Материал: Электрометаллургия стали и ферросплавов учебное пособие.

ОБРАЗОВАНИЕ ДЕФЕКТОВ СЛИТКА

Одним из существенных дефектов слитков непрерывной разливки являются трещины: внутренние, внешние, продольные и попе­ речные.

Одной из причин образования внутренних трещин является боль­ шая интенсивность вторичного охлаждения, когда вследствие быст­ рого понижения температуры наружных слоев в них возникают рас­ тягивающие напряжения, а во внутренних, более горячих слоях ме­ талла ■— напряжения сжатия. При изыскании правильного режима вторичного охлаждения и вытягивания слитков можно обеспечить получение их без внутренних трещин.

Поперечные горячие трещины, надрывы или рванины возникают обычно из-за большого трения между поверхностью заготовки и стен­ кой кристаллизатора. В крайнем случае •— при высоких скоростях разливки может наступить разрыв заготовки, ее «зависание», когда нижняя часть продолжает вытягиваться, а верхняя остается непо­ движной. При выходе зоны «зависания» за пределы выходной кромки кристаллизатора происходит прорыв жидкого металла. Для устра­ нения зависания и образования поперечных трещин на УНРС, как правило, предусматривают сообщение кристаллизатору возвратно­ поступательного движения: кристаллизатор опускается вниз на 10— 50 мм со скоростью, равной скорости вытягивания заготовки, а затем со скоростью, в 2—3 раза большей, возвращается в исходное поло­ жение. При опускании кристаллизатора создаются хорошие условия для равномерного роста корочки. Быстрый подъем кристаллизатора может привести к разрыву корочки в верхней, наиболее тонкой ее части. Однако горячий подвижный металл в верхних горизонтах кри­ сталлизатора быстро заливает («залечивает») трещины.

Продольные горячие трещины наиболее часто встречаются при разливке заготовок круглого и прямоугольного сечения. Снижение температуры и скорости разливки, строгое центрирование струи ме­ талла, применение кристаллизатора с волнистыми гранями способ­ ствуют заметному уменьшению образования продольных трещин.

Важным вопросом при непрерывной разливке стали является смазка стенок кристаллизатора. Правильный выбор и равномерная подача смазки уменьшают величину силы трения, позволяя увели­ чить скорость вытягивания слитка, и улучшают поверхность заго­ товки. Разливка под жидким шлаком способствует, как правило, устранению поверхностных дефектов. Одним из серьезных дефектов непрерывных слитков является осевая пористость, вызванная, как уже отмечалось, наличием удлиненной, суживающейся книзу двух­ фазной зоны.

В заготовках сталей с широким интервалом кристаллизации и повышенной общей объемной усадкой (сталь марок У8—У13) наблю­ дается повышенная осевая пористость. Ликвационные явления в не­ прерывных слитках получают совсем незначительное развитие в связи с малыми размерами поперечного сечения слитков и относи­ тельно большой скоростью их кристаллизации.

332

СКОРОСТЬ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ СЛИТКА НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ

В кристаллизующейся заготовке при непрерывной разливке можно выделить три зоны: жидкого металла, двухфазной области и затвердевшего металла. Расстояние от зеркала жидкого металла в кристаллизаторе до места соприкосновения фронтов кристаллиза­ ции в центре слитка, так называемая «глубина лунки», определяет общую высоту установки. К месту разрезки заготовок слиток должен быть полностью затвердевшим.

Скорость образования корочки твердого металла в самом кристал­ лизаторе, как показали исследования ЦНИИЧМ, хорошо описывается уравнением (86). Средний коэффициент затвердевания заготовок круглого сечения диаметром 170— 190 мм равен для низкоуглероди­ стых сталей 25—26 мм/мин0-5, для высокохромистых 22—24 мм/мин0-5, для высоколегированных хромоникелевых и хромоникельмарганцовистых сталей 18—20 мм/мин0'5, наконец, для жаропрочных сталей на никелевой основе 11— 13 мм/мин0-5.

Для обеспечения нормальных условий разливки.толщина корочки при Еыходе слитка из кристаллизатора должна быть не менее 2,5 мм.

