Кислая и основная сталь
Обновлено: 16.05.2024
При кислой электроплавке различают периоды: завалка, расплавление, окисление, раскисление.
Шихтовка
В состав шихты должно входить такое количество примесей, которое позволяло бы нагреть металл до необходимой температуры и получить доброкачественный сплав наиболее экономичным путем. Хотя почти все примеси в шихте к концу плавки в той или другой степени выгорают, однако без них успешное расплавление плавки невозможно.
Причиной этому служит тугоплавкость железа. Достигнуть расплавления шихты, состоящей из одного железа, чрезвычайно трудно. Легирующие примеси сообщают легкоплавкость шихты. Шихтовка кислой электропечи сводится к определению содержания примесей (углерод 0,30-0,50; марганец 0,4-0,6). Недостающее количество кремния и марганца в завалке могут быть получены подшихтовкой ломом кремнемарганцевых сталей (рессоры,
сталь Г13, бандажи, трансформаторная сталь).
Поскольку металлический лом состоит преимущественно из стали, выплавленной в основной мартеновской печи, то содержание в нем вредных примесей — серы I фосфора, как правило, незначительное. При значительном расходе в шихте отходов собственного производства, необходимо учитывать постепенное повышение в них фосфора в каждой плоде примерно на 0,005 %. Поэтому отходы в составе шихты не должны превышать 50 %.
Углерод в кислой электропечи во время расплавления выгорает незначительно, поэтому для получения высокоуглеродистых сталей — инструментальных, Металл легко науглеродить растворением отходов электродов. Важнейшим условием для успешного проведения плавки кислым процессом является правильная организация шихтового двора.
Завалка
При завалке необходимо рациональная укладка шихты. Громоздкая шихта плавится неспокойно, с частыми разрывами электрической дуги, вызывающей резкий шум и треск. Это объясняется теми зазорами в завалке, которые остаются между кусками разномерной шихты. Поэтому завалку необходимо производить так, чтобы пустоты в ней имели возможно малый размер. Этим достигается ускоренное расплавление.
Величина кусков металлического лома является вторым важным условием, определяющим операцию завалки. В тех случаях, когда на заводах не имеется однородного отборного лома, необходимо придерживаться определенного порядка в размещении кусков разной величины: под электродами размещать наиболее крупные куски, ближе к кожуху размещать мелкую шихту. Если часть завалки состоит из литников, не очищенных от земли, их размещают сверху или около откосов — флюсующие материалы, а также руду дают по мере расплавления шихты.
Расплавление
Период расплавления является начальной стадией плавки стали. Этот период в кислой печи самый продолжительный. Для того, чтобы провести быстрое расплавление, необходимо следующее: правильная шихтовка, плотная укладка шихты, работа на большой мощности печи, предотвращение утечки тепла. Плавление шихты легированной кремнием и марганцем сопровождается горячим ходом. Через 35—45 мин. стенки печи накаляются добела. Это объясняется тем, что при плавлении кремнистой и марганцевой шихты большое развитие получают экзотермические реакции.
Атмосфера плавильной печи слабоокисленная. В печи во время работы имеет место положительное давление, что препятствует засосу воздуха. Во время расплавления шихты плавильное пространство заполняется газом от горения шихты.
Окисляемость атмосферы печи резко возрастает в момент вынужденных остановок печи в период расплавления, образуется большое количество железистого шлака, так что без его удаления ведение плавки становится невозможным.
Иногда в ходе плавления шихты электрическая дуга неожиданно гаснет, это говорит о том, что между электродами в шихте имеется наличие пустот или попадание сводового кирпича под электрод.
В период расплавления происходит частичное окисление шихтовых материалов. Наиболее окисляются кремний, марганец и железо.
Как только на подине образуется скопление жидкого металла, необходимо загрузить в печь несколько лопат песка. По мере увеличения жидкого металла, песок необходимо присаживать все в большем количестве. Сгущенные шлаки хорошо проводят тепло и под ними металл нагревается быстрее. Схема передачи кислорода в жидкой ванне представлена на рис. 2.1.
При заброске песка печь сильно начинает выделять газы, цвет которых меняется с бурого на черный. Образование газов наблюдается при расплавлении кремнезема. Газ понижает концентрацию кислорода в печи, служащего причиной окисления электродов.
Окисление
В этот период в металлической ванне производится удаление из металла углерода и окисление кремния, марганца и хрома. Окисление этих элементов не входит в задачи плавки. В виду отсутствия операции дефосфации и десульфации окисление в кислой печи занимает меньше времени. В кислой печи период окисления необходим главным образом для кипения ванны — очищение металла от газовых и неметаллических включений. Окисление в кислой печи сводятся к выжиганию углерода, поскольку другие примеси: кремний, марганец и хром присутствуют в небольших количествах. В период окисления выгорание углерода идет за счет кислорода закиси железа, растворенной в металле с образованием углерода, поднимающегося в виде пузырьков газа на поверхность ванны металла, создавая при этом эффект, похожий на кипение. Закись железа образуется в шлаке за счет окисления металла в период расплавления и за счет добавки руды.
