование кислорода и внедрение ряда конструктивных и техноло­ гических усовершенствований позволило заводу сократить сред­ нюю продолжительность плавки, равную в 1958 г. 13,6 часа.I

/035

955

'б*д

960

а

металла на заводе связаны с составом исходной шихты. Завод выплавляет и перерабатывает фосфористый чугун, состав кото­ рого приведен в табл. 28. При этом технологический процесс рассчитан не только на выплавку металла, но и на одновремен­ ное получение кондиционного фосфат-шлака, применяющегося в качестве удобрения. В связи с этим содержание фосфора и

. кремния в чугуне доведено до пределов указанных в табл. 28. Однако содержание кремния чаще приближается к верхнему пределу. Так как количество чугуна в металлической части мар­ теновской шихты обычно составляет 74—78%, то на заводе раз-