Модифицирование стальных слитков и отливок

1. Информирую Вас о выходе в свет книги по металлургии стали под названием - Теория и практика введения добавок в сталь вне печи. Автор

В книге приведены сведения о способах внепечной обработки стали на металлургических заводах и комбинатах, о результатах модифицирования и микролегирования стали широкого сортамента (стали для труб и металлокорда, коррозионностойких марок стали, транспортного, пружинно-рессорного и конструкционного металла и т. д.), о результатах экспериментов с введением добавок в жидкий металла различными методами. В работе приведены примеры по разработке метода введения легкоокисляющихся добавок – кальция. бария, редкоземельных элементов, титана, селена и других элементов в ходе разливки стали различного назначения на слитки и получением заготовок непрерывной разливки.

Монография состоит из 421 страниц и в ней обобщены результаты 771 научно-технических публикаций. Книга может служить полезным справоч - ным и учебным пособием для научных и инженерно-технических работников, занимающихся вопросами сталеплавильного производства, а также студентам вузов соответствующих специальностей.

Стоимость 1 экземпляра книги (без пересылки) 1500руб..

2. , . Модифицирование стальных слитков и отливок. –Челябинск - Запорожье, 2009, -356 с.

В книге приведены теоретические сведения о процессах раскисления, модифицирования и микролегирования стали, о влиянии различных примесей, неизбежно находящихся в стали, на её качество. Освещены методы удаления и дезактивации вредных примесей металла.

В книге обобщён опыт отечественных заводов улучшения качества литых изделий из стали методами микролегирования и модифицирования. Приводятся примеры использования при получении стального литья из различных марок стали модификатора нового поколения – микрокристаллического, полученного методом быстрого замораживания исходного расплава.

Книга предназначена для научных и инженерно-технических работников, занимающихся вопросами сталелитейного производства. Может быть полезна студентам вузов соответствующих специальностей.

Список 468 лит. назв., 67табл. 92рис..

Стоимость 1 экз без пересылки 1000руб.

Специалист-аналитик технического отдела, к. т.н.

Краткое содержание книг

Теория и практика

введения добавок в сталь вне печи

Внедрение методов внепечной обработки металла в ковше позволяет глубоко провести ряд доводочных процессов, выполнение которых достаточно сложно выполнить в сталеплавильном агрегате. Однако качество металла окончательно “формируется” при снижении температуры стального расплава, в ходе его кристаллизации. Параметры загрязнённости металла НВ зависят, в основном, от взаимодействия растворённых в нём элементов (кислорода, серы, алюминия, кремния, кальция, магния и др.). Активизация их действия происходит в кристаллизующемся расплаве.

В современной металлургии большинство сталей раскисляют алюмини - ем, который служит действенным модификатором структуры, обеспечиваю - щим получение более плотной стали с заданным мелким зерном и хорошими показателями пластичности и вязкости. Но образующиеся остроугольные включения – продукты раскисления алюминием, как концентраторы напряжений и очаги разрушения металла, особенно опасны в условиях охрупчивания стали при низких температурах и больших нагрузках. Присутствие этих включений отрицательно сказывается на свойствах жидкого и твёрдого металла, и из-за этого было введёно ограничение на применение алюминия для раскисления сталей ответственного назначения, например, железнодорожного сортамента. Нежелателен алюминий и при производстве стали для металлокорда. Обработка стали, раскисленной алюминием, кальцийсодержащим реагентом позволяет устранить эти нежелательные эффекты.

Применение для обработки металла раскислителей, модификаторов одинарных композиций (типа силикокальций), содержащих, как правило, один сильный раскислитель, исчерпало свои возможности. Это связано, во-первых, с ограниченными возможностями удаления НВ, образующихся в жидком металле при введении этих реагентов или в кристаллизующемся слитке (заготовке), а, во-вторых, с несовершенством самих методов присадки высокоактивных элементов в жидкий стальной расплав.

