Повышение качества отливок и слитков. Межвузовский сборик. горький: изд. ГПИ им. А.А. Жданова. 1981 . С. 26...28

Поведение неметаллических включений в жидкой хромоникелевой стали при продувке её порошками

Н.П. Самылова.

представляют собой одну из основных характеристик стали, определяющую комплекс её физико-механических свойств. В большинстве случаев кислород, водород, сера, азот и их соединения в виде включений отрицательно влияют на некоторые свой­ства стали и сплавов [1]. Поэтому разработка способов снижения содер­жания в ней кислорода, водорода, серы, азота и неметаллических включений является одной из актуальных задач металлургов.

на современном этапе развития характеризуется создани­ем принципиально новых процессов производства, значительно повыша­ющих качество стали. Новые перспективы в этой области открывает применение прогрессивного метода продувки жидкого металла порошко­образными материалами. Технологическое преимущество его состоит в том, что материалы, переведенные в мелкодисперсное состояние, изме­няют свои физико-химические свойства (время плавления уменьшается, а активность повышается). Поскольку многие металлургические реакции протекают на границе раздела металл-материал, то их интенсифика­ция зависит от суммарной поверхности раздела, значительно возрастаю­щей при вдувании порошкообразных материалов [2].

Продувка стали порошкообразными материалами способствует ин­тенсивному образованию зародышей неметаллических включений в объ­еме жидкого металла, а также быстрому удалению их из металла за счет коалесценции и всплывания [3]. В этом случае основная часть ра­боты будет выполнена не самой системой флуктуации, а давлением, при котором продувается металл. При этом вдуваемое вещество должно обладать рядом определенных свойств: иметь низкую температуру плав­ления и теплоемкость, не растворяться в металле, быть сорбентом по отношению к неметаллическим включениям.

В качестве реагентов, вдуваемых в жидкий металл, использовали плавиковый шпат, техническую поваренную соль и сварочный флюс марки 480Ф-6. Обработке подвергали сталь типа 12ХНЗМА, выплавляе­мую в дуговой электропечи ДС-5М. В качестве применя­ли: ферросилиций, ферромарганец; ферросилиций, кокс молотый; алю­миний на штанге, силикокальций в ковш. Продувку металла порошко­образными материалами осуществляли за 20 мин до его выпуска из; печи (или в ковше). Продолжительность продувки составляла 5-8 мин. В качестве газа-носителя применяли аргон. Расход аргона — 2-3 м³/т.

Порошкообразные материалы были свежепрокаленными. Качество их удовлетворяло требованиям ТИ 4-С-71 и ТИ 8-С-71. Размер частиц порошка не превышал 2 мм. Содержание влаги в порошках перед их использованием на плавку не допускается. Количество порошкообразных, материалов составляло 0,2-3,0% от металлозавалки.

Отбор проб на неметаллические включения осуществляли в следую­щие моменты: в печи — перед продувкой, сразу после продувки (через 30 с), через 10 мин после продувки; в ковше — перед продувкой, сразу после продувки (через 30 с) и непосредственно перед разливкой.

Анализ неметаллических включений осуществляли металлографи­ческим методом (метод П) в соответствии с ГОСТом, 1778-70 [4]. На всех пробах промышленных плавок сделан качественный анализ неме­таллических включений. Часть проб промышленных плавок проанализи­рована на загрязненность методом количественного подсчета включений.

В стали, выплавленной по обычной технологии, т. е. без продувки, решающее влияние на количество, форму и состав неметаллических включений оказывает состав конечного раскислителя. Присадка алюми­ния способствует появлению кристаллических образований глинозема и шпинелей, для которых характерно дезориентированное расположение в массе металла. Дополнительная присадка силикокальция существенно изменяет природу включений. Остроугольные кристаллические включе­ния корунда и шпинели оказываются внутри глобулярных сульфидных оболочек.

Для стали, продутой порошками хлористого натрия, плавикового шпата и сварочного флюса марки 480Ф-6, характерны включения мень­ших размеров, чем без продувки. Тип включений не меняется. В стали, выплавленной с продувкой порошками, так же, как и в стали, выплав­ленной по обычной технологии, встречаются включения глобулярной и неправильной формы в виде обломков. Однако доля глобулярных вклю­чений в первой гораздо выше, чем во второй. По минералогическому составу глобулярные включения представляют собой силикаты, практи­чески полностью растворяющие сульфиды (оксисульфиды) (рис. 1). Это основной тип включений; кристаллы корун­да и шпинелей встречаются очень редко.

Включения в стали, продутой порошко­образными материалами, становятся изоли­рованными, а количество их снижается на 40-60%. Сам процесс рафинирования ме­талла газо-порошковой струей протекает интенсивно: 30 с после продувки достаточ­но для почти полного удаления из металла неметаллических включений.

Рис. 1. Глобулярные неметал­лические включения в стали типа 12ХН3МА

На рис. 2 показана зависимость степени удаления неметаллических включений от расхода вдуваемых порошков плавикового шпата и хлористого натрия. Оптимальное количество порошкообразного плавикового шпата для продувки жидкой стали состав­ляет примерно 1,0 %, а хлористого натрия 0,5 % от металлозавалки.

Таким образом, продувка жидкого металла порошкообразными ма­териалами способствует улучшению качества стали. При этом содержа­ние неметаллических включений снижается на 40-60% по сравнению с количеством неметаллических включений в стали, выплавленной по обычной технологии. Включения в стали, выплавленной с продувкой порошкообразными материалами, становятся разрозненными (в основ­ном глобулярной формы), что благоприятно сказывается на ее свойст­вах. Оптимальный расход порошков на обработку — 0,5-1,0 % от металлозавалки.

Рис. 2. Зависимость степени удаления неметалличе­ских включений от расхода вдуваемых порошков: С_н — степень удаления неметаллических включений, %; Q — расход порошкообразных материалов, %; 1 — продувка CaF₂; 2 — продувка NaCl

Литература

1. Виноград М. И., Громова Г. П. Включения в легированных сталях и сплавах. М.: Металлургия, 1972.
2.  Сидоренко М. Ф. Теория и практика продувки металла порошками. М.: Ме­таллургия, 1973.
3. Агеев П. Я. Металлургические методы повышения качества стали. В сб. Физико-химические основы производства стали. М., Металлургиздат, 1961, с. 422-431.
4. ГОСТ 1778-70. Сталь. Металлографические методы определение неметаллических включений.