В большинстве случаев, для обычных отливок кислую электроплавку можно вести, не применяя руды.
При высокой температуре выгорание углерода до заданного предела обеспечивается. При спокойном кипении ванны без присадки руды скорость выгорания углерода равна 0,25—0,30 % в час. При большей скорости выгорания качество стали ухудшается.
К моменту полного расплавления кремний, как правило, выгорает полностью за счет кислорода закиси железа.
Закись марганца образуется в результате его окисления, соединяясь в шлаке с кремнеземом. Сравнительно небольшое количество марганца в ванне способствует успешному ходу кислой плавки. Повышенное содержание марганца препятствует кипению ванны.
Фосфор и сера в кислой плавке не может быть удалена из металла.
Раскисление
Раскисление плавки означает возможно полное удаление кислорода из стали, имеется ввиду очищение металлической ванны от закиси железа. Раскисление производится путем перевода кислорода из закиси железа в малорастворимые окислы.
В качестве раскислителей применяются ферромарганец, ферросилиций и алюминий. Кислые кремнеземистые шлаки способствуют раскислению. Для того, чтобы связать все количество закиси, необходимо иметь в шлаке 45 % кремнезема. Для повышения кислотности шлака в печь вводится песок. В результате совокупною воздействия шлака и раскислителей достигается высшая степень раскисленности металла. Расход раскислителей в кислой
электропечи в 1,5—2 раза меньше, чем в основной.
Дегазация
В процессе плавки жидкий металл насыщается газами. Из всех газов в наибольших количествах находится кислород к азот. Для повышения качества стали рекомендуется ограничить восстановление кремния до 0,12-0,15 %. Известно, что сталь, полученная восстановлением кремния до нормального его содержания 0,30—0,40 % при кислых шлаках не имеет газовых пузырей.
Растворимые в стали газы можно связать алюминием. Соединения алюминия с газами трудно всплывают и ухудшают механические свойства.
Практическая технология кислой электроплавки
Емкость печи — 3 тонны.
Заданный химический анализ стали, %:
С = 0,35—0,50 P не более 0,055
Mn = 0,50—1,00 S не более 0,040
Si = 0,20—0,60
Завалка, кг: легированный лом — 2400; железный лом — 1100; отходы литья — 900.
10,45: печь включена
11.05: руды 4 лопаты
11.50: сталкивание с откосов
12.40: расплавление
12.45: С = 0,45 %, Mn = 0,33 %, Si = 0,18 %, Р не белее 0,04 %
12.47: руды 3 лопаты
13.10: умеренное кипение
13.12: С = 0,44 %, Mn = 0,28 %, Si = следы
13.35: Fe-Mn 50 кг
13.50: С = 0,40 %, Mn = 0,95 %
14.10: выпуск
Окончательный химический анализ в %:
С = 0,39; Mn = 0,32; 31 = 0,29; P = 0,047; S = 0,30
Из второго ковша С = 0,36; Mn = 0,70; = 0,36
Из третьего ковша С = 0,36; Mn = 0,64; = 0,48
Расход электроэнергии — 810 кВт.
Выплавка углеродистых сталей высокого качества требует тщательной разработки технологии плавки каждой марки, а плавка легированных сталей представляет трудную задачу.
Для выплавки высоколегированных сталей используется электропечь с основной футеровкой.
Основные реакции окислительного периода в печи с кислой футеровкой
1. Окисление железа происходит кислородом воздуха
2Fe + O2= 2FeO
Fe + Fe2O3 = 3FeО,
Железо составляет главную часть шихты (97—98 %), поэтому оно и преимущественно окисляется. Образовавшаяся закись железа в основном растворяется в металле.
2. Окисление кремния SiO2 + 2FeO + 2Fe; окись кремния нерастворима в стали и она выделяется в шлак и остается в стали в виде неметаллических включений.
3. Окисление марганца Mn + FeO = MnO + Fe; закись марганца плохо растворяется в стали и выделяется в шлак. Окись кремния соединяется с закисью железа и марганца, образуя шлак:
FeO + SiO2 = FeSiO3; MnO + SiO2 = MnSiO2
4. Окисление углерода С + FeO = СО + Fe ; для осуществления реакции нужна высокая температура. Образующаяся при реакции окись углерода является газом, практически нерастворимым в стали. Выделяющиеся из ванны пузырьки окиси углерода заставляют ванну кипеть (рис. 2.2).
Кипение ванны имеет важное значение, так как во время кипения ванны:
- удаляются в атмосферу печи растворенные в стали газы: водород и азот;
- выделяются в шлак неметаллические частицы — продукты окисления;
- благодаря перемешиванию ванны выравнивается состав и температура.
