![]() Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
![]() Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
![]() |
Кристаллизации стали при переходе на непрерывную разливку
Разливка стали непрерывным способом имеет ряд существенных особенностей, главные из которых следующие: 1. В отличие от разливки в изложницу разливка в кристаллизатор УНРС ведется непрерывно; соответственно металл непрерывно перемешивается в кристаллизаторе, что влияет на условия всплывания включений, развитие ликвации; непрерывно при ударе струи о поверхность металла в кристаллизаторе образуются брызги, на поверхности металла возникает волновое движение жидкости. 2. В отличие от разливки стали в изложницу боковые поверхности слитка, кристаллизующегося при непрерывной разливке, подвергаются более интенсивному охлаждению, что должно улучшать структуру отливаемой заготовки. Вместе с тем в самом кристаллизаторе успевает образоваться лишь сравнительно тонкая корочка слитка, основная масса металла кристаллизуется ниже кристаллизатора, в зоне вторичного охлаждения. В связи с этим даже небольшая трещина в образующейся закристаллизовавшейся корочке может вызвать аварийный прорыв металла или получение заготовки с неудовлетворительной поверхностью. Обычно за время прохождения металла через кристаллизатор удается отвести менее 1/5 общего количества тепла, выделяющегося в процессе кристаллизации слитка, причем по мере повышения производительности УНРС этот показатель снижается. В связи с этим прочность образующейся корочки, которая зависит от качества металла, имеет при непрерывной разливке особо важное значение. Например, содержание в металле серы, допустимое при разливке в изложницы, оказывается чрезмерным в случае непрерывной разливки; сера оказывает заметное отрицательное влияние на прочность металла при высоких температурах (рис. 24.13). 3. Сечение непрерывнолитой заготовки обычно существенно меньше сечения слитка, отлитого в изложницу; следовательно, для получения равных размеров готового проката суммарное обжатие при прокатке металла, отлитого непрерывным способом, меньше, чем металла, отлитого в изложницы. В то же время известно, что в процессе обработки металла давлением уменьшаются в размерах или вообще исчезают многие внутренние дефекты слитка, измельчается и становится более однородной структура металла, уменьшается балл, характеризующий содержание неметаллических включений, повышаются показатели механических характеристик. 4. Разливка плавки через разливоч- Рис. 24.13. Влияние содержания серы в металле на пораженность непрерывнолитых заготовок трещинами: / — сталь 17ПС; 2— сталь СтЗсп ные стаканы небольшого диаметра, обычно применяемые в промежуточных ковшах, часто продолжается дольше, чем разливка в крупные изложницы, поэтому требуется подавать на УНРС металл с более высокой температурой нагрева. В этом случае возникает опасность перегрева металла, который, в свою очередь, связан с насыщением металла газами и способствует развитию ликвационных процессов. По данным исследований, при повышении перегрева над точкой ликвидуса с 5 до 20 °С степень ликвации серы увеличилась с 16 до 60 %. Все это требует точных технологических решений и высокой культуры производства. Основные технологические приемы, обеспечивающие получение непрерывнолитой заготовки высокого качества, должны соответствовать следующим основным требованиям: 1) высокое качество разливаемого металла; 2) возможно более низкий перегрев (над температурой ликвидуса) металла, поступающего в кристаллизатор; 3) защита металла от вторичного окисления и попадания шлаковых частиц; 4) перемешивание кристаллизующегося металла; 5) обработка давлением кристаллизующейся заготовки. При выполнении этих требований заготовки, полученные при непрерывной разливке, имеют, как правило, более однородную кристаллическую структуру, чем обычные слитки. 24.7.1. Структура непрерывнолитой заготовки. В структуре заготовки обычно явно различимы следующие зоны: 1. Корка слитка — зона мелких беспорядочно ориентированных кристаллов; толщина ее зависит от условий разливки и интенсивности охлаждения и составляет 10—20 мм. 2. Зона столбчатых кристаллов. 3. Осевая зона равноосных беспорядочно ориентированных кристаллов с повышенной концентрацией ликва-тов и следами усадочных явлений. При малых размерах заготовки и интенсивном охлаждении третьей зоны может не быть. Так же, как и при разливке в изложницы, при охлаждении и кристаллизации линейные размеры (сечение) непрерывнолитого слитка уменьшаются; это должно учитываться формой кристаллизатора (используют небольшую конусность) и изменением расстояния между направляющими валками (роликами). Развитие ликвационных явлений в непрерывнолитом слитке ограничено малой продолжительностью кристаллизации, а зональная ликвация минимальна; однако химическая и кристаллическая неоднородность наблюдается и в непрерывном слитке, и это учитывается при организации технологии. Отличительными особенностями формирования непрерывного слитка, которые определяют его строение, являются высокие скорости кристаллизации и малая продолжительность его полного затвердевания, поэтому проявление ликвации в непрерывном слитке значительно меньше, чем в обычном. Однако при высоких скоростях вытягивания глубина жидкой фазы, в