Затвердевание металлов
Гуляев Б.Б
Машгиз, 1958 г.
К настоящему времени проделана огромная работа по изучению затвердевания стали в изложнице, на основе которой разработаны и применяются следующие меры воздействия на кристаллизацию слитка: изменение скорости разливки стали, конусности слитка, отношение его высоты к диаметру, применение утепленных прибылей, подогрев головной части слитка при его затвердевании и т. д. Однако качество стального слитка продолжает оставаться неудовлетворительным.
Управление процессом кристаллизации стали в изложнице является неотложной задачей современной металлургии. Время, расходуемое на формирование крупного слитка в изложнице, значительно превышает время изготовления жидкой стали для него Используя время формирования слитка, можно воздействовать на процесс кристаллизации как внешними, так и внутренними факторами.
В данной работе приведены результаты исследования, имеющего целью выявить влияние на процесс кристаллизации следующих внешних факторов:
1) изменения геометрической формы слитка за счет резкого снижения отношений его высоты к диаметру (до 0,5 и ниже);
2) увеличения конусности до 25% на обе стороны;
3) интенсивного охлаждения донной оголенной части слитка водой;
4) сохранения тепла или подогрева головной части слитка во
время его затвердевания;
5) использования принципа сообщающихся сосудов для получения бесприбыльного слитка (без усадочной раковины и осевой рыхлости).
Для сопоставления физической и химической неоднородности металла при отливке по старой и новой технологии, было проведено исследование слитка весом 10 т.
Слиток, изготовленный по старой технологии, предназначенный для металлографического исследования, отливался из стали марки 40А. Плавка производилась по существующей инструкции выплавки высококачественной углеродистой стали с назначением на оси железнодорожного транспорта. Слиток отливался первым по порядку разливки. Разливка производилась сверху через промежуточную квадратную воронку с диаметром разливочного стакана 45 мм. Продолжительность заливки тела слитка 315 сек., прибыли 280 сек. После разливки, головная часть слитка была засыпана люнкеритом.
Макроскопическое исследование проводилось на одном продольном и трех поперечных темплетах, изготовленных из слитка. Продольный темплет вырезался из центральной части слитка вдоль оси, поперечные — из-под прибыльной, средней и донной частей. С целью исследования ликвации были сняты серные отпечатки с продольного и поперечного шлифованных темплетов и сделан химический анализ металла в нескольких точках на содержание углерода, фосфора и серы. Для выявления макроструктуры после снятия серных отпечатков темплеты были протравлены в горячем 50%-ном водном растворе соляной кислоты.
Фотографии серных отпечатков с поперечных темплетов из подприбыльной и средней частей показали наличие крупной пятнистой центральной ликвации. Диаметр распространения ее в прибыльной части примерно 465 мми в средней части примерно 590 мм. Серный отпечаток с поперечного темплета донной части слитка получен сравнительно чистым, с мелким равномерным распределением по сечению ликвационных примесей.
Содержание ликвирующих элементов — углерода, фосфора и серы изменяется следующим образом. В области, расположенной непосредственно под усадочной раковиной, обнаружена максимальная концентрация этих элементов. В верхней части слитка обнаружена повышенная концентрация углерода сравнительно с ковшовым анализом. В нижней части слитка содержание ликвирующих элементов наименьшее.
Усадочная раковина распространяется на глубину 440 ммпо высоте слитка и вся расположена в прибыли; фактическая высота прибыли равна примерно 770 мм, что более запроектированной на 145мм. Усадочная раковина сверху открытая. На протравленном продольном темплете выявлена осевая рыхлость
которая распространяется в соответствии с осевой ликвацией в верхней половине тела слитка. Более резко осевая рыхлость выражена в тех местах, где на шлифованном темплете были обнаружены раковины. Кроме осевой рыхлости, на протравленном
темплете видна внеосевая ликвация, которая описана при рассмотрении серных отпечатков.
Результаты исследования строения слитка можно характеризовать так:
1) внеосевая ликвация в виде «усов» залегает почти по всей высоте слитка;
2) усадочная раковина располагается в головной части слитка и имеет обычный вид;
3) имеется осевая рыхлость.
С целью изучения влияния отношения высоты к поперечному размеру был отлит и исследован слиток с отношением Н:D= 0,5 весом 8 т. Отличительными особенностями изложницы является наличие теплоизоляции на ее наружной поверхности. Для теплоизоляции была применена стеклянная вата, которой набивался промежуток между стенкой изложницы и наружным кожухом, изготовленным из листового железа. Толщина теплоизоляционного слоя составляла 100 мм. Для сосредоточения усадочной раковины в головной части слитка применили утепляющую надставку (фиг. 2). Поддон изложницы состоял из трех частей. Верхняя часть поддона отлита стальная и по форме напоминает гриб, который ножкой упирается на плиту, служащую основанием для поддона. Между верхней частью поддона и опорной плитой устанавливалось чугунное кольцо; в стенках плиты имелись отверстия для воздушно-водяных форсунок. Вырезы в верхней части кольца предназначались для удаления пара, а в нижней части — для удаления воды, не успевшей превратиться в пар при охлаждении поддона.
Плавка стали марки 40А была проведена в соответствии с действующей на заводе технологической инструкцией выплавки высококачественной углеродистой стали. Слиток отлит первым по порядку. Разливка производилась сверху, через промежуточную воронку с диаметром разливочного стакана 45 мм. Головная часть слитка подогревалась электрической дугой.