Основные реакции восстановительного периода
FeO + Mn = MnO + Fe
2FeO + Si = SiO2 + 2Fe
3FeO + 2Al = Al2O3 + 3Fe.
Содержание закиси железа в стали после окислительного периода будет тем выше, чем ниже содержание углерода. При всех этих реакциях происходит выделение тепла.
После проведения окислительного периода в стали содержится 0,3-0,4 % закиси железа, а в готовой стали ее должно находится не более 0,07—0,08 %. Для того, чтобы в стали осталось закиси железа не более 0,08 % при температуре 1550 °С достаточно иметь в ней марганца 0,3 %, а кремния 0,05 %. При температуре 1650 °С необходимо иметь в стали марганца 0,6 %, а кремния 0,35 %.
Иначе ведут себя сильные раскислители: титан, цирконий, алюминий. Для того, чтобы в стали осталось не более 0,08 % закиси железа при температуре 1600—1650 °С достаточно иметь в стали несколько сотых долей этих элементов. Поэтому их вводят в сплав 0,1-0,2 %. Алюминий вводится в разливочный ковш перед заливкой форм.
Для сокращения времени плавки иногда в окислительный период жидкий сплав продувают кислородом. Процесс кратко временный и может производится исключительно осторожно опытным плавильщиком, не расплавляя футеровку печи.
2Fe + O2 = 2Fe
2C + O2 = 2CO.
Особенности технологий выплавки стали
1. СВОЙСТВА КИСЛОЙ И ОСНОВНОЙ МАРТЕНОВСКОЙ СТАЛИ В современном энергомашиностроении для изготовления деталей, работающих под высокой нагрузкой (роторные валы турбин и генераторов) используют кислые стали, выплавляемые дуплекс-процессом в основной и .
лами железа. В кислой стали свободных окислов железа очень мало, глинозем остается в чистом виде и понижает пластичность этой стали. Установлено, что включения глинозема в основной стали крупных слитков и поковок располагаются неравномерно — .
по-видимому, высокую жидкотекучесть такой стали следует считать следствием общей чистоты ее от неметаллических включений. Это, однако, не всегда подтверждается данными анализов. Неметаллические включения в кислой стали, выплавленной активным .
вом содержании углерода, поэтому кислая сталь больше насыщается окислами кремния, что и предопределяет ее свойства. По мнению многих исследователей, пластические свойства стали изменяются не только в зависимости от наличия отдельных элементов в .
Работы подтверждают предположение о присутствии окиси кремния в жидком металле в виде газообразной молекулы. С. М. Баранов установил, что при изменении степени насыщения жидкой стали высококремйистыми силикатами можно в широких пределах изменять .
Возгоняемая на поверхности частицы извести окись кремния образует с окисью кальция прочные силикаты, уменьшая тем самым эффект процесса. В основном металле, который выплавляется в печах с основной футеровкой, окись кремния почти не образуется и .
образовывать крупные частицы, поднимающиеся с большой скоростью на поверхность жидкого металла. Следовательно, можно ожидать, что при последующем введении в металлическую ванну кремнистых раскислителей образовавшиеся жидкие силикатные частицы будут .
Выбор метода предварительного раскисления определяется тем, что предварительное раскисление стали алюминием с последующим раскислением ферросилицием, ферромарганцем или силикомарган-цем предопределяет наилучшие условия для формирования, коагуляции и .
ганца неметаллические включения еще более укрупняются. При этом общее количество включений уменьшается. В результате к концу плавки довольно много глобулярных включений успевает удалиться. Отсутствие в жидком металле достаточного количества .
зема препятствовало их быстрому насыщению закисью железа, а следовательно, и быстрому всплыванию из металла. Значительное повышение концентрации во включениях закиси железа наблюдалось в металле лишь непосредственно перед выпуском, что .
Изменение по ходу плавки общего количества неметаллических включений также показывает, что их содержание существенным образом уменьшается лишь после того, как в качестве продуктов раскисления образуются глобулярные легковсплывающие включения .
ными плавками варианта Б, где ферроалюминий не применялся. В среднем содержание глинозема в кислых и основных шлаках как перед предварительным раскислением, так и перед выпуском колеблется в пределах от 2,3 до 4%. Однако содержание глинозема в .
путь создания такого режима раскисления, который позволил бы получить включения глобулярной формы. Интересно рассмотреть кинетику формирования включений при раскислении стали по варианту В. Введение алюминия в металл, раскисленный кремнием и .
Из приведенных данных видно, что по ходу раскисления содержание включений снижается и лишь к началу разливки начинает возрастать и достигает величины, в два раза превышающей количество включений перед раскислением. Это объясняется значительным .
чаются силикаты прозрачные и овальной формы, в которых обнаруживается низкое количество окислов железа и окиси марганца. Одновременно с этим встречаются темные глобулярные и овальной формы включения, состоящие из алюмосиликатов железа и марганца. В .
прочности кислой стали на продольных образцах на 176 н/м2 (18 кГ/мм2) ниже, чем основной. Необходимо отметить, что однородность свойств кислой стали при укове 5 очень высока и составляет 90—98%. Однородность свойств основной стали .
материалов, легкоиспаряющихся и возгоняющихся на границе растущих кристаллов, а также обогащением металлического расплава включениями различной природы, находящихся в высокодисперсном (коллоидном) состоянии. 2. ПРОИЗВОДСТВО УГЛЕРОДИСТЫХ И .
Для этой цели используются печи, в которых после ремонта было выплавлено не менее 10 плавок, т. е. печи с ошлакованной подиной. Это предотвращает загрязнение стали частицами футеровки. Присаживаемые по ходу плавки материалы должны быть .
в этом интервале должна быть не менее 0,1 % в час. К концу кипения происходит восстановление марганца. В начале свободного кипения шлак должен иметь основность 2,5—3,5, а в конце этого периода 2,8—4,0. Перед раскислением суммарное содержание закиси .
Марганец для легирования вводится после предварительного раскисления отдельными порциями в прокаленном до красного цвета состоянии. Выдержка металла после присадки марганца должна быть не менее 10 мин. Кремний для легирования присаживают в виде .
воздуха. Воздух давлением 4,4 Мн/м2 (4,5 am) вводится в металл через одну футерованную трубу после начала расплавления шихты (через 1 ч 20 мин). Продувка накопившегося металла приводит к значительному подъему температуры и тем самым ускоряет процесс .
честве материала для десульфурации использовали известь и известняк Пикалевского месторождения. В табл. приведены варианты технологии десульфурации. В 25-т печи металл продували через одну трубку диаметром 24 мм в течение 4—9 мин на глубине .
Проведенное исследование позволяет сделать некоторые обобщения, необходимые для разработки технологии десульфурации стали при ее выплавке в мартеновской печи с продувкой порошкообразной известью. Одним из важных факторов, определяющих эффективность .
плавок вариантов 1, 2 и 4 (в варианте 5 во время продувки содержание серы не снижалось) составляло 0,022 против 0,029% для обычного процесса. Минимальная концентрация серы в этой серии плавок составляла 0,016—0,018%. При проведении варианта 3 .
углерода и тем самым устранить влияние возможного в период продувки ускорения окисления углерода. На отдельных плавках содержание углерода по расплавлении шихты было на 0,2—0,5% выше обычного. В табл. 60 сопоставлены результаты десульфурации .
В 25-m печах максимальная скорость удаления серы соответствует скорости вдувания 27—37 кг/мин. Минимальная скорость десульфурации достигается при скорости вдувания порошкообразной извести 20 и 40 кг/мин. Это говорит о том, что в первом случае .
чество удаленной серы было на 0,005% больше, чем в плавках обычного процесса. Для проверки эффективности применения известняка вместо извести были проведены плавки в 45-т печи. Для продувки использовали известняк Пикалевского месторождения. В табл. .
0,0333—0,0045% N2, 0,00015—0,00018% H2; после продувки: 0,0042% О2, 0,0027% N2 и 0,0002% Н2. Содержание неметаллических включений до продувки составляло 0,0083—0,0090%, а после продувки 0,0076%. В результате проведенной работы .
в нем серы падает до 0,08—0,014% при
При выплавке хромоникелевых сталей типов 40ХН, 40Х и 35ХНМ основное внимание уделяется тому, чтобы содержание в них водорода и кислорода было минимальным. В соответствии с данными Б. Н. Ладыженского и М. В. Каракулы, содержание водорода в стали .
В связи со сказанным необходимо влияние основности шлака на содержание в стали водорода рассматривать совместно с содержанием в стали марганца. Из приведенных в табл. 62 данных видно, что повышение содержания марганца с 0,3 до 0,5% приводит к .
На одном из заводов технология выплавки стали 40ХН в основной мартеновской печи была построена на основании высказанных выше положений. Содержание углеродом в жидком металле после расплавления превышало среднее содержание его в готовой стали на .
торой металл в печи был недостаточно раскислен кремнием, содержание которого в готовой стали было 0,18%. В этом случае раскисление происходило частично при остывании стали в ковше и в изложнице, где высокая вязкость металла и большой .
изменение формы включений и расположения их в металле. Форма включений определяется температурой их плавления, поверхностным натяжением на границе включение — жидкий металл и температурой металла. Было установлено, что при раскислении стали по .
Спуск шлака после расплавления необязателен, но должен производиться непременно, если содержание фосфора в металле после расплавления больше 0,06% и если в процессе плавки образуется грязный магнезиальный шлак. Кипение поддерживается заброской .
рассмотрено в разделе «Выплавка стали в основной электродуговой печи», так как подавляющее число исследований в этой области было проведено применительно к металлу электродуговой плавки. ВЫПЛАВКА СТАЛИ В КИСЛОЙ ДУГОВОЙ ПЕЧИ Основным .