которой формируется осевая зона слитка, достигает значительных размеров. Осевая зона литых заготовок является тепловым центром, затвердевающим в последнюю очередь. Этот тепловой центр постоянно присутствует в слитке и не может быть удален или выведен. При затвердевании непрерывного слитка с глубоким и сильно вытянутым расположением лунки кристаллизующегося металла и усадке слитка в связи с переходом из жидкого в твердое состояние в этой зоне образуются и развиваются значительные конвективные потоки. Результатом является усиление осевой ликвации в непрерывном слитке. Следовательно, с наличием вытянутой острой лунки и значительных конвективных потоков связано образование в осевой зоне пористости и ликвационных пятен. Осевая пористость и осевая ликвация являются основными внутренними дефектами непрерывного слитка. 24.7.2. Дефекты непрерывного слитка. В процессе избирательной кристаллизации маточный раствор, обогащенный примесями, оттесняется в осевую зону заготовки. Участок осевой пористости, отсеченный от верхних питающих жидких слоев затвердевшим металлом, представляет собой своеобразную полость по отношению к окружающим участкам. В эту полость стремятся ликваты, имеющие пониженную температуру плавления и находящиеся в жидком состоянии; вокруг ликвационного пятна образуется область металла, обедненного лик-вирующими примесями (так называемая область обратной ликвации). По-видимому, осевая пористость приводит к концентрации ликватов, образовавшихся в результате избирательной кристаллизации. Особенно четко осевая пористость проявляется в слитках квадратного сечения. Образование осевой ликвации в слитках малых и больший сечений, т. е. в слитках с неразвитой и имеющей существенное развитие зоной твердожидкого состояния, происходит по-разному. Например, на сортовых заготовках, особенно на заготовках мелких сечений из высокоуглеродистой стали, в осевой зоне наряду с концентрированной пористостью наблюдается значительная неоднородность по содержанию углерода. Химический анализ показывает, что в центральной части содержание углерода может быть на 0,1—0,3 % выше, а в зоне светлого кольца на 0,5—0,1 % ниже, чем в ковшовой пробе (обратная ликвация). Можно предположить следующий механизм ее образования. По мере продвижения фронта затвердевания происходит монотонное обогащение лик-ватами внутренних зон. Развитые транскристаллиты могут служить проводниками для отвода тепла кристаллизации от центральной части слитка, имеющей вид цилиндра с очень развитой поверхностью охлаждения и поэтому затвердевающей с высокой скоростью. Вследствие объемной недостаточности, наблюдающейся в момент окончательного затвердевания осевой зоны, возможно отсасывание маточного раствора из прилегающих слоев, чем объясняется меньшее содержание примесей в них. Таким образом, все примеси, расширяющие интервал кристаллизации (например, углерод), затрудняют получение слитка без таких дефектов, как осевая пористость и осевая ликвация. 1. Наиболее важным внешним параметром, влияющим на характер затвердевания и макроструктуру непре-рывнолитых заготовок, является температура металла. Общее снижение температуры в объеме расплава, а также в локальных макро- и микрообъемах до температуры ликвидуса (или более низкой) способствует интенсификации процесса кристаллизации расплава вследствие уменьшения критических размеров зародышей и увеличения линейной скорости их роста. Исследования показали, что повышение температуры металла (в ковше) на 30—40 °С увеличивает ликвацию фосфора и углерода в 2 раза, а ликвацию серы в 2,5 раза. 2. Параметрами внешнего воздействия на кристаллизующийся слиток являются также характер и интенсивность вторичного охлаждения: чем больше интенсивность вторичного охлаждения, тем меньше осевая ликвация. Интенсификация вторичного охлаждения приводит к понижению температуры поверхности заготовки, ускорению роста столбчатых кристаллов; при этом уменьшаются глубина лунки жидкого металла и раздутие заготовок под влиянием ферростати-ческого давления. Особенно заметно положительное влияние интенсификации охлаждения при отливке слябов. При отливке блюмовых заготовок иногда полезно менее интенсивное охлаждение, так как при этом увеличивается зона равноосных кристаллов и в заготовках из сталей с ограниченным интервалом кристаллизации происходит заметное рассредоточение осевой пористости и осевой ликвации. Рациональная организация вторичного охлаждения определяется рядом факторов, в том числе формой и размерами заготовки. Очень важным параметром, влияющим на качество заготовки, является чистота стали от газов и нежелательных примесей, прежде всего серы и примесей цветных металлов. В ряде случаев качество не-прерывнолитой заготовки ухудшается вследствие образования трещин. Различают три температурные зоны пониженной прочности и пластичности. При этих температурах создаются условия, приводящие к образованию трещин. Высокотемпературная зона (вблизи точки плавления). Наличие в междендритных пространствах жидкой фазы, затвердевающей вследствие ликвации примесей при пониженной температуре, обусловливает низкие значения прочности и пластичности и является основной причиной образования трещин при непрерывной разливке. Промежуточная зона (900—1200 °С). Низкая пластичность стали в этой зоне