CS198768B1 - Způsob výroby ingotů a odlitků s vysokou chemickou stejnorodostí - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu výroby ingotů a odlitků s vysokou chemickou ste .jnorodostí.

Při dosavadním způsobu výroby obsahují ocelové ingoty a odlitky místa s odlišným chemickým složením v důsledku odměšování příměsí, k němuž dochází v průběhu tuhnutí ingotů a odlitků. Části ingotů a odlitků, které tuhnou později, zejména podhlavové části ingotů a podnálitkové části odlitků, jsou obohaceny o některé prvky, především o uhlík, fosfor a síru. Velikost těchto oblastí s rozdílným chemickým složením a dále i rozdíly v obsahu jednotlivých prvků jsou tím větší, čím delší je doba tuhnutí ingotu nebo odlitku,většinou přímo úměrná jejich hmotnosti. Dalším důsledkem odměšování příměsí jsou i vycezeniny typu A a V se zvýšeným obsahem některých základních a doprovodných prvků. Přímým důsledkem chemické nestejnorodnosti je i nehomogenita vlastností oceli v ingotu, a to i po jeho tváření a v odlitku. Výrobky z ingotů a odlitků o poměrně větší hmotnosti potom mají v jednotlivých částech značně odlišné mechanické hodnoty, křehkolomové i technologické vlastnosti, například avařitelnost. V některých případech je použití ingotů a odlitků o větší hmotnosti s ohledem na tuto nestejnorodost prakticky vyloučeno.

Nedostatky lité struktury u ingotů a odlitků, charakterizované chemickou nestejnorodoetí a výskytem A a V vycezenin podstatně omezuje nebo zčela odstraňuje způsob výroby ingotů a odlitků s vysokou chemickou stejnorodostí podle vynálezu, při němž se po odlití

198 768

198 768 těla ingotu s částí jeho hlavy nebo odlitku a částí jeho nálitku a po zatuhnutí 10 až 80 % objemu těla ingotu nebo odlitku dolije hlava ingotu nebo nálitek ocelí nálevkou. Podstatou vynálezu je, že se ocel dolije nálevkou, ponořenou shora do nezatuhlé oceli v ingotu nebo v odlitku.

Způsobem výroby ingotů a odlitků podle vynálezu se naruší a částečně roztaví dendritické krystaly a usnadní se vyplouvání taveniny, obohacené příměsemi až do hlavové nebo nálitkové části. Doléváním oceli nálevkou, ponořenou shora do nezatuhlé oceli v ingotu nebo v odlitku se zajistí potřebná kinetická energie dolévaného kovu pro jeho proniknutí do vnitřního objemu ingotu nebo odlitku a promísení s dosud nezatuhlým základním kovem. Současně se tak zabrání znečištění kovu v těle ingotu stržením kysličníků a strusky proudem oceli z hlavy ingotu ; tyto částice jsou naopak vytlačovány stoupající hladinou do horní části hlavy ingotu nebo do horní části nálitku.

Při způsobu odlévání ingotů a odlitků podle vynálezu ve vakuu se dodatečné dolévání tekutého kovu uskutečňuje za normálního tlaku nebo rovněž ve vakuu. Litím za podtlaku se podstatně sníží obsah kyslíku v kovu. Protože kyslík má vysoký sklon k segregaci, dochází i u zcela uklidněných ocelí k iniciaci uhlíkové reakce a k tvorbě bublin kysličníku uhelnatého, důsledkem toho jsou výrazné stvolové vyceženiny ve struktuře ingotů a odlitků. Litím ve vakuu se v důsledku snížení úrovně obsahu kyslíku posunuje místo iniciace tvorby plynových bublin ve směru ke středu ingotu nebo odlitku do oblasti, která je ovlivněna promísením s dodatečně litým kovem,a lze proto jejich vznik zcela potlačit.

