Урок на тему "Будова зливка киплячої сталі , фактори, що впливають на нього"

Міністерство освіти і науки,молоді і спорту  України

ДВНЗ «Приазовський державний технічний університет»

Маріупольський механіко-металургійний коледж

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Методична розробка

відкритого заняття з дисципліни

«Теорія і технологія виробництва сталі і феросплавів»

за темою

«Будова зливка киплячої сталі , фактори, що впливають на нього»

 

 

 

 

 

 

 

Розробив викладач:

Коломійцева Ю.С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

План заняття

Дата

Дисципліна: Теорія і технологія виробництва сталі і феросплавів

Модуль змістовий: ПП.03.08.06/3 – Теорія і технологія розливу сталі

Тема заняття: Будова зливка киплячої сталі. Фактори, що впливають на нього.

Мета заняття:

Навчальна:  Ознайомити студентів з будовою зливка киплячої сталі; засвоєння матеріалу з характеристики дефектів зливка; навчитись визначати характер неоднорідності зливка; ознайомити з факторами, що впливають на розвиток хімічної неоднородності.

Розвивальна: Розвиток мови і мислення, уваги і пам`яті студентів, розширення їх світогляду.

Виховна : Формування самостійності, активності, творчої ініціативи у рішенні технологічних  питань; формування професійних навичок студентів, що допоможуть їм добре володіти технологією виробництва сталі; формування позитивних мотивів навчання; виховання вміння тактовно  і аргументовано відстоювати свою точку зору; виховання уважності, кмітливості.

Вид заняття: Лекція

Форма проведення заняття - Лекція - діалог (евристична бесіда)

Міжпредметні зв'язки :

Забезпечуючі: Фізика, хімія, фізична хімія, металознавство

Забезпечувальні: Курсове проектування, дипломне проектування

Методичне забезпечення :  Таблиці, довідкові матеріали, тести.

Література: 1 Соколов Г.А. Виробництво сталі, М., Металургія, 1982.

                     2 Кудрін В.А. Металургія сталі., М.: Металургія, 1989 - 580 с.

                     3  Металургія сталі. Під. ред. Явойського В.І., М.: Металургія, 1983- 584 с.

 

 

 

 

 

 

 

 

Хід заняття

1  Організаційний момент

     1.1   Привітання студентів.

     1.2   Підготовка аудиторії до заняття , перевірка наявності студентів, їх підготовки до заняття.

2    Мотивація навчання : Сучасна тенденція у виробництві масових видів металопродукції зводиться до значного зростання долі листового прокату, поліпшення його якості і підвищення виходу придатного. Матеріалом для такої продукції служать киплячі марки стали. Існуючі нині технології виробництва низьковуглецевої киплячої сталі часто не дозволяють уникнути небажаних дефектів сталевого зливка. В той же час з боку споживачів посилюються вимоги до механічних і службових властивостей листової продукції, зокрема, для автолиста, емалювання, складного витягу. Тому на цьому занятті майбутнім технологам необхідно зосвоїти інформацію про будову зливка киплячої сталі, умови його формування, можливі дефекти і методи їх усунення, для того щоб розв'язати проблему отримання якісного конкурентоспроможного металу.

3    Актуалізація опорних знань: Опитування студентів з вивченого на попередніх заняттях матеріалу:

    1 Що таке розкислення сталі?

    2 Назвіть різновиди сталі в залежності від ступіні розкислення.

    3 Назвіть різновиди неоднорідності металу.

    4 Що таке фізична неоднорідність металу?

    5 Що таке хімічна неоднорідність металу?Наведіть приклади.

    6 Назвіть основні способи розливу сталі.

4    План вивчення нового матеріалу :

   4.1   Характеристика зливка киплячої сталі

   4.2   Якість зливка киплячої сталі.

   4.3   Методи боротьби з хімічною неоднорідністю зливка киплячої сталі.

5   Викладання нового матеріалу

5.1 Лекція

Характеристика зливка киплячої сталі

Розкислювання сталі є складним фізико-хімічним про­цессом, основні завдання якого за­ключаются в пониженні активності розчиненого в металі кисню до певних значень і в очищенні металу від продуктів розкислювання - оксидних неметалічних вклю­чений.

