Основы металлургического производства (чёрная металлургия). Учебник для СПТУ

Бабич В. К., Лукашин Н. Д., Морозов А. С., Поляк И. П., Соболевский А. Л., Тараканов Ю. В., Шевякова Л. Г.

Металлургия, 1988 г.

Структура стальных слитков

Слиток спокойной стали. Структура слитка спокойной стали, выявленная травлением его продольного сечения, представлена на рис. 34. Можно выделить следующие структурные зоны: тонкая наружная корочка из мелких кристаллов, зона вытянутых столбчатых кристаллов, центральная зона неориентированных кристаллов и зона мелких кристаллов в нижней части слитка — «конус осаждения». Зона мелких кристаллов образуется в момент соприкосновения жидкой разливаемой стали со стенками изложницы. Толщина этой зоны невелика от 6 до 15 мм. При уменьшении скорости охлаждения за счет формирования корочки мелких кристаллов и резкого нагрева стенок изложниц, рост кристаллов идет в сторону, противоположную отводу тепла. Образуется зона дендритных столбчатых кристаллов.

Протяженность зоны столбчатых кристаллов зависит от степени перегрева металла. В центральной части слитка практически отсутствует теплоотвод, и затвердевающий металл удален от всех стенок изложницы на одинаковое расстояние, поэтому формируется Структура из неориентированных кристаллов достаточно больших размеров. Образование «конуса осаждения» в нижней части слитка обычно объясняется опусканием на дно кристаллов, зародившихся у фронта кристаллизации, или обломков кристаллов под воздействием потоков жидкого металла.

В верхней части слитка находится полость, которая называется усадочной раковиной. Причиной ее образования является увеличение плотности при переходе из жидкого в твердое состояние. Раковина может быть закрытой или открытой. Эта часть слитка с раковиной отрезается при прокатке потери возвращается в переплав. Существуют такие способы уменьшения объема усадочной раковины, как применение надставок с теплоизоляционными вставками, разогревающих смесей в прибыльных надставках (люнкеритов и т. п.).

Слиток кипящей стали. Кипящая сталь раскислена не полностью и содержит некоторое количество растворенного кислорода. Поэтому, во время разливки и в изложнице сталь «кипит» в результате протекания реакции окисления углерода: [С]+[О] ={СО}газ, Значительная часть пузырей СО остается в металле слитка и в дальнейшем при прокатке завариваются. С целью уменьшения неоднородности состава готовой стали кипение после заполнения изложницы прекращают или, закрывая слиток металлической крышкой (механическое закупоривание), или раскисляют металл в верх-яей части изложницы (химическое закупоривание). В слитке кипящей стали практически отсутствует сконцентрированная усадочная раковина, поэтому Кипящая сталь разливается в изложницы, расширяющиеся книзу.

В зависимости от способа закупоривания Структура характеризуется различным расположением газовых пузырей: для обоих вышеуказанных способов протяженность зоны сотовых пузырей, составляет >/2—7з высоты слитка (рис. 35). Для случая механического закупоривания характерна зона вторичных пузырей, удаленных на равном расстоянии от стенок изложницы. Важной ха-рактеристикой слитков кипящей стали является толщина здоровой корочки. Она достигает значений до 40 мм и не должна быть менее 8 мм. Толщина корочки зависит прежде всего от состава стали и интенсивности кипения во время наполнения изложницы.

Слиток полуспокойной стали. Полуспокойная сталь по степени раскисленности занимает промежуточное положение между спокойной и кипящей сталями (рис. 36). Ее раскисляют в ковше силикокальцием, ферромарганцем и ферросилицием с расчетом получения определенного состава стали. Полуспокойную сталь разливают в изложницы, расширяющиеся книзу, или в изложницы «бутылочной» формы. В верхней части слитка полуспокойной стали имеются сотовые или округлой формы пузыри (которые могут и отсутствовать), концентрированная усадочная Раковина с ярко выраженной под ней усадочной пористостью. В нижней части слитка пузыри отсутствуют (где велико ферростатическое давление). Высокое качество слитка полуспокойной стали зависит от оптимального расхода раскислителей на плавку.

Дефекты стальных слитков

Химическая неоднородность (ликвация) возникает при затвердевании слитка. Причиной ликвации является то, что растворенные в жидкой стали примеси при кристаллизации слитка начинают вытесняться из зоны направленных кристаллов в центральную зону и остающийся долгое время жидкий металл обогащается различными примесями. Различают ликвацию двух видов: дендритную и зональную.

Дендритная ликвация — это неоднородность в пределах одного кристалла (дендрита); она возникает в результате избирательной кристаллизации. Величина дендритной ликвации, т. е. различие между содержанием отдельных элементов в осях и межосных пространствах дендритов, достигает существенных значений.

Зональная ликвация — это неоднородность состава стали в различных частях слитка. Она достигает больших значений, чем дендритная ликвация и представляет существенно большую опасность. Очень высокая степень дендритной ликвации у таких примесей как сера и фосфор. Зональная ликвация особо выражена в слитках спокойной стали, когда в верхней части слитка ликвация возрастает в направлении к оси (V-образная) и в нижней части убывает в направлении к оси слитка (Л-образ-ная). Зональная ликвация в слитках кипящей стали выражена значительно сильнее, чем в слитках спокойной стали.

