Файл: Технология металлов и других конструкционных материалов учеб. пособие.pdf

П р и м е ч а н и е . В числителе — данные для жидкой шихты, в знаменателе — для твердой.

Плавка в кислой дуговой электропечи протекает подобным об­ разом, но имеет свои особенности: 1) футеровка — динасовый кир­ пич; 2) сера и фосфор не удаляются, печь работает без спуска шла­ ка, который в основном состоит из силикатов железа и марганца; 3) раскисление ведется присадками, роль шлака заключается в свя­ зывании FeO и МпО кремнеземом. В конце процесса идет восста­ новление кремния, способствующее раскислению ванны.

Технико-экономическая характеристика дуговых печей. Про­ должительность плавки в дуговой электропечи зависит от ее емко­ сти, от вида футеровки, от характера завалки и сорта выплавляе­ мого металла. Большие печи работают экономичнее, чем малые, так как они имеют меньший расход электроэнергии на 1 т годного ли­ тья и большую производительность одного агрегата (табл. 2). В кислых печах плавка идет быстрее, чем в основных. Угар металла

при твердой завалке составляет 5— 8%, при жидкой — 2%. Нормальный выход годного литья 91—92%.

Из табл. 2 следует, что производи­ тельнее и дешевле работать на жидкой шихте, которая к тому же требует меньше материалов на огнеупорную футеровку. Учитывая экономичность больших электропечей, в эксплуатацию вводятся печи емкостью 200 т.

Пути совершенствования электро­ плавки стали. Применение кислорода

62

содержание в металле газовых включений (0 2, N2, Н2) и улучша­ ется качество стали. Некоторое повышение стоимости металла оку­ пается тем, что из него можно изготовлять более прочные конструк­ ции меньших габаритов. Для плавки под вакуумом индукционная печь размещается в герметически изолированной камере, из кото­ рой откачивается воздух. В таких печах плавка идет при вакууме, равном тысячным долям мм ртутного столба.

Электрошлаковый переплав осуществляется в электропечах сопротивления (рис. 30). В обычных печах сопротивления нагрева­ тельным элементом (стержнем, спиралью) является материал, об­ ладающий высоким электросопротивлением, в результате чего эле­ мент разогревается при прохождении через него тока. Таким эле­ ментом сопротивления в печах для электрошлакового переплава (ЭШП) является ванна расплавленного шлака. Опущенный в нее расходуемый электрод, отлитый из стали, подвергаемой рафиниро­ ванию, плавится, капли металла проходят через шлак, дегазируют­ ся, очищаются от примесей и застывают в нижней части, образуя слиток. Флюс для ЭШП имеет различный состав, например: CaF2—65%; А120 3—30%; СаО—5%. Способ ЭШП применяется для получения стали с особо высокими характеристиками.

Директивы XXIV съезда КПСС считают необходимым широко внедрят!, высокоэффективные способы улучшения качества стали путем внепечного вакуумирования, обработки ее синтетическими шлаками, электрошлакового и вакуумного переплава.

§ 4. Разливка стали в слитки

Оборудование для разливки. Сталеразливочный ковш (рис. 31) представляет собой стальной кожух 8, футерованный внутри огне­ упорным кирпичом. Жесткость кожуха усиливается кольцами и реб­ рами жесткости. Среднее кольцо имеет две цапфы для захвата ковша крюками разливочного крана. Из ковша сталь вытекает че­ рез»отверстие в днище, в которое вставляется стакан 2 из огнеупор­ ного материала (шамотовый или графитовый) диаметром 25—40лг.ѵ. Отверстие закрывается пробкой 1, сделанной из того же материа­ ла, что и стакан. Пробка прикрепляется к стальному стержню 7, защищенному от действия жидкой стали надетыми на пего трубка­ ми из огнеупорного материала. Перемещая рукояткой 4 в направ­ ляющих 5 и 5 тягу, связанную горизонтальной траверсой 6 со стер­ жнем 7, можно открывать и закрывать пробкой выпускное отвер­ стие в стакане.