До кінця плавки у вуглецевих і легованих марках сталі міститься від 0,03 до 0,08% розчиненого кисню, кількість якого в ос­новном визначається концентра­цией вуглецю в металі : чим менше концентрації вуглецю, тим вище в ньому концентрація кисню. У киплячій сталі вміст залишкового кисню після розкислювання стали вище рівноважного з вуглецем. Кисень в рідкому і твердому ме­талле, украй негативно впливає на пластичні властивості стали - при плющенні зливків на поверхні заготівель створюються дрантя і тріщини. Тому  кипляча сталь поступається за якістю спокійній.

Викладач пропонує студентам сформулювати поняття про киплячу сталь і записати його в зошитах.

Розглянемо додаток А.

Питання викладача: Проаналізуйте дані, наведені в таблиці і зробіть висновок, яка з сталей є найбільш вигідною і чому.

Правильна відповідь: Аналізуя таблицю, можно стверджувати, що кипляча сталь найвигідніша, тому що для її розкислення використовується мінімальна кількість розкислювачів, тому й напевно її ціна найнижча, крім того вона практично не містить неметалевих домішок, має велику пластичність, тому її використовують для виготовлення деталей холодним штампуванням, а ця продукція користується великим попитом серед заказників.

Так, дійсно, киплячу сталь застосовують для деталей, що виготовляються холодним штампуванням і холодною висадкою, трубок, прокладень, кріплень, ковпачків; цементуемых і ціанують деталей, що не вимагають високої міцності серцевини (втулки, валики, упори, копиры, зубчасті колеса, фрикційні диски).Також із зливків киплячої сталі виготовляють різні про­фили сортового прокату, дріт, тонкий лист(у тому числі для глибокого і дуже глибокого витягу).Виробництво киплячих марок стали економічно вигідніше, ніж виробництво спокійних або напівспокійних сталей, оскільки  на її розкислювання потрібно меншу витрату феросплавів, тому розширення виробництва киплячих марок стали дуже актуально.

Кипляча сталь найбільш дешева, оскільки при її виплавці витрачається мінімальна кількість спеціальних добавок і забезпечується максимальний вихід придатного продукту. Понижений вміст кремнію і марганцю обумовлює меншу міцність і велику пластичність, в порівнянні із спокійною сталлю. Недоліками киплячої сталі є розвинена ліквація, в головній частині зливка неоднорідність за вмістом вуглецю досягає 400%, сірки - 900% від середнього змісту. Прокат з киплячої сталі неоднорідніший по хімічному складу, чим прокат із спокійної сталі. Листи і профілі, виготовлені з різних частин зливка, розрізняються за вмістом вуглецю, сірки і фосфору. Тому прокат з киплячої сталі характеризується неоднорідністю структури і механічних властивостей металу навіть для однієї плавки. В середньому кипляча сталь містить близько 0,02% кисню, що у декілька разів більше, ніж в спокійній сталі. Хладостойкость киплячої сталі знижена, в середньому Т50 у неї на 10-200С вище в порівнянні з Т50 для спокійної сталі. Знижений опір крихкому руйнуванню особливо характерно для прокату значної товщини(14-20мм і більше) з киплячої сталі.

Викладач пропонує студентам записати в зошитах області застосування киплячої сталі; усно сформулювати , а потім записати переваги і недоліки кислячих марок сталей в порівнянні зі спокійними.

Розливання сталі робить великий і часто вирішальний вплив на якість зливків киплячої сталі.

При наповненні виливниці, коли починається кристаллиза­ция рідкої сталі, а також у кінці заливки відбувається ви­ділення газів з металу. В результаті проведених исследо­ваний у складі цих газів були виявлені З, Н2, N2, СО2, СН4 і О2. Кількість газів, що виділяються, співвідношення між їх складовими частинами бувають різними і залежать від усло­вий виплавки сталі, особливо від міри її розкислювання.

Інтенсивне утворення  і спливання газових пухирів в  металі , що кристалізується, обумовлює сильне виділення газів. В цьому випадку сталь "кипить" у виливниці і називається киплячою.

Подовжній розріз типового зливка киплячої сталі показаний на додатку Б.

