05 семестр / К экзамену-зачёту / Шпоры / шпоры_ТКМ_экзамен_5сем / литье2

2.9.10.11.13.15.16. Возможные способы улучшения качества стали при разливке. Схема. Сущность способов.

Развитие машиностроения и прибо­ростроения предъявляет возрастающие требования к качеству металла: его прочности, пластичности, газосодержанию. Улучшить эти показатели можно уменьшением в металле вредных при­месей, газов, неметаллических включе­ний. Для повышения качества металла используют обработку металлов син­тетическим шлаком, вакуумную дега­зацию металла, электрошлаковый пе­реплав (ЭШП), вакуумно-дуговой пе­реплав (ВДП), переплав металла в эле­ктронно-лучевых и плазменных печах и другие способы.

Обработка металла синтетическим шлаком заключается в следующем. Синтетический шлак выплавляют в электропечи и заливают в ковш. В этот же ковш затем заливают сталь. При перемешивании стали и шлака поверхность их взаимодейст­вия резко возрастает, и реакции между ними протекают гораздо быстрее, чем в плавильной печи. Сталь, обработанная таким способом, содержит меньше се­ры, кислорода и неметаллических вклю­чений, улучшаются ее пластичность, и прочность.

Вакуумную дегазацию стали проводят для уменьшения содержания в металле газов и неметаллических включений. Вакуумирование стали производят в ков­ше при переливе из ковша в ковш, при заливке в изложницу и т. п. Для вакуумирования в ковше ковш с жид­кой сталью помещают в камеру, за­крывающуюся герметичной крышкой. Вакуумными насосами в камере созда­ется разрежение до остаточного давле­ния 0,267—0,667 кПа. При понижении давления из жидкой стали выделяются водород и азот. Всплывающие пузырь­ки газов захватывают неметаллические включения, в результате чего содержа­ние их в стали снижается. Все это улучшает прочность и пластичность ,:тали.

Электрошлаковый переплав (ЭШП) применяют для выплавки высококачест­венных сталей для шарикоподшипни­ков, жаропрочных сталей для дисков и лопаток турбин, валов компрессоров, авиационных конструкций. Переплаву подвергают выплавленный в дуговой печи и прокатанный на круглые прутки металл. Источником теплоты шлаковая ванна, нагретая электрическим тока. Расходуемый электроду 1, расплавленный шлак 2, шлаковая ванну 3, затвердевший слиток 5- кристаллизатор, снизу поддон. Под действием дуги шлак расплавляется и дуга гаснет. Выделяющаяся теплота нагревает шлаковую ванну 2 до температуры свыше 1700° С. Под действием тепла электрод плавиться и проходя через шлак попадает в ковш.

Вакуумно-дуговой переплав (ВДП) (применяют в целях удаления из металла газов и неметаллических включений. Процесс осуществляется в вакуумно-дуговых печах с расходуемым элект­родом (рис. 2.11). В зависимости от требований, предъявляемых к получа­емому металлу, расходуемый электрод изготовляют механической обработкой слитка, выплавленного в электропечах или установках ЭШП. Расходуемый электрод 3 закрепляют на водоохлаждаемом штоке 2 и помещают в корпус печи и далее в медную водоохлаждаемую изложницу 6. Из корпуса печи откачивают воздух до остаточного дав­ления 0,00133 кПа.

При подаче напряжения между расходуемым электродом — катодом 3 и затравкой — анодом 8 возникает дуга. Выделяющаяся теплота расплав­ляет конец электрода; капли 4 жидкого металла, проходя зону дугового раз­ряда, дегазируются, заполняют излож­ницу и затвердевают, образуя слиток 7. Дуга горит между расходуемым электродом и жидким металлом 5 в верхней части слитка на протяжении всей плавки. Сильное охлаждение слит­ка и разогрев дугой ванны металла создают условия для направленного затвердевания слитка, вследствие чего неметаллические включения сосредото­чиваются в верхней части слитка, а уса­дочная раковина в слитке мала. Слитки ВДП содержат мало газов, неметал­лических включений, отличаются вы­сокой равномерностью химического со­става, повышенными механическими свойствами. Из слитков изготовляют ответственные детали турбин, двигателей, авиационных конструкций слитков достигает 50 т.

Плавку в электрон-лучевых печах применяют для получения чистых и ультрачистых тугоплавких металлов (молибдена, ниобия, циркония и др.), для выплавки специальных сплавов и сталей. Источником теплоты в этих печах является энергия, выделяющаяся при торможении свободных электронов, пучок которых направлен на металл. Получение электронов, их разгон, кон­центрация в луч, направление луча в зону плавления осуществляется эле­ктронной пушкой. Металл плавится и затвердевает в водоохлаждаемых кри­сталлизаторах при остаточном давле­нии 1,33 Па. Вакуум внутри печи, боль­шой перегрев и высокие скорости охла­ждения слитка способствуют удалению газов и примесей, получению металла особо высокого качества. Однако при переплаве шихты, содержащей легкоис­паряющиеся элементы, изменяется химический состав металла,

П лавку стали в плазменно-дуговых печах применяют для получения высо­кокачественных сталей и сплавов. Ис­точник теплоты—низкотемпературная плазма (30 000° С), получаемая в плаз­менных горелках. В этих печах можно создавать нейтральную среду заданного состава (аргон, гелий). Плазменно-дуговые печи позволяют быстро расплавить шихту, в нейтральной газовой среде происходит дегазация выплавляемого металла, легкоиспаряющиеся элементы, входящие в его состав, не испаряются.

2.8. Непрерывная разливка стали. Схема, преимущества непрерывной разливки по сравнению с разливкой в изложницы.

Непрерывная разливка стали состоит в том, что жидкая сталь из ковша 1 через промежуточное разливочное устройство 2 непрерывно подают в водоохлаждаемую изложницу без дна — кристаллизатор 3, из нижней части которого вытягивается затвердевающий слиток 4 (рис. 2.8). Перед заливкой металла в кристаллизатор вводят за­травку, образующую его дно. Жидкий металл, попадая в кристаллизатор и на затравку, охлаждается, затвердевает, образуя корку, и соединяется с затрав­кой. Затравка тянущими валками 5 вы­тягивается из кристаллизатора вместе с затвердевающим слитком, сердцевина которого еще жидкая. Скорость вытя­гивания слитка из кристаллизатора за­висит от его сечения. Например, ско­рость вытягивания слитков с сечением 150x500 и 300x2000 мм около 1 м/мин.

На выходе из кристаллизатора слиток охлаждается водой из форсунки в зоне 6 вторичного охлаждения. Затем затвердевший слиток попадает в зону 7 резки, где его разрезают газовым резаком 8 на куски заданной длины. Таким способом отливают слитки с прямоугольным поперечным сечением (150x500—300x2000 мм), с квадрат­ным сечением (150 х 150—400 х 400 мм), круглые в виде толстостенных труб. Вследствие направленного затвердева­ния и непрерывного питания при усадке слитки непрерывной разливки имеют плотное строение и мелкозернистую структуру, в них отсутствуют усадоч­ные раковины. Выход годных заготовок может достигать 96—98% массы раз­ливаемой стали.

Машины непрерывного литья могут иметь несколько кристаллизаторов, что позволяет одновременно получать не­сколько слитков, которые могут быть прокатаны на сортовых с/танках, минуя блюминги и слябинги.