Общие сведения по производству стали

Содержание

1.Строение металлического слитка (на примере стального слитка)……………………….3

2.Разливка стали……………………………………………………………………………….5

3.Общие сведения по производству стали…………………………………………………...8

4.Типы стальных слитков………………………………………………………………………9

Список использованной литературы…………………………………………………………11

Строение металлического слитка (на примере стального слитка).

Слитки металла можно разделить на три зоны с различной структурой (рис. 1). Кристаллизация жидкого металла начинается у поверхности более холодной формы и происходит в тонком сильно переохлажденном слое, примыкающем к поверхности. Вследствие большой скорости охлаждения произойдет образование на поверхности слитка очень узкой зоны 1 сравнительно мелких равноосных кристаллов.

Рисунок 1. Схема строения стального слитка

Зона1.Мелкие равноосные кристаллы.

Зона2.Удлинённые дендридные кристаллы.

Зона3. Равноосные различно ориентированные дендритные кристаллы.

За зоной 1 в глубь слитка расположена зона 2 удлиненных дендритных кристаллов (зона транскристаллизации). Рост этих кристалликов происходит в направлении противоположном отводу теплоты (то есть нормально к стенкам изложницы).

В случае сильного перегрева металла, быстрого охлаждения, высокой температуры литья и спокойного заполнения формы зона удлиненных дендритных кристаллов может полностью заполнить весь объем слитка (рис. 1) (транскристаллизация). При низкой температуре литья, очень медленном охлаждении, например, крупных

отливок создаются условия для возникновения зародышей в средней части слитка. Это приводит к образованию во внутренней части отливки структурной зоны 3, состоящей из равноосных различно ориентированных дендритных кристаллов (рис. 1), размеры которых зависят от степени перегрева жидкого металла, скорости охлаждения, наличия примесей и др. Примеси, находящиеся в жидком металле, способствуют развитию зоны мелких равноосных кристаллов. Зона столбчатых кристаллов обладает высокой плотностью, так как она имеет мало газовых пузырей и раковин. Однако в участках стыка столбчатых кристаллов, растущих от разных поверхностей, металл имеет пониженную прочность, и при последующей обработке давлением в этих участках могут возникнуть трещины.

Кристаллизация, приводящая к стыку зон столбчатых кристаллов, носит название транскристаллизации.

Жидкий металл имеет больший удельный объем, чем твердый; поэтому металл, залитый в форму сокращается в объеме при кристаллизации, что приводит к образованию пустот, называемых усадочными раковинами (изображены темным цветом на рис. 1).

Усадочные раковины могут быть сконцентрированы в одном месте, либо рассеяны по всему объему слитка. Усадочная раковина обычно окружена наиболее загрязненной частью металла, в котором после затвердевания образуются микро- и макропоры, пузыри.

Наиболее часто усадочная раковина концентрируется в верхней части слитка, затвердевающей в последнюю очередь.

Часть слитка с усадочной раковиной рыхлым металлом отрезают. Слиток имеет неоднородный по сечению состав. Например, в стали по направлении от поверхности к центру и снизу вверх увеличивается концентрация углерода и вредных примесей – серы и фосфора. Химическая неоднородность по отдельным зонам слитка называется зональной ликвацией. Она отрицательно влияет на механические свойства.

Способы разливка стали

Применяют два основных способа разливки стали - разливку в изложницы; непрерывную разливку. Сталь разливают в изложницы сверху (рис. 2,А), снизу (сифоном) (рис. 2, Б) и на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) (рис. 3, 4, 5,)

При разливке сверху (Рис.2А) сталь непосредственно из ковша 1 поступает в изложницы 2,устанавливаемые на чугунных плитах- поддонах 3. После заполнения каждой изложницы стопор или шиберный затвор ковша закрывают, ковш транспортируют к следующей изложнице и повторяют цикл разливки.

Рисунок 2. Схема разливки стали по изложницам A – разливка сверху: 1 – сталеразливочный ковш; 2 – изложница; 3 – поддон; Б – разливка сифоном: 1 – сталеразливочный ковш; 2 – центровая трубка(литник); 3 –прибыльная надставка; 4 – изложница; 5 – поддон; 6 – сифонные каналы.