До зовнішніх граней прилягає зона дрібних рівноосних, хаотично розташованих кристалів 1. Дрібні кристалічні зерна є нерозвинутим дендритом, "замороженим" внаслідок контакту металу з ще холодними стінками виливниці. Товщина шару може коливатися для зливка з нормальною макроструктурою від 10 до 25 мм. Структура цієї зони нагадує кірковий шар зливка спокійної сталі, хоча дещо відрізняється від нього слідами газових пухирів. В глибині зони(на відстані 10-15мм від поверхні) формуються кристаліти, головні осі яких орієнтовані перпендикулярно стінці виливниці.

За кірковим шаром йде зона витягнутих в поперечному на­правлінні червоподібних стільникових пухирів 2. Довжина пухирів, що визначає ширину шару, коливається в межах від 20 до 100 мм і більше. Як правило,  в нижній частині зони пухирі довжин­її, у верхній - коротше. Довжина пухирів росте зі збільшенням маси зливка і тривалості періоду кипіння металу в излож­нице, вони всередині заповнені газом СО. Поперечний переріз пухирів - круг, а їх розташування нагадує бджолині стільники в розрізі, звідси і відбувається на­звання "стільникові пухирі".

Питання викладача: Як ви гадаєте, наявність стільникових пухирів якось впливає на якість металу і кількість дефектів при прокаті.

Правильна відповідь студента: Наявність стільникових пухирів, які всередині наповнені газом СО не викликає дефектів і сприяє отриманню прокату високої якості, тому що пухирі при прокаті заварюються.

За стільниковими пухирями знаходиться проміжна область щільного металу 3. Кристалічна будова її дещо відрізняється від кіркового шару і до деякої міри залежить від концентрації вуглецю. У зливках стали, що містить до 0,20-0,22% вуглецю, структура проміжної області дрібно­кристалічна, хоча і в цьому випадку можуть виявлятися дезори­ентированные і подовжений дендрит. У зливках стали з содер­жанием вуглецю більше 0,25%(як правило, в'яло киплячою в з­ложницах) будова цієї зони крупнодендритное. Ширина її може бути різною, але не більше ширини зони стільникових пухирів.

Наступною є зона вторинних пухирів 4, які утворюють вінець, що повторює контур поверхні зливка. Вони майже круглі, діаметр їх коливається в межах від 5 до 25 мм Вторинні газові пухирі виникають відразу після закупорива­ния головної частини зливка кришками або іншим способом. При високому вмісті вуглецю в сталі(~0,3% С) в нижній, частині зливка вторинні пухирі можуть бути відсутніми.

Центральна частина зливка, його серцевина 5, формується в умовах слабкого перемішування розплаву. У цій частині зливка можуть образовы­ваться як окремі газові пухирі, так і раковини усадкового походження. І ті, і інші мають округлу форму і розташовуються в основному у верхній частині зливка. Ні концентрованої, ні зосередженої усадкової раковини в зливках киплячої сталі немає, що забезпечує високий вихід придатного прокату.

Залежно від міри розкислювання киплячої сталі ми можемо мати  різні структури зливків, порівняння яких произ­водиться за такими критеріями (див. додаток Б) :

- товщина(ширина) щільної беспузыристой кірки;

- висота поширення зони стільникових пухирів;

- форма головної частини.

Ці ж критерії є головними і при оцінці якості зливків киплячої сталі. При нормальному розкислюванні киплячої сталі, товщина щільної без­пухиркової  кірки  в нім складає приблизно 15-20 мм, высо­та поширення зони стільникових пухирів дорівнює 0,4-0,6  висот зливка .

Висота зони стільникових пухирів визначається інтенсивністю  кипіння металу у виливницях: чим вона більша, тим нижче розташовуються пухирі.

