По способу производства (выплавки) стали делят на мартеновские,, бессемеровские (конвертерные) и электростали

Около 70 % углеро­дистых сталей выплавляют в мартеновских печах. Широкое приме­нение мартеновского процесса объясняется возмож­ностью переработки не только чугуна, но и металлического лома, а также отходов производства, накапливающихся на заводах в большом количестве. Подавляющее количество мартеновской стали выплавляют основным процессом, при этом футеровка печи основная (магнезит или доломит), шлак тоже основной (CaO, MgO). В таких печах можно вы­плавлять сталь из шихты, загрязненной серой и фосфором, так как при помощи основного шлака эти вредные примеси могут быть в значитель­ной степени удалены.

При кислом процессе футеровка мартеновских печей кислая (ди­нас), шлак тоже кислый (SiO₂). В таких печах сталь выплавляют из металлической шихты, содержащей мало серы и фосфора (т. е. более дорогой), так как при этом способе серу и фосфор из металла удалить трудно.

При кислом процессе футеровка мартеновских печей кислая (ди­нас), шлак тоже кислый (SiO₂). В таких печах сталь выплавляют из металлической шихты, содержащей мало серы и фосфора (т. е. более дорогой), так как при этом способе серу и фосфор из металла удалить трудно.

Качество кислой мартеновской стали лучше, чем основной (из-за меньшего содержания кислорода), но необходимость использования шихты чистой по сере и фосфору удорожает производство кислой мар­теновской стали.

Бессемеровская сталь получается в бессемеровском конвертере из жидкого чугуна при продувке через него воздуха. Бес­семеровская сталь отличается невысоким качеством. Она насыщена газами (особенно азотом), недостаточно очищена от серы и фосфора, загрязнена примесями. Поэтому 'бессемеровский способ изживает себя и ему на смену приходит кислородно-конвертерный способ. Он отличается от бессемеровского тем, что вместо воздуха для продувки используют технически чистый кислород. Получаемая сталь, называемая кислородно-конвертерной, по качеству равноценна мартеновской и значительно превосходит бессемеровскую.

Положительными особенностями кислородно-конвертерной стали являются: однородность химическою состава, низкое содержание азота, серы и фосфора, высокие механические свойства при комнатной и минусовых температурах.

В кислородных конвертерах можно получать стали всех марок, выплавляемых в мартеновских печах.

Электросталь, выплавляемая в электрических печах, по качеству превосходит другие виды стали. Производство стали в элек­тропечи с основной футеровкой позволяет наиболее полно удалить из нее серу, фосфор, а также кислород. В электропечах выплавляют преимущественно легированные стали. Дополнительное рафинирова­ние сталей жидким синтетическим шлаком при разливке, и особенно применение выплавки в вакуушю-индукиионных печах, электрошла­ковый и вакуумно-дуговой-переплавы обеспечивают получение наилуч­шего качества, но удорожают производства.

РАЗЛИВКА СТАЛИ

Выплавленную сталь выпускают из плавильной печи в разливочный ковш, из которого ее разливают в изложницы или кристаллизаторы машины для непрерыв­ного литья заготовок (МНЛЗ). В изложни­цах или кристаллизаторах сталь затверде­вает, и получаются слитки, которые под­вергают прокатке, ковке.

Изложницы - чугунные формы для изготовления слитков.

Изложницы выпол­няют с квадратным, прямоугольным, круглым и многогранным поперечными сечениями.

· Слитки квадратного сечения переделывают на сортовой прокат (дву­тавровые балки, швеллеры, уголки и т.д.).

· Слитки прямоугольного сечения переде­лывают на лист.

· Из слитков круглого сече­ния изготовляют трубы, колеса.

· Много­гранные слитки используют для поковок.

Для прокатки отливают слитки массой 200 кг... 25 т; для поковок - массой 300 т и более.

· Обычно углеродистые спокойные и кипящие стали разливают в слитки массой до 25 т,

· легированные и высококачествен­ные стали - в слитки массой 500 кг... 7 т,

· а некоторые сорта высоколегированных сталей - в слитки массой несколько килограммов.

Сталь разливают в изложницы свер снизу (сифоном) и на МНЛЗ.

В изложницы сверху сталь разливают непосредственно из ковша

При сифонной разливке сталью заполняют несколько изложниц (4... 60). Изложницы устанавливают поддоне 6, в центре которого располагается центровой литник 5, футерованный неупорными трубками 4, соединен каналами 7 с изложницами. Жидкая сталь 2 из ковша 1 поступает в центровой литник и снизу плавно, без разбрызгивания заполняет изложницу 5. Поверхность слитка получается чистой, можно разливать большую массу металла одновременно в несколько слитков. Для обычных углеродистых сталей используют разливку сверху, а для легированных и высококачественных - разливку сифоном.

Непрерывная разливка стали coctoiит в том, что жидкую сталь из ковша 1 че рез промежуточное разливочное устройств непрерывно подают в водоохлаждаемый кристаллизатор 3, из нижней части которого вытягивается затвердевающий слиток 4 (рис. 2.10). Перед заливкой металла в кристаллизатор вводят затравку, образующую его дно. Жидкий металл, попадая в кристаллизатор и на затравку, охлаждается, затвердевает, образуя корку, и соединяется с затравкой. Затравка тянущими валками 5 вытягивается из кристаллизатора вместе с затвердевающим слитком сердцевина которого еще жидкая. Скорость вытягивания слитка из кристаллизатора составляет от 0,3 до 10 м/мин, зависит от его поперечного сечения, температуры разливаемого металла, условий вторичного охлаждения и теплофизических свойств разливаемой стали. Например, скорость вытягивания слитков с сечениями 150 х 500 и 300 х 2000 мм около 1 м/мин.