связана с появлением ликваци-онных легкоплавких прослоек (сульфидов железа, цветных металлов) по границам аустенитного зерна. Низкотемпературная зона (700— 900 °С). Хрупкость стали в этой зоне может возникнуть в результате фазовых превращений при резком перепаде температур, а также вследствие выделений дисперсных фаз (типа нитридов алюминия, ниобия, ванадия) при циклических чередованиях нагрева и охлаждения в зоне вторичного охлаждения. Возникновение внутренних трещин может быть связано с появлением растягивающих напряжений, превышающих допустимые. В процессе прокатки непрерывнолитых заготовок с внутренними трещинами несплошности металла могут быть устранены. Химическая неоднородность, сопровождающая трещины, проявляется в виде участков повышенной травимости. Трещины могут образовываться в кристаллизаторе в корочке слитка почти у мениска в момент превращения 24.7.3. Методы повышения качества непрерывнолитых заготовок. Высокое качество металла при непрерывной разливке обеспечивается мероприятиями, связанными как с работой УНРС, так и с использованием ряда способов рафинирования стали. К числу мероприятий, связанных с работой УНРС, относятся: 1. Обеспечение заданного для данной марки температурного режима разливки. 2. Подвод металла в кристаллизатор, исключающий размыв корочки. 3. Подбор соответствующей смазки стенок кристаллизатора и защитных смесей. 4. Контроль состояния поверхности стенок кристаллизатора. 5. Соблюдение центровки и технологической оси УНРС. 6. Создание конструкции кристаллизатора, обеспечивающей наиболее продолжительный контакт оболочки слитка со стенками (оптимальная конусность и проч.). 7. Обеспечение оптимального режима вторичного охлаждения. 8. Контроль работы опорных и тянущих устройств с целью предотвратить деформацию оболочки не полностью затвердевшего слитка. К числу мероприятий по рафинированию, подготовке к непрерывной разливке и последующей обработке стали относятся: 1. Удаление из стали вредных примесей, прежде всего серы, фосфора и примесей цветных металлов. 2. Внепечная обработка стали, обязательная продувка металла в разливочном ковше инертным газом и наведение на поверхности металла шлака, предохраняющего металл от вторичного окисления. 3. Перелив металла из разливочного в промежуточный ковш. Эту операцию проводят таким образом, чтобы исключить влияние: а) атмосферы на струю металла, вытекающего из разли- 393 Рис. 24.14. Варианты конструктивного решения уплотнений между разливочным и промежуточным ковшами: / — разливочный ковш; 2— пневмоцилиндры; 3 — промежуточный ковш; 4— патрубок для присоединения измерителя содержания кислорода в защитной атмосфере; 5— уплотнительные устройства; 6— слой защитного шлака
вечного ковша, и б) перемешивания металла со шлаком в промежуточном ковше на загрязнение металла неметаллическими включениями. Решение первой задачи возможно при использовании различных способов защиты. На рис. 24.14, а показана конструкция промежуточного ковша с подъемной воронкой; газовое уплотнение создают между ней и разливочным ковшом, поверхность металла в промежуточном ковше покрыта защитным слоем. В конструкции, приведенной на рис. 24.14, б, подача металла осуществляется через пространство, заполненное аргоном или азотом (через «завесу»). Решение второй задачи возможно несколькими путями: увеличить вместимость промежуточного ковша; использовать промежуточный ковш с разделительными стенками-перегородками, обеспечивающими хорошее разделение металла и попадающих в ковш шлаковых частиц; способ наведения в промежуточном ковше шлака, для чего вводят добавки соответствующего состава. Шлак должен обеспечивать термоизоляцию стали, защиту ее от окисления атмосферным воздухом и абсорбцию неметаллических включений. Составы вводимых добавок определяются рядом факторов: составом и степенью чистоты стали, характером образующихся при раскислении вклю- чений, составом и свойствами футеровки и т. п. Например, для практики работы заводов Японии, для которой характерна разливка металла, сравнительно чистого от включений, типичные составы флюсов, %: CaF2 5—20; СаО 40-50; MgO 5-10; SiO25-10; А12О3 10—30. При разливке сталей с большим количеством образующихся в процессе раскисления включений глинозема флюсы должны содержать большие количества CaF2 и SiO2. Поскольку шлаки, обладающие высокой абсорбционной способностью, являются агрессивными по отношению к футеровке, разрабатывают технологии и конструкции, позволяющие иметь шлаки различающегося состава в зоне заливки металла и в зоне, прилегающей к футеровке. Важной характеристикой является вязкость шлака: слишком большая вязкость ухудшает абсорбцию включений, слишком низкая — создает условия для попадания шлака в кристаллизатор. 4. Защита от окисления струи металла, вытекающей из промежуточного ковша, применение удлиненных затопленных разливочных стаканов, защита поверхности металла в кристаллизаторе слоем шлака, ассимилирующим всплывающие неметаллические включения и обеспечивающим в определенной мере смазку поверхности кристаллизатора, предохраняющую от зависания заготовки и образования поперечных трещин. 5. Особые методы воздействия на кристаллизующийся металл (электромагнитное перемешивание жидкого металла в кристаллизующейся заготовке, обработка ультразвуком и др.).
|