Казармщиков И.Т. - Производство металлических конструкционных материалов (1092920), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Она достигает больших значений, чем дендритная ликвация, вызываетнеоднородность свойств в различных частях стальных изделий и, вследствиеотклонения состава металла от заданного, может приводить к отбраковке металла.Возникновению зональной ликвации способствуют процессы, приводящие кперемещению ликвирующих элементов из одной части слитка в другую.Такими процессами являются:- диффузия примесей из двухфазной области в объем оставшегося жидкогометалла;- конвективные токи металла в изложнице, приводящие к выносуликвирующих элементов в верхнюю и среднюю части слитка;- всплывание объемов загрязненного примесями металла вследствие того,что их плотность меньше плотности остального металла.По этим причинам верхняя и осевая части слитка, кристаллизирующиеся впоследнюю очередь, обогащаются примесями.На процесс кристаллизации и строение стального слитка большое влияниеоказывает степень раскисленности стали.Спокойная сталь.
Слиток полностью раскисленной спокойной стали имеетследующие структурные зоны (рисунок 39):- тонкая наружная корка из мелких равноосных кристаллов;- зона вытянутых крупных столбчатых кристаллов;- центральная зона крупных неориентированных кристаллов;- зона мелких кристаллов внизу слитка, имеющая конусообразную форму(конус осаждения).Наружная зона образуется в момент соприкосновения жидкой стали схолодными стенками изложницы. Резкое переохлаждение металла вызываетобразование большого числа зародышей и их быстрый рост. Поэтому кристаллыне успевают вырасти до значительных размеров и принять определеннуюориентацию.В дальнейшем условия теплоотвода изменяются, и формируется новаякристаллическая зона.
Уменьшается скорость охлаждения, так как отвод теплазамедляют корка затвердевшего металла и нагрев стенок изложницы.Теплоотвод остается строго направленным, поскольку тепло отводитсяперпендикулярно стенкам изложницы.Вследствие замедления теплоотвода уменьшается переохлаждение и новыекристаллы почти не образуются.
Продолжается рост кристаллов корковой зоны,причем растут главные оси кристаллов, направленные перпендикулярно стенкеизложницы. Образуется зона столбчатых кристаллов, вытянутых параллельнонаправлению теплоотвода. Протяженность столбчатых кристаллов возрастает приувеличении перегрева жидкой стали, при росте скорости отвода тепла отзатвердевшей части слитка и увеличении поперечного сечения слитка.В центральной части слитка направленный теплоотвод почти отсутствует,поскольку здесь мала скорость отвода тепла. Кроме того, затвердевающий в этойчасти слитка металл удален от всех стенок изложницы примерно на одинаковоерасстояние.
Поэтому образующиеся кристаллы не имеют определеннойориентации и получаются равноосными. Вследствие замедленного теплоотводаколичество вновь образующихся кристаллов не велико и имеющиеся кристаллывырастают до значительных размеров.В нижней части слитка формируется так называемый конус осаждения. Онобразуется в результате опускания на дно изложницы кристаллов, зародившихся вжидком металле у фронта кристаллизации, и обломившихся под воздействиемпотоков жидкого металла ветвей столбчатых кристаллов. Опускание этихкристаллов происходит из-за разности плотностей затвердевшего и жидкогометалла.
Это ведет к химической неоднородности или зональной ликвации, ипоэтому донную часть при прокатке отрезают и отправляют в переплав.В верхней части слитка образуется полость, называемая усадочнойраковиной. Причиной ее образования является усадка стали в процессезатвердевания или увеличение плотности при переходе из жидкого в твердоесостояние.
Усадочная раковина в слитке всегда образуется в месте затвердеванияпоследних порций металла. Часть слитка, где расположена усадочная раковина,отрезают и отправляют в переплав. Величину усадки, характеризующейсяприродой стали, уменьшить нельзя. Поэтому, чтобы свести обрезь металла кминимуму, усадочную раковину концентрируют в верхней части слитка истремятся уменьшить глубину ее проникновения в слиток. Для этого прибегают кмерам, обеспечивающим более позднее затвердевание верхней части слитка:- спокойную сталь разливают в изложницы уширяющиеся к верху.Большая масса жидкого металла в верхней части слитка способствуетзамедленному его охлаждению;- теплоизолируют боковые поверхности верха слитка путем установки наизложницу прибыльной надставки, которую при разливке заполняютжидким металлом. Боковые стенки надставки футерованы огнеупорнымиматериалами, благодаря чему охлаждение металла здесь замедляется;- после наполнения слитка поверхность жидкого металла в прибыльнойнадставке засыпают теплоизолирующими или разогревающими смесями.В прибыльной надставке горючие компоненты смесей окисляются свыделением тепла, обогревающего жидкий металл, а нейтральныесоставляющие и продукты окисления образуют теплоизоляционный слой,замедляющий отвод тепла от верха слитка.Структурная неоднородность слитков, образующаяся в результате разныхусловий кристаллизации в зонах слитка, затрудняет получение стальных изделийс одинаковыми механическими свойствами из различных частей слитка.Кипящая сталь.
Кипящая сталь раскислена не полностью и содержитнекоторое количество растворенного кислорода. Поэтому во время разливкипроисходит окисление углерода с выделением газовых пузырьков образующегосяоксида углерода (СО). Значительная часть пузырей остается в слитке.В слитках кипящей стали не образуется усадочная раковина. Усадка здесьрассредоточена по многочисленным газовым полостям, и форма слитка, кипящейстали отличается от формы слитка спокойной стали (рисунок 40).
