Вакуумная металлургия стали и сплавов

Линчевский Б.В.
Металлургия, 1970 г.

Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.

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].