Для удаления растворенных в стали газов и шлаковых вклю­ чений, а также для выравнивания состава стали ее выдерживают некоторое время в ковше (для ковша емкостью 45 т выдержка со­ ставляет около 10 мин). После выдержки ковш переносят электро­ мостовым краном к разливочному участку, где установлены излож­ ницы (металлические формы, наполняемые расплавленным метал­ лом). В изложницы для получения слитков разливают основную массу стали, и только около 5% ее идет для получения фасонных

63

отливок. В этом случае сталь из ковша заливается в специальные формы.

Изложница отливается из жаростойкого чугуна и представляет собой толстостенную форму, открытую, как правило, сверху и снизу.

Для слитков, подвергающихся затем прокатке, применяются из­ ложницы квадратного или плоского сечения, а для слитков, пред­ назначенных для ковки,—.многоугольного сечения. Для прокатки

рительно подогретой до 80—100° изложницы покрывают смазкой из каменноугольной смолы или графита.

Способы разливки стали. Существуют три способа разливки стали: 1) сверху; 2 ) снизу; 3) непрерывная.

При разливке сверху (рис. 32, а) разливочный ковш транспорти­ руется электромостовым краном к подготовленным под заливку изложницам и останавливается над каждой из них. Изложницы, открытые снизу, устанавливаются перед заливкой на толстые чу­ гунные плиты-поддоны и по периметру обмазываются огнеупорным материалом. После установки разливочного ковша над изложницей открывается стопорное устройство, и струя жидкого металла за­ полняет изложницу.

При разливке снизу (сифонный способ) изложницы устанав­ ливаются на специальные керамические плиты (сифонный кирпич), соединенные между собой шамотными трубами (рис. 32, б). Эти плиты имеют внутри каналы, объединяющие их в единую литнико­ вую систему. Через один общий литник можно отливать одновре­ менно до 40 слитков. Такая схема разливки получила название «паук». Существуют и другие способы установки изложниц.

64

Отсутствие брызг при заполнении изложниц снизу позволяет получить более чистую поверхность слитка, но размывание метал­ лом огнеупоров центрального литника и каналов сифонных кирпи­ чей приводит к образованию большего количества неметалличе­ ских включений, чем при разливке сверху. Кроме этого, сифонная разливка имеет еще ряд недостатков: потеря металла в виде лит­ никовой системы, более трудоемкая подготовка изложниц к залив­ ке, однократное использование сифонного припаса (керамических плит, труб и др.) Однако, оценивая сравнительную экономичность

Рис. 32. Разливка стали сверху (а) и снизу (б)

обоих способов, следует иметь в виду, что дополнительные затраты на сифонную разливку полностью окупаются уменьшением стоимо­ сти зачистки поверхности слитков.

Некоторую особенность представляет получение слитков из кипящей стали, т. е. из стали, раскисление которой происходит в изложнице за счет взаимодействия углерода металла с растворен­ ным в металле кислородом. Содержания FeO в такой стали доста­

стали выделяются N2 и Н2, растворимость которых в жидком метал-, ле при понижении температуры уменьшается. Таким образом по­ лучают малоуглеродистую сталь с содержанием С от 0,05 до 0,25%. Слиток кипящей стали имеет малую усадочную раковину, но зна­ чительное количество пузырей.

При заполнении изложницы кипящей сталью'необходимо в оп­ ределенный момент прекратить выделение окиси углерода, так как в противном случае объем металла будет увеличиваться и над слит­ ком образуется «шапка». Чтобы закрыть газам выход из металла, необходимо создать твердую корку в верхней части слитжа. С этой

пелью после заполнения изложницы и некоторой выдержки на ки­ пящую сталь накладывается чугунная плитка. Образующаяся при этом корка затвердевшей стали приводит к повышению давления внутри слитка и прекращению выделения газов. Газовые пузыри, распределенные по объему слитка, завариваются при последующей прокатке.

Кипящую сталь обычно разливают сифонным способом.

