Вакуумная металлургия стали и сплавов
Линчевский Б.В.
Металлургия, 1970 г.
ВАКУУМИРОВАНИЕ СТРУИ
Метод ковшевого вакуумирования, хотя и является простым способом повышения чистоты стали, однако страдает тем недостатком, что после вакуумной обработки сталь разливают на воздухе, что может привести к ее загрязнению в результате вторичного окисления. Для устранения этого повсеместно прибегают к защите струи стали инертным или восстановительным газом. Разливочный стаканчик окружают патрубком, к которому подают газ, обдувающий струю стали; также наполняют изложницы защитными газами. Однако полностью устраняет возможность повторного окисления только непосредственная отливка в вакууме крупных и мелких слитков. В этом методе совмещается благоприятное влияние вакуума на очищение металла и защита его от окисления при разливке.
Отливка слитков в вакууме или вакуумирование струи при переливе из ковша в ковш привлекает к себе тем, что при попадании струи стали в вакуумный объем она разрывается выделяющимися газами на множество отдельных мелких капель; поверхность стали при этом многократно возрастает, что исключительно благоприятно сказывается на повышении эффективности вакуумной обработки. Дегазированный металл попадает в изложницу или в ковш, установленные в вакуумной камере, и частично продолжает дегазироваться уже в ковше или в изложнице.
Размер капель при вакуумной отливке, как показала киносъемка, зависит от диаметра стаканчика ковша, давления в камере, поверхностного натяжения; капли имеют круглую форму. Чем меньше капли металла, тем больше эффективная поверхность дегазации, тем полнее удаляются газы из металла. Например, при образовании капель с радиусом 0,5 см даже при давлении 650 н/м2(5 мм рт. ст.) можно получить конечное содержание водорода ниже 2 см3/100 г [170].
РАФИНИРОВАНИЕ СТАЛИ ОТ КИСЛОРОДА, ВОДОРОДА И ОКИСНЫХ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ
Как указывалось выше, при вакуумировании струи создаются исключительно благоприятные возможности для раскисления металла углеродом.
Образование большого числа мелких капель, большая удельная поверхность металла, благоприятные условия образования пузырьков окиси углерода значительно повышают эффект вакуумирования и обеспечивают получение чистого металла.
Содержание кислорода в вакуумированной стали составляет lUего концентрации в обычной стали и находится в пределах 0,002—0,004%, а содержание неметаллических включений, например в кислых мартеновских сталях, уменьшается с 0,047 до 0,0087%, а по данным [179], для стали 34ХНЗМ в 4 раза.
Если загрязненность включениями обычной стали оценивалась баллами от 0 до 3 со средним значением 1,7, то вакуумиро-ванная сталь имеет средние значения 0,2 при отклонении от 0 до 1; главным образом уменьшается величина и число силикатных включений.
В кислых мартеновских сталях особенно уменьшается содержание в составе неметаллических включений кремнезема и окиси марганца, несколько возрастает содержание MgOи Аl2О3. В большинстве крупных включений имеется окись кальция, которая своим происхождением обязана попаданию печного шлака вместе со струей стали.
При возможно полном скачивании шлака из печи перед выпуском количество грубых включений уменьшается, а содержание в них СаО снижается с 50 до 18%.
Отмечено, однако, что при вакуумной разливке нижняя часть больших слитков поражена крупными неметаллическими включениями. Это объясняется тем, что маленькие капли за время падения начинают кристаллизоваться и неметаллические включения, окруженные закристаллизовавшимся матричным раствором, не успевают всплыть или восстановиться. Чтобы устранить этот дефект, необходимо разливать более горячий металл и отказаться от промежуточного ковша.
Хрупкие неметаллические включения являются одной из причин преждевременного выхода из строя прокатных валков; если хрупкие включения расположены неглубоко под поверхностью валка, то трещина, которая может образоваться в ходе эксплуатации, развивается вглубь по месту расположения включения и валок разрушается. В обычных слитках хрупкие включения располагаются в виде строчек в дендритной зоне неглубоко под поверхностью; в вакуумных слитках нехрупкие включения располагаются отдельными гнездами, но и они отсутствуют, если давление в камере при вакуумировании равно 133 н/м2 (1 мм рт. ст.) [180].