Проте зустрічаються випадки, коли кипляча сталь розливається з відхиленнями від нормального кипіння. Так, розливання недораскисленної киплячої сталі відрізняється дуже бурхливим кипінням  з великим утворенням окислу вуглецю, супроводжуюється  спінюванням і більш менш значним підйомом рівня металу. Після виділення надлишку газів метал сідає у виливниці, залишаючи на її стінках застиглу кірку і утворюючи поглиблення в головній частині В цьому випадку стільникові пухирі в зливку можуть бути відсутніми, а товщина щільної беспузыристой кірки досягає значних(40-50 мм) розмірів. Незважаючи на це, вихід придатного металу з подібних зливків зменшується із-за незадовільного стану головної частини(збільшується головна обрезь).

Між структурами того, що сідає і нормального зливків встре­чаются проміжні структури, з меншою посадкою і нали­чием зони більш менш розвинених стільникових пухирів.

Перераскисленная кипляча сталь в'яло кипить у виливницях. При перераскислении металу можливе зниження парціального тиску З, що при­водить до того, що стільникові пухирі починають утворюватися раніше, внаслідок чого ширина щільної кірки зменшується.

Сильно перерозкислена кипляча сталь, по мірі розкиснув­ления що наближається до напівспокійної, внаслідок слабкого газовиділення характеризується близьким расположени­їм стільникових пухирів до поверхні по усій висоті зливка. Для попередження великої рослості такі зливки відливають у пляшкові (чи напівпляшкові) виливниці з кришками.

 

 Якість зливка киплячої сталі

Для отримання необхідної структури зливка киплячої сталі (достатня  товщина безпузиркової  кірки, слабке розвинена рослості або усадки) необхідно забезпечити певні швидкості розливання, тиск виділення окислу вуглецю і вміст розчиненого кисню в рідкому металі, прилеглому до фронту кристалізації. Отримання ж заданої концентрації кисню обумовлюється відповідним вмістом марганцю в рідкій сталі. Відхилення від цього змісту в ту або іншу сторону викликає погіршення умов формування зливка киплячої сталі. Нижче, ніж потрібно вміст марганцю обумовлює підвищену концентрацію кисню в рідкому металі біля кристалів, що призводить до збільшення інтенсивності кипіння і в результаті - до спінювання металу і розвитку усадкових дефектів в зливку. Підвищений вміст марганцю викликає зниження концентрації вуглецю в рідкому металі біля кристалів, внаслідок чого кипіння ослабляється, що супроводжується близьким до поверхні зливка розташуванням стільникових пухирів і розвитком рослості.

Питання викладача: Скажіть, чому марганець є регулятором кипіння сталі?

Правильна відповідь: Тому що марганець легко вступає в реакцію з киснем зі створенням  міцного оксиду.

Дуже важливо, з точки зору оптимальної технології розливання киплячої сталі, встановити момент початку формування стільникових пухирів для конкретних умов.

Формування стільникових пухирів починається вже в час на­полнения. Встановлено, що тривалість кипіння металу у виливниці після наповнення не робить помітного впливу на глибину залягання стільникових пухирів.

Збільшенню ж часу інтенсивного газовиділення і відриву пухирів, висоти частини зливка, не ураженої стільниковими пухирями, сприяють ті ж чинники(зменшення швидкості розливання, підвищення вмісту кисню в металі та ін.), які призводять до зростання товщини беспузыристой кірки.

Вплив температури металу на товщину беспухиркової кірки зливка не дуже великий і має екстремальний характер. Проте з підвищенням температури металу при розливанні, особливо вище за допустимі і оптимальні значення, кипіння у виливницях  ослабляється,  а товщина щільної кірки зменшується. Вірогідною причиною цього є зниження швидкості зростання кірки   і підвищення   швидкості   відведення кисню  від шарів металу, прилеглих до що ростуть кристалам і збагачених киснем, до серцевинних шарів рідкої сталі у зв'язку зі зміною умов дифузії. Це призводить до зменшення швидкості зростання пухирів.

Технологія розливання киплячої сталі повинна передбачати обов'язкове забезпечення формування зливків без зростання і усадки. Невиконання цієї вимоги призводить до збільшення головної обрізі.

Питання викладача: До чого може призвести збільшення головної обрізі?

Правильна відповідь: До зростання витрати металу на одиницю прокату.

