Третьяков_Курс лекций по дисциплине Технология конструкционных материалов (514588), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Внепечная обработка сталиДля целого ряда изделий авиационной, космической техники,конструкций, работающих на Крайнем севере, требуется сталь,содержащая ничтожно малое количество газов, серы, неметаллических включений, микропор и других дефектов. В некоторыхслучаях удовлетворять этим требованиям при традиционной технологии невозможно. Поэтому во всех промышленно развитыхстранах все большее развитие получают специальные способы изготовления металла ответственного назначения. Условно их можно разбить на две группы: внепечная обработка стали и переплавные процессы.Качество металла в этом случае повышается в результате обработки стали, выпущенной из печи или конвертора, в ковше или вовспомогательном агрегате. К этим способам относятся: обработкаметалла синтетическим шлаком и в вакууме; продувка металлаинертным газом; введение в металл шлакообразующих, десульфирующих или раскисляющих смесей.Перемешивание жидкого металла со специально приготовленнымсинтетическим шлаком позволяет интенсифицировать переход вшлак серы, фосфора и неметаллических включений, которые удаляются в шлаковую фазу.
Этот способ рафинирования используютпрежде всего для удаления серы, поэтому основой синтетическогошлака является СаО. Поскольку в таком шлаке практически нет оксидов железа, он является одновременно хорошим раскислителем.Обработка металла вакуумом влияет на протекание тех реакций, в которых взаимодействие происходит с элементами газовой82фазы. Процесс очистки металла от водорода и азота в вакууме ускоряется процессом выделения пузырьков СО, которые интенсивно перемешивают металл. Таким образом, при обработке металлавакуумом в нем уменьшается содержание кислорода, водорода,азота и неметаллических включений. В результате выделениябольшого числа газовых пузырьков металл перемешивается, становится однородным, происходит повышение прочности и пластичности сталей.Продувка металла инертными газами влияет на процесс рафинирования так же, как и обработка вакуумом. При этом способепроисходит интенсивное перемешивание расплава и удаление вшлак вредных примесей, уменьшение содержания газов в металлеи снижение его температуры.Продувка металла порошкообразными материалами обеспечивает максимальный контакт твердых реагентов с жидким металлом.
Газом-носителем может быть кислород, воздух, природныйгаз или аргон. Для удаления фосфора в струе кислорода в металлвдувают твердую смесь, состоящую из извести, железной руды иплавикового шпата.9.2. Переплавные процессыЭти технологические процессы представляют собой различныеспособы переплава слитков, предварительно полученных обычными способами выплавки стали. Изменение химического составаметалла заготовок заключается в том, что в них уменьшается содержание вредных примесей и включений.
К переплавным процессам относят электрошлаковый, вакуумно-дуговой, плазменнодуговой и электронно-лучевой переплавы.Электрошлаковый переплав (ЭШП) применяют для выплавкисталей, предназначенных для изготовления шарикоподшипников,дисков и лопаток турбин, валов компрессоров авиационных конструкций. Переплаву подвергают выплавленный в сталеплавильномагрегате и прокатанный на круглые прутки металл (рис.
9.1). Источником теплоты при ЭШП является шлаковая ванна, нагреваемая при прохождении через нее электрического тока. Выделяющаяся теплота нагревает шлаковую ванну до температуры свыше1700 ºС и вызывает оплавление конца электрода. Капли жидкогометалла проходят через шлак и образуют под шлаковым слоем металлическую ванну.
Перенос капель металла через основной шлакспособствует удалению из металла серы, неметаллических вклю83чений и растворенных газов. Последовательная и направленнаякристаллизация способствует получению плотного однородногослитка. В результате ЭШП содержание кислорода в металле снижается в 1,5–2 раза, серы – в 2–3 раза, уменьшаются содержание иразмеры неметаллических включений, их распределение по объему становится более равномерным. Слитки выплавляют круглого,квадратного и прямоугольного сечения массой до 10 т.баРис. 9.1. Схемы электрошлакового переплава расходуемого электрода:а – кристаллизатор; б – схема включения установки:1 – переплавляемый электрод; 2 – шлаковая ванна; 3 – капли жидкого металла;4 – металлическая ванна; 5 – шлаковая корочка; 6 – слиток; 7 – водоохлаждаемыйметаллический кристаллизатор; 8 – затравка; 9 – поддонВакуумно-дуговой переплав (ВДП) применяют для удаления изметаллов газов и неметаллических включений (рис.
