Особенности технологии плавки стали в дуговой печи с частичным окислением

Ликвация элементов при кристаллизации стали. Закономерности формирования внутрикристаллической и зональной ликвации. Влияние их на дефектность отливок. Методы их устранения или нейтрализации.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 9

Ликвацией называют химическую неоднородность металла отливки, возникающую при ее затвердевании.

Различают зональную и дендритную ликвации. Зональная ликвация – это химическая неоднородность в пределах всей отливки в целом, дендритная – в пределах одного дендрита.

Причина ликвации – изменение растворимости компонентов стали в процессе кристаллизации. Склонность элемента к ликвации тем сильнее, чем больше разница в его растворимости в жидкой и твердой стали. Степень ликвации зависит от соотношения скорости кристаллизации матрицы и скорости диффузии ликвирующего элемента. Элементы, образующие с железом твердые растворы внедрения (C, N, H, B) и обладающие достаточно высокими коэффициентами диффузии, более склонны к ликвации, чем элементы, образующие растворы замещения (Cr, V, Ni, Mn).

Оценить склонность компонентов стали к ликвации можно с помощью коэффициента их распределения (Кр) между твердой и жидкой фазами в процессе первичной кристаллизации.

Кр=Ств/Сж

- Зональная ликвация серы, Р и С в отливках усиливается в условиях медленного охлаждения, т.е. в массивных частях отливки. Наблюдается две разновидности зональной ликвации: осевая V- образная (прямая) и внеосевая Л-образная (обратная) ликвация. Осевая неоднородность образуется вследствие усадочных перемещений жидкости, обогащенной примесями в осевой части стенки отливки. Для уменьшения и предотвращения такой ликвации следует ускорить охлаждение отливки, способствующее уменьшению двухфазной зоны, и усилить степень направленности затвердевания. Внеосевая неоднородность образуется между первой поверхностной и осевой зонами кристаллизации. Она формируется также в двухфазной зоне затвердевания, перемещающейся к центру стенки. В качестве мер борьбы могут быть использованы: ускорение охлаждения с помощью холодильников, понижение Тзал и активация перемешивания в процессе заполнения формы. Наиболее радикальным методом предотвращения ликвации для двух видов является снижение ликвирующих элементов: серы, Р и С.

- Для предотвращения дендритной ликвации используется гомогенизационный отжиг.

Наиболее эффективными мерами по снижению развития ликвации являются следующие:

1) предельно возможное выравнивание температуры жидкой стали в объеме во время процесса плавки и при разливке в ковше;

2) предельное снижение концентраций в стали сильно ликвирующих элементов и тем в большей степени, чем крупнее отливка;

3) глубокое раскисление стали и снижение содержания в ней газов и НВ;

4) заливка форм сталью с возможно низкой Т;

5) модифицирование стали с целью измельчения первично литой структуры;

6) заливка форм с возможно малой скоростью;

7) конструирование отливок с соблюдением условий направленного затвердевания к прибыли;

8) применение эффективно работающих прибылей, в которых сталь должна находиться как можно дольше в жидком состоянии, чтобы большая часть ликватов успела всплыть в прибыль;

9) ускоренное охлаждение отливок в форме.

1) заправка (магнезитовый, доломитовый порошок);

2) завалка: металлическая часть (лом углеродистой стали, возврат углеродистой стали), науглероживатели, окислитель – железная руда, шлакообразующие – известь.

3) плавление (частичное окисление C, S, Mn, P, ЛЭ).

4) окислительный период (вводится железная руда)→КИП; окисление Р→шлак; окисление ЛЭ (Cr, Mo, V, Ti, Al).

5) восстановительный период (раскисление металла, десульфурация, восстановление Р и ЛЭ (Cr, Mo, V, кроме Ti, Al)→шлак.

6) выпуск в ковш и конечное раскисление в ковше.

Достоинства: 1) возможность сохранения большей части ЛЭ; 2) возможность рафинирования от Н2 и НВ.

Недостатки: 1) невозможность удаления Р; 2) безвозвратные потери Ti, Al и др. металлов с высоким сродством к кислороду.

