Главная Случайная страница


Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА СТАЛИ

Свойства сталей в большой степени зависят от содержащихся в них примесей. Примеси попадают в металл из исходных материалов. Это частицы шлака и огнеупорных материалов кладки металлургических печей, ковшей для жидкого металла, различные соединения с серой, азотом и кислородом. Присутствующие в стали неметаллические включения (оксиды, нитриды, сульфиды) и газы (водород и азот) резко снижают ее прочностные и эксплуатационные характеристики. Разработано большое количество способов очистки стали. Эти способы можно разделить на две группы.

К первой группе относятся методы, предусматривающие рафинирующую обработку стали после выпуска ее из печи. Это обработка жидкой стали синтетическими шлаками и вакуумная дегазация. Ко второй группе относятся методы повторного переплава стального слитка с целью его очистки. Сюда относят электрошлаковый, вакуумно-дуговой, электронно-лучевой, плазменно-дуговой переплавы и их сочетания.

Синтетический шлак, представляющий собой смесь из 45% СаО, 40% Аl2О3, 10% MgO и 5% CaF2 и содержащий небольшое количество SiO2 и FeO, выплавляют в шлакоплавильной печи (обычно это дуговая электропечь небольшой емкости) непосредственно в сталеплавильном цехе и заливают в ковш. Затем в этот же ковш на расплавленный шлак выпускают сталь из сталеплавильного агрегата. Струя металла с большой высоты попадает в шлак, разбивает его и интенсивно с ним перемешивается. При этом поверхность их соприкосновения, а значит и взаимодействия значительно возрастает. Реакции между металлом и шлаком протекают гораздо быстрее, чем в плавильной печи Следствием является более быстрая и полная очистка металла от многих постоянных примесей (например, серы на 50 … 70%) и неметаллических включений (примерно в 1,5 раза). Жидкие синтетические шлаки дают возможность часть операций по очистке металла перенести из печи в ковш. Это существенно сокращает время плавки. Например, для дуговой печи – на 30 … 50 минут. Тем самым достигается еще и значительная экономия электроэнергии.

Вакуумную дегазацию металла проводят для уменьшения содержания в ней газов и неметаллических включений. Эту операцию рафинирования для стали целесообразно сочетать с ее раскислением. Существует много приемов вакуумной обработки жидкой стали и самый простой из них заключается в выдержке ковша с расплавом в течение 10 … 15 минут в герметично закрытой камере с остаточным давлением 265 … 665 Па. При пониженном давления растворимость газов в стали уменьшается, и они в виде пузырьков всплывают на поверхность, захватывая с собой и неметаллические включения.

Вакуумная обработка позволяет уменьшить в 3 … 5 раз содержание газов и в 2 … 3 раза неметаллических включений в стали, что способствует повышению ее прочности и пластичности.

Электрошлаковый переплав стали (рис. 1.10) является наиболее эффективным методом ее рафинирования, так как снижает содержание серы до 0,005%, а количество оксидов и сульфидов в два раза.

Предварительно из требующей очистки стали изготавливается электрод 4 в виде прутка. Он опускается внутрь тонкостенной водоохлаждаемой изложницы – кристаллизатора 3, имеющей форму коробки без дна. На дно кристаллизатора помещается металлическая пластина – затравка 2. В зазор между электродом и кристаллизатором засыпается флюс, содержащий Al2O3, СаО и CaF2. От источника питания 9 на электрод подают напряжение, в результате чего между ним и затравкой загорается электрическая дуга. Дуга расплавляет флюс, который образует шлаковую ванну 5, заполняющую все пространство внутри кристаллизатора. После погружения электрода в шлаковую ванну, дуга гаснет. Подвод электрического тока не прекращают, в результате чего за счет электросопротивления шлака он нагревается до температуры 1700 °С. Этой температуры достаточно для плавления стального электрода и металл с него каплями 6 начинает переноситься на затравку. Проходя через слой шлака капли металла очищаются от примесей. Таким образом, за счет плавящегося электрода металлическая ванна 7 в кристаллизаторе непрерывно пополняется, а так как последний постоянно охлаждается водой, то от затравки вверх начинает расти слиток рафинированной стали 8. В конце переплава слиток извлекают из изложницы. Структура слитка получается однородной, плотной, качество поверхности высоким. Слитки выплавляют круглого, квадратного, прямоугольного сечения массой до 110 тонн. В связи с высокими механическими и эксплуатационными свойствами стали, рафинированной таким способом, метод применяют при изготовлении высококачественных сталей для шарикоподшипников, жаропрочных сталей для дисков и лопаток турбин в авиационных конструкциях.