9.2). Процессосуществляется в вакуумно-дуговых печах с расходуемым электродом. До начала операции печь вакуумируют до остаточногодавления не более 1,33 Па, которое поддерживают в течение всейплавки. При подаче напряжения между расходуемым электродом(катодом) и затравкой (анодом) возникает дуга. Выделяющаясятеплота расплавляет конец электрода, капли жидкого металла де84газируются, заполняют изложницу и затвердевают, образуя слиток. Отсутствие шлаковой ванны не позволяет снизить содержаниесеры в слитках после ВДП.
Полученные слитки массой до 50 т содержат мало газов, неметаллических включений, отличаются высокой равномерностью химического состава и повышеннымимеханическими свойствами.Рис. 9.2. Схема вакуумно-дуговогопереплава:1 – корпус печи; 2 – водоохлаждаемыйшток; 3 – расходуемый электрод;4 – капли жидкого металла; 5 – ванна;6 – водоохлаждаемая изложница;7 – слиток; 8 – затравкаПлавка в электронно-лучевых печах (ЭЛП) осуществляется ввакууме при высоких температурах и скоростях охлажденияслитка, поэтому получаемые изделия содержат малое количество газов и примесей.
Однако при переплавке заготовки, содержащей легкоиспаряющиеся элементы, изменяется химическийсостав металла.Источником теплоты в плазменно-дуговых печах (ПДП) является низкотемпературная плазма (30000 °С), создаваемая в нейтральной среде заданного состава (аргон, гелий). В этих условиях85происходит дегазация металла, а легкоплавкие элементы, входящие в состав сплава, испаряются в значительно меньшей степени,чем в вакууме при электронно-лучевом переплаве.При получении особо высококачественной стали возможно сочетание нескольких способов рафинирования, например, электрошлакового и вакуумно-дугового переплавов.
При обозначенииэтих сталей в конце марки добавляют после тире определенныебуквы, которые обозначают вид первичной обработки и последующего переплава (табл. 9.1), например, 30ХГСА-Ш.Таблица 9.1Дополнения к марочному обозначению сталиОбозначениедополненияВДВИДИИПИШИЛГРППТПДПЛПППШСШШШДШЛШПЭЛПервичнаяобработкаВакуумно-дуговой переплавВакуумно-индукционная выплавкаТо же-"-"-"Газокислородное рафинированиеПлазменно-дуговой переплавПлазменная выплавкаТо же-"-"-"Обработка синтетическим шлакомЭлектрошлаковый переплавТо же-"-"Электронно-лучевой переплавПоследующийпереплав––Вакуумно-дуговойПлазменно-дуговойЭлектрошлаковыйЭлектронно-лучевой–––Вакуумно-дуговойЭлектронно-лучевойПлазменно-дуговойЭлектрошлаковый––Вакуумно-дуговойЭлектронно-лучевойПлазменно-дуговой–9.3. Продукция металлургического производстваСталь остается наиболее распространенным материалом вмашиностроении, промышленном строительстве, в трубопроводном транспорте и в других отраслях.
Мировое производство стали в 2000 г. приблизилось к 800 млн т, по прогнозам ее получе86ние будет возрастать и к 2010 г. достигнет 885 млн т. Производство чугуна на металлургических предприятиях России составило44,8 млн т, стали 59,1 млн т, проката черных металлов –46,9 млн т. Основными производителями проката черных металлов являются металлургические комбинаты, обладающие большими производственными мощностями металлургических агрегатов(прокатных станов), современными технологиями и оборудованием.
Их доля в выпуске профилей в 2000 г. достигла 89 %.На современном этапе развития черной металлургии производство первичных заготовок, предназначенных для получения профилей прокаткой в виде листовой продукции и сортового проката,осуществляется преимущественно непрерывным литьем. Доля непрерывной разливки стали в производстве металлоизделий превышает 90 %, а в наиболее развитых странах: Японии – 96 %, Германии – 95 %, США – 90 %, Корее – 98 %. По сравнению с разливкой стали в изложницы непрерывное литье позволяет на 10…20 %увеличить выход готового металла, исключить применение паркаизложниц, блюмингов и слябингов, нагревательных устройств,значительно снизить затраты энергии и автоматизировать производство.Разливка стали на машинах непрерывного литья заготовок(МНЛЗ) состоит в том, что жидкий металл из ковша через промежуточное разливочное устройство подается в кристаллизатор,из нижней части которого вытягивается затвердевающий слиток(рис.
9.3). Скорость вытягивания слитков с сечением 150×150 мми 300×2000 мм равна примерно 15 мм/с. На выходе из кристаллизатора слиток охлаждается водой, а затем подается в зону резки,где его разрезают газовым резаком на заготовки заданной длины.Вследствие направленного затвердевания и непрерывного питания при усадке слитки имеют плотное строение и мелкозернистую структуру, в них отсутствуют усадочные раковины. Выходгодных заготовок, полученных на МНЛЗ, может достигать96…98 % массы разливаемой стали.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
