Поза пічна обробка сталі

Для підвищення якості сталей застосовують різні способи обробки сталі після випуску її зі сталеплавильного агрегату - у ковші або у виливниці.

Найбільше поширення одержали наступні способи поза пічної обробки: вакуумування, обробка рідким синтетичним шлаком, продувка інертним газом, продувка інертним газом одночасно з обробкою шлакоутворюючими сумішами чи порошкоподібними реагентами.

Вакуумна обробка застосовна для різних сталей, виплавлюваних у будь-яких металургійних агрегатах, і дозволяє одночасно дегазувати значні кількості металу. У цьому способі ківш із рідкою сталлю міститься у вакуумну камеру, у якій за допомогою вакуумних насосів створюється розрідження (1–20 мм ртутного стовпа). Пухирці газу з товщі рідкого металу, спрямовуються до поверхні й відразу ж відсмоктуються насосами. Витримка ковша в камері всього 15-20 хвилин. У результаті вакуумування сталі досягається зниження вмісту газів у металі - кисню, азоту й особливо водню, відповідно зменшується забруднення сталі неметалічними включеннями.

Застосовують і інші варіанти вакуумної обробки сталі - при переливі її з ковша в ківш, при розливанні у виливниці, вакуумування окремих порцій металу, засмоктуваних у вакуумну камеру, циркуляційний.

При обробці металу рідким синтетичним шлаком використовують вапняно-глиноземистий шлак. Його готують із суміші вапна й матеріалів, що містять глинозем. Суміш розплавляється в дугових електричних печах, футерованих вугільними блоками. Витрата шлаку для обробки сталі складає 35 - 50 кг/т. Розплавлений і нагрітий до необхідної температури шлак заливають у сталерозливний ківш до випуску чи одночасно з нею. Метал і шлак при цьому перемішуються, у результаті чого відбувається додаткове очищення металу від шкідливих домішок.

При продувці сталі інертним газом використовують технічний аргон, що містить не більш 0,1 - 0,2% кисню, а також інших можливих домішок. Сировиною для одержання аргону служить повітря. Вміст аргону в повітрі складає 32 л/м. куб. повітря. Аргон не є рідкісним газом і запаси його практично невичерпні. З повітря аргон добувають попутно з киснем і азотом. Аргон є одноатомним газом, не має кольору й запаху, цілком нейтральний і не утворює з металом хімічних сполук. Подають аргон у розплав через фурми або пористі вогнетривкі насадки. Внепечная обработка стали.avi

Розливання сталі

Після розкислення сталь направляють на розливання. Температура розливання 1600 - 1650 С. Розрізняють два способи розливання сталі - у виливниці й безупинне розливання на машинах безупинного лиття заготовок (МБЛЗ).

Виливниці - відлиті із чавуну порожні форми без дна, установлені, як правило, на залізничних піддонах. Наповняють виливниці або зверху, або знизу (сифонний спосіб).

При розливанні зверху ківш із рідкою сталлю встановлюють над кожною виливницею. Отвір у дні ковша приходиться відкривати й закривати стільки разів, скільки виливниць має бути наповнено. І стільки ж разів треба переміщати ківш від однієї виливниці до іншої, чи переміщати поїзд із виливницями, якщо вони встановлені на платформах.

При сифонному розливанні одночасно можна наповнити дві, чотири, шість - до двадцяти чотирьох виливниць за один прийом. У цьому випадку ківш установлюють над трубою з вогнетривкого матеріалу - центровою. Навколо труби на металевій платформі - піддоні - закріплені виливниці.

У цеху є відділення підготовки виливниць і розливних поїздів. Виливниці ретельно готують до прийому рідкого металу. Потрапивши у виливницю, метал відразу починає застигати. У стінок і днища утвориться величезна кількість крихітних кристаликів - їх дуже багато, вони тіснять один одного, розштовхують, заважаючи взаємному росту. Ближче до центра виливниці швидкість кристалізації знижується, метал застигає повільніше, кристали витягаються, ростуть майже перпендикулярно стінкам форми, і утвориться шар так званих стовпчастих кристалів. У центрі злитка панує хаос, метал кристалізується повільно, кристали розташовуються безладно. А на самому верху, де метал застигає в останню чергу, взагалі утворюється неправильної форми порожнеча - своєрідна раковина.

Адже коли метал застигає, він стискується, зменшується в обсязі - «дає усадку». От чому цю порожнечу металурги й називають усадочною раковиною. Сюди, у цю раковину, із нижче лежачих шарів металу спливають газові пухирці, неметалічні включення й інші домішки, що псують метал. Ця частина злитка не придатна для подальшої переробки, і її приходиться обрізати.

