книги из ГПНТБ / Непрерывная разливка стали на радиальных установках

часто с оплавленными краями, неправильной угловатой формы, иногда имеющих волокнистое строение. Разме­ ры зерен кордиерита находятся в пределах, примерно, 15—20 мкм.

Карборунд (SіС) присутствует в виде бесцветных, темно-синих, анизотропных зерен угловатой, остроуголь­ ной и местами удлиненной формы. Преобладающие раз­ меры зерен карборунда составляют 40—60 мкм.

Окалина (окислы железа Fei_*0, Fe30 4, Fe20 3) при­ сутствуют во всех образцах в виде скоплений мельчай­ ших зернышек неправильной формы буроватого и крас­ новато-бурого (до черного) цветов. Размеры скоплений колеблются в пределах 20—80 мкм.

Количественные соотношения минеральных фаз в не­ металлических включениях показаны в табл. 13. Глобу­ лы стекловидного вещества и сульфиды преобладают над остальными минеральными фазами. Кварц и карбо­ рунд по количеству стоят на втором месте после ука­ занных включений. В поверхностных слоях по сторонам г и R стекловидное вещество преобладает над другими минеральными фазами, в том числе и над сульфидами железа и марганца. В более глубоких слоях по противо­ положным криволинейным сторонам наоборот сульфиды железа и марганца преобладают над другими минераль­ ными фазами, в том числе и над стекловидным вещест­ вом.

Кварц, карборунд, окалина распределены равномер­ но по криволинейным сторонам радиального непрерывно­ го слитка.

Распределение количества неметаллических включе­ ний по размерам в направлении продвижения фронта кристаллизации показано на рис. 82. В наружном слое слитка (0—30 мм) наблюдаются включения всех раз­ меров от 0,4 1 до 42—86 мкм, однако преобладают неметаллические включения диаметром 2—6 мкм. Важ­ ной особенностью является то, что в больших количест­ вах мелкие включения (от 0,4—1 до 2—6 мкм) располо­ жены по стороне г, а не по стороне R. Более крупные включения (6—10 мкм и более) почти в одинаковых ко­ личествах наблюдаются по противоположным криволи­ нейным сторонам.

230

Таблица 13

65 мм) слитка неметаллические включения распределя­ ются также по кривой, имеющей максимум для разме­ ров 2—6 мкм. В этом слое наблюдается, хотя и в зна­ чительно меньшей степени, большое количество включе­

ции криволинейного слитка с распределением количе­

301

ства неметаллических включений по размеру показыва­ ет, что высоким скоростям кристаллизации соответству­ ют более мелкие .неметаллические включения, а умень­ шению скорости кристаллизации — более крупные неме­ таллические включения.

Однако обнаруженное различие распределения неме­ таллических включений по размеру по противоположным

до 42—86 мкм). Другой особенностью распределения не­ металлических включений по размеру является большее количество мелких включений по криволинейной стороне меньшего радиуса.

Рассмотрим особенности размерного распределения по сечению слитка отдельных видов неметаллических включений: оксидных, сульфидных и оксисульфидных в направлении продвижения фронта затвердевания. Об­ щая картина размерного распределения включений по­ казана на рис. 83. Четко выявляется, во-первых, что ко­ личество мелких оксидных включений (0,4—6 мкм) раз­ ное в различных зонах слитка: больше всего они скап-

/•; 5 — осс-вая зона

202

Ливаются в поверхностном слое. Количество более круп­ ных оксидных включений практически одинаково по все­ му сечению слитка. Во-вторых, мелких оксидных вклю­ чений больше по стороне г, чем по стороне R.

В непрерывных слитках сульфидных включений меньше, чем оксидных. Сульфиды размером 0,4—6 мкм сосредоточены в поверхностном слое слитка. При про­ движении фронта затвердевания вглубь увеличиваются размеры сульфидов, и в осевой зоне преобладают более крупные сульфидные включения. Весьма важно подчерк­ нуть, что количество сульфидов всех размеров одинако­ во по противоположным криволинейным сторонам.

Оксисульфидных включений меньше, чем сульфид­ ных. Распределение оксисульфидных включений по раз­ меру одинаково по противоположным криволинейным сторонам. Отмечается увеличение размеров оксисуль­ фидных включений в осевой зоне слитка.

Химический состав оксидных неметаллических вклю­

П р и м е ч а н и е . MgO и CaO не определяли.

Состав оксидных включений отличается содержани­ ем глинозема и закиси марганца, что вполне понятно по составу раскислителей.

По результатам определения электролитическим ме­ тодом количественное распределение оксидных неметал­ лических включений в криволинейном слитке имеет не­ которые особенности. На рис. 84 показано распределе­ ние оксидных включений в направлении продвижения фронта затвердевания от поверхности к оси во всех исследованных слитках сечением 180X900 мм. То же

203

Расстояние о т поверхности слитно , мп

Рис. 84. Распределение неметаллических включений по сечению слитка 180X900 мм (средние данные по 20 плавкам; Ст. Зсп):

самое показано на рис. 85 для кислорода, определенного методом вакуум-плавления.

На кривых распределения обнаруживаются два мак­ симума: один на расстоянии 30—40 мм от поверхности

ются друг от друга, хотя ,в осевой зоне все же его зна­ чения больше. Минимальное содержание оксидных не­ металлических включений и кислорода соответствует поверхностному слою слитка. В этом слое содержание оксидных включений и кислорода одинаково по всему периметру криволинейного слитка.

