Производство стали

Разливку сверху обычно применяют для углеродистых, а разливку сифоном — для легированных сталей.

3.2 Непрерывная разливка  стали производится на специальных установках — УНРС (рис. 6). Жидкую сталь из ковша 6 через промежуточное устройство 5 непрерывно заливают сверху в водоохлаждаемую изложницу без дна — кристаллизатор 4, а из нижней его части вытягивают со скоростью 1...2,5 м/мин с помощью валков 3 затвердевающий слиток. На выходе из кристаллизатора слиток охлаждается водой, окончательно затвердевает и попадает в зону резки, где его разрезают газовым резаком 2 на слитки определенной длины. Полученные слитки с помощью кантователя / опускаются на роликовый конвейер и подаются на прокатные станы.

На УНРС получают слитки прямоугольного сечения размерами  от 150 Х 500 до 300 Х 200 мм, квадратного со стороной от 150 до 400 мм, а также круглые  в виде толстостенных труб.

Благодаря непрерывному питанию и направленному затвердеванию  в слитках., полученных на УНРС, отсутствуют  усадочные раковины. Поэтому выход  годных заготовок может достигать 96... 98 % массы разливаемой стали, поверхность  получаемых слитков отличается хорошим  качеством, а металл слитка — плотным  и однородным строением.

4. Затвердевание и строение стальных слитков

Процесс затвердевания  стального слитка и образование  кристаллической структуры в  нем был рассмотрен выше. Необходимо добавить, что строение слитка определяется не только условиями охлаждения, но и степенью раскисления. По этому  признаку стали делятся на кипящие, спокойные и полуспокойные.

4.1 Кипящей называют сталь, не полностью раскисленную в печи. Ее раскисление продолжается в изложнице за счет взаимодействия оксида железа FeO с углеродом. Образующийся при этом оксид углерода СО выделяется из стали не содержит неметаллических примесей, обладает высокой пластичностью.

4.2. Спокойную сталь получают при полном раскислении металла в печи и ковше (рис. 7, Б). Такая сталь затвердевает без выделения газов, в слитке образуется плотная структура, а усадочная раковина концентрируется в верхней части, что значительно уменьшает выход годного металла.

4.3. Полуспокойная сталь получается при раскислении ферромарганцем и недостаточным количеством ферросилиция или алюминия. В этом случае слиток не имеет концентрированной усадочной раковины, в нижней части он обычно имеет строение спокойной, а в верхней — кипящей стали (рис. 7 ,в). Такая сталь по качеству и стоимости является промежуточной между кипящей и спокойной.

5 Способы повышения качества стали

Выплавленные  в кислородных конвертерах, мартеновских и электрических печах стали  не всегда удовлетворяют по своим  свойствам требованиям современной  техники. Для повышения их качества разработаны специальные технологические  процессы внепечного рафинирования  и рафинирующих переплавов.

Из методов  внепечного рафинирования стали  наиболее широкое применение получила обработка в вакууме и жидкими синтетическими шлаками.

5.1. Вакуумную обработку применяют для уменьшения содержания в стали растворенных газов и неметаллических включений. С этой целью выплавленную в мартеновских или электрических печах сталь выдерживают в течение 10..,15 мин в специальных камерах с остаточным давлением 265...665 Па в ковше или при заливке в изложницу. При понижении давления растворимость газов в стали (азота, водорода) уменьшается и они в виде пузырьков всплывают на поверхность, захватывая с собой и неметаллические включения.

Вакуумная обработка  позволяет уменьшить в 3...5 раз  содержание газов и в 2...3 раза неметаллических  включений в стали, что способствует повышению ее прочности и пластичности.

5.2. Обработка стали  синтетическим шлаком заключается в следующем. В разливочный ковш перед выпуском стали из плавильного агрегата наливают 3...5 % по отношению к массе стали жидкого шлака, содержащего 55 % СаО, 42 % Al2O3, до 3 % SiO2 и 1 % FeO. Затем в ковш по возможности с большей высоты мощной струёй выпускают выплавленную сталь. В результате интенсивного перемешивания стали и шлака поверхность их взаимодействия увеличивается в сотни раз по сравнению с той, которая имеется в печи. Поэтому процессы рафинирования резко ускоряются и для их протекания требуется уже не 1,5...2 ч, как обычно в печи, а примерно столько, сколько уходит на выпуск плавки.

