PL93404B1 - - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia niejednolitego wlewka stalowego o skladzie stali w naskórku róznym od skladu w rdzeniu oraz niejednolity wlewek stalowy.

Wedlug znanego sposobu traktuje sie wstepnie w kadzi lejniczej niecalkowicie uspokojona stal, w szczególnosci nieuspokojona lub póluspokojona, a nastepnie odlewa sie ja do wlewnicy, ewentual¬ nie z nadstawka, po czym po napelnieniu wlew¬ nicy i uplywie okreslonego czasu dodaje sie do stali we wlewnicy srodka odtleniajacego i poddaje sie te stal mieszaniu przy pomocy gazu wdmuchi¬ wanego do stali w poblizu dna wlewnicy.

Znany sposób przytoczonego typu ma te wade, ze nie usuwa w t skrzepnietym wlewku licznych wtracen niemetalicznych wystepujacych po odtle- nianiu, które pogarszaja mozliwosci wykorzystania otrzymanego wlewka, lub które co najmniej po¬ woduja znaczny procentowo odpad.

Proponowano prowadzenie mieszania stali w cia¬ gu bardzo krótkiego okresu czasu, okolo 30 se¬ kund, aby nadmiernie nie ulatwiac gwaltownego krzepniecia stali poza frontem krystalizacji, które jak wiadomo utrudnia lub uniemozliwia wyply¬ niecie wtracen na powierzchnie wlewka. Stwier¬ dzono, ze bardzo krótkotrwale mieszanie jak pro¬ ponowano, nie pozwala na skuteczne wyplywanie pozostalosci po odtlenianiu w rodzaju tlenków .glinu i/lub krzemu, które ze wzgledu na mala objetosc nie moga szybko wyplynac. 39 W innym procesie tego samego rodzaju dla za¬ pewnienia dobrej homogenicznosci stali przewi¬ dziano mieszanie jej gazem obojetnym az do mo¬ mentu gdy stal wzbogaci sie znacznie w krysztaly.

Ten sposób postepowania zmniejsza bez watpienia liczbe wtracen, lecz wtracania pozostajace we wlewku sa znaczne objetosciowo, tak ze otrzy¬ mane wlewki sa miernej jakosci. Celem wyna¬ lazku jest usuniecie wyzej wymienionych nie¬ dogodnosci i opracowanie sposobu wytwarzania wlewków, który pozwoli na otrzymanie niejedno¬ litych wlewków, wolnych od wszelkich szkodli¬ wych wtracen.

Sposób wedlug wynalazku charakteryzuje sie tym, ze dodawanie srodka odtleniajacego do wlew¬ nicy i intensywne mieszanie stali maja miejsce w fazie tworzenia krysztalów slupkowych i ze intensywne mieszanie po wyzej wymienionym do¬ dawaniu trwa co najmniej tak dlugo w minutach ile wynosi, wyrazona w metrach, wysokosc wlew¬ ka.

Sposób zapewnia jednolity rozdzial srodka od¬ tleniajacego, ulatwia unoszenie wtracen przez gaz i ich koagulowanie w skupiska o znacznej obje¬ tosci, które moga szybko wydzielic sie wyplywajac na powierzchnie wlewka po wstrzymaniu miesza¬ nia, w momencie gdy stal nie zawiera jeszcze znacznej ilosci krysztalów, poniewaz krystalizacja równoosiowa zachodzi dopiero po utworzeniu sie krysztalów slupkowych. 93 40493 3 Sposób wedlug wynalazku pozwala ria uzyski¬ wanie wlewków, znakomitej jakosci, których sklad w naskórku zalezy od skladu stali w kadzi lej- niczej a sklad w rdzeniu zalezy ponadto od ro¬ dzaju srodka odtleniajacego i ewentualnie innych dodatków wprowadzanych w danym przypadku do wlewnicy.

Tak wiec wychodzac ze stali niecalkowicie uspo¬ kojonej w kadzi, majacej zatem dobra lejnosc, mozna otrzymac we wlewnicy stal calkowicie u- spokojona o zamierzonej zawartosci glinu, przez dodanie do wlewnicy aluminium. Mozliwe jest równiez po odlaniu do wlewnicy stali nieuspoko- jonej i dodaniu z opóznieniem, aluminium otrzy¬ manie wlewka majacego naskórek ze stali nie¬ uspokojonej i; rdzen ze stali uspokojonej. Mozna stosowac sposób, w którym do stali w kadzi do¬ dano, krzem, a po odlaniu do wlewnicy pewna ilosc aluminium i otrzymac wlewek odznaczajacy sie z jednej strony naskórkiem zawierajacym krzem, lecz praktycznie pozbawionym glinu, tlen¬ ku glinu i glinianów, a z drugiej strony majacy rdzen ze stali uspokojonej.

Korzystnym jest równiez poslugiwanie sie spo¬ sobem wedlug wynalazku dla otrzymania we wlewnicy stali póluspokojonej, wychodzac ze stali nieuspokojonej w kadzi, majacej pod wzgledem zawartosci wegla i manganu sklad stali póluspo¬ kojonej i dodajac do odlanej do wlewnicy stali odtleniacz zawierajacy krzem. Przestrzegajac ogól¬ nych charakterystyk sposobu wedlug wynalazku, otrzymuje sie wiec wlewek majacy dobry naskó¬ rek ze stali nieuspokojonej i rdzen ze stali pól¬ uspokojonej.

Stwierdzono, ze tworzenie sie krysztalów slup¬ kowych rozpoczynajace sie bezposrednio po za¬ konczeniu odlewania i wyrazajace sie krzepnieciem stali poczynajac od sciany wlewnicy oraz plyty podstawy prostopadle do nich, pozwala regulowac, przynajmniej w sposób przyblizony, grubosc na¬ skórka wlewka ze stali nieuspokojonej. W rzeczy¬ wistosci grubosc naskórka jest funkcja czasu uply¬ wajacego pomiedzy momentem gdy stal zetknie sie z wlewnica a momentem dodania srodka odtle¬ niajacego do wlewnicy, wplyw sztucznego mie¬ szania stali nieuspokojonej gra jedynie wtórna role.