В настоящее время многие заводы и комбинаты оборудованы различного типа “ковшами-печами”, установками вакуумирования, устрой - ствами для введения легкоокисляющихся добавок (кальция, редкоземельных металлов, титана и т. п.) в сталеразливочный ковш путём вдувания струёй инертного газа или введения порошковой проволоки. При этом удаётся достаточно полно перевести остроугольные продукты раскисления алюминием и легкоплавкие сульфиды марганца, располагающиеся в виде строчек вдоль направления прокатки, в глобулярные оксисульфиды. Проведение этого технологического приёма позволяет значительно снизить отрицательное действие вредных примесей и получать металл с более высокими техническими показателями.

Но и методу модифицирования металла порошковой проволокой, - этому, несомненно, прогрессивному способу введения легкоокисляющихся реагентов, присущ ряд недостатков. Трудно решается проблема зарастания сталеразливочного канала отложениями алюминатов кальция, для предупреждения образования которых необходимо строгое соблюдение соотношения концентраций, кальция, алюминия и активных примесей стали – кислорода, серы. Значительное снижение последних в металле требует определённых экономических затрат, связанных с проведением вакуумирования металла (цель которого также и удаление водорода), глубокой десульфурации расплава (до 10…30 ppm S).

Одним из нежелательных факторов является вторичное окисление стали. С одной стороны поступление кислорода в расплав может вызвать укрупнение НВ, что ведёт к росту скорости их удаления из расплава. С другой стороны кислород вторичного окисления, сорбируясь на активных центрах НВ, пассивирует эти выделения и они становятся не способными взаимодействовать с серой в ходе затвердевания металла.

Как правило, получаемые результаты по модифицированию химически активными элементами и их сплавами не стабильны и успех обработки стали каждой конкретной марки стали не поддаётся надёжному прогнозированию. Это происходит потому, что взаимодействие стали с легкоокисляющимися элементами представляет собой сложный многозвенный процесс, состоящий из десульфурации, раскисления, проявления поверхностных эффектов на границе раздела фаз, изменения физических свойств НВ. Механизм этого процесса не имеет достаточного научного объяснения. Кроме того, при длительной разливке (около 1 часа) в результате взаимодействия легко-окисляющихся присадок с футеровкой ковша и понижения их содержания в стали теряется модифицирующий эффект обработки, так как время, за которое происходит его потеря в зависимости от конкретных условий составляет не более 4…25 мин.

После рафинирования и доводки металла в ковше до окончания разливки плавки на непрерывные заготовки или слитки проходит до 2-х часов. При снижении температуры металла образуются новые НВ, происходит ликвация примесей расплава. После обработки металла модификатором большая часть первичных алюминатов кальция удаляется из расплава, тем самым значительно уменьшая количество центров сорбции серы при кристаллизации. Необходимо сокращать время между раскислением и модифицированием, либо принимать меры по защите металла от вторичного окисления. Иначе модифицирующий и микролегирующий эффект обработки металла химически активными реагентами нивелируется.

Зарубежной и отечественной практикой накоплен большой опыт применения высокоактивных лигатур для модифицирования стального и чугунного литья, а также высоколегированной стали, получаемых в электропечах малой ёмкости. Во избежание потерь легкоокисляющихся элементов обработку ими металла необходимо проводить как можно ближе к моменту затвердевания жидкого расплава, вплоть до помещения модифицирующих добавок в литейные формы (инмолдинг-процесс). Аналогичным образом следовало бы поступать и при производстве больших масс металла (50...200 т), проходящим в последующем пластическую деформацию.

Таким образом, перенесение операции обработки металла легкоокисляющимися компонентами стали из ковша на разливку (с подачей модификатора при непрерывной разливке – в промковш, а лучше всего в кристаллизатор; при разливке на слитки – на струю стали, вытекающую из сталеразливочного ковша в центровую) может повысить эффективность их воздействия на металл. Более высокие результаты присадки “полезных” добавок могут быть получены при максимальном приближении времени присадки к моменту начала затвердевания расплава.

Важной особенностью процесса модифицирования, проводимого непосредственно перед затвердеванием металла, является более глубокое влияние модификатора на качество готовой продукции. Это влияние, как правило, не ограничивается его действием на первичную структуру и свойства литого металла, но распространяется и на структуру, свойства и особенности фазовых превращений деформируемого и термически обработанного материала (изделия).

