Файл: Пауков А.В. Радиоактивные изотопы - помощники металлургов об опыте применения радиоактивных изотопов в металлургии.pdf

ми. По этой схеме вдоль фронта кристаллизации узкий поток расплава (ширина меньше 1 мм) опускается свер­ ху вниз; в центре слитка жидкое ядро с очень малой скоростью поднимается снизу вверх или совсем не цир­ кулирует. Такую схему движения расплава в слитке под­ тверждают следующие известные в литературе данные.

Если радиоиндикатор ввести в головную часть слит­ ка в начале кристаллизации стали,, то обнаруживаются две особенности распределения его в объеме затвердев­

шего металла.

Первая: на авторадиограмме, снятой на рентгенов­ скую пленку от темплета слитка, на границе между за­ твердевшим к моменту ввода изотопа металлом и жидкой сердцевиной фиксируется полоса Дх повышенной радио­ активности (рис. 10). Ее появ­ ление можно объяснить тем,

45

топа в нем носят характер типа диффузионного — по­ добно распространению капли чернил в ведре с водой.

На основании данных, полученных с радиоизотопами, обоснованы представления Г. П. Иванцова о движении расплава в слитке. Использование предложенной в ли­ тературе схемы дает плодотворные результаты. Так, например, Е. И. Рабинович и др. рассчитали распределе­ ние оксидов по оси слитка с учетом схемы движения расплава Г. П. Иванцова. Расчетные и опытные данные хорошо совпали.

С помощью радиоиндикаторов показали, что в слитке кипящёй стали характер движения расплава качествен­ но такой же, как и в слитке спокойной стали, т. е. вдоль фронта кристаллизации узкий поток стали опускается в нижнюю часть слитка.

Методом радиоиндикаторов начато изучение характе­ ра потоков стали и их количественных характеристик в слитках и других типов, например, в непрерывном. Пер­ вые результаты работ в этом направлении получены на Донецком металлургическом заводе и опубликованы в литературе.

Распределение и количество инородных неметалличе­ ских включений в слитке

При разливке стали металлурги постоянно ищут пути улучшения качества слитка. Один из путей — разливка стали под различными шлаковыми утепляющими сме­ сями. С помощью радиоиндикаторов эффективно изучили вопросы запутывания шлаковых частиц в объеме метал­ ла (Донецкий металлургический завод при отливке слитков спокойной стали массой 3,6 т).

Шлаковую смесь смешивали с препаратом радиоак­ тивного стронция-89 и помещали на дно изложницы в ■бумажных пакетах. Все слитки отливали сифонным спо­ собом. Были опробованы следующие шлаковые смеси:

46

каменноугольной золы, 20% борной кислоты, 15%

аморфного графита) ; г) экзотермическая смесь (10% алюминиевого порош­

ка, 10% силикокальция, 20% марганцевой руды, 20% плавикового шпата, 20% силикатной глыбы, 5% натрие­ вой селитры, 15% доменного шлака).

Из опытных слитков были вырезаны плиты металла для радиографии на рентгеновскую пленку. Каждое шла­ ковое включение с изотопом стронция-89 давало пятно почернения на рентгеновской пленке. Нашли характер распределения шлаковых частиц на плоскости темплета и изменения содержания их на различных уровнях слит­ ка. В результате проведенных работ нашли, что наи­ большее загрязнение металла шлаковыми частицами дает смесь состава «б», а наименьшее—состава «в» (она внедрена в практику). Смеси составов «а» и «г» дают примерно одинаковое количество включений («я» не­ сколько больше, чем «г») и занимают промежуточное по­ ложение между смесями составов «б» и «в».

С помощью радиоактивных изотопов определили, ка­ кие материалы являются источниками включений стали; нашли количество огнеупорного материала, переходяще­ го в металл; выяснили распределение включений по раз­ личным слиткам стали, отлитых сифонным способом на одном луче и т. д.

ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

В сложном процессе деформации металла при про­ катке и отделке готового профиля радиоиндикаторы по­ зволяют изучить такие вопросы, как течение металла в

47

/

калибрах .валков, налипание стали на поверхность ка­ либров, трансформацию дефектов слитка в дефекты рас­ ката, обезуглероживание поверхности металла во время отжига и т. д. Каждый из перечисленных вопросов в большей или меньшей степени связан с улучшением технико-экономических показателей производства.