Під усадочною раковиною у верхній частині метал теж пухкий. Щоб сповільнити його охолодження, зверху на виливницю встановлюють спеціальну надставку. Цю надставку називають прибутковою. На відміну від виливниці вона утеплена - зовні зроблена з металу, а зсередини облицьована вогнетривким матеріалом. Тому метал у цій частині форми застигає повільніше, усадочна раковина в основному розташовується над злитком. Застосування таких надставок дає можливість «витягнути» зі злитка непридатний метал. Так що далі не весь злиток бере участь у виробничому циклі, а тільки його частина.

Коли метал у виливницях остаточно застигне, поїзд із виливницями направляють у так називане стриперне відділення, де злитки «роздягають» за допомогою кліщового крана. Він виштовхує злиток із форми, міцно тримаючи її у своїх кліщах. Порожні виливниці повертаються в сталеплавильний цех, де їх готують до наступного розливання, а злитки направляють до нагрівальних колодязів для нагрівання під подальшу обробку.

Будова злитка залежить від ступеня розкислення сталі, що розливається. Справа в тім, що в рідкій сталі залишається кисень у виді розчиненого оксиду заліза FeO. Для його видалення в ківш при випуску вводять розкислювачі. Частина розкислювачів уводять у мартен чи конвертер наприкінці плавки. Якщо сталь цілком розкислена й при затвердінні у виливницях із неї майже не виділяються гази, її називають «спокійною». При виплавці спокійної сталі в якості розкислювачів спочатку вводять феромарганець, потім феросиліцій і в останню чергу алюміній.

У тих випадках, коли зі сталі не вилучений кисень, при її розливанні у виливниці й поступовому охолодженні останній взаємодіє з вуглецем. Газ СО, що при цьому утворюється, інтенсивно виділяється зі злитка, що кристалізується. Поверхня металу нібито кипить, тому таку сталь називають «киплячою». При одержанні киплячої сталі у якості розкислювача вводять лише феромарганець.

Розливання металу у виливниці - процес далеко не досконалий. Багато праці приходиться затрачати, щоб підготувати виливниці до прийому рідкого металу, багато місця займає відділення, де готують поїзди й звільняють виливниці від застиглих злитків, багато металу йде в обріз, нерівномірний розподіл домішок у злитку знижує якість металопрокату.

Більш прогресивний спосіб розливання це безупинне розливання на МБЛЗ, де одержують т.зв. нескінченний злиток. При такому розливанні метал направляють із ковша через проміжний пристрій у металеву водоохолоджувану форму - кристалізатор. Внутрішня стінка кристалізатора мідна, зовнішня сталева. Дна в кристалізатора немає, тому перед початком розливання в нього вводять тимчасове дно - «приманку». Рідкий метал відразу ж починає застигати біля стінок та дна. Через визначений час приманку спеціальним механізмом починають витягати вниз. За нею із кристалізатора тягнеться смуга сталі, що застигає, перетин якої відповідає перетину кристалізатора.

Так безупинно розливають весь метал із ковша - зверху в кристалізатор заливають рідку сталь, знизу з нього витягають нескінченний злиток, що застигає. Але злиток тільки зовні твердий, усередині він ще рідкий, тому його приходиться додатково охолоджувати. Вода, що розприскується з форсунок, безпосередньо охолоджує метал, і злиток остаточно застигає, а ролики просувають його, і в той же час утримують від прогинання.

Злиток опускається все нижче й нижче. На розрахованій заздалегідь висоті він «попадає в лапи» газового ножа, що рухається разом зі злитком, і на ходу розрізає його на окремі заготовки.

З появою безупинного способу розливання стала можливою повна механізація й автоматизація цієї трудомісткої ділянки металургійного виробництва. Значно скорочується кількість відходів, тому що негідні верхню й нижню частини злитка відрізають тільки один раз - адже злиток майже нескінченний. Відпадає необхідність у величезному числі виливниць і великій кількості вогнетривких матеріалів. При безупинному розливанні відразу ж одержують заготовки, тому вивільняються заготовочні прокатні стани. Метал, що розливається таким чином, відрізняється високим ступенем однорідності.

Машини безупинного лиття заготовок у залежності від конструктивного виконання можуть бути вертикальними чи радіальними. Розливати метал на них можна в кілька струмків. Швидкість безупинного розливання залежить від висоти установки й кількості рідкого металу, що приходиться розливати - адже метал повинний устигнути цілком застигти. На сучасних МБЛЗ вона складає 0.8 – 1.5 метрів у хвилину.

Використання вертикальних машин, висота яких досягає 30 - 40 метрів, спричиняє значне збільшення висоти розливного відділення. При розливанні на радіальних машинах виходить злиток будь-якої довжини - не розрізаючи, його можна направляти прямо в прокатний стан, тобто застосування радіальних МБЛЗ дозволяє й на цій ділянці не переривати процес.

Безупинне розливання сталі - дуже ефективний спосіб розливання, розроблений радянськими вченими й упроваджений уперше на заводах СРСР.