При введении добавок непосредственно перед затвердеванием в расплав минимально перегретый над температурой ликвидуса, дополнительно реализуется механизм инокулирования как за счёт ввода готовых (частиц железа в составе модификаторов) так и получения искусственных (оксидов, нитридов, карбонитридов) подложек, действующих в качестве зародышей в кристаллизующемся расплаве. При этом реагенты работают в металле не только как модификаторы НВ, но и как микролегирующие элементы, способные взаимодействовать с вредными примесями (водородом, цветными элементами), а также в ходе его термической обработки. В полной мере положительное влияние активной добавки реализуется той её частью (“эффективной”), которая будет находится в твёрдом растворе в так называемом “чистом”, неокисленном состоянии, остающейся в металле после неизбежных потерь при вводе в жидкий металл. Именно с помощью этой части можно осуществить более глубокое воздействие на микроструктуру металла, чистоту границ зёрен, реализовать возможность образования соединений с цветными примесями, водородом и т. п.

Таким образом, условия затвердевания играют существенную роль в процессах захватывания, роста, агломерации и вторичного осаждения включений. Лишь наличие в кристаллизующемся растворе и уже затвердевшем металле свободного, неокисленного кальция (а также редкоземельных металлов и других растворяющихся в расплаве модификаторов) позволяет сформировать оксисульфидные включения в одном генезисе, исключить возможность образования продуктов раскисления, располагающихся в строчки, снижающих качество металла.

Присадка реагентов в виде неодинарных, комплексных сплавов также расширяет возможности этого метода. Использование для обработки стали многокомпонентных комплексных сплавов, содержащих не только широко используемый в настоящее время в практике производства стали кальций (в виде силикокальция), но и магний, барий, редкоземельные металлы, способствует повышению усвоения легкоокисляющихся элементов, сохранению в затвердевающем металле более высоких их концентраций, приводит к получению более высоких эффектов при обработке металла.

Применение, например, комбинации Ca+Ba позволяет улучшать поверхность проката, комплекса Ca + РЗМ - нейтрализовать вредные примеси (серу, водород, цветные металлы). Совместное модифицирование ЩЗМ и РЗМ может улучшить свойства металла в большей степени, чем каждая из добавок в отдельности. Оксиды и сульфиды РЗМ тугоплавки, мелкодисперсны и трудно коагулируют. Скорость их всплывания невелика, поэтому для ускорения удаления из металла НВ при обработке РЗМ целесообразно вводить дополнительный элемент, тоже обладающий большим сродством к кислороду и сере, который участвовал бы вместе с РЗМ в формировании комплексных включений с более низкой температурой плавления и большей склонностью к коагуляции. Таким свойством обладает кальций.

Модифицирование сталей лигатурами, содержащими ЩЗМ и РЗМ, во многих случаях можно рассматривать как альтернативу процессам рафинирования т. к. глубокая очистка стали от вредных примесей не всегда возможна, а модифицирование обеспечивает их существенную нейтрализацию.

Соединение положительных факторов (стабильное получение от плавки к плавке концентраций активных растворимых примесей в металле, достаточных для проведения не только модифицирования НВ, но и микролегирования закристаллизовавшегося металла. Регулирование условий кристаллизации за счёт устойчивого инокулирования кристаллизующего расплава) возможно при осуществлении введения комплекса активных растворимых и нерастворимых примесей в металл с окололиквидусной температурой. Такие условия возникают лишь при обработке металла сложными, многокомпонентными реагентами в ходе его разливки. В этом случае минимизируются процессы, отрицательно влияющие на результаты обработки жидкого расплава, связанные с окислением добавок из-за длительности контакта прошедшего модифицирование металла с окислительными фазами.

В случае применения модифицирования, например, при производстве стали для труб можно пойти путём практического отказа от многих операций, связанных с обработкой металла в ковше с целью десульфурации, рафинирования высокоосновными шлаками, вакуумирования. Достаточно производить усреднительную (по химическому составу и температуре жидкого расплава) продувку в ковше инертным газом и раскисление алюминием, осуществляя заключительную операцию по модифицированию и микролегированию в ходе разливки металла.