Рафинированная  синтетическим шлаком сталь отличается низким содержанием кислорода, серы и неметаллических включений, что  обеспечивает ей высокую пластичность и ударную вязкость.

К числу рафинирующих переплавов относятся: электрошлаковый, вакуумно-дуговой, плазменно-дуговой, электронно-лучевой и др.

5.3. Электрошлаковый  переплав (ЭШП) заключается в следующем. Переплавляемая сталь подается в установку в виде расходуемого (переплавляемого) электрода 1 (рис. 8). Расплавленный шлак 2 (смесь 60...65 % CaF2, 25...30 % Al2O3, CaO и другие добавки) обладает большим электросопротивлением и при прохождении электрического тока в нем генерируется тепло, достаточное для расплавления электрода. Капли металла проходят слой шлака, собираются в ванне 3 и затвердевают в водоохлажденной изложнице 4, образуя слиток 5. При этом кристаллизация металла происходит последовательно и направлена снизу вверх, что способствует удалению неметаллических включений и пузырьков газа и тем самым образованию плотной и однородной структуры слитка. В конце переплава поддон 6 опускают и затвердевший слиток извлекают из изложницы.

Современные установки  ЭШП позволяют получать слитки различного сечения массой до 40 т.

5.4. Вакуумно-дуговой  переплав (ВДП) осуществляется в вакуумных дуговых печах с расходуемым электродом 2 (рис. 9), при этом слиток 4 образуется, как и при ЭШП, в водоохлаждаемой изложнице 3. В корпусе 1 печи поддерживается вакуум около 1,5 Па, что способствует хорошей очистке металла от газов, а направленная кристаллизация обеспечивает удаление неметаллических включений, получение плотной структуры и исключает образование усадочной раковины. Емкость печей для ВДП достигает 50 т.

5.5. Плазменно-дуговой  переплав (ПДП) применяется для получения стали и сплавов особо высокой чистоты. Источником тепла в установке служит плазменная дуга с температурой 10 000... 15 000 °С (рис. 10). Исходным материалом для получения слитков служит стружка или другие дробленные отходы металлообрабатывающей промышленности. Металл плавится и затвердевает в водоохлаждаемом кристаллизаторе, а образующийся слиток вытягивается вниз. Благодаря высокой температуре из металла интенсивно испаряются сера и фосфор, а также удаляются неметаллические включения.

5.6. Электронно-лучевой  переплав (ЭЛП) осуществляется за счет тепла, образующегося в результате облучения переплавляемого металла потоком электронов. Переплав ведется в вакуумных установках при остаточном давлении 0,001 Па, а затвердевание слитка—в водоохлаждаемом кристаллизаторе (рис. 11). Глубокий вакуум и благоприятные условия затвердевания обеспечивают получение особо чистого металла. Поэтому ЭЛП применяют для получения сталей особо высокой чистоты, сплавов со специальными свойствами, а также чистых тугоплавких металлов (W, Mo, Nb и др.). 
 
 
 
 
 
 
 
 

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Барташевич А.А. Материаловедение. – Ростов н/Д.: Феникс, 2008.
2. Вишневецкий Ю.Т. Материаловедение для технических колледжей: Учебник. – М.: Дашков и Ко, 2008.
3. Заплатин В.Н. Справочное пособие по материаловедению (металлообработка): Учеб. пособие для НПО. – М.: Академия, 2007.
4. Материаловедение: Учебник для ВУЗов. / Под ред. Арзамасова Б.Н. – М.: МГТУ им. Баумана, 2008.
5. Материаловедение: Учебник для СПО. / Адаскин А.М. и др. Под ред. Соломенцева Ю.М. – М.: Высш. шк., 2006.