При атмосферном давлении в среде аргона
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РАЗЛИВКИ
КРУПНЫХ КУЗНЕЧНЫХ СЛИТКОВ ВЫСОКОПРОЧНОЙ
СУДОСТРОИТЕЛЬНОЙ СТАЛИ
Студент Мизгирев О.И.
(Липецкий государственный технический университет, г. Липецк)
Аннотация
Статья посвящена проблеме совершенствования технологии разливки крупных кузнечных слитков из высокопрочной судостроительной стали. Цель данной работы — разработка и освоение технологий разливки таких слитков сверху при атмосферном давлении в среде аргона и сифонным способом под шлакообразующими смесями с защитой струи металла от вторичного окисления аргоном. Применение этих технологий позволяет значительно снизить загрязненность стали неметаллическими включениями, сократить вторичное окисление металла, исключить образование строчечных оксидных включений и повысить уровень пластичности проката в Z-направлении.
Ключевые слова:слиток, высокопрочная судостроительная сталь, толстый лист, неметаллические включения, аргон, вакуум, сифонный способ разливки, пластичность проката, вторичное окисление.
При производстве толстых листов судостроительной стали из кузнечных слитков, отливаемых в вакууме, главным свойством, определяющим выход годного, является пластичность стали в Z-направлении (сопротивляемость слоистым разрывам) [1, 2], которая в значительной степени зависит от состава, морфологии и характера распределения неметаллических включений, образующихся в процессе раскисления стали [2, 3].
Совершенствование технологии внепечной обработки электростали путем отсечки печного шлака при переливе металла из ковша в ковш, снижения в 1,5–2 раза расхода кускового алюминия, вводимого в ковш, без уменьшения его содержания в металле, и оптимизации содержания в стали алюминия и кальция, прецизионно вводимых порошковой проволокой, позволило управлять составом, количеством и формой неметаллических включений. Образующиеся включения состоят в основном из алюминатов кальция округлой формы с высокой долей эквимольных алюминатов кальция, легко коалесцирующих и удаляющихся из жидкой стали. Образование бедных по содержанию кальция гекса- и биалюминатов кальция, трудноудаляемых из жидкой стали, сведено к минимуму [4].
Производство толстолистового проката по схеме: кузнечный слиток — кованый сляб — прокат с использованием разработанной технологии внепечного рафинирования, вакуумирования и модифицирования показало увеличение пластичности стали в Z-направлении за счет значительного повышения чистоты стали [1, 3].
Минимизация количества продуктов раскисления, оптимизация их формы и состава при внепечной обработке стали являются необходимыми, но недостаточными условиями получения качественного слитка. Для дальнейшего повышения чистоты стали по неметаллическим включениям необходимо совершенствовать технологию ее разливки, при которой взаимодействие легкоокисляющихся элементов стали с кислородом воздуха должно быть сведено к минимуму за счет подавления процессов
вторичного окисления.
Цель данной работы — разработка и освоение технологии разливки крупных кузнечных слитков из высокопрочных судостроительных сталей сверху при атмосферном давлении в среде аргона и сифоном под шлакообразующими смесями с защитой струи металла от вторичного окисления аргоном.
Разливка кузнечных слитков массой более 20 т сверху
при атмосферном давлении в среде аргона
В течение ряда лет при производстве толстолистового проката из высокопрочных судостроительных сталей отливку крупных кузнечных слитков выполняли по традиционной технологии с использованием вакуумной камеры.
Наряду с известными достоинствами эта технология имеет и ряд недостатков: низкую скорость разливки, необходимую для поддержания рабочего объема металла в промежуточном ковше, и значительное насыщение металла кислородом и водородом при переливе стали из сталеразливочного ковша в промежуточный. В результате не всегда обеспечивалось необходимое качество готового металла: пластические свойства проката в Z-направлении, оцениваемые показателем относительного сужения (z), снижались с 40–50 до 25 % и менее, выходя за рамки технических требований.
Совершенствование технологии внепечной обработки судостроительной стали и использование аргона для защиты металла от вторичного окисления при разливке позволило приступить к освоению разливки крупных кузнечных слитков сверху при атмосферном давлении в среде аргона.
Гарантией отсутствия флокенов в готовой продукции служили качественная вакуумная обработка металла в ковше с обеспечением содержания водорода менее 2 ppm (×10–4 %) и обязательное применение противофлокенной обработки слитков, брам и
листов.
В данной работе для защиты металла от окисления при отливке опытных кузнечных слитков сверху при атмосферном давлении в среде аргона на прибыльную надставку плотно без зазоров укладывали толстый стальной лист с отверстием посередине. На него
устанавливали керамический конус с отверстием, при этом центры отверстий в листе, конусе и центр кюмпеля располагались на одной вертикальной оси.
Разливку металла производили в изложницы, крашенные каменноугольной смолой, через стаканколлектор шиберного затвора диаметром 60 мм.
Перед началом отливки слитка изложницу заполняли аргоном через металлическую трубку. В процессе разливки металла выдерживали минимальное расстояние между шиберным затвором и керамическим конусом. Открытую поверхность струи металла защищали аргоном с помощью специального устройства, закрепленного на подвижной части шиберного затвора.
Утепление прибыли производили вермикулитом на затвердевшую корочку металла.
Для сравнения кузнечные слитки разливали в вакууме по обычной технологии с использованием промежуточного стопорного ковша со стаканом диаметром 40 мм.
Прокат высокопрочной судостроительной стали, полученный из кузнечных слитков, отлитых в вакууме, характеризовался низкой пластичностью в Z-направлении. При этом неудовлетворительные результаты по пластичности в направлении толщины листа наблюдались только в нижней половине проката, соответствующей донной части слитка.
Верхняя часть листов имела пластичность, соответствующую техническим требованиям (табл. 1).
Таблица 1.
Z-свойства толстых листов высокопрочной судостроительной стали, прокатанных из слитков массой более 20 т,