Теория и технология производства стали для МНЛЗ

Зубарев А.Г.

Металлургия, 1986 г.

Вторичное окисление металла, неметаллические и шлаковые включения в нем при разливке на МНЛЗ

Оксидные неметаллические включения образуются в жидком металле в результате взаимодействия растворенного кислорода и элементов, присутствуют! в этом металле и имеющих более высокое сродство к кислороду, чем железо. Известен рад других источников загрязнении жидкого металла неметаллическими включениями в различные технологические периоды выплавки и разливки стали. По условиям образования и поступления в металл включения можно разделить на следующие группы: 1) неметаллические включения, вносимые в металл исходными продуктами плавки, металлоломом, чугуном, ерросплавами; 2) оксидные неметаллические включения, образующиеся в печи или ковше в период раскисления стали и не успевшие всплыть из металла. Эти включения называются первичными продуктами раскисления; 3) включения, образующиеся в металле в результате соприкосновения струи и зеркала металла с кислородом атмосферы при выпуске и разливке. Эти включения называются продуктами вторичного окисления стали; 4) неметаллические включения, образующиеся преимущественно за счет окисления в первую очередь элементов - раскислителей и легирующих кислородом, выделяющихся из раствора при снижении температуры раскисленного металла до температуры солидуса; 5) экзогенные неметаллические включения, образующиеся в результате попадания в металл частиц огнеупорных материалов и шлака. Как правила, такие включения в значительной степени успевают всплыть из металла, однако при определенных условиях эти включения могут оставаться в металле.

В практике сталеплавильного производства применяются различные способы снижения содержания кислорода и неметаллических включений в металле. Это печные и внепечные способу рафинирования металла (раскисление, обработка шлаками, вакуумирование, продувка инертными газами).

Однако кислород, поступающий в металл в процессе разливки, образует с элементами - раскислителями и легирующими при охлаждении и кристаллизации неметаллические включения, которые практически уже нельзя удалить из металла. Эти включения весьма отрицательно влияют на качества металла, так как располагаются по границам кристаллов или между осями второго и третьего порядка одного и того же кристалла. Из-за трудности гомогенного зарождения новой фазы, а также вследствие поведения химического потенциала в процессе охлаждения металла образование этих оксидных неметаллических включении при разливке металла протекает главным образом в двухфазной области в период кристаллизации стального слитка. При этом образуются оксидные неметаллические включения; вторичные, третичные (кристаллизационные) и четвертичные (после кристалла рационные) [5] .

При наполнении изложницы или кристаллизатора свободно падающей струей и без защиты зеркала металла поглощение кислорода металлом составляет 0,007-0,016 % для углеродистых сталей и может доходить до 0,02 % для легированных. При разливке металла без специальных мер защити струи от окисления кислородом атмосфере активность кислорода в металле, находящейся в изложимте» возрастает в два разе - с 0,001 в ковше до 0,002 в изложнице. По другим данным количество кислорода поглощаемого струей металла, может достигать при определенных условиях 0,05-0,1 %. В производственных условиях проведены исследования по изучению поведения кислорода и неметаллических включений в металле в процессе разливки на МНЛЗ сталей СтЗсп и 17ГС. Содержание кислорода в пробах металла, отобранных в процессе разливки из кристаллизатора, увеличивается для стали СтЗсп с 0,012 до 0,018 %, а для стали 17ГС - с 0,008 до 0,015 %

При исследовании влияния вторичного окисления металла, легированного марганцем, кремнием и цирконием, во время разливки на его качество установлено, что объемный процент неметаллических включений в металле слитка, отлитого в атмосфере аргона, составил 0,09 % в то время как в слитке, отлитом без защиты металла аргоном, он равен 0,181 % .

Таким образом, немаловажное значение имеет, наряду со снижением содержания кислорода в металле до разливки защита его от вторичного окисления, сведение до минимума количества кислорода, поступающего в металл в период разливки. Особенно это необходимо для легированного металла, в котором содержится значительное количество легкоокисляющихся элементов. Так, сталь, легированная кремнием (55С2) и разлитая в изложницы с защитой струи аргоном, имеет ударную вязкость - увеличенную на 25-30 %, а углеродистая - на 7-10 % по сравнению с такой же сталью, разлитой без защиты струи. Защита металла от вторичного окисления при разливке в слитки стели 08Г2СЦ позволила снизить почти в два раза неметаллические включения что обеспечило снижение критической температуры хрупкости примерно на 10°С - Сталь 17ГС, разлитая с надежной защитой от вторичного окисления струи из промежуточного ковша в кристаллизатор, имела ударную вязкость на 20-25% выше, чем эта же сталь, разлитая при контакте воздуха со струей.

Проведено исследование эффективности защиты струи аргоном при разливке стали 18ХГТ, из которой изготовляли кольца подшипников , Основным видом брака этой стали оказалось расслоение на торцевой стороне кольцо подшипника в результате скопления …