Вакуумно-дуговой переплав используют для очистки стали от газов и неметаллических включений. Процесс осуществляют в вакууме в герметичной камере (рис. 1.11). Электрод изготовленный из стали, подлежащей очистке, помещают в корпус установки и откачивают воздух (остаточное его давление 1,5 Па). Нижняя часть корпуса представляет собой водоохлаждаемую изложницу. На катод и анод (затравку, ус тановленную в нижней части корпуса на поддоне), подают напряжение от источника питания и зажигают электрическую дугу. Под действием тепла дуги электрод плавится, и металл его каплями поступает в изложницу, где образует ванну. Из жидкого металла при этом интенсивно выделяются газообразные примеси. Охлаждением изложницы создают условия для направленной кристаллизации слитка снизу вверх. В результате рафинированный слиток приобретает высокую равномерность химического состава, при этом неметаллические включения сосредотачиваются в верхней части слитка, в районе усадочной раковины, размеры которой незначительны. Масса слитков достигает 50 тонн.

Слитки, полученные вакуумно-дуговым переплавом, обладают высокими механическими свойствами и используются для изготовления ответственных деталей машиностроения (авиационных конструкций, турбин и т.п.).

РАЗЛИВКА СТАЛИ

Полученная в сталеплавильных печах, сталь представляет собой жидкость. Технологические процессы машиностроения потребляют сталь в виде слитков, проката, отливок и т.п. Для получения изделий жидкую сталь после завершения процесса плавки выпускают в ковши и подают на разливку. В настоящее время разливку осуществляют в изложницы (чугунные сосуды) или кристаллизаторы машин для непрерывной разливки стали. Здесь сталь затвердевает, и полученный слиток передается для дальнейшей обработки. Для прокатки изготавливают слитки массой от 200 кг до 25 т., ковочные слитки могут достигать массы 300 т.

Разливку осуществляют с помощью сталеразливочных, или как их еще называют стопорных ковшей (рис. 1.12). Ковш 3 изготавливают из стали и футеруют огнеупорным материалом. В днище ковша имеется специальное отверстие для выпуска стали, закрытое штангой – стопором 5. С помощью системы рычагов 4 стопором можно управлять, открывая или перекрывая поток жидкой стали через отверстие. Вместимость ковшей зависит от объема сталеплавильной печи и составляет от 5 до 400 т.

По способу заполнения изложниц различают разливку сверху и разливку снизу (сифоном).

При разливке сверху (рис. 1.12) сталь поступает из ковша в каждую из изложниц 2 поочередно. Способ самый простой и дешевый, что и является его достоинством. Используемая в данном случае оснастка – чугунные изложницы имеют небольшую стоимость и легко заменяются при выходе их из строя. Недостатком является низкая производительность из-за значительного времени, затрачиваемого на разливку большого объема стали, так как ковш сначала нужно переместить от одной изложницы к другой, затем точно установить над каждой из изложниц и отдельно их наполнить. Недостатком способа является также низкое качество поверхности слитка, из-за разбрызгивания металла при наполнении изложницы и оседании его капель на стенках последней. Дефекты поверхности в последующем приходится удалять на металлорежущих станках, что приводит к потерям металла. К недостаткам относят также неравномерность химического состава и структуры слитка, причиной которых является значительное время его кристаллизации.

Сверху разливают недорогие углеродистые стали обыкновенного качества.

Разливкой снизу (сифоном) удается избежать многих недостатков, но способ требует более дорогостоящей оснастки. В этом случае (рис. 1.13) изложницы устанавливают на поддоне вокруг вертикально расположенной керамической трубы – центрового литника. Литник соединен каналами, футерованными огнеупорными трубами с каждой из изложниц. Жидкая сталь из разливочного ковша выливается в центровой литник, растекается по каналам и заполняет изложницы, поступая в них снизу.