В плавке с окислением металла железной рудой содержание углерода снизилось до 0,09%. При температуре 1700° С шлак скачали и провели раскисление. После этого в металл вдували карбид кальция (21 кг). На 2-т плавку было израсходовано 0,6 м3 аргона. .
(39 кг). В результате содержание серы было снижено с 0,030 до 0,014%, содержание углерода возросло с 0,41 до 0,68%, а азота с 0,0085 до 0,0150%. Температура металла снизилась до 1600° С. После скачивания карбидного шлака и наводки нового металл .
кообразным известняком, скачиванию шлака, наводке нового шлака, вторичному раскислению в печи 75%-ным ферромарганцем и 45%ным ферросилицием; выпуску в ковш и раскислению стали в нем алюминием (0,1%). Во всех плавках расход порошкообразного .
продувки. Необходимо отметить также, что в технологии выплавки следует предусмотреть раскисление стали с повышенным расходом алюминия (минимум 0,5%). На рис. внизу показано содержание газов в готовом металле (а) и механические свойства .
имеет повышенные свойства, как прочностные, так и пластические. Сталь, выплавленная по третьему варианту, обладает наилучшими механическими свойствами. Для оценки эффективности продувки кислой стали порошкообразным известняком необходимо установить .
Во всех случаях включения одинаковы и представлены оксидами-, сульфидами и силикатами в виде отдельных точек. Рассмотрение тех же шлифов при увеличении в 500 раз дало возможность установить, что размер включений в стали, выплавленной по обычной .
Полученный осадок неметаллических включений дает возможность проследить механизм их формирования в процессе продувки стали порошкообразным известняком. В стали, выплавленной обычным методом с раскислением ферромарганцем, ферросилицием и .
стали путем ее продувки порошкообразным известняком в струе сжатого воздуха. Степень десульфурации стали определяется содержанием в ней серы. При содержании в исходном металле 0,08% S и более снижение ее количества достигает 50%. Продувка уменьшает .
Опыт эксплуатации конвертера показал, что кислородный процесс дает возможность проводить первую плавку без предварительного подогрева реторты, из-за повышенного содержания кремния в чугуне. По этой технологии лом заваливали в конвертер, после чего .
дожигание окиси углерода в углекислоту достигало 50%, то во втором периоде оно составляло только 10—12%. Продутый металл предварительно раскисляют в конвертере чушковым чугуном. Процесс раскисления стали протекает довольно интенсивно, .
сравнительные продувки обычного и низкокремнистого чугунов (рис. 129) и установил, что «русский процесс» приводит к уменьшению продолжительности продувки на 50—60%; снижению расхода ферросилиция на повышение температуры стали в процессе .
вского шлака. В завалку давали до 30% стального лома. Длительность продувки колебалась в пределах от 16 до 22 мин. Этот процесс имеет следующие преимущества: низкие начальные затраты на оборудование и небольшие эксплуатационные расходы по .
Содержание в шлаке закиси железа поддерживается в пределах 5—7%. В раскисленный металл вводят феррохром, нагретый до красного каления. После присадки феррохрома металл выдерживают в течение 30 мин, чтобы карбиды хрома растворились. Металл выпускают .
доменный ферросилиций из такого расчета, чтобы в металл попало 0,4% Si, и корректирующую добавку ферромарганца. Через 8— 20 мин после присадки доменного ферросилиция металл выпускают. Целесообразно использовать жидкий сплав доменного ферросилиция с .
1. СВОЙСТВА КИСЛОЙ И ОСНОВНОЙ МАРТЕНОВСКОЙ СТАЛИ
В современном энергомашиностроении для изготовления деталей, работающих под высокой нагрузкой (роторные валы турбин и генераторов) используют кислые стали, выплавляемые дуплекс-процессом в основной и кислой мартеновских печах. Широкое распространение кислой стали в производстве крупных поковок объясняется не только высоким уровнем ее свойств, но и однородностью свойств как в продольном, так и в поперечном направлении деформации, а также стабильностью их от плавки к плавке.
В связи с этим представляет определенный интерес сравнение свойств кислой и основной стали, а также установление путей, которыми можно довести свойства основной стали до свойств кислой.
Различие в свойствах кислой и основной стали обусловлено спецификой выплавки на кислом и основном поду. Кислый процесс характеризуется низкой окислительной способностью шлака, низким содержанием растворенного в стали кислорода, что позволяет при кремневосстановительном процессе выпускать ее без раскисления. В основной стали перед выпуском содержится большое количество растворенного кислорода, в связи с чем раскисление для нее является необходимым этапом технологического процесса.
По силе своего воздействия на свойства основной стали конечное раскисление значительно превосходит прочие факторы технологии ее выплавки.