При сифонной разливке (рис. 2Б), основанной на принципе сообщающихся сосудов, сталью одновременно заполняют несколько (от двух до шестидесяти) изложниц. Жидкая сталь из ковша (1) поступает в установленный на поддоне (5) футерованный изнутри центровой литник (2), а из него по сифонным каналам поддона (6) в изложницы (4) снизу.

Центровой литник и изложницы устанавливают на массивной чугунной плите — поддоне, имеющей канавки, в которые укладывают пустотелый сифонный кирпич (трубки или проводки). После наполнения всех установленных на поддоне изложниц стопор (шиберный затвор) закрывают, и ковш транспортируют к следующему поддону и т. п.
Оба способа разливки широко применяют. Благодаря простоте и отсутствию потерь металла с литниками часто предпочитают разливку сверху. Несмотря на необходимость дополнительной зачистки поверхности проката, разливка сверху для рядовых марок является более экономичной, чем разливка сифоном. В то же время высококачественные в легированные стали, когда стремятся уменьшить потери дорогостоящего металла на зачистку и получить чистую поверхность слитка, разливают главным образом сифоном.

 

Рисунок 3. Схема машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ):

1 – ковш, 2 – промежуточное разливочное устройство, 3 – кристаллизатор (изложница без дна), 4 – затвердевающий слиток, 5– тянущие валики, 6 – зона вторичного охлаждения, 7 – зона резки, 8 – газовый резак

 

 

Рисунок 4. Типы машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ):

а – вертикальная, б – радиальная, в – криволинейная, г – горизонтальная, д – роторная

 

Рисунок 5. Схема непрерывного литья заготовок прямоугольного и круглого сечения (а), биметаллических (б), круглых на МНЛЗ центробежного типа (в) и трубных (г)

· При разливке сверху (рис. 2, а) происходит разбрызгивание металла, неравномерное охлаждение по зонам слитка, появляется большое количество дефектов поверхности слитка. Такие слитки имеют незначительную усадочную раковину.

· При сифонной разливке (рис. 2,б) изложница заполняется через литник снизу без разбрызгивания; поверхность слитка получается чистой. Для уменьшения усадочной раковины, прибыльные надставки утепляют.

Величина обрези слитков составляет от 15 до 25 %.

· При непрерывной разливке (рис. 3) слитки имеют чистую поверхность, плотное строение и мелкозернистую структуру, менее развита химическая неоднородность, в них отсутствуют усадочные раковины. Выход годных заготовок может достигать 96 – 98 % массы разливаемой стали. Одноручьевая установка непрерывной разливки позволяет получать 20-150 т/ч слитков (в зависимости от их формы и сечения).

 

Общие сведения по производству стали

Сталь получают путем передела чугуна. Сущность процесса снижение содержание углерода и примесей путем перевода их в процессе плавки.

Металлургические агрегаты по принципу действия делятся: мартеновские печи, кислородные конвертора, электропечи.

Для выплавки стали используют:

в конвекторах – жидкий чугун и лом;

в мартеновских и электропечах – жидкий или твердый чугун со стальным ломом;

в электропечах – только стальной лом.

Емкость: конвекторов достигает 100 – 300т (продолжительность 25 – 50мин.)

мартеновских печей – 200 – 900 т (8 – 12 часов)

электропечи: дуговые – 0,5 – 400 т (3 – 7 часов)

индукционные – 60кг – 25 т (30 – 60 мин и более).

В конвекторах получают качественную и высококачественную сталь. Низколегированную (до 2 – 3 % л.э., так как в них происходит сильное окисление л. э.).

В мартеновских печах можно производить углеродистые и легированные конструкционные стали различных марок.

В электропечах выплавляют сталь любого состава. Получают конструкционные, высоколегированные, инструментальные, специальные стали и сплавы, безуглеродистые сплавы.

Выход годной стали:

конвектор – 85 – 89 % от массы чугуна;

мартен – съем стали с 1м2 пода печи 10 – 12 т/сутки.

 

Типы стальных слитков

На строение стального слитка большое влияние оказывает степень раскисленности стали (наличие кислорода).

Спокойная сталь. (Полностью раскисленная Аl, Si, Mn; удален кислород).

Затвердевает металл в изложницах без выделения газов, в верхней части слитка и образуется усадочная раковина, а в средней части – усадочная осевая рыхлость (рис. 6,а).

Для устранения усадочных дефектов слитки спокойной стали отливают с прибылью, которая образуется надставкой, усадочная раковина располагается в прибыли.