Chemická složení dodatečně dolévaného kovu lze volit tak,aby bylo po promísení s odmíšenou taveninou vnitřní části ingotu nebo odlitku dosaženo rovnoměrného složení kovu po celém průřezu ingotu a odlitku, tj. přibližné složení oceli v pánvi na počátku odlévání V důsledku odměšování se obohacuje při tuhnutí tavenina před frontou krystalizace jednopřibližně podle vztahu tlivými příměsemi

C = ^kc„ s o kde Cx = a kde značí + oC k

4Dť k rozdělovači koeficient příměsi,

C původní koncentrace příměsi v tavenině, g podíl utuhlé fáze v daném místě ingotu či odlitku,

D difuzní koeficient dané příměsi,

L vzájemná vzdálenost dendritických os a γ doba tuhnutí v daném místě ingotu nebo odlitku.

V závislosti na vypočteném složení a množství dosud neztuhlého kovu, daném dobou mezi litím těla ingotu nebo odlitku a dodatečným doléváním a dále množství dodatečně dolévaného kovu se stanoví optimální složení dolévané taveniny, které zabezpečí požadovanou stejnorodost celého ingotu a odlitku.

Aby se udržel kov v hlavovém nástavci nebo v nálitku v tekutém stavu po odlití první dávky kovu, navrhuje se elektrický indukční ohřev nebo ohřev horem elektrickým obloukem

198 768 nebo elektrický odporový ohřev a případným zásypem hladiny kovu v hlavě nebo v nálitku rafinační etruskou nebo přísadou izolačních nebo exotermických látek. Tím se výrazně zlepSí stejnorodost ingotu a odlitku, protože jsou dlouhodobě zajištěny vhodné podmínky pro dobré vyplouvání nežádoucích příměsí. Současně se usnadňuje vložení nálevky pro dolévání kovu.

Způsob výroby ingotů a odlitků podle vynálezu zajišťuje vysokou stejnorodost ingotů a odlitků jak s hlediska chemického složení, tak i mechanických a technologických vlastností a podstatně omezuje výskyt všech druhů vycezenin. Lze zajistit vysokou jakost a rovnoměrné vlastnosti i při výrobě několika výrobků z jednoho ingotu při značně hospodárnějším využití materiálu. Dále je možnost odlévání většího ingotu, než je velikost tavičích pecí s tím, že dolitá ocel se vyrobí až dodatečně na stejné peci jako první dávka kovu.

K bližšímu osvětlení způsobu výroby ingotů a odlitků podle vynálezu se dále uvádějí tři příklady provedení :

Příklad 1 .

Při výrobě ingotu o hmotnosti 100 t do kokily a do části hlavového nástavce bylo odlito 86 t tekuté oceli, obsahující v množství podle hmotnosti : uhlík 0,14 %, mangan 0,73 %, křemík 0,35 % a hliník 0,045 %, zbytek železo a obvyklé příměsi, přičemž· teplota ocelové taveniny byla 1570 °C. Po odlití byla na povrch odlité oceli přisazena vrstva izolačního zásypu. 2,5 hodiny po odlití byla část izolačního zásypu odstraněna, slabá utuhlá vrstva oceli ve středu hlavového nástavce byla propálena kyslíkem a na hlavu kokily byla postavena nálevka, opatřená žáruvzdornou vyzdívkou, která svým dolním okrajem zasahovala do tekuté oceli asi 100 mm pod rozhraní hlavy a těla ingotu. Nálevkou bylo odlito

16,5 t oceli při teplotě 1590 °C, kde tato ocel obsahovala v množství podle hmotnosti : uhlík 0,12 %, mangan 0,70 %, křemík 0,32 % a hliník 0,030 %, zbytek železo a obvyklé nečistoty .Po ztuhnutí ingotu a odseknutí hlavy ingotu bylo kontrolním rozborem vzorku, odebraného ze středu podhlavové části ingotu, zjištěno toto chemické složení oceli v množství podle hmotnosti : uhlík 0,16 %, mangan 0,72 %, křemík 0,33 % a hliník 0,025 %, zbytek železo a obvyklé příměsi a na Baumannových otiscích řezu podhlavové části výkovku byly zjištěny jen zcela nevýrazné místní vycezeniny.