Waznym jest, aby czas ten zostal zredukowany do minimum odpowiadajacego zadanej grubosci naskórka, a to dla pozostawienia wystarczajacego czasu na intensywne mieszanie stali przed kon¬ cem fazy tworzenia krysztalów slupkowych, po której nastepuje faza krystalizacji równoosiowej.

Wiadomo, ze podczas krystalizacji równoosiowej grubosc warstwy skrzepnietej stali wzrasta w spo¬ sób calkowicie niekontrolowany i, co wazniejsze, krysztaly stali tworzace sie podczas tej fazy kry¬ stalizacji równoosiowej nie pozwalaja na jakie¬ kolwiek skuteczne wyplywanie pozostalosci po od- tlenianiu. Stwierdzono, ze nie mozna okreslic do¬ kladnie czasu trwania fazy tworzenia krysztalów slupkowych w stali cieklej poddanej we wlewnicy gwaltownemu mieszaniu.

Wiadomo jednakze, ze okres tworzenia kryszta¬ lów slupkowych jest w przyblizeniu proporcjonal- 404 4 ny do wysokosci napelnienia wlewnicy, to znaczy do wysokosci wlewka.

Wiadomo równiez, ze wspólczynnik proporcjo¬ nalnosci pomiedzy dlugoscia okresu tworzenia krysztalów slupkowych a wysokoscia wlewka jest na ogól wyzszy od 2. W praktyce mozna ustalic empiryczny czas TE, okreslajacy okres roboczy z koncem którego nalezy wstrzymac intensywne mieszanie stali aby pozwolic na zupelne wyply¬ niecie wtracen przed koncem okresu tworzenia krysztalów slupkowych. W pierwszym przyblize¬ niu wartosc tego okresu roboczego ocenia sie ze wzoru: TE = 2h (1> gdzie h oznacza wysokosc- wlewka w metrach, Tr oznacza wyrazona w minutach dlugosc okresu roboczego, liczona poczawszy od zakonczenia od¬ lewania do wlewnicy i obejmujaca czas oczeki- wania TA oraz czas dodawania srodka odtlenia¬ jacego TD i czas mieszania TB.

Jasnym jest wiec, ze bedacy do dyspozycji czas na intensywne mieszanie stali jest ograniczony, lecz musi on byc wystarczajacy, wynoszacy w rm- nutach co najmniej h/2, gdzie h wyrazone jest w metrach, dla zapewnienia koagulacji pozosta¬ losci po odtlenianiu w znaczniejsze skupiska mo¬ gace szybciej i latwiej wyplynac na powierzchnie cieklej stali, gdy mieszanie zostanie wstrzymane.

Grubosc naskórka tworzacego sie przed doda¬ niem srodka odtleniajacego jest w przyblizeniu okreslona równaniem: e = kj/H (2> gdzie k jest wspólczynnikiem zawartym pomiedzy 22 a 25, w zaleznosci odpowiednio od tego czy stal jest w stanie intensywnego mieszania, czy tylko w stanie odgazowania, tA jest wyrazonym w minutach czasem oczekiwania uplywajacym po- 40 miedzy zakonczeniem odlewania a dodaniem srod¬ ka odtleniajacego, e jest wyrazone w milimetrach.

Dla uzyskania wlewków wolnych od wtracen nalezy zwrócic uwage aby czas mieszania tB byl co najmniej równy w minutach h/2,' gdy h wy- 45 razone jest w metrach i aby tA + tD + tB bylo co najwyzej równe tE, przy czym tA jest w pewnej mierze funkcja grubosci naskórka e, która za¬ mierza sie uzyskac, a tD na ogól ograniczony jest do kilkudziesieciu sekund. 50 W ogólnosci, przy normalnej wysokosci wlewka h wynoszacej dwa metry, calkowity czas tE be¬ dacy do dyspozycji na utworzenie naskórka, do¬ danie odtleniacza i mieszanie nie przekracza czte¬ rech minut. Jezeli intensywne mieszanie trwa 55 jedna minute po dodaniu odtleniacza, mozna uzys¬ kac grubosc naskórka e o wartosci okreslonej podanym wyzej wzorem, w którym tA wynosi prawie trzy minuty, podczas gdy tD nie trwa dluzej niz 10 do 15 sekund. Zaleznie od tego czy ciekla stal w tym okresie podlega silnemu 60 mieszaniu, czy tez jest mieszana slabo lub wcale, grubosc naskórka e ze stali nieuspokojonej przy glowie wlewka waha sie pomiedzy 38—44 mm.

Nalezy jeszcze zaznaczyc, ze czas trwania okresu tworzenia krysztalów slupkowych wzrasta wzraz5 -ze wzrostem predkosci odlewania i temperatury stali w czasie odlewania. Pomimo wszystko czas ten pozostaje ograniczony i to tym bardziej im gwaltowniejsze jest mieszanie.

Intensywne mieszanie zwieksza efekt szybkosci 5 chlodzenia cieklej stali w rdzeniu wlewka i przy¬ spiesza w ten sposób poczatek fazy krystalizacji równoosiowej. Mozna jednak w pierwszym przy¬ blizeniu czasu trwania tworzenia krysztalów slup¬ kowych pominac przeciwstawne wplywy tempe- 10 ratury stali i szybkosci odlewania z jednej strony oraz intensywnosci i czasu mieszania z drugiej.

Nalezy takze pamietac, ze czas trwania okresu tworzenia krysztalów slupkowych zalezy równiez od rodzaju i ilosci odtleniacza dodanego do cieklej 15 stali oraz od momentu dodania odtleniacza.

Celem empirycznego okreslenia czasu trwania okresu tworzenia krysztalów slupkowych warto wykonac serie prób dla kazdego gatunku wy¬ twarzanej stali i dla kazdego stosowanego typu 2Q wlewnicy biorac za podstawe wzór (1): tE = 2h Jezeli otrzymane wlewki beda zawierac znacz¬ nie wiecej wtracen w stopie niz w glowie nalezy zmniejszyc, na przyklad o dziesiec lub kilkadzie- 25 siat sekund, wartosc tA + tD + tB wyznaczona wy¬ zej wzorem (1), poniewaz w tym przypadku przer¬ wano mieszanie wyraznie po zakonczeniu fazy tworzenia krysztalów slupkowych. Jezeli natomiast stwierdzi sie wtracenia jedynie w glowie wlewka, 30 mozna lekko zwiekszajac wartosc tE (na przyklad o dziesiec sekund, czasami wiecej) zwiekszyc czas mieszania tB i w ten sposób polepszyc wydziela¬ nie pewnej ilosci wtracen w glowie wlewka. Na¬ lezy zwrócic uwage, ze nie jest konieczne zacno- 85 wanie tA + tD + tB = tE, wystarcza warunek h — ^ TA+ TD + TB ^ TE przy h wyrazonym w me- 2 trach.