Зростання і усадка киплячої сталі у виливницях є результатом невідповідності об'ємів газових пухирів, що утворюються усередині рідкого металу і виходять в атмосферу. Усадку киплячої сталі викликає спінювання при розливанні(надмірно інтенсивне газоутворення) і подальше осідання піни. Спінювання металу характеризується значною швидкістю утворення пухирів, що перевищує можливу швидкість їх видалення із-за зниженої концентрації марганцю високого вмісту кисню та ін. Це пояснюється підвищеною концентрацією кисню в шарі рідкої сталі, що контактує з кристалами.

Зростання металу спостерігається при недостатньо інтенсивному газовиділенні, т. е. при ранній освіті і значному поширенні стільникових пухирів по висоту зливка. В цьому випадку розвиток стільникових пухирів триває і після закінченні наповнення виливниці, що внаслідок чого утворюються новину об'єми окислу вуглецю витісняють метал вищий за рівень наповнення. Загальний об'єм стільникових пухирів виходить тим більше, чим вище рівень їх поширення і менше товщина беспузыристой кірки. Зростанню зливка сприяють ті чинники, які обумовлюють малу товщину беспузыристой кірки : низький вміст кисню в рідкій сталі біля кристалів(ре­зультат підвищеної концентрації марганцю або перераскисленности металу), швидке розливання  та ін.

 Таким чином, для отримання якісного зливка киплячої сталі (з достатньою товщиною безпухиркової кірки, без зростання або усадки) необхідно у кожному конкретному випадку забезпечити опти­мальное поєднання технологічних чинників, що визначають інтенсивність лікваційного накопичення і масопереносу (вміст кисню і марганцю в металі, швидкості і температури  розливання).

Сифонове розливання, що характеризується відносно низ­кими швидкостями підйому металу у виливницях, дозволяє порівняно легко отримувати зливки з досить товстою біс­пузиристою кіркою і малою рослістю. При цьому має бути забезпечений оптимальний зміст марган­ца в сталі.

Як вже відзначалося, вміст марганцю в металі обумовлює концентрацію кисню в шарі, прилеглому до кристал­ів.Щоб отримати значення тиску виділення окислу вуглецю, що забезпечує оптимальну товщину беспузыристой кірки при збільшенні концентрації вуглецю в металі, необ­ходимо зменшити вміст кисню біля фронту кристал­лизации, тобто підвищити концентрацію марганцю.

З Госту 380-71 витікає, що при збільшенні вмісту вуглецю підвищення концентрації марганцю в киплячій сталі  має бути таким:

Марка стали                [%C]                                              [%Mn]

кп                                       0,06-0,12                                         0,25-0,50

кп                                       0,09-0,15                                         0,25-0,50

кп                                      0,14-0,22                                        0,30-0,60

кп                                      0,18-0,27                                        0,40-0,70

Останнім часом широко поширюється швидкісне розливання киплячої сталі згори. В цьому випадку якісний зливок може бути отриманий в результаті збільшення швидкості надходження кисню до фронту кристалізації і газовиділення шляхом присадки у виливницю під час її наповнення окисників - інтенсифікаторів  кипіння.

На заводі ім. Ілліча для інтенсифікації кипіння у виливниці досаджують порошкоподібну суміш складу : 70% окалини, 20 - плавикового шпату і 10% води. Добавка плавикового шпату і соди сприяє посиленню барботажу, що забезпечує прискорення транспортування кисню в зоні кристалізації. Присадку суміші починають після повного відкриття стопора і закінчують, коли рівень металу не доходить до повної висоти на 200-300 мм Витрата суміші складає 500-600 г/тонни для сталі 2кп і 600-800 г/тонни для сталі Зкп. При­менение окислювальної суміші цього складу дозволило відливати зливки вагою 16-19 тонни з 480-тонного ковша через склянку диа­метром 80 мм, що забезпечило швидкість розливання близько 2 м/мін і отримання щільної беспузыристой  кірки достатньої товщини(10-12мм).

На Магнітогорському металургійному комбінаті для интен­сификации кипіння застосовують брикети із зв'язкою з сульфід­ного щелока. При розливанні киплячої сталі з підвищеним з­триманням вуглецю використовують брикети, що складаються з 80% окалини і 20% фтористого натрію(0,5 кг/т). Низкоуглероди­стую сталь розливають, застосовуючи брикети, що складаються з 30% окалини і 70% фтористого натрію(0,25-0,30 кг/т). Брикети розкладають на бортах виливниці і через 5-7 з після початку розливання скидають в метал.