Příklad 2

Ingot o hmotnosti 90 t byl odlit ve vakuu při tlaku 65 Pa ze dvou taveb s průměrným chemickým složením v množství podle hmotnosti : uhlík 0,38 %, mangan 0,88 %, křemík 0,40 %, zbytek železo a obvyklé příměsi. Po odlití první dávky oceli o hmotnosti 73 t, kdy hladina oceli v hlavovém nástavci dosáhla výšky 150 mm nad horním okrajem těla ingotu, bylo odlévání přerušeno, sejmuto víko kesonu, na povrch odlité oceli byla přisazena struska, sestávající z kysličníku vápenatého, kysličníku hlinitého a z kazivce a na hlavový-nástavec bylo postaveno zařízení pro odporový ohřev vrstvy syntetické strusky. Za 3,5 hodiny po ukončení odlévání bylo ohřívací zařízení a hlavového nástavce sejmuto, část strusky s hladiny oceli

198 768 byla odstraněna a na hlavový nástavec byla postavena nálevka, zasahující svým dolním okrajem do úrovně rozhraní mezi hlavou a tělesem ingotu. Nálevkou byla dolita do kokily druhá dávka oceli o chemickém složení v množství podle hmotnosti : uhlík 0,26 %, mangan 0,78 %, křemík 0,32 %, zbytek železo a obvyklé příměsi. Toto chemické složení oceli bylo určeno výpočtem obohacení tuhnoucí ocelové taveniny a poměru hmotnosti neutuhlé oceli a dolévané ocelové taveniny. Kontrolní rozbory, provedené na příčném řezu vzorku z podhlavové části ingotu, vykázaly minimální odchylky v chemickém složení a při kontrole makrostruktury po naleptání řezu persíranem amonným nebyly zjištěny žádné stvolové vycezeniny.

Příklad 3.

Při odlévání odlitku válce o průměru těla 1050 mm bylo do formy nejdříve odlito 37 t oceli o teplotě 1580 °C a o chemickém složení v množství podle hmotnosti : uhlík 0,40 %, mangan 0,90 % a křemík 0,30 %, zbytek železo a obvyklé příměsi, a to po předchozím odplynění na zdvižné vakuové stanici a po dezoxidaci oceli přísadou hliníku v množství 1,5 kg/t oceli. Po odlití první dávky oceli dosáhla její hladina v nálitku výšky 400 mm nad tělem odlitku. Na formu pak bylo umístěno zařízení pro obloukový ohřev oceli v nálitku s třemi grafitovými elektrodami, napájenými transformátorem o příkonu 60 kVA. 4 hodiny po odlití první dávky oceli byl ohřev ukončen, zařízení pro obloukový ohřev bylo sejmuto a do nálitku byla vložena nálevka, zasahující 300 mm pod nálitek do tekutého kovu v odlitku. Nálevkou byla potom odlita druhá dávka oceli o hmotnosti 15 t a o chemickém složení v množství podle hmotnosti : uhlík 0,32 %, mangan 0,87 % a křemík 0,30 %, zbytek železo a obvyklé příměsi. Obsah uhlíku byl u druhé dávky oceli vypočten podle předpokládané maximální segregace příměsí v základní oceli obdobně jako v předchozím příkladu. Výsledný chemický rozbor vzorku, odebraného z horní části odlitku, vykázal toto chemické složení v množství podle hmotnosti : uhlík 0,39 %, mangan 0,89 % a křemík 0,31 %, zbytek železo a obvyklé příměsi.

Claims (1)

1. Způsob výroby ingotů a odlitků s vysokou chemickou stejnorodostí, při němž se po odlití těla ingotu s částí jeho hlavy nebo odlitku s částí jeho nálitku a po zatuhnutí 10 až 80 % objemu těla ingotu nebo odlitku dolije hlava ingotu nebo nálitek ocelí nálevkou, vyznačený tím, že se ocel dolije nálevkou, ponořenou shora do nezatuhlé oceli v ingotu nebo v odlitku.