Разливка стали - Курс лекций

Жидкие металлы с небольшим перегревом (на 100-2000С) над точкой плавления имеют большее сходство с твердыми телами, чем с газами. Сходство жидкого металла с твердыми телами проявляется в следующих основных моментах: 1. Незначительное увеличение объема при плавлении (для стали на 5%), при испарении объем увеличивается в тысячи раз.Сталь в изложницах затвердевает в виде кристаллов древовидной формы - дендритов.Различают два типа зарождения кристаллов: гомогенное и гетерогенное. Гомогенное зарождение кристаллов - это образование зародышей кристалла в объеме жидкой фазы. Гетерогенное зарождение кристаллов - это образование зародышей кристалла на уже имеющейся межфазной поверхности (неметаллические включения, стенки изложниц). В жидком металле вблизи точки кристаллизации непрерывно образуются группировки атомов с упорядоченной структурой - зародыши твердой фазы. При конкретной величине переохлаждения способными к дальнейшему росту оказываются те зародыши, размер которых превысит критический.Зарождающийся кристалл имеет правильную форму, однако через некоторое время правильный рост возникшего кристалла прекращается и начинается преимущественный рост его вершин, то есть ветвей дендрита (рис. Объясняется это тем, что количество тепла, выделяющегося при кристаллизации, будет минимальным у вершин и максимальным у центра граней. 1а): от вершин кристалла вырастают оси первого порядка - стволы дендрита (оси А), на них вырастают перпендекулярно направленные оси второго порядка (оси m), на которых аналогичным образом вырастают оси третьего порядка (оси n) и т.д.В наружной части слитка под влиянием быстрого отвода тепла стенками изложницы образуется зона мелких равноосных кристаллов. Одновременное наличие большого числа зародышей не позволяет кристаллам развиваться, так как они препятствуют росту друг друга. Таким образом, образуется корковая зона слитка, состоящая из мелких равноосных кристаллов (зона II на рис. При кристаллизации соседние кристаллы мешают друг другу и единственным направлением, в котором они могут расти является жидкая сердцевина слитков. По мере понижения температуры жидкого металла, а также вследствие образования зазора между слитком и стенками изложницы (изза уменьшения объема слитка при затвердевании) рост кристаллов замедляется и затем вовсе прекращается.Химическая неоднородность возникает в слитке вследствие того, что растворимость ряда примесей в твердом железе ниже, чем в жидком. Поэтому растущие при затвердевании оси кристаллов содержат меньшее количество примесей, чем исходная сталь (избирательная кристаллизация), а оставшийся жидкий металл соответственно обогащается повышенным количеством примесей. Различают ликвацию двух видов: дендритную и зональную. Наибольшей склонностью к дендритной ликвации обладают сера, фосфор, углерод. Отрицательное влияние дендритной ликвации сказывается в том, что она вызывает в готовой стали появление полосчатой структуры: при прокатке оси дендритов вытягиваются, образуя полосы обладающие неодинаковым составом и свойствами.Вследствие уменьшения объема металла при переходе из жидкого в твердое состояние в слитке возникает физическая неоднородность. В верхней части слитка спокойной стали образуется сосредоточенная усадочная раковина, объем которой составляет 2-5% от объема слитка. Решающее влияние на вид физической неоднородности оказывают два параметра: - Разность температур ликвидус (температура начала кристаллизации) и солидус (температура завершения кристаллизации) -;Газы содержатся в стали в следующих видах: 1. При содержании в стали элементов, обладающих большим химическим сродством к кислороду, чем железо, происходит окисление этих элементов с образованием оксидов. Поэтому при снижении давления водорода в газовой фазе за счет помещения металла в вакуумную камеру водород начинает удаляться из стали. Внутри пузырей CO парциальное давление водорода равно нулю, поэтому водород из металла переходит в газовые пузыри и удаляется вместе с ними из стали. Принцип действия данного способа аналогичен предыдущему: при продувке через сталь проходят пузыри аргона, в которых парциальное давление водорода равно нулю, поэтому водород переходит в пузыри и удаляется вместе с ними из стали.Неметаллические включения - это соединения, содержащихся в стали металлов (железо, марганец, кремний, алюминий и др.) с неметаллами (кислород, азот, сера, фосфор и др.).Содержание окислов в стали находится в пределах 0,006-0,040%. Следует отметить, что в стали редко образуются свободные оксиды. В большинстве случаев в слитке оксидные включения имеют округлую форму (рис. Растворимость серы в твердом железе составляет менее 0,003%, поэтому практически вся растворенная в жидкой стали сера при кристаллизации выделяется в виде самостоятельной фазы. Сульфиды в процессе затвердевания выпадают в виде пленок, располагающихся по границам зерен (рис.Представляют собой частицы оставшегося в металле шлака, частицы попавшей в металл футеровки желоба или ковша.В зависимости от степени раскисления выделяют три

СОДЕРЖАНИЕ

1. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ СТАЛИ

1.1 Структура жидкого металла вблизи температуры затвердевания

1.2 Кристаллизация стального слитка

1.2.1 Механизм зарождения кристаллов

1.2.2 Рост кристаллов

1.2.3 Кристаллическая неоднородность слитка

1.2.4 Ликвационные процессы при затвердевании слитка

1.2.5 Усадочные процессы при затвердевании слитка

1.3 Газы в стали

1.4 Неметаллические включения в стали

1.4.1 Эндогенные неметаллические включения

1.4.2 Экзогенные неметаллические включения

2. СТРОЕНИЕ СЛИТКОВ

2.1 Типы слитков

2.2 Строение слитков спокойной стали

2.3 Строение слитков кипящей стали

2.3.1 Строение механически закупоренных слитков кипящей стали

2.3.2 Строение химически закупоренных слитков кипящей стали

2.3.3 Преимущества и недостатки использования кипящей стали по сравнению со спокойной

2.4 Строение слитков полуспокойной стали

2.4.1 Преимущества и недостатки использования полуспокойной стали по сравнению с кипящей

3. СПОСОБЫ РАЗЛИВКИ СТАЛИ

4. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ РАЗЛИВКИ СЛИТКОВ

4.1 Сталеразливочный ковш

4.1.1 Футеровка сталеразливочных ковшей

4.1.2 Подготовка сталеразливочных ковшей

4.2 Промежуточные устройства для разливки слитков

4.3 Сменное оборудование для разливки слитков

4.3.1 Подготовка сменного оборудования к разливке

5. ТЕХНОЛОГИЯ РАЗЛИВКИ СТАЛИ

5.1 Выбор температуры разливки стали

5.2 Влияние температуры разливки на качество стали

5.3 Выбор скорости разливки стали

5.4 Влияние скорости разливки на качество стали

5.5 Режимы разливки спокойной стали

5.5.1 Защита металла от окисления при разливке

5.6 Режимы разливки кипящей стали

5.6.1 Механическое закупоривание слитков

5.6.2 Химическое закупоривание слитков

5.6.3 Применение интенсификаторов кипения

5.6.4 Скоростная разливка стали

6. КАЧЕСТВО СЛИТКОВ

6.1 Химическая неоднородность слитков

6.1.1 Зональная ликвация в слитках спокойной стали

6.1.2 Зональная ликвация в слитках кипящей и полуспокойной стали

6.2 Поверхностные дефекты слитков

6.3 Дефекты макроструктуры слитков

6.4 Контроль качества слитков

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ СТАЛИ

1.1 Структура жидкого металла вблизи температуры затвердевания

1. Воскобойников В.Г. Общая металлургия: учебник для вузов / В.Г. Воскобойников, В.А. Кудрин, А.М. Якушев. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2002. - 768 с.

2. Власов Н.Н. Разливка черных металлов / Н.Н. Власов, В.В. Корроль, В.С. Радя. - М.: Металлургия, 1987. - 272 с.

3. Явойский В.И. Металлургия стали / В.И. Явойский [и др.] - М.: Металлургия, 1973. - 816 с.

4. Айзатулов Р.С. Теоретические основы сталеплавильных процессов / Р.С. Айзатулов [и др.] - М.: МИСИС, 2002. - 320 с.

Размещено на