При переході на швидкісне розливання киплячої сталі необ­ходимо не лише вживати заходи по забезпеченню достатньої товщини беспузырисгой кірки, але і створювати умови, преду­преждающие утворення гарячих тріщин. Це може бути до­стигнуто в результаті застосування виливниць з внутрішньою віл­нистой поверхнею.

Інтенсифікації кипіння стали у виливниці сприяє також обдування киснем струменя металу, що поступає в виливницю. Цей метод зручно застосовувати у тому випадку, коли із-за умов виплавки і розкислювання, що склалися, сталь в'яло кипить у виливницях. Його, зокрема, використали при розливанні низьковуглецевої киплячої сталі, що виплавляється в 130-тонних кисневих конвертерах. Кисень подавали до струменя металу через 15-міліметрову трубку з дифузором насадком з листового заліза(для більшого контакту із струменем металу), що має діаметр на виході 50 мм Трубку встановлювали на відстані 100-150 мм від струменя металу. Тиск кисню і метод його підведення підбирали так, щоб не нару­шалась організація струменя металу. Витрата кисню складала 0,2-0,3 м3/тонну сталі.

Коливання технологічних умов іноді призводять до того, що концентрація кисню в металі до моменту розливання пре­вышает необхідну для отримання якісної структури зливка. Це, у свою чергу, викликає збільшення швидкості по­ступления кисню до фронту кристалізації, спінювання ме­талла і подальшу усадку зливка. Для пониження концен­трации кисню в ківш додають алюміній: чим нижче з­тримання вуглецю і марганцю в металі, тим більшою має бути присадка алюмінію. Норми присадок алюмінію за­висять від вмісту вуглецю і марганцю в металі у кінці продування.

Структура зливка киплячої сталі відрізняється значною фізичною і хімічною неоднорідністю. Фізична  - це  структурна, кристалічна неоднорідність.

Процес формування хімічної неоднорідності, яка обумовлена ліквацією елементів .

Питання викладача: Що таке ліквація?

Відповідь студента: Ліквацією називають скупченість  шкідливих або надмірних домішок в конкретній частині зливка.

Питання викладача: До яких негативних наслідків може привести ліквація домішок в сталі?

Відповідь студента: Ліквація домішок у зливку може негативно впливати на механічні властивості готового прокату, наприклад ліквація сірки викликає розшарування металу; ліквація кремнію може викликати тріщини металу.

 В зливку киплячої сталі ліквацію можна представити таким чином. При взаємодії  рідкої сталі з холодними стінками виливниці швидкість кристалізації настільки велика, що процес ліквації не успе­вает розвинутися. Тонкий шар зовнішньої здорової кірочки має по усій висоті зливка фіксований склад. У міру зростання товщини кірочки, що супроводжується активним кипінням, частина вуглецю і кисню витрачається на освіту З, а частина разом з сіркою і фосфором виноситься газами в рідку фазу. У ре­зультате велика частина здорової кірочки кристалізується з чистішого металу і має негативну ліквацію. По тих же при­чинам негативна ліквація спостерігається в зоні стільникових пухирів і в нижніх горизонтах зливка.

В період кристалізації проміжного прошарку металу між стільниковими і вторинними пухирями, коли газоутворення, а отже, і перемішування стали різко ослаблені, проис­ходить скупчення ликватов в рідкому металі, що примикає до фронту зростаючих кристалів. Розвитку лікваційних процесів в цей час сприяє уповільнений тепловідвід через зону стільникових пухирів, тому навколо вторинних пухирів, що утворилися, збирається забруднений домішками метал. Окремі пухирі спливають, захоплюючи з собою домішки. Іноді на сірчаному відбитку можна замові­тить скупчення ликватов у вигляді окремих смуг або штрихів, про­тих, що ходять від низу до верху з деяким нахилом до осі зливка. За зоною вторинних пухирів зміст ликватов рівномірно зростає у напрямку до осьової частини зливка. Окремі скупчення наблю­даються навколо пухирів або  газових порожнин, особливо у верхній частині зливка.