Jako srodek odtleniajacy dodawany do wlew- *° nicy stosuje sie aluminium, krzem, zelazokrzem lub odtleniacze kompleksowe takie jak: krzemo- mangan, krzemoaluminium, wapniokrzem itd. Przy wytwarzaniu wlewków ze stali póluspokojonej ko¬ rzystne jest stosowanie wstepnego odtleniania we 45 wlewnicy przy pomocy okreslonej ilosci alumi¬ nium i dokonczenie odtleniania do zawartosci tlenu odpowiadajacej stali póluspokojonej przy pomocy krzemowego srodka odtleniajacego takie¬ go jak zelazokrzem. W tym przypadku nalezy 50 zwracac uwage by ilosc uzytego aluminium byla nieznaczna, azeby calkowicie nie uspokoic stali; obnizenie zawartosci tlenu w stali do wartosci zadanej zachodzi przez dodanie krzemowego srod¬ ka odtleniajacego. Ponadto dodanie odtleniacza 55 krzemowego moze nastapic dopiero gdy wieksza czesc produktów odtleniania wstepnego, produk¬ tów bogatych w tlenek glinu, zostanie wyniesiona / na powierzchnie pod wplywem intensywnego mie¬ szania, które stosuje sie poczawszy od dodania eo aluminium.

Ten sposób postepowania jest bardzo korzystny, poniewaz pozwala nie tylko bardzo szybko i bar¬ dzo precyzyjnie regulowac koncowa zawartosc tle¬ nu w stali, lecz takze daje stal o wiekszej czysto- es 6 sci niz otrzymywana przez dodawanie jedynie odtleniacza krzemowego.

Podczas intensywnego mieszania stali wtracenia r bogate w tlenek glinu wyplywaja szybciej i w spo¬ sób zupelnie]szy niz wtracenia krzemianowe, dlate¬ go tez korzystne jest stosowanie odtleniacza krze¬ mowego w mozliwie malych ilosciach celem do¬ prowadzenia do zadanego stopnia odtleniania, pro¬ wadzonego wstepnie przy pomocy aluminium, nie narazajac sie przy tym na zbytnie obnizenie za¬ wartosci tlenu w stali przez dodanie nadmiernej ilosci aluminium.

Jak wskazano poprzednio, intensywne mieszanie konieczne jest jedynie w fazie tworzenia kryszta¬ lów slupkowych i pa dodaniu do wlewnicy srod¬ ków odtleniajacyeh, jednakze wstepne slabe lub nawet intensywne mieszanie stali mozna prowa¬ dzic juz przed dodaniem srodka odtleniajacego.

W tym przypadku wstepne mieszanie stali jest jedynie konsekwencja zamierzonego celu a nie srodkiem do jego osiagniecia.

W rzeczywistosci glównym zamierzonym celem intensywnego mieszania stali po dodaniu srodka odtleniajacego, w szczególnosci krzemowego lub glinowego, jest zapewnienie jednolitego rozdzialu odtleniacza w stali i mozliwie szybkie zgrupo¬ wanie w skupiska drobnych czastek pozostalosci po odtlenianiu celem utworzenia czastek o znacz¬ niejszych rozmiarach. W rzeczywistosci, gdy pod¬ czas mieszania czesc pozostalosci po odtlenianiu wyplywa na powierzchnie wlewka i tam pozo-1 staje, bardzo liczne czastki zostaja wciagniete pod wplywem mieszania do wnetrza wlewka. Te czast¬ ki winny szybko wyplynac na powierzchnie wiew- ka po zaprzestaniu mieszania, co jednak nie jest mozliwe jesli te czastki nie osiagna wiekszych rozmiarów. Wlasnie -intensywne mieszanie po do¬ daniu odtleniacza powoduje tworzenie skupisk czastek drobnych, tak ze skupiska tych pozosta¬ losci po odtlenianiu, o dosc znacznych rozmiarach wyplywaja szybko na powierzchnie wlewka. Ko¬ nieczne jest, aby podczas tego procesu stal znaj¬ dowala sie jeszcze w fazie tworzenia krysztalów slupkowych i aby skupiska nie spotykaly na swej drodze duzej ilosci krysztalów stali.

Obecnosc w stali krysztalów powaznie utrudnia wyplywanie pozostalosci po odtlenianiu (wtracen), które powinny wyplynac szybko po wstrzymaniu mieszania. Jesli na przyklad stal w momencie wstrzymania mieszania ^zawiera powazna ilosc krysztalów, to wtracenia znajdujace^ sie w mo¬ mencie wstrzymania mieszania w poblizu srodka wlewka rozpoczawszy wznoszenie napotykaja na krysztaly, które przylgna do nich.

Gestosc skupisk utworzonych przez wtracenia otoczone krysztalami metalu rosnie stopniowo az do osiagniecia, a pózniej przekroczenia, gestosci cieklej stali, a wtedy wtracenia przestaja wznosic sie i zaczynaja opadac ku stopie wlewka. Jesli mieszanie nie bylo wystarczajaco dlugie i inten¬ sywne i jesli zostalo wstrzymane dopiero w fazie krystalizacji równoosiowej, nastepujacej po fazie tworzenia krysztalów slupkowych, otrzymuje sie wlewki nie tylko z licznymi wtraceniami, które nie mogly wyplynac, lecz takze majace znacznie wieksza ilosc wtracen w stopie niz w glowie.93 404 8 Biorac pod uwage glówna role jaka gra inten¬ sywne mieszanie po dodaniu odtleniacza a przed koncem fazy tworzenia krysztalów slupkowych, wazne jest równiez, aby móc uruchomic inten¬ sywne mieszanie, gdy tylko dodawanie odtlenia¬ cza zostanie zakonczone.