Метод ”МОДИНАР” (модифицирования стали на разливке) был применён нами для обработки стали самого различного назначения:

А) на пружинно-рессорной стали 60С2 получено снижение химической неоднородности в объёме слитков по ликвирующим элементам углероду, сере и фосфору на 42…46 %отн. Понижение химической неоднородности слитка явилось, по-видимому, следствием действия ряда факторов:

- создания концентрационных барьеров на поверхности растущих кристаллов за счёт присутствия в расплаве растворимых составляющих (магния, кальция), а также введения естественных инокуляторов (частицы железа в составе модификаторов);

- образования искусственных (оксисульфиды, карбиды или карбонитриды титана) центров кристаллизации, способствующих изменению условий затвердевания жидкого расплава. Совместное действие этих факторов позволяет получить суммарный эффект, в результате действия которого в данном случае происходит повышение однородности отливок как в химическом, так и физическом плане.

Б) на стали для металлокорда БП-1М достигнуто увеличение выносливости при испытании канатов трёх конструкции на 26…70% по сравнению со среднегодовыми показателями обычного металла.

В) на коррозионностойкой стали 08-12Х18Н9-10Т наблюдалось сокращение объёма головной обрези на 2…4% от массы слитков. На стали 08Х18Т1 удалось улучшить технико-экономические показатели обработки слябов и повысить выход листов с высшей категорией качества поверхности. В среднем продолжительность зачистки слябов опытного металла снизилась на 5…10%; объём дополнительной обрези снизился более чем в 2 раза; по сравнению со статистическими данными более чем в 3 раза увеличился и выход листа высших групп отделки поверхности. Кроме того, введение кальцийсодержащей лигатуры позволило улучшить качество поверхности слитков в донной их части за счёт снижения количества дефектов сталеплавильного происхождения – заворотов корочки, включений теплоизолирующей смеси в поверхностные зоны слитка.

Г) модифицирование стали для труб (типа 13ХФА, 20ФА, 20ХФ) на разливке, применяемое на “ЧТПЗ” и опробованное на “Нижнеднепровском трубопрокатном заводе”, позволило снизить загрязнённость металла от КАНВ в 2…3 раза и скорость общей коррозии на 20…25%. Вероятность накопления водорода в металле в ходе его эксплуатации с последующим разрушением металлоконструкций может быть снижена до минимума при условии получения концентрации кальция в металле трубы на уровне 18…25 ppm и суммы редкоземельных элементов (∑Ce, La) 80…150 ppm.

Основные принципы повышения коррозионной стойкости состоят не в глубокой десульфурации (допустимо содержание серы в жидком расплаве стали до 0,010…0,015%) металла, а во введении кальция и химических элементов, подкрепляющих его действие на металл (РЗМ) при его окололиквидусной температуре, и получении эффекта микролегирования для связывания цветных примесей и водорода в интерметаллидные соединения и металлоподобные гидриды. Полное устранение микротрещин (блистеров) на стали для труб позволяет в ряде случаев отказаться от проведения вакуумирования стали и дополнительного легирования дорогостоящими легирующими элементами: хромом, молибденом, ниобием.

Д) из анализа литературных данных по разработке технологии производстве транспортного металла (рельсов, колёс, бандажей и др.) с модифицированием металла, сплавами, содержащими в разной пропорции барий, кальций, магний, алюминий, титан, цирконий, ванадий, ниобий и бор следует, что получаемые результаты после использования тех или иных комбинаций элементов не однозначны и не всегда приводят к воспроизводимым результатам. Одной из причин этого являлось, по-видимому, то, что в основном все работы были проведены с использованием присадки реагентов в виде кусков в сталеразливочный ковш. Переход на метод присадки легкоокисляющихся элементов в виде проволоки с наполнителем, проведение операции модифицирования в промежуточном ковше, присадка легкоокисляющихся добавок в ходе получения слитков или отливок позволяет стабилизировать результаты обработки металла, получать более высокие результаты эксплуатационной надёжности транспортного металла.

Е) в ходе разработки технологии “Ленар” (легирование стали при разливке) при легировании, например, коррозионностойких марок стали типа 08-12Х18Н9-10Т, 08Х18Т1 относительно тугоплавкими титановыми присадками (на 0,60…0,70% титана) усвоение титана составляло 82…87%. Равномерность распределения титана в объёме металла была обеспечена. Легирование стали титаном на разливке позволяет повысить уровень механических свойств в стали, сохранить достаточно высокий уровень антикоррозионных свойств.