На розвиток неоднорідності в зливку киплячої сталі впливають маса і форма зливка, хімічний склад стали, швидкість і темпі­ратура розливання, тривалість і характер кипіння металу у виливниці, швидкість кристалізації, струшування і вібрація зливків.

Так само як і для спокійної сталі, збільшення маси зливка сприяє розвитку лікваційних процесів. Зі збільшенням висоти зливка міра неоднорідності зменшується, оскільки в цьому випадку ускладнено кипіння стали, а швидкість кристалізації підвищується.

При розливанні стали з підвищеною температурою збільшується тривалість кристалізації зливка, внаслідок чого посилюється ліквація домішок.

Найбільший вплив на розвиток неоднорідності зливка оказы­вает інтенсивне і тривале кипіння стали в виливниці, тому усі чинники, що ускладнюють кипіння, зменшують ліквацію. Цьому сприяють підвищення швидкості розливання і зниження окисленности стали, але і те і інше призводить до зменшення товщини здорової кірочки.

Отже, для отримання якісного зливка необхідно передусім забезпечити оптимальну розкисленість сталі у поєднанні із заданою швидкістю розливання і енергійним кипінням в початковий період твердіння зливка.

 

Методи боротьби з хімічною неоднорідністю злитка киплячої сталі.

Існують наступні методи боротьби з ліквацією:

1 Підвищення швидкості наповнення ( до 0,3-0,4 м/мін при сифоновому способі і до 2-5 м/мін при розливанні стали згори);

2 Скорочення тривалості періоду кипіння металу у виливниці шляхом збільшення швидкості розливання, застосування виливниць з невеликим отвором вгорі, накриття зливків чавунними кришками та ін.

Викладач пропонує докладніше доповісти про методи боротьби з хімічною неоднорідністю зливка киплячої сталі  студентам, які отримали випереджувальне завдання.

Приклад докладу на тему «Методи боротьби з хімічною неоднорідністю зливка киплячої сталі» представлений у додатку Г. 

 

 

6   Закріплення знань студентів :

-Вирішення проблемної задачі:

Викладач за допомогою таблиці додатку В пропонує  згадати фактори, що впливають на якість злитка киплячої сталі і спробівати знайти рішення для усунення негативних наслядків. Гра «Експертна оцінка» (Додаток В).

- Викладач пропонує студентам самостійно зробити висновки про доцільність виробництва киплячої сталі; проаналізувати інформацію про методи отримання якісного конкурентоспроможного металу.

•   Тестування студентів з нового матеріалу.

     Викладач пропонує кожному студенту відповісти на декілька тестових завдань по новому матеріалу; зробити взаємоперевірку завдань і самостійно оцінити їх.

Узагальнення викладача: На цьому занятті ми з вами вивчили будову злитка киплячої сталі, дізналися умови його формування і кристалізації, визначили фактори, що впливають на якість злитка. На наступному уроці ми розглянемо умови кристалізації беззупинного злитку, вимоги, що висуваються до металу; вивчемо технологію розливу сталі на МБРЗ.

7   Підсумок заняття: Оцінювання знань студентів на занятті. Аргументація оцінок. Зауваження щодо засвоєння теми студентами.

8   Домашнє завдання: Опрацювати надані матеріали лекції .Закріплення теми по підручнику [1] с.390-393.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Додаток Г

Приклад докладу на тему:

«Методи боротьби з хімічною неоднорідністю зливка киплячої сталі»

З метою попередження небажаного явища ліквації проводиться механічне і хімічне закупорювання зливків киплячої сталі, тобто зна­чне підвищення зовнішнього тиску і розкислювання рідкої частини незатверділого зливка. Це дає можливість після вікон­чания наповнення виливниць і отримання щільної беспузыристой кірки нормальної товщини(15-20 мм) припинити викликаю­щее ліквацію кипіння металу і його перемішування.

Закупорені зливки мають подвійну кристалічну струк­туру: зовнішню щільну кірку, властиву нормальній киплячій сталі, і серцевину, типову для перераскисленої киплячої сталі або навіть для спокійного металу. Нині більше поширення отримує хімічне закупорювання як найдешевше і надійне.