Dla przeprowadzenia intensywnego mieszania stali we wlewnicy mozna sie posluzyc róznymi znanymi urzadzeniami do mieszania takimi jak cegla porowata osadzona w plycie podwlewnico- wej^i podlaczona po przeciwnej stronie wlewnicy do zródla gazu; lanca gazowa gleboko zanurzona w stali we wlewnicy, albo rury przechodzace przez plyte podstawy lub wlewnice i majace wylot we wlewnicy w poblizu jej dna, a na drugim koncu. podlaczone do zródla gazu mieszajacego, lub wre¬ szcie rury umieszczone pomiedzy plyta podstawy a wlewnica w kanalkach utworzonych w plycie podstawy i/lub w podstawie wlewnicy, podla¬ czone równiez do zródla gazu mieszajacego o re¬ gulowanej wydajnosci.

W niniejszym przypadku w pelni skuteczne moga byc jedynie urzadzenia mieszalnicze z cegla porowata w plycie podstawy lub rurami maja¬ cymi wyloty w poblizu plyty podstawy. Chcac osiagnac wyplyniecie w krótkim czasie jak naj¬ wiekszej czesci wtracen niemetalicznych zawar¬ tych w cieklej stali we wlewnicy, co dotyczy wtracen obecnych zwykle w stali lub wtracen powstalych we wlewnicy pod wplywem odtle¬ niacza, trzeba spowodowac energiczne i intensyw¬ ne mieszanie obejmujace cala mase stali zawartej we wlewnicy.

Dla uzyskania dobrego mieszania gaz miesza¬ jacy nalezy wprowadzic do stali w dowolnej cze¬ sci wlewnicy jak najblizej plyty podstawy. Sto¬ sujac cegle porowata sztywno polaczona z plyta lub rury majace wyloty we wlewnicy w poblizu tej plyty uzyskuje sie bardzo skuteczne mieszanie.

Wydatek i cisnienie gazu mieszajacego maja równorzedne znaczenie. Na ogól dla wlewków o wysokosci w granicach 2 m podczas intensyw¬ nego mieszania stosuje sie wydatki 5—20 l/min na tone stali poddawanej obróbce. Cisnienie gazu mieszajacego powinno nie tylko oczywiscie prze¬ wyzszac cisnienie hydrostatyczne stali zawartej we wlewnicy, lecz wskazanym jest stosowanie cisnien wyzszych, to znaczy siegajacych 10 barów i wiecej. Stwierdzono, ze konieczny wydatek gazu jest w przyblizeniu wprost proporcjonalny do ciezaru wlewka i odwrotnie proporcjonalny do jego wysokosci i ze mozna go z grubsza ocenic ze wzoru: P ,p = 25 — h (3) w którym minute, P oznacza ciezar wlewka w tonach, h oznacza jego wysokosc w metrach.

Wartosc obliczona z tego wzoru jest jednakze tylko pierwszym przyblizeniem i zawsze stosuje sie wiekszy wydatek, aby uzyskac mozliwie naj¬ intensywniejsze mieszanie bez powodowania roz- prysku.

Aby móc uruchomic intensywne mieszanie na¬ tychmiast po dodaniu do wlewnicy srodków od- tleniajacych nalezy dbac o to, aby wyloty dysz nadmuchowych wzglednie pory cegly osadzonej w plycie podstawy nie byly zatkane. Korzystnie jest zasilac gazem do mieszania rurki nadmuchu lub cegle porowata juz w czasie odlewania stali a przed dodaniem srodka odtleniajacego.

Jednakze w okresie tym, konczacym sie wraz z dodaniem srodka odtleniajacego, wydatek gazu mieszajacego moze bez ujemnych skutków byc stosunkowo maly i nie przekraczac 5 l/min na tone stali zawartej we wlewnicy. Cisnienie gazu moze wiec przewyzszac cisnienie hydrostatyczne, l5 jedynie o kilka dziesiatych bara, co wystarcza aby uniemozliwic zalanie wylotów dysz nadmu¬ chowych lub porów w cegle porowatej. Tak wiec ma sie tu do czynienia z przedmuchiwaniem^ a nie z intensywnym mieszaniem stali.

Gdy materialem wyjsciowym jest stal póluspo- kojona lub niecalkowicie uspokojona w kadzi, przedmuchiwanie to jest szczególnie potrzebne aby uniknac skrzepniecia metalu na powierzchni, co w przypadku calkowitego braku mieszania za- szloby w krótkim czasie po zakonczeniu odlewa¬ nia. Nie jest to oczywiscie potrzebne w przy¬ padku stali nieuspokojonej, która jest w sposób naturalny mieszana spontanicznym wydzielaniem sie gazu we wlewnicy.

Wybór rodzaju gazu do mieszania jest w ogól¬ nosci funkcja zamierzonego celu. Biorac pod uwa¬ ge mala ilosc uzytego gazu najchetniej uzywa sie argonu pomimo jego stosunkowo wysokiej ceny.

W przypadkach specjalnych stosuje sie azotowa¬ nie lub reoksydacje stali we wlewnicy, to tez mozna stosowac jako gaz mieszajacy azot, a w o- kolicznosciach bardziej sprzyjajacych powietrze.

Postepujac w sposób wyzej opisany otrzymuje sie niejednolite wlewki stalowe. Wlewki te maja na powierzchni, to znaczy w naskórku, stop me¬ tali odpowiadajacy przygotowanemu w kadzi lej- niczej, zas we wnetrzu, to znaczy w rdzeniu, stop metali o skladzie odpowiadajacym sumie stopu przygotowanego w kadzi i skladników uzupelnia¬ jacych dodanych do wlewnicy. Stop ten, którego jednorodnosc i oczyszczenie osiagnieto przez in¬ tensywne mieszanie, jest praktycznie pozbawiony wyeliminowanych tym mieszaniem pozostalosci niemetalicznych, pochodzacych z reakcji chemicz¬ nych wywolanych dodaniem do wlewnicy srodka odtleniajacego takiego jak krzem i/lub innych reduktorów, takich jak na przyklad aluminium, stosowanych w malych ilosciach. Otrzymuje sie wiec wlewki niejednolite, w których stal w rdze¬ niu jest póluspokojona lub nawet uspokojona, zas 55 odpowiednio stal w naskórku nieuspokojona lub póluspokojona, albo ogólniej niezupelnie uspoko¬ jona.

Aby uniknac wciagania do wnetrza cieklego wlewka czesci wtracen wyplywajacych na po- 60 wierzchnie przez intensywne mieszanie lub znaj¬ dujacych sie na powierzchni, korzystnym jest pokrycie swobodnej powierzchni cieklej stali we wlewnicy, warstwa syntetycznego zuzla nie mie¬ szajacego sie ze stala. W warstwie tej rozpuszcza. 65 sie lub zostaje zatrzymana czesc wtracen. 40 45 5093 404 9 Mozna uzywac bardzo wielu skladów zuzli, na przyklad zuzla o nastepujacym skladzie wago¬ wym: Si02 — 35%; CaO — 15%; Na20 — 20%; Ti02 — 5%; MnO — 20%; MgO — 5%.

Zuzel ten mozna stosowac do stali uspakajanej we wlewnicy przy pomocy aluminium, wychodzac ze stali niespokojonej.

Pokrewna technika polega na narzuceniu na swobodna powierzchnie cieklej stali topnika, któ¬ ry przeksztalca w rzadkoplynna ciecz ciastowate lub nawet stale pozostalosci odtleniania wyply¬ wajace w trakcie intensywnego mieszania lub natychmiast' po jego wstrzymaniu. Technike * te stosuje sie z pomyslnym skutkiem szczególnie do wytwarzania stali póluspokojonej krzemem ze wstepnym odtlenianiem przy pomocy alumi¬ nium. Odtlenianie to daje skupiska tlenków bo¬ gatych w tlenki glinu, które maja znaczna lepkosc a niekiedy nawet sa stale.

Po wstrzymaniu mieszania skupiska, zachowu¬ jace sie jak izolatory cieplne, opózniaja krzepnie¬ cie stali, która sie pod nimi znajduje. Niedogod¬ nosc ta znika jesli doda sie topnika, który tworzy z pozostalosciami po odtlenianiu warstwe rzadko- plynnego zuzla. Po wstrzymaniu mieszania krzep¬ niecie powierzchni przebiega w sposób jednorodny, poniewaz cala powierzchnia jest pokryta cienka warstwa zuzla jednolitej grubosci.

Nadaje sie tu wiekszosc topników stosowanych zazwyczaj w hutnictwie, na przyklad: fluorek wapnia lub sodu, kriolit, boraks, tlenki alkaliczne, krzemian lub weglan sodu, mozna je stosowac oddzielnie lub w mieszaninach. Korzystne wyniki uzyskuje sie stosujac mieszanke utworzona z 60% wagowo fluorytu i 40% wagowo weglanu sodu.

Wynalazek jest zilustrowany kilkoma przykla¬ dami realizacji.

Przyklad I. Wytwarzanie stali uspokojonej na wlewnicy, wychodzac z bardzo miekkiej stali w kadzi, pr£y czym stal wyjsciowa miala naste¬ pujacy sklad: C — 0,052% wagowych, P — 0,013% wagowych, Mn— 0,33% wagowych, S — 0,013% wagowych.

Odlano cztery wlewki ze stali uspokojonej, do¬ dajac do stali odlanej do wlewnicy jeden kilogram aluminium na tone stali. Ciezar kazdego wlewka wynosil 10 ton, a wysokosc okolo 2 metry. W tym przypadku byly to wlewki plaskie z nadlewem.

Czas napelniania kazdej z wlewnic wynosil od¬ powiednio: 1 min 30, 1 min 20, 1 min 20, 1 min 35.

Po zakonczeniu napelniania wlewnic odczekano kazdorazowo 30 sekund przed dodaniem alumi¬ nium. Operacja ta trwala 15 sekund. Mieszanie stali przy pomocy argonu prowadzono od poczat¬ ku odlewania stali do wlewnicy, utrzymujac niski wydatek gazu mieszajacego, 50 l/min, az do chwili dodania aluminium. Poczawszy od tego momentu rozpoczeto intensywne mieszanie, trwajace 1 min 30 przy wydatku gazu 150 l/min.

Po dodaniu aluminium stwierdzono znaczne wy¬ plywanie zuzla pochodzacego z odtleniania. Sklad wagowy zuzla byl nastepujacy: A1203 — Fe203 — V 82,1%, 9,2%, FeO MnO - 3,22%, - 3,5%. 38 40 45 55 60 W chwili wstrzymania mieszania, glowy wlew¬ ków pokryto zasypka egzotermiczna stosowana zazwyczaj przy tego typu wlewkach z nadlewem.

Te cztery wlewki przewalcowano na kesiska pla¬ skie, które poddano próbie ultradzwiekowej w ce¬ lu okreslenia glebokosci jamy w glowie kazdego kesiska. Stwierdzono nastepujace wartosci wyra¬ zone w procentach calkowitej dlugosci kesiska: 4,4%, 3,1%, 3,6%, 3%.

Pozostale czesci kesisk byly wolne od pecherzy i skupisk wtracen wykrywalnych ultradzwiekami.

Mierzona na kesiskach grubosc naskórka ze stali nieuspokojonej wahala sie od 5 mm (przy stopie) do 3 mm (przy glowie).

Oznaczono zawartosc glinu i tlenku glinu w glo¬ wach i stopach czterech wlewków. Wyniki analizy sa nastepujace: Nr wlewka j 1 2 3 4 Al metal. — % wagowo glowa 0,066 0,065 0,061 0,067 stopa 0,063. 0,066 0,061 0,070 Al tlenek — 1 % wagowo glowa 0,003 0,001 0,002 0,001 stopa 0,003 0,002 0,003 0,001 Wedlug tego sposobu wyprodukowano wiele wlewków uzyskujac zawsze te same rezultaty, a mianowjcie. niski odpad od glowy wlewka w zwiazku z brakiem jamy i skupisk wtracen w glowie wlewka, niska dyspersje, to znaczy jed¬ nolity rozdzial zawartosci glinu, bardzo niska za¬ wartosc tlenków glinu.