Проведенные исследования позволяют заключить, что обработка стали методом “Модинар” - один из самых эффективных технологических приемов улучшения качества стали. При производстве стали для труб с повышенной коррозионной стойкостью экономический эффект может быть получен за счёт исключения из схемы производства операции вакуумирования (расходы составляют 25 долл. США на 1т обрабатываемой стали), замены обработки металла порошковой проволокой с силикокальцием (расход 15,7 долл. США на 1 т обрабатываемой стали) на модифицирование в ходе разливки металла (~ 4 $ за обработку 1 тонны стали). Затраты на обработку металла по методу “Модинар” не превышают 1,5% от себестоимости металла в слитках.

Модифицирование металла - радикальный метод для улучшения качества стали. Обработка металла модификатором на разливке может использоваться в дополнение к внепечной обработке жидкого расплава в ковше или в виде самостоятельной технологической операции, применяемой в ходе разливки стали. Кумулятивное действие химического и физического факторов позволяет добиваться стабильных результатов по усвоению легкоокисляющихся добавок, по конечным показателям, характеризующим качество металла. Особенно высока эффективность модифицирования на сталях, где скопления неметаллических включений сульфидного и оксидного происхождения (после деформации слитков располагающиеся в виде строчек) определяют эксплуатационные и потребительские свойства металлопродукции. После проведения обработки стали модификатором загрязнённость металла по самым “опасным”, строчечным оксидным включениям оценивается баллом 0-0,5 (редко 1,0 балла).

Метод “МОДИНАР” - это универсальный и одновременно недорогой приём, позволяющий получать стабильные результаты при обработке стали широкого сортамента, связанные как с улучшением качества металла, так и с повышением технико-экономических показателей всего производства. В сочетании с предварительной комплексной обработкой металла в ковше введение модификаторов в струю стали при разливке металла позволяет давать более высокие результаты по приращению качества металла, приданию отечественной продукции высокой конкурентной способности на мировом рынке.

Роль модифицирования, микролегирования и инокулирования, выбор метода и места присадки реагента должна уточняться при конкретном производстве стали различного назначения. Изучение вопроса по выбору технологии присадки модифицирующих, легирующих добавок и устройств для осуществления этой операции показало, что приемлемым вариантом эффективного и в тоже время простого, не требующего значительных материальных затрат метода обработки металла является способ присадки добавок в струю стали с помощью аппарата-дозатора, навешиваемого на ковш и управляемого в ходе разливки стали вручную. При непрерывной разливке лучшие результаты даёт приём присадки добавок в кристаллизатор.

В настоящее время созданы предпосылки для широкого развития методов модифицирования металла в ходе разливки: техническая документация на аппаратуру (дозаторы), позволяющие вводить в металл точно дозируемое количество реагента, производственные мощности на НПП ”Технология”, позволяющие обеспечить потребности как в мелкоизмельчённых комплексных фракционированных материалах, так и порошковой проволоки с наполнителями любого состава. Обработка металла модификаторами и легирующими элементами в процессе разливки не требует сложного оборудования и может быть легко реализована в любом сталеплавильном цехе.

,

Модифицирование стальных слитков и отли­вок

Производство качественного стального литья в настоящее время основано не только на рафинировании металла от вредных примесей и его легировании. Накопленный опыт показывает, что в широком аспекте значительный вклад в формирование требуемой структуры и эксплуатационных свойств сталей могут вносить и другие, более экономичные методы, не связанные со значительными затратами. Модифицирование и микролегирование обеспечивают достижение таких физико-механических характеристик стали, которые не уступают легированным маркам стали. Прямые же затраты по использованию модификаторов составляют 0,2…0,3% [1], что мало влияет на себестоимость отливок. Обработка жидкой стали лигатурами, содержащими ЩЗМ и РЗМ, оказывает комплексное рафинирующее и модифицирующее воздействие и во многих случаях является альтернативой и другим процессам, так как глубокое рафинирование стали от вредных примесей не всегда возможно, а модифицирование обеспечивает их существенную нейтрализацию. Механизм действия модификаторов на жидкий расплав стали заключается в том, что такие активные элементы как магний, РЗМ, кальций, алюминий, барий в расплаве стали способствуют разблокировке поверхности кристаллов δ-железа от примесных атомов, коагуляции структурных составляющих металла и интенсифицирует процесс зародышеобразования и измельчение структуры при первичной кристаллизации [2].

