Качество слитка стали при разливке в изложницы

Особенности слитка спокойной стали:

1. Относительная структурная, кристаллическая неоднородность.

2. Относительно небольшая степень ликвации (химической неоднородности)

3. Наличие концентрированной усадочной раковины.

4. Форма слитка (изложницы) в большинстве случаев – уширение кверху.

Дефекты слитка спокойной стали:

1. Усадочная раковина.

2. Осевая рыхлость.

3. Химическая и структурная неоднородность.

4. Неметаллические включения.

5. Трещины.

6. Плены.

7. Завороты корки.

8. Подкорковые пузыри.

Усадочная раковина – полость, расположенная в верхней части слитка. Причина образования – усадка стали в процессе затвердевания, т.е. увеличение плотности при переходе из жидкого состояния в твердое. Величина усадки в пределах 2,0 – 5,3% в зависимости от марки. Этот дефект слитка идет в обрезь при прокатке, т.к. поверхность окисляется и не заваривается при прокатке, приводя к образованию рванин. Величина головной обрези – 12 – 16% для спокойной углеродистой стали, до 20% для мелких слитков и качественных, легированных сталей.

Задача – концентрация усадочной раковины в верхней части слитка и уменьшение глубины ее проникновения в слиток. Пути решения задачи:

1. Разливка спокойной стали в изложницы, расширяющиеся кверху. Конусность стенок 2- 4% для слитков под прокатку, 3-6% для слитков под ковку (большая конусность нецелесообразна с учетом последующей ОМД). Большая масса жидкого металла в верхней части слитка способствует замедленному его охлаждению.

2. Теплоизолируют боковые поверхности верха слитка. Обычно для этого на изложницу устанавливают прибыльную надставку, боковые стенки которой футерованы огнеупорами или снабжены теплоизоляционными вкладышами.

3. Засыпка теплоизолирующими или разогревающими смесями поверхности жидкого металла в прибыльной надставке после наполнения слитка.

Уменьшению объема усадочной раковины может способствовать наполнение прибыльной надставки с пониженной скоростью.

Осевая рыхлость – скопление мелких усадочных пустот в верхней осевой части слитка. Причина – кристаллизация металла происходит в осевой части в последнюю очередь. В отдельных местах происходит срастание кристаллов и изоляция нижележащих объемов, которые кристаллизуются без подпитки жидкого металла. Способствуют увеличению осевой рыхлости:

- - уменьшение температуры разливаемого металла;

- - увеличение массы слитка;

- - наличие элементов. Повышающих усадку при затвердевании ( в особенности углерода);

- - наличие элементов, увеличивающих вязкости жидкой стали (Cr, Ti).

Пути уменьшения осевой пористости:

1. Использование изложниц с уширением кверху.

2. Обогрев верхней части слитка.

Заворот корки – дефект поверхности слитков, образующийся преимущественно при сифонной разливке вследствие окисления и охлаждения поверхности жидкой стали в изложнице. Корка, образованная оксидной пленкой, затвердевшим металлом, неметаллическими и шлаковыми включениями, прирастает к стенкам, прорывается металлом, заворачивается к стенке изложницы и заливается металлом. В месте заворота образуется скопление неметаллических включений и пузырей (результат взаимодействия оксидов и углерода). При прокатке образуются рванины, поэтому дефект зачищают. Способствуют появлению:

- - низкая температура металла;

- - низкая скорость разливки;

- - наличие в стали легкоокисляющихся элементов (Cr, Al, Ti).

Методы борьбы:

1. Увеличение до оптимального значения температуры и скорости разливки (если выше – горячие трещины).

2. Разливка под шлакообразующими смесями.

Поперечные горячие трещины – результат препятствия свободной усадке затвердевающего слитка (чаще всего вследствие местного зависания слитка в изложнице). Способствуют:

- - наличие выбоин;

- - наличие зазора между изложницей и прибыльной надставкой.

Продольные наружные трещины – результат разрыва твердой корочки под действием ферростатического давления жидкого металла после образования зазора между слитком и стенкой изложницы. Ширина – 1-3 мм. Длина - 1 м и более. Причины:

- - перегрев стали;

- - повышенная скорость разливки;

- - неправильная центровка струи металла при разливке сверху.

Меры борьбы:

1. Предотвращение перегрева стали.

2. Уменьшение скорости разливки.

3. Применение изложниц с волнистыми и вогнутыми стенками (см .рис.78).

Плены – результат разбрызгивания струи металла при ударе о дно изложницы. Брызги и заплески застывают на стенках, их поверхность окисляется, они не растворяются в жидкой стали и не свариваются с основной массой слитка. Преимущественно образуются при разливке сверху в нижней части слитка.

Меры борьбы:

1. Замедленное начало заполнения изложниц.

2. Использование промежуточных ковшей и воронок для снижения напора струи.

Подкорковые пузыри в слитках спокойной стали. Причины:

- - большой слой смазки или недостаточно сухая смазка;

- - недостаточно раскисленная сталь;

- - взаимодействие с окислами плен и заворотов корки.

Особенности слитка кипящей стали:

1. Относительная структурная, кристаллическая однородность.

2. Относительно большая степень ликвации (химической неоднородности).

3. Отсуствие концентрированной усадочной раковины.

4. Наличие значительного количества пузырей в теле слитка.

5. Форма слитка (изложницы)– уширение книзу (конусность 1,0 -1,5% для удобства раздевания слитка).

Структура определяется составом. Состав кипящей стали определяется назначением. Назначение – сталь для глубокой вытяжки с большими степенями обжатия.

Для уменьшения химической неоднородности слитка кипящей стали кипение вскоре после наполнения изложницы прекращают, накрывая слиток массивной металлической крышкой (механическое закупоривание) или раскисляя металл в верхней части изложницы алюминием (химическое закупоривание).

Верх слитка с пузырями и скоплениями серы и фосфора вследствие ликвации отрезают при прокатке. Величина головной обрези (меньше, чем для слитка спокойной стали):

- при механическом закупоривании 5-9% от массы слитка для рядовых сталей и 10-13% для качественной стали;

- при химическом закупоривании 3,5-6%.

Дефекты слитков кипящей стали:

1. Химическая неоднородность (уменьшается за счет оптимизации закупоривания слитка).

2. Малая толщина здоровой корочки.

3. Трещины.

4. Плены.

5. «Голенища».

6. Рослость слитков.

Толщина здоровой корочки (до сотовых пузырей) должна быть не менее 10 мм. Оптимальная толщина 18-24 мм. Более тонкая окисляется при нагреве под прокатку и образуются рванины (окисляется поверхность сотовых пузырей и они не завариваются при прокатке).

Меры борьбы:

1. Скорость разливки не более 1,0 м/мин. Если выше, то вводят интенсификаторы кипения (порошок FeO).

2. Выбор состава: углерода – не более 0,27%; марганца - не более 0,6%.

3. «Голенище». Причина – избыточная окисленность. В результате интенсивное кипение и вспенивание. При химическом закупоривании оседание и образование корки на стенках.

Рослость слитков. Причина – недостаточная окисленность и избыточное количество пузырей остается в слитке: высота слитка возрастает, уменьшается плотность головной части слитка, увеличивается головная обрезь при прокатке.