Nalezy jeszcze zaznaczyc, ze czas TE przezna¬ czony na obróbke, okreslony na podstawie wy¬ sokosci h wlewków (h = 2m), wedlug przytoczo¬ nego poprzednio empirycznego wzoru (1) powinien byc rzedu czterech minut. Zachowano zatem wa¬ li * runek: — ^ tA + tD + tB ^ tE, gdyz w tym przy- 2 padku tA + tD + tB = 30 sek + 15 sek + 1 min = 2 min 15.

Gorsze wyniki stwierdzono, gdy kontynuowano intensywne mieszanie powyzej czterech minut po dodaniu aluminium. Tak wytworzone wlewki mia¬ ly pewna ilosc dosc duzych skupisk tlenków glinu, latwo wykrywalnych ultradzwiekami. Byly to po¬ zostalosci odtleniania, wciagniete w glab wlewka pod wplywem mieszania, a które nie mogly wy¬ plynac calkowicie po mieszaniu, poniewaz stal w" cztery^ minuty po dodaniu aluminium, a wiec blisko piec minut po zakonczeniu odlewania, za¬ wiera zbyt wiele krysztalów.

Wad tych nigdy nie stwierdzono we wlewkach, gdy stal mieszano maksimum trzy minuty po za¬ konczeniu odlewania do wlewnicy.

Przyklad II. Wytwarzanie, wychodzac ze stali nieuspokojonej, wlewków ze stali uspokojo¬ nej z naskórkiem ze stali nieuspokojonej o gru- 65 bosci regulowanej.93 404 11 13 Stal o skladzie takim samym jak w przykla¬ dzie I odlano do wlewnic tego samego typu co w przykladzie I, lecz zamiast dodawac aluminium w 30 sekund po odlaniu, odczekano 1 min 30. Gru¬ bosc naskórka na kesisku, która wynosila 3 mm przy glowie i 5 mm przy stopie gdy odczekiwano sekund przed dodaniem aluminium, osiagnela w tym przypadku 5 mm przy glowie i 7 mm przy stopie.

Przyklad III. Wytwarzanie wlewków ze stali uspokojonej aluminium, wychodzac ze stali pól¬ uspokojonej lub niezupelnie uspokojonej zawiera¬ jacej krzem w kadzi.

Odlano piec dziewieciotonowych wlewków z nad- lewem, wychodzac ze stali póluspokojonej krze¬ mem w kadzi, o skladzie okreslonym na podsta¬ wie próbki pobranej pod koniec odlewania wlew¬ ka Nr 2, sklad ten wynosil w % wagowych: C — 0,01J0, Si — 0,085, S — 0,019, Mn — 0,612, P — 0,024, Og calkowity — 0,011.

Te piec wlewków traktowano w jednakowy spo¬ sób, to znaczy mieszano poczawszy od 1 minuty liczonej od zakonczenia odlewania, nastepnie po uplywie 1 minuty dodano 5 kg aluminium kon¬ tynuujac mieszanie. Dodawanie to przeprowadzono rzucajac na powierzchnie stali ladunki 1 kilogra¬ mowe, trwalo to 15 sekund. Mieszanie kontynuo¬ wano jeszcze przez 1 min 45. Calosc operacji trwa¬ la wiec 3 minuty. W chwile po zakonczeniu do¬ dawania aluminium spostrzezono wyplywanie na powierzchnie metalu znacznej ilosci zuzla powsta¬ lego przy odtlenianiu, a skladajacego sie glównie z tlenków glinu. Po wstrzymaniu mieszania po¬ wierzchnie metalu pokryto zasypka egzotermiczna stosowana zwykle dla tego typu wlewków uspa¬ kajanych w kadzi przy pomocy aluminium.

Otrzymany metal przewalcowany w plaskie ke¬ siska nie ujawnil przy uzyciu ultradzwieków zad¬ nych wad. Sprawdzono zawartosc calkowita tlenu w pieciu kesiskach w próbkach pochodzacych z centralnej czesci pieciu wlewków. Otrzymano nastepujace wyniki w procentach wagowych: Odlano piec wlewków kwadratowych 9,2-tono- wych, wychodzac ze stali nieuspokojonej w kadzi.

Wysokosc wlewków wynosila 2 m. Stal nieuspo- kojona miala nastepujace zawartosci wagowe C, % Mn, P i S: C . — 0,139%, P — 0,029%, Mn — 0,535%, S — 0,022%, Odlewanie tych pieciu wlewków trwalo odpa¬ li wiednio 2 min 30, 2 min 35, 2 min 55, 3 min, 3 min 25 po czym pozwolono na samorzutne od- gazowanie w ciagu jednej minuty.

Nastepnie, w celu przemiany stali nieuspokojo¬ nej w stal póluspokojona, do stali w kazdej wlew- nicy dodano cztery porcje po 1 kg zelazokrzemu o zawartosci 75% krzemu. Dodawanie tych czte¬ rech porcji trwalo 15 sekund. Mieszanie stali wy¬ wolano wprowadzeniem argonu przy podstawie wlewnicy za posrednictwem dwu rur umieszczo- nych pomiedzy plyta podstawy a wlewnica. Mie¬ szanie to uruchomiono, dla wiekszej wygody, od poczatku odlewania przy dodawaniu gazu mie¬ szajacego (argonu) dopiero po dodaniu zelazo¬ krzemu, w ilosci 120 l/min na tone stali, podczas calej operacji, która trwala 4 minuty poczawszy od zakonczenia odlewania do wlewnic.

W przeciwienstwie do przykladu I, w którym nie wykorzystano calego bedacego do dyspozycji czasu obróbki T (utrzymujac tA + tD + tB ^ TE), obecnie operacje prowadzono mozliwie dlugo (tA + tD + tB = TE). W przykladzie niniejszym na¬ lezalo rzeczywiscie osiagnac jak najdluzszy czas tB, poniewaz wystepujace tu krzemianowe pro¬ dukty wyplywaja o wiele wolniej niz tlenki glinu bedace produktami odtleniania w przykladzie I.