Поскольку вслитке отсутствует усадочная раковина нет необходимости применятьизложницы, расширяющиеся к верху. Кипящую сталь разливают в сквозныеизложницы, расширяющиеся к низу. Это упрощает процесс снятия изложницы сзатвердевшего слитка.Зональная ликвация в слитках кипящей стали развита больше, чем в слиткахспокойной стали. При кипении углерод, сера и фосфор потоком металлавыносятся в верхнюю часть слитка, от чего свойства стали в этой части слиткаухудшаются. Поэтому при прокатке отрезают только верхнюю часть слитка. Дляуменьшения ликвации кипение после заполнения изложницы прекращают,накрывая слиток металлической крышкой (так называемое механическоезакупоривание) или раскисляя металл в верхней части изложницы алюминием(химическое закупоривание).Слиток кипящей стали имеет следующее строение (рисунок 40):-наружная корка без пузырей;зона продолговатых сотовых пузырей;промежуточная плотная зона;зона вторичных округлых пузырей;- плотная средняя зона со скоплением пузырей в ее верхней части.Наружная зона слитка формируется в результате образования большогочисла пузырьков СО, всплывающих вверх и создающих поток, интенсивностькоторого обеспечивает формирование беспузыристой корки.По мере дальнейшего выделения оксида углерода, формируются вытянутыесотовые пузыри, что связано с образованием в это время зоны вытянутыхстолбчатых кристаллов.
Идет быстрый рост главных осей столбчатых кристаллов, между которыми скапливаются выделяющиеся газовые пузыри.В верхней части слитка сотовых пузырей нет, так как они вымываютсяпотоком газа, поднимающегося снизу.Рост сотовых пузырей прекращается из-за снижения скорости отвода теплаи происходит формирование плотной промежуточной зоны, которая состоит изнеориентированных кристаллов небольших размеров.После накрывания слитка крышкой (закупоривание) кипение прекращается,и вследствие прекращения циркуляции формировавшиеся в моментзакупоривания пузыри фиксируются на границе затвердевания, образуя зонувторичных пузырей.Затвердевание центральной части слитка идет без заметного газовыделения.Лишь в результате усадки кристаллизующейся стали создаются условия дляобразования отдельных пузырей. Скопление их в верхней части слиткаобусловлено повышением здесь содержания кислорода и углерода, вследствиеликвации, а также всплыванием пузырей снизу.
Это скопление пузырей образуетголовную рыхлость, которую отрезают при прокатке.Полуспокойная сталь. Полуспокойная сталь по степени раскисленностизанимает промежуточное положение между спокойной и кипящей сталью. Ееразливают в сквозные расширяющиеся к низу изложницы. Раскисление сталипроводят частично в печи и ковше и частично в изложнице.Слиток полуспокойной стали имеет в нижней части структуру спокойнойстали, а в верхней - кипящей (рисунок 41). Полуспокойная сталь сохраняетпреимущества спокойной и кипящей стали и не имеет их недостатков.6 Производство ферросплавов6.1 Назначение ферросплавов и способы их производстваФерросплавы – это сплавы железа с кремнием, марганцем, хромом, титаноми другими элементами, применяемые при производстве сталей для улучшения ихсвойств.
Использовать нужный элемент в виде сплава с железом удобнеевследствие более низкой температуры его плавления и выгоднее, так какстоимость вводимого элемента в сплаве с железом ниже по сравнению состоимостью чистого металла.Исходным сырьём для получения ферросилиция, ферромарганца иферрохрома служат руды, так как в них достаточно высокое содержаниеуказанных элементов. При производстве ферровольфрама, ферромолибдена,ферротитана и других сплавов исходным сырьём является концентрат.
Для этогоруду ввиду малой концентрации в ней полезного элемента обогащают.Ферросплавы получают восстановлением оксидов соответствующихметаллов. Восстановление большей частью ведется в присутствии железа или егооксидов. В этом случае восстановленный металл образует раствор с железом.Растворяя восстановленный элемент или образуя с ним химическое соединение,железо уменьшает его активность, облегчает условия восстановления,препятствует обратной реакции – окислению. В большинстве случаевтемпература плавления сплава с железом ниже температуры плавлениявосстанавливаемого элемента. Поэтому реакция восстановления протекает приболее низкой температуре.
При выплавке ферросплавов, если исходное сырьё несодержит железа, то его вводят в шихту в виде лома или железной руды.В зависимости от вида применяемого восстановителя различают триосновных способа получения ферросплавов- углевосстановительный;- силикотермический;- алюминотермический.Углевосстановительныйспособприменяетсяприпроизводствеуглеродистых ферромарганца, феррохрома и всех сплавов с кремнием (кремнийпрепятствует переходу углерода в сплав). Для восстановления в этом случаеиспользуют углерод, который является наиболее дешевым из восстановителей.При восстановлении указанных элементов (Mn, Cr) легко образуются карбиды.Поэтому соответствующие ферросплавы при использовании углерода в качествевосстановителя получаются с высоким содержанием углерода и применяются припроизводстве углеродистых и малолегированных сталей.Для выплавки высоколегированных сталей (нержавеющих, жаропрочных идр.) необходимо иметь минимальное содержание углерода в ферросплавах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