Модифицирование – это метод не только измельчения первичной структуры и вторичного зерна, но и изменение природы, формы и характера распределения НВ, структурных составляющих и тонкой структуры, энергетического состояния и загрязнённости границ зёрен, приводящее к улучшению механических и технологических свойств стали.

Обработка металла модификаторами позволяет, например, решать проблемы увеличения жидкотекучести расплавов, заполняющих формы или изложницы, повышения трещиностойкости отливок.

На жидкоподвижность оказывает наличие в металле газовых и неметаллических включений. Введение в металл поверхностно-активных металлов позволяет снизить поверхностное натяжение между инородными частицами в металле и жидким расплавом, способствует их «проскальзыванию» в металле, быстрому удалению и повышению жидкоподвижности, которое проявляется в сокращении времени заливки одной формы, в повышении качества поверхности отливок, в снижении пораженности отливок пленами и неспаями. Повышение жидкотекучести стали проявляется также в возможности снижения температуры разливаемой стали, что влечёт за собой уменьшение газонасыщенности жидкого металла и величину усадки, ослабление развитие горячих термических трещин и других дефектов газоусадочного характера. Очищение границ зёрен, глобуляризация включений вызывает увеличение межкристаллической прочности, уменьшает опасность локализации деформаций и концентрации напряжений, способствует торможению развития трещин. При подходе к глобулярному включению острие трещины затупляется и её развитие оставливается, опасность хрупкого разрушения уменьшается.

Технология введения модификаторов в жидкую сталь разрабатывается из учёта ряда факторов: степени подготовленности металла к этой операции, времени присадки легкоокисляющихся добавок их фракции (размера частиц) и расхода материала. В соответствии с сортаментом стали, подвергаемой обработке и задачами модифицирования необходим подбор параметров ввода легкоокисляющихся добавок в металл. Определяющее значение при этом имеет выбор модификатора, применение которого для обработки той или иной группы марок стали даёт максимальный эффект.

Модификатор следует присаживать в хорошо раскисленный марганцем кремнием и алюминием металл, минимизируя возможность окисления легкоокисляющихся реагентов модификатора (кальция, редкоземельных металлов и т. п.), имеющих более высокое сродство к кислороду.

Модифицирующий эффект достигает своего максимального значения практически сразу после ввода модификатора и во времени уменьшается. Заметный результат, например, по измельчению первичной кристаллической структуры наблюдается в течение около 10 минут от момента ввода до начала затвердевания отливки. Следовательно наиболее высокие показатели (например, по степени глобуляризации НВ,, уровню механических свойств) по модифицированию стали могут быть достигнуты в случае присадки добавок непосредственно перед затвердеванием металла и применения методов «позднего» модифицирования.

Разработка технологии модифицирования стали включает в себя обосно­ванный выбор состава лигатуры, который может обеспечить решение постав­ленной задачи.

Технические показатели модифицирования определяются, главным об­разом, содержанием в металле активных элементов (кальция, РЗМ, ти­тана и др.), и поэтому разрабатываемая технология модифицирования должна обеспечить решение двух основных задач:

- максимальное и стабильное усвоение активных элементов жидким рас­плавом;

- выявление оптимальных концентраций активных элементов, т. е. опти­мизация удельного расхода модификатора.

Имеющийся опыт позволяет сделать следующие рекомендации по разра­ботке технологии модифицирования стали.

1. Модификаторы должны присаживаться в предварительно раскислен­ный металл, чтобы исключить непосредственное взаимодействие активных эле­ментов (Ca, РЗМ и др.) с кислородом расплава и сохранить их для модифициро­вания неметаллических включений и формирования необходимой структуры металлической матрицы. Поэтому желательно проводить раскисление стали алюминием либо в печи перед выпуском плавки, либо в раздаточном ковше во время выпуска. В последнем случае модифицирование должно проводиться уже при сливе металла в разливочные ковши. Желательна дача алюминия на штанге в печь (под шлак) перед началом выпуска плавки. При этом раскисление металла производится более полно, содержание остаточного алюминия в мет алле находится на стабильном уровне.