W chwile po dodaniu zelazokrzemu i zapoczat¬ kowaniu intensywnego mieszania na powierzchni stali pojawila sie niewielka ilosc zuzla. Mozna 40 bylo zaobserwowac, ze ilosc zuzla zwiekszala sie po wstrzymaniu mieszania, poniewaz krzemiany wciagniete poprzednio pod wplywem mieszania do wnetrza wlewka mogly obecnie szybko wy¬ plynac. Analiza zuzla wykazala nastepujace za- 45 wartosci wagowe: Tlen, udzial calkowity Wlewek 1 0,0047% Wlewek 2 0,0038% Wlewek 3 0,0052% Wlewek 4 0,0024% Wlewek 5 0,0032% 1 Uzyskano wiec znaczne odtlenienie wywolane obróbka w kadzi. Liczne próby przeprowadzone ze stala o wiekszej lub mniejszej zawartosci C, Si lub Mn daly wyniki analogiczne, calkowita zawartosc tlenu pozostawala kazdorazowo ponizej 0,006% wagowych. Do kadzi mozna dodac nie¬ wielka ilosc aluminium nie przekraczajac warun¬ ków procesu, oczywiscie z zastrzezeniem aby stal nie zostala calkowicie odtleniona w kadzi. W ta¬ kim przypadku nie moznaby oczywiscie przepro¬ wadzic odtleniania we wlewnicy, co jest celem niniejszego sposobu.

Przyklad IV. Wytwarzanie, wychodzac ze stali nieuspokojonej w kadzi, wlewków ze stali póluspokojonej o naskócku wolnym od krzemu. 50 Si02 — 30,3%, FeO — 10,9%, Al2Os — 6,9%, CaO — 2,6%, MnO — 48,0%.

Glowy wlewków byly wypukle, a róznice wy- 55 sokosci pomiedzy srodkiem a brzegiem wlewka oceniono na 25 mm. Piec wlewków przewalco- wano na zgniataczu na przekrój 200X200 mm. Od¬ pady uzyskane podczas walcowania wynosily wa¬ gowo odpowiednio: 2,7%, 2,6%, 2,6%, 1,6%, 2,8%. 60 Badanie ultradzwiekowe kesisk nie wykazalo pecherzy. Zawartosci krzemu okreslone na róz- • nych poziomach kazdego kesiska, wykazane w ta¬ blicy jak nizej, wyznaczaja rozdzial krzemu we 65 wlewku w procentach wagowych.13 93 404 14 Miejsce we wlewku w % wysokosci wlewka W glowie % od glowy 40% od glowy 60% od glowy 80% od glowy W stopie Nr wlewka . 1 0,025% 0,023% 0,024% 0,022% 0,023% 0,025% 2 0,024% 0,026% 0,022% 0,022% 0,025% 0,023% 3 0,022% 0,024% 0,022% 0,022% 0,025% 0,023% 4 0,024% 0,022% 0,025% 0,0Z3% 0,025% 0,022% 0,023% 0,026% 0,024% 0,026% 0,022% 0,025% Przyklad V. Wytwarzanie, wychodzac ze stali nieuspokojonej w kadzi, wlewków ze stali póluspokojonej z dodatkiem FeSi poprzedzonym przez ograniczony dodatek aluminium.

Stal wytwarzana wedlug technologii opisanej szczególowo w przykladzie IV ma w ogólnosci zawartosc tlenu powyzej 0,010%, prawidlowa dla stali póluspokojonej, lecz która moze byc uwazana za zbyt wysoka dla pewnych wyrobów specjal¬ nych. Opracowano wiec wariant pozwalajacy o- siagnac zawartosci tlenu nizsze od uzyskiwanych zarówno wedlug technologii z przykladu IV jak i w klasycznych sposobach wytwarzania stali pól¬ uspokojonej.

Wyjsciowa stal nieuspokojona w . kadzi miala sklad w procentach wagowych: C — 0,125, Mn — — 0,472, P — 0,022, S — 0,024.

Odlano piec wlewków po 9,2 tony kazdy. Wlew¬ ki Nr 2 i Nr 4 poddano obróbce opisanej w przy¬ kladzie IV, to znaczy w minute po zakonczeniu odlewania dodano 4 kg FeSi, a calkowity czas mieszania mierzony od zakonczenia odlewania wynosil 4^ minuty. Te dwa wlewki przewidziano jako porównawcze.

Wlewki Nr 1, 3 i 5 poddano równiez mieszaniu przez 4 minuty, lecz w minute po zakonczeniu odlewania dodano 1,5 kg aluminium, nastepnie w 3 minuty od zakonczenia odlewania, a wiec gdy mieszanie wciagnelo juz wieksza czesc tlen¬ ków glinu utworzonych wskutek dodania alumi¬ nium, dodano 2 kg FeSi. Ponadto pomiedzy do¬ daniem aluminium a dodaniem zelazokrzemu do¬ dano 1,5 kg zasypki zawierajacej 60% fluorytu i 40% weglanu sodu. Zasypka ta jest topnikiem przeznaczonym do utrzymania w stanie rzadko- plynnym pozostalosci odtleniania glinowego.

Po wstrzymaniu mieszania te trzy wlewki mialy glowy wypukle, jak wlewki porównawcze.

Piec wlewków po przewalcowaniu badano ultra¬ dzwiekami. Wynik dla wszystkich wlewków byl zadowalajacy. Zawartosc tlenu w kesiskach ozna¬ czono w strefie odpowiadajacej srodkowi wlewka otrzymujac ponizsze udzialy wagowe: Tlen Wlewek 1 0,0076% Wlewek 2 (porównawczy) 0,0129% Wlewek 3 0,0067% Wlewek 4 (porównawczy) 0,0118% Wlewek 5 1 0,0071% \ Róznica pomiedzy grupami wlewków jest znacz¬ na. Dla uzyskania tak- niskich zawartosci tlenu odtlenianiem przy pomocy samego zelazokrzemu nalezaloby dazyc do znacznej zawartosci krzemu we wlewku, a wiec ryzyko utrzymania wlewków porowatych bylo by znaczne, i to zarówno w przy¬ padku dodawania krzemu do wlewnicy zgodnie z technologia opisana szczególowo w przykladzie IV, jak i dodawania go do kadzi wedlug klasycz- nej metody wytwarzania stali póluspokojonych.

Próba przeprowadzona na wielka skale pozwo¬ lila na porównanie odpadu stali wytwarzanej spo¬ sobem wedlug wynalazku z odpadem porównaw¬ czych wlewków stali nieuspokojonej oraz stali w póluspokojonej w kadzi.