Осевая рыхлость присутствует в верхней части слитка спокойной стали (иногда ее называют зоной пустот). На развитие осевой рыхлости большое влияние оказывает конусность слитка, и чем она больше, тем дольше длится затвердевание данной зоны слитка и уменьшается пористость слитка.

Заворот корочки. Этот дефект образуется в слитках спокойной стали при разливке сифоном из-за окисления и охлаждения поверхности жидкой стали в изложнице. В месте заворота корочки в слитке обнаруживается скопление неметаллических включений и газовых пузырей. Перед прокаткой эти места слитка подлежат зачистке, что приводит к дополнительным потерям металла.

Поперечные горячие трещины — результат препятствия свободной усадке затвердевающего слитка, т. е. местного зависания слитка в изложнице. Для ликвидации данного дефекта необходимо обеспечить плотное прилегание надставки к изложнице и отбраковку изложниц с дефектами стенок.

Продольные наружные горячие трещины возникают при разливке перегретой стали с высокой скоростью. Склонность к образованию продольных трещин слитков зависит от формы изложниц. Наибольшей склонностью обладают слитки круглого сечения, наименьшей — прямоугольного сечения с вогнутыми волнистыми гранями.

Продольные холодные наружные трещины. Причиной их появления является быстрое охлаждение ниже 600 СС из-за термических или фазовых превращений. Наиболее важным способом ликвидации данного дефекта является посадка горячих слитков в нагревательные колодцы. Склонность к образованию трещин возникает при легировании стали хромом, марганцем, кремнием.

Такие дефекты как плена, подкорковые пузыри, характерны для различных способов разливки стали.

Рослость слитка. Причиной этого дефекта слитков спокойной стали является повышенное содержание в стали водорода. Во время кристаллизации избыточный водород выделяется из раствора и остается между кристаллами в виде пузырей, вызывая увеличение высоты слитка («рост»). При недостаточной окисленности металла и вялом кипении слитка кипящей стали в нем остается много пузырей, в результате чего возрастает высота слитка, уменьшается плотность головной части.

6. Устройство сталеплавильных цехов

Устройство и организация работы сталеплавильных цехов связаны с составом металлургического завода, типом сталеплавильного процесса, масштабами производства, принятым способом разливки стали, мощностями прокатных цехов, сортаментом производимой стали и другими условиями. Сталеплавильный цех представляет собой комплекс зданий и сооружений, в которых обеспечивается хранение запаса исходных шихтовых материалов, подача и загрузка их в агрегаты, выплавка и разливка стали, уборка продуктов плавки.

В состав сталеплавильного цеха могут входить следующие основные производственные отделения:

— миксерное отделение или участок перелива чугуна;

— шихтовые отделения для магнитных и немагнитных материалов;

— главное здание, состоящее из нескольких пролетов, в которых установлены сталеплавильные агрегаты и осуществляется выплавка стали и разливка ее;

— отделение непрерывной разливки стали;

— участок или отделение внепечной обработки стали;

— отделения подготовки и ремонта сталеплавильных ковшей, подготовки изложниц, раздевания слитков;

— вспомогательные отделения.

Состав сталеплавильного цеха зависит от типа процесса и производительности цеха.

Подача жидкого чугуна в сталеплавильные цехи

Поскольку в конвертерных и мартеновских цехах чугун применяют в жидком виде, в этих цехах применяют две схемы подачи жидкого чугуна из доменного цеха; в открытых чугуновозных ковшах с использованием специального агрегата — миксера и в ковшах миксерного типа.

Миксер представляет собой емкость для хранения жидкого чугуна и выдачи чугуна к сталеплавильным агрегатам по мере необходимости. Запас чугуна в миксере обеспечивает бесперебойное снабжение сталеплавильных агрегатов чугуном независимо от графика выпуска чугуна доменных печах. При большой массе жидкого чугуна в миксере также осуществляется усреднение химического состава и температуры чугуна различных выпусков. Это способствует стабильности технологии выплавки стали.

Миксер представляет собой сосуд бочкообразной формы (рис. 37, а), снаружи заключен в сварной металлический кожух, изнутри футерован огнеупорным кирпичом. Для заливки чугуна в миксер в верхней части устроено заливочное окно —люк с крышкой; для слива чугуна имеется сливной носок. Для снижения теплопотерь миксер отапливается с помощью форсунок или горелок, установленных в торцевых стенках миксера.

Миксер опирается двумя дугообразными опорами на роликоподшипниковые обоймы. Это позволяет поворачивать миксер вокруг горизонтальной оси с помощью реечного механизма.

Миксеры размещают в специальных миксерных отделениях, которые сооружаются с торцов главного здания сталеплавильного цеха. В отделении одни — три миксера устанавливают на возвышающемся фундаменте. На уровне земли по одну сторону миксеров проложены два