Понятие о кипящей, спокойной и полуспокойной стали

Все стали можно разделить на три группы (кипящая, спокойная и полуспокойная).

Кипящая сталь, выплавляемая обычно в мартеновских печах и кислородных конверторах. Эту сталь не раскисляют перед выпуском в печи и поэтому она содержит повышенные количества растворенного кислорода, который не успел прореагировать с углеродом металла и превратиться в газ-востановитель железа и его окислов в металле и шлаке — {CO}. Протеканию химической реакции [С]+ [O]= {CO}­ способствует повышение температуры и процесс кристаллизации металла. Металл в изложнице как бы «закипает» от газовыделения.

Раскисление стали бурно протекает только за счет углерода металла. Часть растворенных в стали газов не успевает выделиться в атмосферу и структура слитка получается пузыристой, т.е. содержит несплошности.

При прокатке структура металла уплотняется, т.к. не окисленные внутренние и наружные поверхности пузырей свариваются с металлом под давлением прокатки. Кипящая сталь обладает высокой пластичностью, т.к. для ее раскисления не применяют специальные материалы — раскислители (например, ферросплавы), производство и применение которых описано в разделе 6.8 учебника. Поэтому в стали не образуются непластичные, нерастворимые в ней неметаллические окисные и другие включения, отрицательно влияющие на физико-механические свойства стали.

Спокойная сталь получается после только полного раскисления металла в печи или в ковше перед разливкой с помощью ферросплавов и других раскислителей (например, алюминия). Кислород металла связывается в оксиды раскислителями. Не имеется свободного кислорода, необходимого для протекания основной реакции сталеплавильного процесса (раскисление углеродом металла) и «кипения» стали в изложнице не происходит.

Слитки застывают спокойно и имеют плотную макроструктуру. По ряду физико-механических свойств спокойная сталь превосходит кипящую, но она дорожекипящей стали из-за стоимости раскислителей.

Для нахождения консенсуса между требованиями техники машиностроения и экономики сталеплавильного производства, технологи-металлурги разработали способ производства полуспокойной стали. Эту сталь частично раскисляютперед разливкой (в печи, ковше). Для получения качественной полуспокойной стали необходимо обеспечить в ней такую концентрацию кислорода, при которой металл в изложницах не «кипит»; но на определенной стадии затвердевания, характеризуемой повышением из-за ликвации содержания углерода в металле, в незатвердевающей части слитка начинается процесс образования пузырей окиси углерода. Эти пузыри остаются в теле слитка и сконцентрированная в головной части слитка усадочная раковина, характерная для структуры слитков спокойных стадий, уже не образуется. Для получения слитков полуспокойной стали, необходимо обеспечивать в ней оптимальное содержание кремния — (0,08... 0,15)%.

Полуспокойная стальв сравнении с кипящей обладает лучшими механическими свойствами, бо¢льшей однородностью структуры, повышенной хладостойкостью и устойчивостью против «старения» Все это позволяет в ряде случаев, использовать полуспокойную сталь качестве заменителя спокойной стали. Выход годного проката из слитков полуспокойной стали на (3... 8)% выше, чем из слитков спокойной стали.

Производство полуспокойной стали требует более точной технологии раскисления. Как указывалось выше, полуспокойная сталь разливается в сквозные уширенные к низу изложницы. При необходимости скорейшего прерывания «кипения» стали в изложнице, используются технологии механического закупоривания металла в изложнице, как и при разливке кипящей стали.

Важной задачей разливки является предохранение поверхности слитка от образования на ней сталеплавильных плен, как следствий попадания брызг стали на внутреннюю поверхность изложницы.

Помимо таких технологических приемов, как смазка внутренней поверхности изложницы, придание криволинейных форм контактным поверхностям поддонов, регулирование скорости заполнения изложницы жидкой сталью в процессе ее разливки, на предприятиях, имеющих листопрокатное производство, при подготовке изложницы к разливке сверху, в нее вставляют так называемый «манжет» — жесткий, неотожженный тонкий холоднокатанный лист, свернутый в трубу. Когда он разворачивается, то прикрывает стенки изложницы по всей внутренней поверхности и первым, соприкасаясь со струей жидкой стали и расплавляясь при этом, выполняет роль предохранителя поверхности слитка от образования на ней плен.

Не менее важной задачей разливки стали является ее предохранение от окисления и насыщения газами. Для предотвращения возникновения таких дефектов в любых способах разливки используются следующие технологические приемы:

●разливка в атмосфере инертного газа — аргона; это дорогой, но наиболее эффективный для такого рода защиты разливаемой стали; он может быть использован в производстве дорогих, легированных марок стали; либо всю изложницу со сталью помещают в камеру, заполненную аргоном, либо струю аргона подают на струю жидкой стали таким образом, чтобы она, как кольцо (цилиндр), окружала струю стали, а за тем заполняла внутреннюю полость изложницы;

●разливка с использованием каркаса, изготовленного из пало-лесоматериала; на дно изложницы или ее поддон до начала разливки стали укладывают деревянную рамку (каркас); при заполнении изложницы сталью, деревянная конструкция всплывает и постепенно сгорает; образующиеся при горении древесины газы предохраняют поверхность слитка от окисления;

●разливка под слоем жидкого шлака (разливочной шлаковой смеси) является весьма эффективным способом защиты стали; перед разливкой, на дно изложницы кладут (забрасывают) специальный брикет или порцию порошка, состоящего из магниевой руды, селитры, металлического алюминия, магния, плавикового шпата, силикатного (жидкого) стекла, доменного шлака; в контакте с жидкой сталью, брикет расплавляется, а его горючие составляющие воспламеняются; по этой причине при разливке мениск стали и внутренние поверхности изложницы в этой зоне покрываются слоем жидкого шлака, а газообразные продукты сгорания брикета вытесняют атмосферный воздух из изложницы; кроме того процесс сгорания шлаковой смеси дает дополнительное тепло, обеспечивающие необходимую скорость затвердевания прибыльной части слитка спокойной или другой стали.