W tych trzech próbach uzyskano nastepujace wyniki: stal otrzymana sposobem wedlug wy¬ nalazku — odpad od strony glowy srednio 2,9% wagowo, stal nieuspokojona — odpad od strony glowy srednio 5,4% wagowo, stal póluspokojona w kadzi — odpad od strony glowy srednio 7,6%.

Odpad od strony glowy, o którym mowa, jest odpadem koniecznym dla eliminacji wszelkich praktycznie sladów jam.

Ta próba ria wielka skale pozwolila równo¬ czesnie na pomiar zuzycia argonu w procesie, wynosilo ono 0,6 m3 na wlewek dziewieciotonowy.

W celu sprecyzowania efektu polepszenia stanu powierzchni, na uzyskanie jakiego w porównaniu ze stala póluspokojona w kadzi pozwala sposób wedlug wynalazku, przewalcowano, na specjalnie uciazliwe do uzyskania profile, dwa wlewki otrzy- mane kazdym z tych dwu sposobów. W przy¬ padku stali póluspokojonej w kadzi nalezalo z o- gólnej dlugosci 1240 m usunac wady na 180 m profili, natomiastw w przypadku sposobu wedlug wynalazku na odwalcowane 1 436 m jedynie 37 m 4D podlegalo usuwaniu wad. W obu przypadkach chodzilo o te sama wade — rysy w strefie pod¬ danej najwiekszym naciskom w trakcie produkcji walcówki.93 404 16 Widac wiec zalety sposobu wedlug wynalazku, który nadaje sie szczególnie do wytwarzania nie¬ jednolitych wlewków, badz to ze stali póluspo- kojonej krzemem, majacych naskórek ze stali nie- uspokojonej, badz tez ze stali uspokojonej przy pomocy aluminium, majacych bardzo niska za¬ wartosc aluminium zwiazanego (tlenku glinu), równa maksimum 0,003% wagowo i naskórek ze stali nieuspokojonej.

Claims (12)

Zastrzezenia patentowe

1. Sposób wytwarzania niejednolitego wlewka stalowego o skladzie stali w naskórku róznym od skladu w rdzeniu, wedlug którego to sposobu traktuje sie wstepnie w kadzi lejniczej niecalko¬ wicie uspokojona stal, w szczególnosci nieuspo- kojona lub póluspokojona, a nastepnie odlewa sie ja do wlewnicy, ewentualnie z nadstawka, po czym po napelnieniu wlewnicy i uplywie okreslo¬ nego czasu do stali we wlewnicy dodaje sie srod¬ ka odtleniajacego, a stal poddaje sie mieszaniu przy pomocy gazu wdmuchiwanego w poblizu dna wlewnicy, znamienny tym, ze dodaje sie srodek odtleniajacy, intensywnie miesza sie stal, przy czym wytracenia wyplywaja w trakcie fazy two¬ rzenia w stali krysztalów slupkowych, a inten¬ sywne mieszanie prowadzi sie przez okres czasu, wyrazony w minutach, równy co najmniej wy¬ sokosci wlewka wyrazonej w metrach.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosuje sie czas przeznaczony na tworzenie na¬ skórka, dodanie srodka odtleniajacego oraz inten¬ sywne mieszanie po dodaniu srodka odtleniaja¬ cego, wyrazony w minutach, równy co najwyzej podwojonej w przyblizeniu wysokosci wlewka wy¬ razonej w metrach.

3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze w pierwszej czesci okresu tworzenia krysztalów slupkowych nastepuje tworzenie sie naskórka wlewka, wolnego od srodka odtleniajacego, który dodano do wlewnicy.

4. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze uzywa sie stali, która pod wzgledem zawartosci wegla i manganu odpowiada charakterystyce stali 10 15 20 25 30 35 40 45 póluspokojonej, lecz która pod wzgledem zawar¬ tosci tlenu - odpowiada charakterystyce stali nie¬ uspokojonej, przy czym do stali po odlaniu jej do wlewnicy i odczekaniu pewnego czasu dodaje sie jako srodka odtleniajacego co najmniej jed¬ nego odtleniacza krzemowego, w ilosci wystar¬ czajacej dla otrzymania stali póluspokojonej.

5. Sposób wedlug zastrz. 4, znamienny tym, ze przed dodaniem odtleniacza krzemowego dodaje sie odtleniacz glinowy w ilosci nie wystarczajacej do obnizenia zawartosci tlenu w stali do wartosci odpowiadajacej stali póluspokojonej, po czym do¬ daje sie odtleniacz krzemowy w ilosci wlasciwej dla dokonczenia odtleniania stali do poziomu od¬ powiadajacego stali póluspokojonej.

6. Sposób wedlug zastrz. 5, znamienny tym, ze na powierzchnie mieszanego metalu we wlewnicy dodaje sie topnik dla spowodowania rzadkoplyn- nosci produktów odtleniania glinem.

7. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako srodek odtleniajacy do wlewnicy dodaje sie aluminium w ilosci wystarczajacej do otrzymania stali uspokojonej.

8. Sposób wedlug zastrz. 1 lub 7, znamienny tym, ze uzywa sie stali niecalkowicie uspokojonej, odtlenianej w kadzi wylacznie przy pomocy krze¬ mu.

9. Sposób wedlug zastrz. 1 lub 5 lub 7, zna¬ mienny tym, ze swobodna powierzchnie cieklego metalu pokrywa sie warstwa zuzla syntetycznego nie mieszajacego sie ze stala.

10. Wlewek stalowy niejednolity, o naskórku ze stali nieuspokojonej, znamienny tym, ze jego rdzen jest ze stali póluspokojonej.

11. Wlewek stalowy niejednolity, o naskórku ze stali nieuspokojonej i rdzeniu ze stali uspokojo¬ nej glinem, znamienny tym, ze stal rdzenia za¬ wiera co najwyzej 0,003% wagowych utlenionego glinu.

12. Wlewek stalowy niejednolity, o naskórku ze stali póluspokojonej lub nie calkowicie uspokojo¬ nej przy pomocy krzemu i rdzeniu ze stali uspo¬ kojonej glinem znamienny tym, ze stal rdzenia zawiera co najwyzej 0,006% wagowych tlenu. RSW Zakl. Graf. W-wa, Srebrna 16, z. 334-77/0 —120+20 egz. Cena 10 zt