Основная сталь обычно требует для окончательного раскисления введения сильных раскислителей, например алюминия, который здесь мало влияет на деформируемость слитка. Применение же алюминия для окончательного раскисления кислой стали сильно ухудшает деформируемость слитков при ковке. Различие во влиянии алюминия на свойства кислой и основной стали, по-видимому, связано с возможностью ошлаковывания окислов алюминия и их удаления из металла. В основной стали образующиеся при раскислении окислы алюминия в известной степени могут ошлаковываться окис-
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Механические свойства кислой стали однороднее, чем основной стали той же марки. Пластические свойства кислой стали ( ударная вязкость, относительное сужение) обычно выше, чем аналогичные свойства основной стали. Анизотропия ( неодинаковость свойств по различным направлениям) механических свойств у кислой стали меньше, чем у основной. [5]
Отливки из кислой стали вследствие лучшей раскисленности и меньшего содержания газов в металле получаются более плотными и имеют более высокие механические свойства. Главным недостатком кислой стали является ее высокая стоимость - она обычно в полтора-два раза дороже основной, так как стоимость исходных материалов для кислой стали выше стоимости исходных материалов для основной стали. В отличие от основной, для получения кислой стали применяется высококачественный древесный или коксовый чугун с малым содержанием фосфора и серы по ГОСТ 4831 - 49 и 805 - 49; шихтовая болванка и стальные отходы должны быть определенного химического состава. [6]
В случае необходимости получения кислой стали при отсутствии чистой в отношении вредных примесей шихты применяется двойной процесс плавки. Известны следующие два метода. [7]
Низкое содержание неметаллических включений в кислой стали является следствием высокого качества шихты, самораскисления металла под воздействием кислой футеровки и углерода, растворенного в металле, малой кислородопроницаемости шлака. [8]
При втором варианте опытов из кислой стали 34ХН1М были откованы поковки диаметром 500 и 700 мм, длиной соответственно 1100 и 1200 мм. Эти поковки после окончания ковки и копежа были переохлаждены до 280 - 320, нагреты до 640 - 660 и после окончания изотермической выдержки ( в соответствии с табл. 30) были охлаждены на воздухе. [9]
Меньшее содержание растворенных газов и включений в кислой стали определяет более высокое качество ее по сравнению с основной мартеновской сталью. [10]
Ниже приводятся примеры наличия флокенов в поковках из кислой стали в зависимости от длительности изотермической выдержки производственных садок и соответствующие рассчитанные значения фактора времени ( фиг. Рассмотрим вначале никельсодержащие стали. [11]
Паровозные оси в США изготовляются из мартеновской углеродистой основной или кислой стали с обязательной нормализацией и последующим отпуском. [12]
Можно предполагать, что длительность изотермической выдержки после ковки поковок из флокеночувствительных марок кислой стали , например, из хромоникельмолибденовой, соответствующая фактору времени, равному в среднем 0 10, обеспечивает протекание процессов диффузии водорода в поковке в степени, достаточной для предотвращения появления флокенов. [13]
Кислый шлак хорошо предохраняет жидкий металл от поглощения азота и водорода, поэтому механические свойства кислой стали выше, чем основной, но она дороже ее в 1 5 - 2 0 раза и применяется только для ответственных изделий. [14]
Чистота по сере и фосфору, по неметаллическим оксидным включениям, хорошая раскисленность и дегазация определяют высокое качество кислой стали . Вместе с этим кислые печи имеют низкую производи-тельность, стоимость кислой стали значительно выше, чем основной. Производство кислой стали небольшое и его постепенно сокращают в связи с развитием других способов выплавки высококачественных сталей. [15]
Динасовые изделия являются типичными представителями кислых огнеупоров . Они изготовляются посредством обжига из кварцевых пород ( кварцита, песка, маршалита и пр. Огнеупорность динаса в зависимости от содержания кремнезема достигает 1730й и выше. Динасовые изделия сохраняют высокую механическую прочность и термостойкость при высоких температурах, однако слабо противостоят резким колебаниям температуры. Динас обладает хорошей устойчивостью к кислым шлакам и неудовлетворительной к основным. Применяют динас во всех случаях, когда одновременно предъявляются требования по высокой огнеупорности, механической прочности при высоких температурах и шлакоустойчивости. [4]
Для изделий, контактирующих с кислыми средами, используют кислые огнеупоры , я для изделий, работающих в щелочных средах г основные. [5]
Для изделий, контактирующих с кислыми средами, используют кислые огнеупоры , а для изделий, работающих в щелочных средах, - основные. [7]
Производство литой стали в промышленном масштабе впервые осуществил Пьер Мартен в двухтонной печи в 1864 г. Первые печи были из кислых огнеупоров ; таким образом, первоначально был создан кислый скрап-процесс. [8]