Учитывая, что эффективность модифицирования существенно зависит от концентрации в металле алюминия, для надёжной и оперативной оценки полученных результатов необходим обязательный контроль его содержания на каждой плавке. При использовании модификаторов с содержанием алюминия более 3% расход алюминия на раскисление должен быть скорректирован с учётом его содержания в поставленной лигатуре. Желательно также определение, хотя бы периодическое, кон­центраций используемых активных элементов (Ca, РЗМ, Ti и др.).

2. Необходима отработка времени и места присадки модификаторов. Например, при использовании малых ковшей и коротком сливе они обычно задаются в ковш в самом начале выпуска. При наполнении крупных ковшей рекомендуется порционная присадка фракционированных материалов под струю, начиная при­мерно с одной четверти-трети высоты ковша и заканчивая при наполнении ков­ша на две трети. Имеются данные об эффективности модифицирования при разовой даче материалов во второй половине выпуска. Во всех случаях не допускается предварительная засыпка ма­териалов в горячий ковш, что приводит к возгоранию модификаторов и низкой эффективности их использования.

Имеется также опыт принудительного ввода лигатур, в частности РЗМ-содержа­щих, на штангах после выпуска плавки или модифицирования с помощью по­рошковой проволоки. Опробована технология внутриформенного модифициро­вания и присадки материалов в центровую или литейную чашу. Эти технологии обеспечивают максимальную степень усвоения и использования активных эле­ментов. При всех отмеченных выше способах ввода алюминий должен зада­ваться в расплав до присадки в него модификатора.

3. Обязательная регламентация минимального размера используемых мо­дификаторов связана с необходимостью отсева мелких и пылевидных фракций, сгорающих в воздухе до попадания частиц материалов на струю выпускаемого металла. В дальнейшем «мелочь» может быть использована при изготовлении порошковой проволоки. Максимальный размер используемого модификатора определяется степенью его усвоения, которая, в свою очередь, зависит от температуры сливае­мой стали, мощности струи, от ёмкости ковша и продолжительности его наполнения. При слишком крупном размере присаживаемые материалы не успевают раствориться в металле и сгорают на его поверхности в ковше.

Фракционный размер модификаторов для ковшей разной ёмкости в соответствии с нашим опытом установлен следующий:

для ковшей ёмкостью от 120 до 400кг рекомендуемая фракция 0,8…3мм или 1…10мм (лучше опробовать обе фракции);

для ковшей от 400кг до 4т– 1..10мм;

для 5...6-тонного ковша– 1...15мм;

для ковша 8т – 3...20мм;

для 12т – 5...30мм.

4. Оптимальный удельный расход модификатора зависит от его состава, способа ввода и конкретных особенностей данного производства. Поэтому при отработке технологии модифицирования должна быть оценена эффективность использования нескольких удельных расходов. Для некоторых активных эле­ментов Ca, РЗМ, Ti, V и др.) существует их оптимальная концентрация в металле, при достижении которой уровень механических и эксплуатационных характеристик получаемой продукции максимален. Например, большинство ис­следователей отмечает наличие оптимального расхода РЗМ, который определяется, в основном, содержанием серы в металле.

Как правило, расход модификаторов при даче в фракционированном виде (крупке, кусках) находится в пределах 2,0…4,0кг/т стали. Присадка модификатора на струю металла в ходе его разли вки позволяет снизить расход модификатора до 1,0...1,5кг/т. При введении модификаторов в ковш в порошковой проволокой расход модификатора ещё более низкий 0,5...0,7кг/т. Расход модификаторов при введении их различными методами при для обработки стали различного назначения уточняется в процессе испытаний.

5. При длительном нахождении раскисленного алюминием металла в печи (фракционный выпуск) или в раздаточном ковше, особенно при их кис­лой футеровке и наличии окислительного шлака, химический состав металла к концу разливки может заметно измениться по сравнению с её началом. В частности, происходит увеличение концентрации азота [37], существенное сни­жение содержания алюминия и марганца. Может происходить также уменьше­ние концентрации активных элементов (Ca, РЗМ, Ti и др.), в результате чего эффект модифицирования снижается и становится нестабильным. Поэтому разработчикам технологии модифицирования необходимо предва­рительно оценить изменение химического состава металла по ходу разливки с тем, чтобы выбрать место отбора наиболее представительных проб для опреде­ления состава и механических свойств стали. При этом возможна некоторая корректировка химического состава стали.