При рабочей длине кристаллизатора, равной 100 см, скорость разливки для заготовок низкоуглеродистой стали разных сечений изменяется в следующих пределах:

ТЕХНОЛОГИЯ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ

Разливку стали на УНРС начинают с наполнения промежуточ­ ного ковша металлом на 2/ 3 его высоты. Скорость вытягивания в ре­ шающей степени зависит от температуры металла, которая при не­ прерывной’ разливке выше соответствующей температуры для сифон­ ной разливки примерно на 30° С.

С повышением температуры металла скорость вытягивания слитка уменьшается, что наглядно видно по данным завода «Красное Сор­

Во избежание зависания, кроме применения кристаллизатора с возвратно-поступательным движением, важно поддерживать по­ стоянный уровень в кристаллизаторе, обычно на расстоянии 100— 150 мм от верха кристаллизатора. В настоящее время наибольшее распространение получил метод определения уровня металла в кри­ сталлизаторе, основанный на измерении интенсивности изменения у излучения.

333

Затравку перед разливкой вводят в нижнюю часть кристаллиза­ тора. Поэтому в первые моменты заполнение кристаллизатора метал­ лом происходит аналогично разливке сверху в изложницу; стопор промежуточного ковша открывается плавно. После достижения задан­ ного уровня металла включают тянущие валки. В последующем вплоть до конца разливки поддерживается постоянная скорость вы­ тягивания слитка. В процессе разливки с поверхности металла уда­ ляют шлак по мере его появления, так как попадание шлака в корочку может привести к прорыву металла.

Для предохранения металла от окисления иногда на зеркало его в кристаллизаторе и вокруг струи подают защитный газ (аргон). С момента начала разливки на стенки кристаллизатора автоматиче­ ски подается смазка (парафин, сурепное, репейное или ранковое масло).

КАЧЕСТВО СЛИТКА НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ

Макроструктура прокатанного металла, полученного из слитков непрерывной разливки, во многом зависит от степени развития в них усадочных пороков, а также внутренних горячих трещин и осевой ликвации. Для полного заваривания осевой пористости и внутрен­ них горячих трещин в слитках квадратного и круглого сечения доста­ точно, чтобы коэффициент вытяжки при прокатке был равен 4—5, а для среднелегированной и инструментальной стали значительно выше, порядка 6—8. В то же время для получения удовлетворитель­ ных механических свойств проката достаточно проводить 4—6-крат­ ное обжатие. При прокатке обычных слитков степень обжатия, как правило, бывает выше 10—20, а при прокатке непрерывного слитка она часто составляет 4—6. Это обстоятельство необходимо учитывать при сравнении качества прокатанного металла из слитков, получен­ ных двумя разными способами.

Макроструктура готового сортового проката, полученного из

высоколегированных сталей отмечена более мелкая ледебуритная или цементитная сетка по сравнению с готовым прокатом из обычных слитков, что следует объяснить более быстрым охлаждением металла.

Более высокое качество непрерывного слитка по сравнению с обычным приводит к тому, что в ряде случаев для достижения оди­ наковых механических свойств для непрерывного слитка требуется меньшее обжатие. Так, например, по данным завода «Красное Сор­ мово», с увеличением степени обжатия как непрерывного слитка сече­ нием 200x200 мм, так и обычного сечением 300x300 мм пластические свойства (относительное удлинение и сжатие поперечного сечения) низкоуглеродистой стали заметно возрастают с повышением степени обжатия. В то же время 10-кратное обжатие непрерывного слитка обеспечивает такие же значения пластических свойств поперек и вдоль направления прокатки, какие достигаются у образцов из слитка обычной разливки только при 22,5-кратном обжатии.

334

Пластические свойства трансформаторного листа, прокатанного из непрерывных слитков сечением 200x200 мм, поданным Верх-Исет- ского завода, также лучше, чем из обычного слитка, что позволило повысить содержание кремния в стали до 4,6—4,7% (вместо 4—4,3%). Относительно большая скорость кристаллизации непрерывного слитка при небольших поперечных размерах обеспечивает равномер­ ное распределение мелких включений по объему металла.