На выходе из кристаллизатора слиток охлаждается водой из форсунки в зоне 6 вторичного охлаждения. Затем затвердев­ший слиток попадает в зону 7 резки, где его разрезают газовым резаком 8 на слитки заданной длины. Таким способом отливают слитки с прямоугольным поперечным сече­нием (150 х 500... 300 х 2000 мм), с квадратным сечением (150 х 150... 400 х 400 мм), круглые в виде толстостен­ных труб. Вследствие направленного за­твердевания и непрерывного питания при усадке слитки непрерывной разливки имеют плотное строение и мелкозерни­стую структуру, в них отсутствуют уса­дочные раковины. Выход годных загото­вок может достигать 96... 98 % массы разливаемой стали.

Машины непрерывного литья могут иметь несколько кристаллизаторов, что позволяет одновременно получать не­сколько слитков, которые могут быть про­катаны на сортовых станах, минуя блю­минги и слябинги.

КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ И СТРОЕНИЕ СТАЛЬНЫХ СЛИТКОВ

Залитая в изложницы сталь отдает теп­лоту ее стенкам, поэтому затвердевание стали начинается у стенок изложницы. Толщина закристаллизовавшейся корки непрерывно увеличивается, при этом ме­жду жидкой сердцевиной слитка и твер­дой коркой металла располагается зона, в которой одновременно имеются растущие кристаллы и жидкий металл между ними.

Кристаллизация слитка заканчивав вблизи его продольной оси.

Сталь затвердевает в виде кристалов) древовидной формы - дендритов. Размерым и формы дендритов зависят от условий кристаллизации. На строение стального слитка большое влияние оказывает степень раскисленности стали.

Спокойная сталь (рис. а, г) затвердевает без выделения газов, в верхней части слитка образуется усадочная раковина 1, а в средней - усадочная oceвая рыхлость.

Для устранения усадочных дефектов слитки спокойной стали отливают с прибылью, которая образуется надставь (см. рис. 6} со стенками, футероваными огнеупорной массой малой теплопроводности. Поэтому сталь в прибыли долгое время остается жидкой и питает слиток, а усадочная раковина располагается в прибыли. Слиток спокойной стали (рис а) имеет следующее строение - тонкую наружную корку А из мелких равноосных кристаллов; зону Б крупных столбчатых кристаллов (дендритов); зону В крупных неориентированных кристаллов; конус осаждения Г, мелкокристалческую зону у донной части слитка Стальные слитки неоднородны по химическому составу. Химическая неоднородность, или ликвация, возникает вследствие уменьшения растворимости примесей в железе при его переходе из жидкого состояния в твердое. Ликвация бывает двух видов - дендритная и зональная.

а) б) в)
Рис. Схема строения стальных слитков

Дендритная ликвация - неоднород­ность стали в пределах одного кристалла (дендрита) - центральной оси и ветвей. Например, при кристаллизации стали со­держание серы на границах дендрита по сравнению с содержанием в центре увели­чивается в 2 раза, фосфора - в 1, 2 раза, а углерода уменьшается почти наполовину.

Зональная ликвация - неоднородность состава стали в различных частях слитка. В верхней части слитка из-за конвекции жидкого металла содержание серы, фос­фора и углерода увеличивается в несколь­ко раз (рис г), а в нижней части -уменьшается. Зональная ликвация приво­дит к отбраковке металла вследствие от­клонения его свойств от заданных. Поэто­му прибыльную и подприбыльную части слитка, а также донную его часть при про­катке обрезают.

В слитках кипящей стали (рис. б, д) не образуются усадочные раковины: усадка стали рассредоточена по полостям газовых пузырей, возникающих при кипе­нии стали в изложнице. При прокатке слитка газовые пузыри завариваются. Ки­пение стали влияет на зональную ликва­цию в слитках, которая развита в них больше, чем в слитках спокойной стали. Углерод, сера и фосфор потоком металла выносятся в верхнюю часть слитка, отчего свойства стали в этой части слитка ухуд­шаются. Поэтому при прокатке отрезают только верхнюю часть слитка, так как в донной ликвация мала. Для уменьшения ликвации кипение после заполнения из­ложницы прекращают, накрывая слиток металлической крышкой ("механическое закупоривание"), либо раскисляют металл алюминием или ферросилицием в верхней части слитка ("химическое закупорива­ние").

Слиток кипящей стали имеет следую­щее строение (рис б, д): плотную наружную корку А без пузырей; зону мел­ких кристаллитов; зону сотовых пузырей Я, вытянутых к оси слитка и располагаю­щихся между кристаллитами Б; зону В неориентированных кристаллитов; промежуточную плотную зону С; зону вто­ричных круглых пузырей К и среднюю зону Д с отдельными пузырями.

Полуспокойная сталь сохраняет пре­имущества спокойной и кипящей сталей и не имеет их недостатков.

Полуспокойная сталь (рис. в, е) частично раскисляется в печи и ковше, а частично в изложнице. Слиток полуспо­койной стали имеет в нижней части струк­туру спокойной стали, а в верхней - ки­пящей. Ликвация в верхней части слитка полуспокойной стали меньше, чем кипя­щей, и близка к ликвации спокойной ста­ли, но слитки полуспокойной стали не имеют усадочных раковин.