6. Снижение загрязнённости металла НВ после обработки его модификаторами приводит к существенному повышению жидкотекучести металла, что позволяет снизить температуру разливаемого металла на 20...300С и сократить время разливки металла на 20%. Для установления необходимого перегрева модифицированного металла целесообразно опробовать его разливку по двум вариантам – при обычной температуре разливки и при пониженных.

Результаты модифицирования определяются, главным образом, содержанием активных элементов (Ca, Ti, РЗМ и др.) как в жидком металле (в ковше, изложнице, кристаллизаторе), так и в готовой стали. Величина этих концентраций зависит от многих факторов – марки стали, степени её раскисленности, места и способа присадки модификатора, наличия и состава шлака в ковше, продолжительности разливки и др. Поэтому заранее определить оптимальные параметры или предусмотреть результаты модифицирования практически невозможно. Технология модифицирования отрабатывается только эмпирическим путем, с учетом конкретных условий производства.

В книге, изданной нами в 2009г. (, . Модифицирование стальных слитков и отли­вок. Челябинск –Запорожье, ЗНТУ, 2009, -356 с.) все эти вопросы иллюстрированы многочисленными примерами применения модификаторов на предприятиях России и ближнего зарубежья. В книге приведены теоретические сведения о процессах раскисления, модифицирования и микролегирования стали, о влиянии различных примесей, неизбежно находящихся в стали, на её качество. Освещены методы удаления и дезактивации вредных примесей металла.

Материалы нашего издания разбиты на шесть глав.

В первой главе приведены сведения из литературы о влиянии примесей – кислорода, серы, фосфора, азота, примесей цветных металлов, неметаллических включений на качество стали.

Во второй главе книги описываются физические, физико-химические свойства составляющих модификаторы химических элементов – кальция, алюминия, бария, стронция, магния, редкоземельных металлов. В этой главе приведены примеры использования модификаторов при получении стальных слитков и литья. В заключительной части главы рассмотрены свойства и примеры использования для улучшения качества металла микролегирующих элементов – титана, ниобия, ванадия, циркония и бора.

В 3 главе даны определения процессам модифицирования, микролегирования и инокулирования, приведены сведения о способоах производства модификаторов, проведена градация процессов обработки стали комплексными и комбинированными модификаторами с привлечением примеров их использования на стали различного сортамента.

Четвёртая глава посвящена результатам модифицирования стали различного сортамента на заводах СССР (России) и стран постсоветского периода. В конце главы приведены рекомендации по припаенению модификаторов для обработки стали широкого сортамента – углеродистой. конструкционной, высокоуглеродистой марганцовистой (типа 110Г13Л), высокопрочной и высоколегированной. В главе рассмотрен также вопрос о применении бора при производстве стального литья.

Практика использования модификаторов, включающая вопросы технологии введения добавок, применяемых устройств для присадки материалов в жидкий металл изложена в главе 5.

В заключительной главе книги - №6 отражены вопросы, связанные с решением конкретных проблем качества стального литья –увеличением его жидкотекучести, трещиностойкости, повышением механических свойств продукции и т. п.. Кроме того, в главе приведены многочисленные результаты по применению модификаторов для повышения экономических и качественных показателей производства крупных (более 1т) слитков и отливок. Важным вопросом, поднятым авторами, является анализ ошибок, встречающиеся на заводах в практике модифицирования жидкого расплава.

Книга предназначена для научных и инженерно-технических работников, занимающихся вопросами сталелитейного производства. Это издание может быть полезна студентам вузов соответствующих специальностей и содержит список литературы из 468 наименования, 67таблиц и 92 рисунка.

Книга может быть приобретена у одного из авторов –моб. 7-86. E-mail:*****@***ru

Литература

1. Аникеев модифицирование сталей на Самарском литейном заводе // Металлургия машиностроения. 2006. №5. С.42-45.

2. , Марукович процессов модифицирования чугуна и стали // Металлургия машиностроения. 2006. №3. С.10-13