3. Ваграночная плавка чугуна и методы её интенсификации.

Состоит из 3 основных частей:нижней — горна 1, в котором скапливается выплавляемый жидкий чугун; средней — собственно шахты 2, полностью загружаемой шихтовыми материалами (металл, топливо, флюсы); верхней — трубы 3,через которую горячие ваграночные газы выводятся в искрогаситель 4 и далее в атмосферу. В середине подовой плиты имеется отверстие с откидным дном для удаления остатков по окончании процесса плавки. Розжиг В. Начинается с загрузки на горящие дрова 1-й порции кокса (холостой колоши), заполняющей часть шахты на 0,7—1 м выше фурм 7. Когда кокс холостой колоши разгорится, включают дутьё, затем шахту загружают до загрузочного окна рабочими колошами, состоящими из порций металла, топлива и флюса (известняка, основного мартеновского шлака, реже плавикового шпата). После подогрева шихты вновь включают дутьё и начинается процесс плавки. Новые порции загружают по мере расплавления шихты, которая постепенно опускается в зону плавления и подогревается поднимающимися вверх горячими газами. Противоток переплавляемых материалов и продуктов горения в В. Способствует эффективному использованию топлива. Расплавленный и перегретый металл собирается в горне В. Или стекает в копильник 6, откуда он по мере надобности выпускается через нижнюю лётку в ковши для разливки в формы, флюсы, сплавляясь с золой топлива, сплавившейся футеровкой и окислами, образуют шлак, выпускаемый через верхнюю шлаковую лётку, расположенную в верхней части горна или копильника

Для и нтенсификации процесса плавки в В. Применяют подогрев дутья, обогащение его кислородом, добавление газообразного топлива. Обогащение дутья кислородом, впервые осуществленное в СССР (1944) по предложению Л. И. Леви, уменьшает удельный объём продуктов горения и повышает температуру газов. В зависимости от степени обогащения расход топлива снижается на 30—50%, производительность В. Повышается на 40—80%, а температура жидкого чугуна достигает 1500°С (вместо 1300—1320°С). Частичная замена кокса природным газом в В. Производится вдуванием продуктов горения газов в верхнюю часть холостой колоши; это значительно проще, чем подогрев дутья, и экономически более эффективно.

Методы интенсификации ваграночного процесса направлены на: 1) повышение температурного режима 2) Или на перегрев жидкого металла на желобе, в горне или копильнике. Для этого применяют подогрев дутья, обогащение его кислородом, подача части дутья через горн, применение карбида кальция.

Вагранка представляет собой шахтную печь непрерывного действия, работающую по принципу противотока, в которой металл соприкасается с твердым топливом и продуктами его горения. Металлическая шихта, опускаясь вниз, нагревается и плавится за счет теплоты поднимающихся газов и затем перегревается при дальнейшем контакте с раскаленным коксом.

Вагранки бывают: открытые, закрытые, полузакрытые. По использованному топливу бывают: коксовые, газовые, коксогазовые. По использованию тепла отходящих газов: без использования, с использованием физического и химического тепла, с использованием химического тепла.

Топливо: используется кокс. Он должен давать высокую Т, иметь минимальную реакционную способность, мех.прочность, пористость не более 30%, без трещин, %серы менее 1,4%, зольность менее 10-12%.

Флюсы – для вязкости шлака – СаСО3, плавиковый шпат.

Тепловые процессы: определяются горением топлива, теплообменом между топливом, продуктами его сгорания и шихтовыми материалами, а также хим.взаимодействием между металлическими компонентами, шлаком и газовой фазой. Ф зоне фурм – избыток кислорода.

С+О2=СО2+тепло

4. Чем отличаются половинчатые чугуны от других? Где они могут применяться?

Чугуны подразделяют:

1. по состоянию углерода;

графитизированные (углерод выделяется в виде графита и отсутствует структурно-свободный цементит, имеют серый излом);

белые (высокоуглеродистой формой является цементит или сложные карбиды, имеют белый излом);

Дата добавления: 2015-04-24