затравка вместе с приварившимся к ней слитком начинает вытяги­ ваться из кристаллизатора. Слиток, имеющий еще жидкую сердцевину, проходит зону вторичного охлаждения 6, где обрызгивается водой и затвердевает по всему сечению. Под действием тянущих валков вытягиваемый из кристаллизатора слиток изгибается, а за­ тем продолжает перемещаться по роликам горизонтально установ­ ленного рольганга 10. При помощи автогенного резака 8 от слитка отрезается заготовка 9 необходимой длины, которая передается на последующую операцию прокатки или транспортируется на склад.

При непрерывной разливке облегчаются условия труда, умень­ шается площадь разливочного отделения, становится ненужным дорогостоящее оборудование разливочных пролетов (тележки, из­ ложницы, сифонный припас и т. д.), обжимные прокатные титаны, нагревательные колодцы и др. Но главное достоинство непрерывной разливки состоит в том, что отходы металла составляют 2—3% вместо 15—20% при получении слитков ранее рассмотренными спо­ собами. Потери металла здесь возникают только при разрезании слитка.

66

Директивами XXIV съезда КПСС предусмотрено значительное увеличение объема непрерывной разливки стали.

Разливка под вакуумом позволяет получить металл с мини­ мальным содержанием кислорода, азота и водорода.

Сталь из разливочного ковша 1 (рис. 34) попадает в промежу­ точную воронку 2, выходное отверстие которой сообщено с каме­ рой 4. Изложница 5 устанавливается в камере, крышка 7 герметиче­ ски закрывается, и через патрубок 6 производится отсос воздуха. Расплавленный металл, заполняющий воронку 2, создает своеобраз­ ный «гидравлический» затвор, изолирующий внутреннюю полость камеры от атмосферы и позволяющий поддерживать необходимый вакуум при заполнении изложницы струей металла. В начале раз­ ливки металл накапливается в воронке, для чего в ее нижней части вставляется алюминиевый лист 3 такой толщины, чтобы за время расплавления этого листа в воронке успело накопиться необходи­ мое количество жидкой стали. При этом способе вакуумирование стали происходит в падающей струе металла.

Более просто вакуумирование стали может быть осуществле­ но, если ковш с жидким металлом перед разливкой поместить в ка­ меру, имеющую герметически закрывающуюся крышку. Соединив камеру с вакуум-насосом, из нее можно отсосать воздух и выделя­ ющиеся из стали газы. В такой же камере можно установить из­ ложницу и после заполнения ее сталью обработать вакуумом.

Пути уменьшения прибыльной части слитка. После заполнения изложницы сталью начинается кристаллизация — переход из жид­ кого в твердое состояние. При затвердевании сталь уменьшается в объеме приблизительно на 8 %. При остывании в изложнице в пер­ вую очередь затвердевают наружные слои слитка, образуется кор­ ка, и в этом замкнутом объеме продолжается дальнейшая кристал­ лизация. Жидкий металл, находящийся внутри постепенно нараста­ ющей корки, тоже охлаждается, объем его уменьшается, и под коркой образуется пустота — так называемая усадочная раковина.

Верхняя часть слитка, затвердевающая в последнюю очередь, содержащая усадочную раковину и питающая нижележащую часть слитка во время затвердевания и усадки, называется прибылью. Прибыль является дефектной частью слитка и идет в отход.

Глубина усадочной раковины зависит от формы слитка, спосо­ ба разливки и скорости наполнения верхней части слитка. При сифонной разливке более горячий металл оказывается в нижней части слитка и застывает позднее, чем в верхней, поэтому усадочная раковина получается более глубокой, чем при разливке сверху, ко­ гда верхняя часть слитка питается более горячим металлом и за­ стывает позже, чем нижняя.

Существует несколько способов сосредоточения усадочной ра­ ковины в самой верхней части слитка и ее уменьшения.

В изложнице, расширяющейся кверху (рис. 35, а), охлажде­ ние большой массы металла, находящейся вверху, происходит мед­ леннее; металл, стекая вниз, питает усадочную раковину, умень­ шая е'е.