204

включений в зависимости от расстояния от мениска. Та­ ким методом установлено, что количество включений по

206

150X600 мм отличается тем, что на расстоянии 25— 30 мм от поверхности количество включений по стороне

является расположение мениска относительно горизон­ тальной оси из центра кривизны на расстоянии равном

800 мм.

Обобщая экспериментальные данные, можно сформу­ лировать основные особенности поведения неметалличе­ ских включений в условиях непрерывной разливки ста­ ли вертикальной открытой струей:

1) в .непрерывном криволинейном слитке эндогенные неметаллические включения имеют преобладающие раз­ меры максимум до 60 мкм;

2) в неметаллических включениях преобладают гло­ булы стекловидного вещества и сульфиды над осталь­ ными минеральными фазами; кварц и карборунд по ко­ личеству стоят на втором месте. Глобулы стекловидно­ го вещества (матрица из стекла МпО — АЬО?—ЭіОг) часто содержат включение ß-глинозема и в большинстве случаев покрыты частично или полностью пленкой суль­ фидов;

3) в поверхностных слоях слитка глобулы стекловид­ ного вещества преобладают над другими .минеральными фазами, в том числе и над сульфидами; в более глубо­ ких слоях слитка сульфиды преобладают над другими минеральными фазами, в том числе и над стекловидным веществом;

4) мелкие оксидные включения (до 6 мкм) в боль­ шом количестве сосредоточены в поверхностных слоях непрерывного слитка, более крупные оксидные включе­ ния распределены по всему сечению слитка практиче­ ски равномерно;

5)количество мелких оксидных включений больше по стороне г, чем по стороне R;

6)мелкие сульфидные включения (до 6 мкм) сосре­ доточены в поверхностных слоях слитка, количество же крупных сульфидов увеличивается в направлении про­ движения фронта кристаллизации;

7)количество сульфидных в-ключений всех размеров одинаково по противоположным криволинейным сторо­ нам;

207

8)химический состав оксидных неметаллических включений в процессе кристаллизации криволинейного слитка практически не изменяется;

9)содержание (% по массе) оксидных неметалличе­ ских включений и кислорода в поверхностном слое не­ прерывного слитка (до 10 мм) одинаковое по всему пе­ риметру;

одной и той же зоны столбчатых дендритов содержание оксидных включений на строго определенном расстоя­ нии от поверхности слитка резко увеличивается, а за­ тем так же резко уменьшается;

11) при продвижении фронта кристаллизации по кри­ волинейной стороне большего радиуса происходит весь­

сторонам зависит от расположения мениска над гори­ зонтальной осью из центра кривизны;

13)переход зоны столбчатых дендритов в зону мно­ гоосных неориентированных дендритов по стороне R не сопровождается увеличением содержания оксидных неме­ таллических включений;

14)значительное увеличение содержания оксидных включений происходит при кристаллизации мелких сво­

4. МЕТОДЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЯВЛЕНИЯ СЕГРЕГАЦИИ

НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ

Эндогенные неметаллические включения, как извест­ но, могут образовываться в ходе реакций окисления во время выпуска и разливки, реакций раскисления при до­ бавлении ферросплавов, в ходе реакций, возникающих в связи с изменением констант равновесия при охлаж­ дении стали до температуры ликвидуса, а затем и соли-

208

дуса, уменьшением растворимости при понижении тем­ пературы, а также с изменением концентрации, обуслов­ ленным сегрегацией во время затвердевания.

Расчеты, выполненные рядом авторов на основе тео­ ретического анализа процессов зарождения неметалли­ ческих включений [160, 161 и др.], свидетельствуют о практически ничтожной вероятности самопроизвольного возникновения зародышей включений в жидкой стали при относительно больших значениях межфазного натя­

пересыщений стали соответствующими компонентами. Например, закиси железа и марганца, имеющие низ­

кие значения сгіг, могут выделяться самостоятельно из окисленного металла при небольших пересыщениях. Интенсивность образования зародышей снижается с по­ вышением концентрации двуокиси кремния в выделяю­ щей фазе, так как межфазное натяжение возрастает до 500 эрг/см2 при 26% БіОг. Даже при троекратном пере­ сыщении число зародышей ничтожно мало. Продукты раскисления, имеющие межфазное натяжение 700 ѳрг/ /см2, возникают лишь при 10-кратном пересыщении. Сульфидные и оксисульфидные включения, для которых межфазное натяжение мало, могут легко выделиться из металла.

Необходимость больших пересыщений отпадает, ес­ ли включения выделяются на твердых поверхностях. На­ иболее благоприятные условия для зарождения включе­ ний существуют на поверхности имеющихся в стали включений с таким же составом и строением или же у поверхности кристаллических структур в жидком метал­ ле [21, с. 146; 162]. В реальных условиях жидкая сталь не является гомогенной жидкостью, в ней всегда в до­ статочном количестве имеются твердые образования, облегчающие образование новых фаз. Анализ гетероген­ ного зарождения включений, когда зародыш развивает­

включений любых типов в жидкой стали не может иметь термодинамических ограничений, что показано в рабо­ тах: [21, с. 145 и др.].

209