Разливка стали и строение слитка

Методы разливки стали. Из плавильной печи сталь выпускается в футерованный шамотом стальной сварной кожух — ковш емкостью до 480 т. В днище ковша имеется огнеупорный стакан с отверстием, закрытый огнеупорной пробкой. При помощи специального устройства пробку можно поднять и через отверстие стакана произвести разливку стали в изложницы или кристаллизатор установки непрерывной разливки стали (УНРС).

Разливка в изложницы — чугунные (реже стальные) толстостенные формы квадратного, многогранного, прямоугольного или круглого сечений — осуществляется двумя способами: сверху и снизу (сифонная). Форма изложницы диктуется последующим видом обработки давлением. Масса слитков 1...18 т. Но отливают и большие по массе слитки — до 300 т.

При разливке из ковша 1сверху (рис. 45, а) каждая изложница заполняется металлом отдельно, а при сифонной разливке (рис. 45, б) происходит одновременное заполнение металлом нескольких изложниц снизу через центральный стояк 4 и поддон 3, футерованные шамотом.

Каждый из способов разливки имеет существенный недостаток: при разливке сверху происходит разбрызгивание металла, что отрицательно сказывается на качестве поверхности слитков; при разливке сифоном металл загрязняется неметаллическими включениями.

Этих недостатков лишен разработанный в СССР высокопроизводительный, эффективный метод разливки на УНРС. УНРС могут быть одно- и многоручьевыми, вертикальными и радиальными.

На рисунке 45, в приведена схема разливки на вертикальной одно-ручьевой УНРС производительностью 10...25 т/ч. Металл из ковша 1 через промежуточный ковш 2 поступает в бездонную водоохлаж-даемую изложницу — медный водоохлаждаемый кристаллизатор 3 —на затравку из того же металла. Внутреннее сечение кристаллизатора соответствует заданной форме непрерывной заготовки. В кристаллизаторе образуется наружная твердая корка заготовки, внутри которой еще остается жидкий металл 5, кристаллизующийся в зоне вторичного охлаждения 4, где его поверхность обильно поливается водой. Движение заготовки 7 вниз осуществляется с помощью системы тянущих роликов 6. Затем непрерывную заготовку с помощью газового резака разрезают на слитки нужной длины.

В результате применения этого метода повышается качество металла (плотность, мелкозернистость), ликвидируются отходы на обрезание усадочных раковин, отпадает необходимость в изложницах, прокатке слитков на обжимных станах и др.

С целью улучшения качества стали A.M. Самариным и Л. М. Новиковым было предложено перед разливкой вакуумировать сталь в ковше. Создаваемое при этом разряжение не только дегазирует металл, улучшая его свойства, но и очищает его от неметаллических включений, всплывающих наверх.

Хороших результатов добиваются также при обработке стали в ковше синтетическими шлаками (метод разработан А. С. Точинским). Выплавленный в электропечах шлак с низким содержанием закиси железа и высоким (до 55%) содержанием окислов кальция и алюминия СаО и А1₂О₃ заливают в ковш, куда затем выпускают из печи сталь. В результате химических реакций происходит рафинирование металла, при этом в 2...3 раза уменьшается содержание серы, повышается чистота стали от неметаллических включений.

 

Рис. 45. Схемы разливки стали: а — сверху (1 — ковш; 2 — изложница; 3 — поддон); б — снизу (сифонная) (4 — центральный стояк; 5 — утеплитель; 6' — футеровка); в — непрерывная (1 — ковш; 2 —промежуточный ковш; 3 — кристаллизатор; 4 — холодильник; 5 — зона незакристаллизовавшегося металла; 6 — тянущие валики; 7 — слиток; 8 — ацетиленовый резак).

Строение слитка. После разливки стали в изложницы происходит формирование слитка. В связи с направленностью теплоотвода — от центра к стенкам изложницы — быстро формируется мелкозернистая зона А (корка), затем кристаллизуется следующий слой — зона ориентированных столбчатых кристаллов (дендритов) Б и, наконец, в центральной части образуются крупные неориентированные кристаллы — зона В (рис. 46).

В зависимости от степени раскисленности стали слитки имеют некоторые особенности.

Слиток спокойной стали (рис. 46, а) имеет усадочную раковину 2, образующуюся вследствие разности объемов жидкого и твердого металлов, и усадочную рыхлость 3, являющуюся местом скопления неметаллических включений, газовых пузырей и т. д. Для уменьшения усадочной раковины применяют прибыльные надставки к изложницам, в которых она и формируется. Тем не менее, 15...20% от длины слитка перед прокаткой отрезают — усадочную раковину и рыхлость. Внизу слитка имеется также мелкозернистая зона Г.

Изложницы с кипящей сталью накрывают крышками или раскисляют с поверхности: за счет бурного выделения окиси углерода происходит рост металла и усадочной раковины не образуется (рис. 46, б). Однако металл будет иметь большое количество подкорковых газовых пузырей П, вторичных круглых пузырей К и отдельных пузырей Д. Лишь промежуточная зона С будет плотной, как и зоны Л и Б. Газовые пузыри, как правило, завариваются при прокатке. Кипящие стали используются для изготовления изделий неответственного назначения.

Слиток полуспокойной стали (рис. 46, в, е) имеет промежуточное строение: нижняя часть — как у спокойной стали, верхняя — как у кипящей.

 

Рис. 46. Схема строения стального слитка:

а, г — спокойная; б, д — кипящая; в, е — полуспокойная сталь;

1 — неметаллические включения; 2—усадочная раковина; 3 — рыхлость.