При выборе огнеупорных материалов следует иметь в виду, что если в металлургическом агрегате образуются расплавы, обладающие кислотными свойствами, то необходимо применять кислые огнеупоры . [9]
Хромитовые изделия хорошо противостоят воздействию как кислых, так и основных шлаков и являются нейтральным огнеупорным материалом. Применяются как прослойка между кладкой из основных и кислых огнеупоров , для кладки пода нагревательных печей. Термостойкость обожженных изделий низкая, безобжиговых хорошая. [10]
ВаОАЬОз является хорошей связкой для огнеупорных и высокоогнеупорных бетонов. В качестве заполнителей для бетонов на бариево-алюминатной связке можно рекомендовать все виды алюмосиликатных, магнезиальных и хромистых огне-упо ров. Не рекомендуется применение кислых огнеупоров ( ди-насового огнеупора) и не обожженной предварительно дунитовой породы. [11]
Шлакоустойчивость огнеупорных материалов характеризует их способность противостоять воздействию расплавленных металлов, шлаков, горячих печных газов и зависит от химических составов огнеупора и шлака. Как правило, основные огнеупорные материалы хорошо противостоят действию основных шлаков, кислые-действию кислых шлаков. При контакте в условиях высоких температур кислых огнеупоров с основными шлаками или основных огнеупорных материалов с кислыми шлаками образуются легкоплавкие соединения, действующие разрушающе на огнеупорные материалы. [12]
Динасовые огнеупоры изготовляют из кварца, кварцитов или песчаников. Связующее - известковое молоко или глина. Основные шлаки, содержащие в большом количестве CaO, MgO, FeO и другие оксиды, сравнительно быстро разрушают ( разъедают) кислые огнеупоры . [13]
Кислые электропечи футеруют огнеупорными материалами на основе кремнезема. Эти печи имеют более глубокие ванны и в связи с этим меньший диаметр кожуха, меньшие тепловые потери и расход электроэнергии. Стойкость футеровки свода и стен кислой печи значительно выше, чем у основной. Это объясняется малой продолжительностью плавки. Печи с кислой футеровкой вместимостью 1 - 3 г применяются в литейных цехах для производства стального литья и отливок из ковкого чугуна. Известно, что основная футеровка быстро изнашивается при частом охлаждении. Кислые огнеупоры дешевле, чем основные. В кислых печах быстрее разогревают металл до высокой температуры, что необходимо для литья. Недостатки кислых печей связаны прежде всего с характером шлака. В этих печах шлак кислый, состоящий в основном из кремнезема. Поэтому такой шлак не позволяет удалять из стали фосфор и серу. Для того чтобы иметь содержание этих примесей в допустимых пределах, необходимо подбирать специальные шихтовые материалы, чистые по фосфору и по сере. Кроме того, кислая сталь обладает пониженными пластическими свойствами по сравнению с основной сталью вследствие присутствия в металле высококремнистых неметаллических включений. [14]
Общая информация о легировании конструкционной стали
В зависимости от способа получения в жидком состоянии различают основную и кислую мартеновскую сталь, основную и кислую электросталь, а также сталь, выплавляемую последовательно в двух печах, т. е. дуплекс-процессом.
Основная мартеновская сталь характеризуется относительно невысокой стоимостью и вполне удовлетворительными механическими свойствами, мало отличающимися от свойств электростали.
В табл. 5 приведены (по А. Ф. Мырцымову) средние значения механических свойств катаной конструкционной легированной стали, выплавленной в основных мартеновских и электрических дуговых печах.
Из таблицы видно, что при испытании продольных образцов механические свойства основной мартеновской стали не отличаются заметно от механических свойств электростали того же состава. Незначительное преимущество электростали выявляется только в случае малоуглеродистой стали марок 13Н2А и 12ХНЗА. Более высокие свойства электростали обнаруживаются при испытании поперечных и тангенциальных образцов. Однако и в этом случае механические свойства мартеновской стали все же еще находятся на достаточно высоком уровне. Это позволяет сделать вывод, что основная мартеновская сталь может заменить электросталь, а в отдельных случаях и кислую мартеновскую сталь, что и подтверждается современной практикой. Исключение составляют лишь отдельные случаи.
Основные мартеновские печи, как правило, не применяются для выплавки конструкционной стали в тех случаях, когда к ней предъявляются наиболее жесткие требования в отношении механических свойств поперечных или тангенциальных образцов. В этом случае плавку проводят в основных дуговых электрических или кислых мартеновских печах.
Механические свойства основной электростали на продольных образцах эквивалентны свойствам кислой мартеновской стали. Отдельные плавки электростали не уступают кислой мартеновской стали и по свойствам поперечных или тангенциальных образцов. Однако если обратиться к статистическим материалам и характеризовать анизотропность стали коэффициентами анизотропности, представляющими собой отношение численного значения тех или иных свойств в продольном направлении к значению свойств в поперечном или тангенциальном направлении, то можно видеть некоторые преимущества кислой мартеновской стали перед основной электросталью.