Течение металла в калибрах валков

До появления метода радиоиндикаторов для изуче­ ния процесса течения металла в калибрах валков сразупосле заполнения расплавом изложницы в слиток вводи­ ли стальную решетку. После прокатки затвердевшего слитка по расположению прутков решетки на вырезан­ ных пробах раската определяли характер деформации металла при прокатке. Недостаток этого метода в том, что прутки решетки не всегда хорошо сваривались с основным металлом.

Метод изотопов не нарушает сплошности металла при изучении течения его в калибрах валков. Методика эксперимента следующая. В слиток в разные промежут­ ки времени его кристаллизации в изложницу вводят радиоиндикатор — чаще всего фосфор-32. Затвердевший металл слитка подобен слоеному пирогу: наружная кор­ ка не содержит изотопа, далее — слой с небольшой кон­ центрацией изотопа, следующий слой — с большей кон­ центрацией изотопа и т. д. Обычно вводят в слиток 1—3 добавки изотопа. После прокатки на стане от раска­ та отбирают поперечные темплеты, которые шлифован­ ной стороной укладывают в светонепроницаемый ящик на рентгеновскую пленку. После экспозиции в 5—15 сут пленку проявляют и на различных участках профиля проката измеряют толщины деформированных нерадио­ активной и радиоактивных зон.

В первых работах по этому вопросу на Кузнецком металлургическом комбинате и заводе «Азовсталь» изу­

48

чали деформацию квадратной заготовки при прокатке на круг диаметром 16 мм, двутавровой балки № 36 и рель­ сов типа Р-50. Было найдено, что при прокатке балки № 36 деформация зависит от зоны слитка. Наименьшая деформация металла при прокатке рельсов типа Р-50 об­ наружена в головке рельса. Факт подтверждался наи­ большим количеством дефектов именно в этой зоне рельса и послужил указанием для изменения системы калибровки прокатных валков с целью увеличения обжа­ тий по головке и улучшения качества продукции.

Детальное исследование деформации металла при прокатке облегченной балки № 36 проведено В. Я. Пав­ ловским и А. М. Скребцовым на заводе «Азовсталь». В опыте из одного ковша в одинаковых условиях отли­ ли пять слитков стали МстЗ. Масса слитков — 6,65 т, время наполнения изложницы металлом — 5 мин. Спу­ стя 15 мин после конца наполнения изложниц в слитки на прутках вводили сразу по три ампулы с изотопом фосфора-32: одну ампулу—в верхнюю, вторую—в сред­ нюю и третью — в нижнюю часть жидкой сердцевины слитка. Такой ввод изотопа обеспечивал практически мгновенное распространение изотопа в расплаве. Каж­ дый слиток после ввода изотопа состоял из двух зон — наружной, свободной от радиоиндикатора, и внутренней, содержащей изотоп.

Слитки прокатывали на блюминге на квадрат 300x300 мм (13 пропусков), а затем в рельсобалочном цехе — семь пропусков в обжимной клети 900 и семь про­ пусков на линии 800. По ходу прокатки отбирали попе­ речные темплеты примерно из середины деформируемых слитков. После строжки и шлифовки темплеты радиографировали на рентгеновскую пленку. При обработ­ ке радиограмм планиметром измеряли площадь и харак­ терные размеры радиоактивной («из») и нерадиоактивиой («нар») зон (рис. 11). Было найдено, что отношение площади внутренней зоны с радиоактивным изотопом

50

внутренняя зона металла dli3 подвергается большей де­ формации по сравнению со всей стенкой, отношение ¿из : d уменьшается по ходу прокатки. В соответствии с этим уширение внутренней зоны больше уширения всего профиля, отношение Виз : В увеличивается с каждым последующим пропуском. Отношение высоты внутрен­ ней зоны полок ко всей их высоте Н„з : Н практически не меняется по пропускам — деформация здесь мини­ мальна.

Проведенная работа позволила изменить калибровку валков, в результате чего улучшилось качество готового металла.

Процесс деформации стального ' листа при прокатке изучали Е. А. Казачков й др. В листах из слитков 15,5—27,0 т иногда обнаруживают дефекты в виде волос­ ных трещин, параллельных поверхности листа и вытяну­ тых в направлении прокатки. Для определения связи дефектов листа со строением слитка провели следую­ щие опыты. Одновременно по две добавки изотопа фос­ фора-32 вводили в два слитка, один из которых затем сразу разрезали на пробы, а второй — после прокатки на лист. Время ввода изотопа—20 и 160 мин от начала наполнения изложницы металлом. На радиограммах (рис. 13) обнаружили три зоны: наружная — без изото-

4

Рис. 13. Схема авторадиограммы темплетов головной части слитка (а) и листа (б)

51