Кипіння рідкої сталі у виливниці інтенсифікує масоперенос в металі, а також перенесення ликватов рідиною, що приводиться  в циркуляційний рух газами, які виділяються.Це сприяє розвитку хімічної неоднорідності зливка. При цьому його головна частина і осьова зона у верхній третині по висоті збагачуються сильно лікуючими  домішками (вуглецем, сіркою, фосфором).

Неоднорідність зливка отримує тим більший розвиток, ніж триваліший період кипіння стали у виливниці після закінчення її наповнення. Тривалість періоду кипіння збільшується із зростанням маси зливка, тому хімічна неоднорідність ме­талла особливо помітно проявляється у великих зливках. Для зменшення розвитку неоднорідності зливка його закупорюють хімічним або механічним способом, т. е. припиняють кипіння після закінчення наповнення виливниць сталлю.

Хімічне закупорювання здійснюють присадками (після закінчення наповнення виливниць) алюмінію або феросиліцію з подальшим перемішуванням рідкого металу. Введення в метал активних розкислювачів сприяє припиненню кипіння і прискоренню освіти у верхній частині зовнішньої твердої кірки. Алюміній вводять роздробленим або в рідкому вигляді, а феросиліцій - шматками розміром 10-20 мм в попереч­ніку. Більше поширення отримало закупорювання алю­минием. При сифоновому розливанні його зазвичай вводять в центрову перед закінченням наповнення виливниць.

На ВАТ МК "Азовсталь" при отриманні стали 10 КП, що розливається у виливниці типу К13, питома витрата гранульованого алюмінію для закупорювання встановлюється в залежно­сти від ваги зливка і вмісту вуглецю і марганцю в сталі і коливається від 50 до 200 г/т.

На Криворізькому металургійному заводі для закупорива­ния низьковуглецевої киплячої сталі застосовують розплав алю­миния з 75%-ным феросиліцієм(у співвідношенні 4: 1), витрата розплаву складає 400-500 г/т.

При механічному закупорюванні зливки накривають  кришками, метал під ними швидко охолоджується і застигає, внаслідок чого припиняється газовиділення.

Застосування такої технології ускладнюється   (особливо при відливанні великих зливків у виливниці, розширені донизу)  необхідністю використання важких кришок і  спеціальними механічних пристроїв для їх укладання, а також тим, що кришки можна укладати тільки через 3-20 мін після наповнення виливниць. Останнє обумовлює розвиток хімічної неоднорідності зливка. Якщо ж зливки накривати раніше встановленого часу, то можливі наступні небажані явища: спучення металу, його прориви, приварювання дахом до зливка.

Механічне закупорювання зручніше і ефективніше здійснювати в пляшкових виливницях, які при розливанні згори закривають кришками відразу ж після наповнення. При сифоновому розливанні виливниці(за винятком одного на кожному піддоні, по якій ведеться спостереження за наповненням) можна накривати кришками і до початку наповнення.

Зростання зливка, що відбувається внаслідок утворення пухирів і менш інтенсивного газовиділення(в порівнянні з газовиділенням при звичайному розливанні), в пляшковій виливниці призводить до того, що незабаром після наповнення дзеркало металу зіткнеться з кришкою. Охолоджувальна дія масивних заплечиків виливниці і кришки обумовлює швидке твердіння верху зливка, а форма верху виливниці обмежує вступ в метал кисню з атмосфери, що послабляє  кипіння і газовиділення в процесі розливання в пляшкові виливниці(особливо після її закінчення).

Зливки, отримані механічним   закупорюванням, із-за раннього припинення кипіння однорідніші, ніж зливки звичайної киплячої сталі, вони відрізняються слабким розвитком вад. Механічно закупорена тверда сталь містить менше неметалевих (особливо алюмінатів і силікатів) включень, ніж хімічно закупорена.

Незважаючи на технологічні переваги, закупорювання киплячої сталі в пляшкових виливницях не знайшло широкого застосування на вітчизняних заводах, оскільки при використанні цього способу розливання виникають труднощі, викликані потрібне­стью строгого центрувань струменя, складністю чищення і мастила виливниць та ін.