На рис. 3 и 4 по данным И. С. Гаева приведены кривые частоты значений коэффициентов анизотропности механических свойств кислой мартеновской и основной электростали. Для построения кривых статистической обработке подвергалось 75 пар испытанных изделий из кислой мартеновской стали и 175 пар испытанных изделий того же типа из основной электростали. Вес
исходного слитка кислой стали составлял от 1 до 14 т, вес слитка основной электростали был около 1 т. Несмотря на менее благоприятные условия сравнения, кислая мартеновская сталь, как это видно из рис. 3 и 4, показала более устойчивые коэффициенты анизотропности механических свойств, чем основная электросталь. Таким образом, средний уровень механических свойств, в частности вязкости и пластичности, поперечных образцов кислой мартеновской стали выше, чем основной. Необходимо, однако, учитывать, что применение кислых мартеновских печей не дает хороших результатов, если в числе легирующих элементов выплавляемой стали имеется кремний. Кислая мартеновская сталь не обладает особыми преимуществами и в литом состоянии. Наоборот, практика показывает, что она более склонна к образованию крупной первичной структуры, чем основная мартеновская сталь. Поэтому кислая мартеновская сталь обычно не используется для фасонного литья.
Качество кислой электростали ниже, чем основной. В то же время кислые электрические печи обладают определенными технико-экономическими преимуществами по сравнению с основными.
Производительность кислых электропечей примерно на 25% выше, чем основных, а стойкость футеровки в несколько раз больше. Кроме того, в кислых электрических печах достигаются и более высокие результаты в отношении использования легирующих элементов из возврата.
Таким образом, кислые электрические печи целесообразно применять для выплавки легированной стали неответственного назначения и особенно в тех случаях, когда перерабатывается большое количество легированного возврата. На практике кислая легированная электросталь получила применение главным образом для фасонного литья.
Выплавка легированной конструкционной стали в индукционных электрических печах осуществляется в небольших масштабах. В этих печах преимущественно выплавляется высоколегированная сталь с особыми свойствами.
Из комбинированных способов выплавки наибольшее практическое значение имеют два типа дуплекс-процесса:
1) основная мартеновская печь — кислая мартеновская печь;
2) основная мартеновская печь — основная дуговая электропечь.
Первый тип дуплекс-процесса применяется для выплавки кислой мартеновской стали при отсутствии чистых по фосфору щихтовых материалов. Однако использование этого процесса связано с затратой примерно полуторного количества мартеновских печей по сравнению с кислым процессом на твердой завалке.
Второй вариант позволяет увеличить на 50—70% выпуск электростали, а также сократить примерно на 40—50% расход потребной электроэнергии и соответственно понизить стоимость
электростали. Качество электростали, выплавленной дуплекспроцессом, несколько выше, чем обычной электростали.
Таким образом, главнейшими агрегатами, применяемыми для выплавки легированной конструкционной стали, являются основные мартеновские и основные электродуговые печи. Значительно в меньшем масштабе используются кислые мартеновские и кислые электродуговые печи.
По способу придания формы различают легированную конструкционную сталь деформированную и литую. Деформированную сталь в свою очередь разделяют на получаемую ковкой или штамповкой и катаную. Деформированная сталь в связи с ориентацией ряда структурных составляющих (в направлении течения металла) характеризуется анизотропностью механических свойств, чем она и отличается от литой стали, имеющей безразлично ориентированное строение и одинаковые свойства в разных направлениях. Коэффициент анизотропности предела прочности и предела текучести деформированной стали не отличается существенно от единицы. Наоборот, коэффициент анизотропности относительного удлинения, сужения и ударной вязкости всегда больше единицы и в отдельных случаях достигает значений нескольких единиц.
Поскольку анизотропность порождается деформацией неоднородных объемов стали, постольку она зависит от степени вытяжки стали при горячей обработке давлением и физической и химической однородности стали в исходном (в литом, в слитке) состоянии. Чем выше однородность исходной стали, чем меньше развес слитка и ниже степень суммарной вытяжки стали, тем меньше анизотропность свойств в деформированном состоянии. В результате односторонней вытяжки неоднородных по составу дендритов в деформированной стали возникает первичная полосчатость, которая и служит одной из причин анизотропности стали. Большое значение имеют деформированные неметаллические включения. Вытянутые в направлении деформации неметаллические включения играют роль мельчайших внутренних трещин — надрезов. Наличие таких трещин-включений приводит к резкому снижению пластических свойств и ударной вязкости стали в поперечном направлении, так как в этом случае уменьшается площадь полезного сечения и, главное, в местах острых надрезов при нагружении создается объемное напряженное состояние, затрудняющее пластическую деформацию стали. Вытянутые неметаллические включения обусловливают также тенденцию к образованию вторичной полосчатой структуры деформированной стали при вторичной ее кристаллизации, что увеличивает общую анизотропию стали.
Наиболее сильно повышают анизотропию те неметаллические включения, которые способны пластически деформировать
Автор: Администрация
Читайте также: