содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..

Строение слитка кипящей стали



Внутреннее строение и внешний вид затвердевших слитков кипящей и полуспокойной стали зависят от характера кипения стали в изложнице.

Выделение газов из жидкого металла обусловлено уменьшением растворимости их в стали с понижением температуры и кристаллизацией, а также взаимодействием углерода и свободного кислорода при их ликвации. При формировании слитков кипящей и полуспокойной сталей главная роль принадлежит реакции обезуглероживания, поэтому газ, выделившийся из металла, до 90 % состоит из окиси углерода, остальное — водород, азот (около 8,0 %) и углекислый газ.

Выделение газа из стали вызывает ее кипение. Чем больше выделяется газа, тем выше качество слитка. Однако это положение справедливо до определенных значений содержания кислорода.

Часть пузырей газа не может удаляться из слитка и остается в объеме металла, располагаясь в определенной закономерности. По этой причине слиток кипящей стали не имеет сосредоточенной усадочной раковины. Указанные признаки являются характерными особенностями, по которым слиток кипящей стали отличается от слитка спокойной стали. Наличие пузырей в слитке кипящей стали не оказывает влияния на качество продукции, поскольку все они свариваются в процессе прокатки при обжатии металла. Не свариваются только те пузыри,

в которые проникает кислород из воздуха и поверхность их окисляется.

На рис. 13 показана схема структуры слитка кипящей стали со всеми типичными зонами.

Кроме рассматриваемого слитка, встречаются еще два типа слитков — рослый и с глубокой усадкой. Эти слитки получаются при нарушении технологии выплавки или разливки и, как правило, при этом повышается брак и увеличивается количество отходов.

Рис. 13. Характер расположения зон и пузырей в слитке кипящей стали при механическом закупоривании слитка:

7 — корковая зона; 2 — зона сотовых пузырей; 3 — плотная зона; 4 — зона промежуточных пузырей; 5 — центральная зона

Рослый слиток (рис. 14, а) получается в том случае, если жидкий металл в изложнице плохо кипит. Происходит это по двум причинам: либо металл содержит мало свободного кислорода — он перераскислен, либо он холодный и вязкий — в нем также будет мало растворенного кислорода.

В рослом слитке сотовые пузыри близко расположены к поверхности и могут вскрываться при нагреве слитков в нагревательных колодцах, при этом получается неудовлетворительная поверхность слябов. В головной части рослых слитков наблюдают рыхлую структуру с большими газовыми пузырями, в которые попадает воздух, и слитки расслаиваются при прокатке, что вызывает увеличение головной обрези.

Слиток с осадкой металла во время разливки (рис. 14, б) получается в том случае, если разливаемая сталь содержит избыточное количество растворенного в нем кислорода. Из такой стали при затвердевании выделяется большое количество газов. Они сильно вспенивают сталь, в результате на стенках изложницы образуется тонкая корка или «голенище». Если можно, перед прокаткой этот дефект удаляется, а при протяженности его более 200 мм слитки бракуют.

Нормальный слиток кипящей стали имеет плотную корковую зону толщиной 12—20 мм, зона сотовых пузырей распространяется на высоту 1/2—2/3 слитка. Головная часть нормальных слитков в большинстве случаев имеет небольшую рослость, если они накрываются крышками, или выпуклость в центре при химическом закупоривании.

Структура слитка кипящей стали формируется в результате сложных физико-химических процессов, протекающих в затвердевающей стали. Вполне естественно, что с изменением внешних и внутренних условий в этот период изменяется и характер структурных зон.

Плотная корковая зона образуется в результате быстрого охлаждения и интенсивного выделения газов из кипящей стали в момент соприкосновения ее со стенкой изложницы. Газы, образующиеся по периметру кристаллизации вследствие еще достаточной жидкоподвижпости и малого ферростатического давления, успевают полностью выделиться, не застревая в корке.

Зона сотовых пузырей визуально определяется по быстрому потемнению поверхности горячего слитка после снятия с него изложницы. Объясняется это тем, что пузыри изолируют центральную часть слитка, замедляют теплоотвод от нее, в связи с чем поверхность слитка охлаждается быстрее. Образование сотовых пузырей связано с неполным удалением из металла возникающих при кристаллизации газовых пузырей вследствие сдерживания их быстро растущими дендритами (скорость роста столбчатых кристаллов здесь больше скорости роста пузырей). Форма пузырей представляет собой прерывистые каналы, вытянутые в направлении отвода тепла (рис. 15). В плоскости, перпендикулярной направлению отвода тепла, пузыри представляют форму сот, поэтому они называются сотовыми.
 

Давление, при котором может выделяться газ из слитка кипящей стали, складывается из парциальных давлений находящихся в пузырьке газов (СО, С02, Н2 и N2). Если учесть, что на долю С02, Н2 и N2 приходится всего 10 %, а суммарное их давление не превышает 0,02 МПа, то можно сделать вывод, что давление в образующихся пузырях почти полностью зависит от выделения оксида углерода.
 

Из уравнения (9) следует, что главным фактором, влияющим на формирование и залегание сотовых пузырей, является содержание кислорода в жидком металле.

Регулируя количество растворенного кислорода, можно получать необходимую структуру и хорошее качество кипящего слитка. Нормальная концентрация кислорода находится в пределах 0,03—0,05 %• При этом залитый в изложницу металл кипит довольно интенсивно и слиток растет до 50—100 мм. Кипение металла связано с направлением движения газовых пузырей и, как было отмечено, происходит оно вблизи фронта кристаллизации.

Всплывающими пузырями увлекаются потоки металла вверх. Этими же потоками вымываются и переносятся примеси. Достигнув зеркала слитка, потоки меняют направление на обратное. В результате такого кругооборота центральная зона обогащается выделяющимися на фронте кристаллизации ликватами: чем продолжительнее кипение слитка, тем сильнее развивается его неоднородность.

Количество газа, проходящее через горизонтальное сечение слитка, изменяется и достигает больших значений в головной части. Если внизу слитка образование пузырей определяется ферростатическим давлением, то вверху удалению пузырей с фронта кристаллизации способствуют и всплывающие пузыри, и интенсивное кипение металла. Поэтому сотовые пузыри не сохраняются в верхних горизонтах слитка.

При отливке крупных и удлиненных слитков, имеющих высокое ферростатическое давление, принимают специальные меры, обеспечивающие интенсивное кипение стали.

Промежуточная плотная зона и зона вторичных пузырей. По мере кристаллизации сужается жидкая сердце-вина слитка, количество выделяющихся газов уменьшается, снижается температура металла. Это приводит к тому, что зеркало слитка затвердевает. С момента появления корки на слитке в первый момент затрудняются условия образования пузырей и возникновение их прекращается. Однако, спустя некоторое время, избыток ликватов на фронте кристаллизации приводит к тому, что пузыри вновь начинают появляться и расти, но уже без удаления в атмосферу.

Сердцевина слитка. Полная кристаллизация сердцевины слитка, насыщенной примесями, происходит медленно. В ней появляется некоторое количество пузырей, которые в небольшой степени могут переместиться вверх в тепловой центр слитка. Эти пузыри, как правило, имеют круглую форму. Размеры их по мере приближения к головной части слитка увеличиваются.

Описанное строение наблюдается в слитках с механическим закупориванием металла или без него. Сокращение продолжительности кипения металла в изложнице за счет его раскисления при химическом закупоривании приводит к изменению типичного строения.

В слитке при химическом закупоривании образуется вверху плотный мост, ниже которого может находиться сосредоточенная, но сравнительно небольшая усадочная раковина. За счет этого количество пузырей в центральной зоне сокращается, а в верхней ее части они полностью отсутствуют (рис. 14, в).
 

содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..