В настоящее время на отечественных заводах на УНРС разливают стали большой группы марок: углеродистые, легированные, инстру-* ментальные, электротехнические, нержавеющие и др. Однако стали многих высоколегированных марок и сплавы еще не разливают на этих установках. Непрерывное совершенствование технологии раз­ ливки (выбор оптимальной температуры разливки, характер возврат­ но-поступательного движения кристаллизатора, смазки и т. п.) яв­ ляется залогом возможности расширения сортамента сталей, отли­ ваемых на УНРС.

Р а з д е л V

ВАКУУМНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ

Г лава 25

ПРИМЕНЕНИЕ ВАКУУМА В МЕТАЛЛУРГИИ. ЕГО ПОЛУЧЕНИЕ И ИЗМЕРЕНИЕ.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВАКУУМА В МЕТАЛЛУРГИИ

Утвердившийся в науке и технике термин «вакуум» * характери­ зует разреженное состояние газа, т. е. такое состояние, в котором его плотность меньше плотности при нормальных условиях [давление 101,2 кПа (760 мм рт. ст.), температура 0° С, см. приложение).

В некоторых случаях для грубой оценки небольшого разрежения вакуум измеряют в процентах:

где рост — остаточное давление в системе, выраженное соответственно

вкП/а или мм рт. ст.

Суменьшением р0Ст точность характеристики разрежения, оцени­

ваемого в процентах, уменьшается, поэтому в процентах иногда

* От латинского vacuum —1пустота.

335

характеризуют вакуум в области сравнительно высоких давлений — от атмосферного до нескольких сотен паскалей (десятков мм рт. ст.).

Приближенную оценку остаточного давления можно давать, поль­ зуясь понятиями глубины вакуума. Условно различают низкий, сред­ ний, высокий и сверхвысокий вакуум, что примерно соответствует

1 X 10“ 3— 1 X 10-7 мм рт. ст.; сверхвысокий менее 133,3-10~3 Па или

1 X 10~7 мм рт. ст.

В вакуумных установках для выплавки и обработки стали при­ меняют низкий, средний и высокий вакуум. Сверхвысокий вакуум используют пока лишь в научных исследованиях и в областях вакуум­ ной техники, не связанных с металлургией.

Использование вакуума для выплавки, очистки и обработки стали и сплавов вызвано тем, что в вакууме уменьшается или устраняется возможность взаимодействия их с газами, которые в обычных усло­ виях переходят в металл. Более того, при достаточном понижении давления над металлом происходит удаление уже содержащихся в нем газов, а также цветных металлических примесей и неметалличе­ ских включений. Выплавка стали и сплавов в вакууме или обработка их вакуумом вне плавильного агрегата позволяют получать металл, удовлетворяющий самым высоким требованиям современной техники. В частности, только обработка вакуумом позволила эффективно бо­ роться с вредными металлическими примесями в стали.

ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ

В сталеплавильном производстве вакуум применяют в различных технологических процессах, существенно отличающихся друг от друга газовыделен нем из металла в единицу времени, предельным допустимым давлением, объемом вакуумных камер, количеством пыли в удаляемых газах. В зависимости от конкретных условий уста­ новки комплектуются теми или иными вакуумными насосами, наи­ более приспособленными для этих условий.

Важнейшими характеристиками насоса, по которым оценивают его пригодность для данных условий, являются:

1. Быстрота действия или скорость откачки. Она определяется объемом газа, проходящим через сечение выпускного патрубка насоса при данном давлении р. С изменением давления в системе изменяется и скорость откачки насосов. Характер зависимости скорости откачки от давления определяет целесообразность использования тех или иных насосов в требуемом диапазоне давлений.

2. Максимальное выпускное давление, т. е. предельное давление на стороне выпускного патрубка насоса, превышение которого при­ водит к возрастанию давления на стороне впускного патрубка. На­ сосы некоторых типов не могут выбрасывать откачиваемый газ в атмосферу, и для обеспечения их нормальной работы необходимо со сто­

роны выпуска создавать предварительный вакуум (форвакуум) дру­ гими насосами.

336