Сифонный метод разливки более производительный. Он позволяет одновременно через один центровой литник разливать большие объемы металла, заливая несколько изложниц (4 … 60) одновременно. Масса слитка обычно составляет 0,5 … 7 т. Дефекты при этом на поверхности слитка отсутствуют.

Недостатками сифонной разливки является более дорогая оснастка и дополнительные отходы металла, затвердевшего в центровом литнике и подводящих каналах (их отдают в переплавку).

Разливку сифоном используют для легированных и высококачественных сталей.

Общим недостатком разливки стали в изложницы сифоном является большая трудоемкость подготовки их к приему жидкого металла. Изложницы с кристаллизующимися слитками занимают большие производственные площади. Отходы металла при обрезке слитков значительны, так как при их получении в верхней части образуется усадочная раковина, занимающая почти пятую часть объема.

Самой прогрессивной технологией в настоящее время является непрерывная разливка стали, позволившая полностью автоматизировать этот трудоемкий участок металлургического производства. Однако машина, позволившая реализовать эту технологию, представляет собой сложное сооружение, требующее больших затрат на строительство и эксплуатацию. Машина для непрерывной разливки стали (рис. 1.14) состоит из промежуточного разливочного устройства 6, в котором хранится запас металла для обеспечения бесперебойности процесса, водоохлаждаемой изложницы без дна 5, обеспечивающей направленный рост кристаллов при охлаждении слитка и называемой поэтому кристаллизатором, системы тянущих 2 и поддерживающих 4 валков, системы орошения 3 (водораспыляющих форсунок) и газового резака 7.

Последовательность работы установки имеет следующий порядок. Металл из стопорного ковша выпускают в разливочное устройство машины. Из него сталь непрерывно поступает в водоохлаждаемую изложницу без дна – кристаллизатор. Благодаря интенсивному отводу тепла стенки слитка 1 затвердевают, и с помощью тянущих валков его извлекают из кристаллизатора. Сердцевина получающегося в результате бесконечного слитка еще жидкая, поэтому его пропускают через зону вторичного охлаждения, где орошают водой из форсунок, поддерживая со всех сторон с помощью опорных валков. После полного охлаждения слиток разрезают ацетиленокислородными резаками на мерные части и передают для дальнейшей обработки. Скорость вытягивания слитка 1 … 2,5 м/мин. Форма его поперечного сечения зависит от профиля кристаллизатора. Таким образом получают слитки квадратного, прямоугольного и круглого поперечного сечения.

Непрерывным способом разливают стали самых различных марок от углеродистых до легированных.

Для повышения производительности процесс непрерывного литья заготовки объединяют с последующей прокаткой в одном литейно-прокатном агрегате.

На рис. 1.15 представлена схема производства горячекатаной проволоки непрерывным литьем и последующей прокаткой. В данном агрегате используется горизонтальная машина для непрерывной разливки металла. Из разливочного ковша 1 жидкую сталь заливают в промежуточное разливочное устройство 2, откуда она поступает в кристаллизатор 3. Здесь формируется твердая оболочка заготовки. В зоне вторичного охлаждения 4 заготовка интенсивно охлаждается струями воды до затвердевания по всему сечению, затем подвергается правке валками 5 и подается роликами 6 в индуктор 7 для выравнивания температуры по сечению. Затем она последовательно прокатывается на планетарном прокатном стане 8 и в чистовых клетях 10. Полученная таким образом горячекатаная проволока поступает на намоточное устройство 11.

Достоинством способа является плотное строение, мелкозернистая структура и высокая однородность по химическому составу слитка. Поверхность его имеет высокое качество. Отсутствие усадочных раковин сводит потери металла до 2 … 4% от массы разливаемой стали. Следует отметить высокую производительность процесса и высокую степень его механизации и автоматизации.

Недостатками являются образование трещин на поверхности слитка, связанное с перепадами температур по его сечению и большими усилиями вытяжки слитка из кристаллизатора, а также высокая стоимость машины.

Последнее изменение этой страницы: 2016-08-17

lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда...