Способ разливки металла Советский патент 1981 года по МПК B22D7/00 

(54) СПОСОБ РАЗЛИВКИ МЕТАЛЛА

I

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к разливке металла, и может быть использовано при рафинировании металла в металлургической емкости, кристаллизаторе, изложнице.

Известны способы перемешивания стали в процессе затвердевания нейтральным газом через металлический конусообразный патрон 1.

Недостаток этого способа разливки состоит в том, что не удается избежать при продувке металла в изложнице газами неуправляемого воздействия последнего на практически затвердевшие объемы металла, что приводит к образованию в теле отливки (слитка) дефектов в виде газовых «корочек или пузырей, обогащенных ликватами.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является способ разливки расплавов металлов, включаюш1ий продувку газом (аргон, азот, хлор и др.) с помощью вращающейся детали зонда, погруженной в расплав, через каналы и пустоты в этой детали. Расплав может быть также обработан при разложении материала самой детали. При обработке рекомендуется, чтобы величина давления в пустотах детали составляла 0,1-500 мм рт. ст. (0,00015 - 0,66 атм). Деталь выполнена из огнеупорного или термически разлагаемого материала 2.

Недостатком известного способа является то, что в нем не указаны режимы ввода газа в металл, не определены возможная глубина погружения детали в расплав и время ее нахождения в расплаве, а указанные пределы давления газа недостаточны для интенсивного перемешивания расплава. 0 Эти технологические факторы являются одними из основных для получения высокого качества отливок (слитков).

Цель изобретения - обеспечение высокого качества, механических свойств и увеличение выхода годного металла за счет улуч5шения структурной и химической однородности и чистоты литого металла от неметаллических включений и газов, существенное уменьщение в слитке дефектов усадочного происхождения и уменьшение прибыльной. части слитков.

Эта цель достигается тем, что газ вводят в емкость за 0,5 - 5,0 мин до поступления металла, а после окончания разливки продувку ведут перемещая зонд по высоте емKOQTH С фиксированием его положения по мере подъема и прекращают подачу газа через 1,0- 10,0 мин после выведения зонда из металла; зонд устанавливают по оси емкости на расстояние 50 - 88 мм от ее дна, перемещая по высоте кристаллизатора со скоростью 200 - 500 мм/мин, при этом фиксируют его положение по мере подъема через каждые 300 - 500 мм в течение 0,01 - 3,0 мин, а газ в емкости вводят под избыточным давлением 0,2 - 5 атм, затем уменьшают давление по мере перемещения зонда до 1,4 - 0,1 атм. Интервал времени вдувания газа перед разливкой металла (0,5 - 5,0 мин) определен на основании проведенных опытов и является оптимальным при разливке стали и сплавов (интервал времени 0,5 - 2,0 мин рекомендуется при разливке углеродистых и низколегированных сталей с содержанием легирующих элементов не более 4,0%, для остальных марок стали и сплавов, рекомендуется интервал времени 2,0 - 5,0 мин).

При разливке стали предлагаемым способом установлено, что расположение зонда ближе определенных расстояний от дна изложницы приводит к вмерзанию его сопла в поверхностный слой слитка и нарушению режима продувки. Это объясняется высокой скоростью теплоотвода в поверхностных слоях жидкой стали, соприкасающихся со стенками изложницы, в которых температура металла снижается со скоростью 250 - 300° мин, экспериментально были определены расстояния сопла зонда от дна изложницы (50 - 80 мм), не приводящие к нарущению режима продувки. Расположение сопла зонда от дна емкости свыше 80 мм снижает эффект обработки металла.

Пределы избыточного давления газа 0,2 0,7 атм при обработке металла в процессе заполнения емкости также определены на основании опытов из условия получения слитков с высоким качеством поверхности. Они устанавливаются в зависимости от развеса разливаемых слитков. Пределы избыточного давления 0,1-0,3 атм рекомендуются для отливки слитков весом до 2 атм. При разливке стали в слитки весом свыше 2 т рекомендуется применять величины избыточного давления газа от 0,3 до 0,7 атм.

Пределы избыточного давления нейтрального газа 1,5 - 5 атм определены тем, что при давлении газа свыше 5 атм образуются большие заплески расплава на стенки емкости в верхней его части ( в прибыльной надставке к изложнице) и возможен выброс металла из емкости. Нижний предел (1,5 атм) - минимальное давление, при котором достаточно интенсивное перемешивание металла сочетается с нормальным ходом процесса обработки, т. е. он не нарушается вплоть до образования эндогенной суспензии.

По мере перемещения зонда по высоте емкости и уменьшения ферростатического давления столба жидкого металла избыточное давление газа плавно уменьщают до величины 0,1 - 1,4 атм. Пределы избыточного

давления нейтрального газа при обработке объемов металла в верхней части кристалЛ1батора (изложницы) установлены опытным путем. При давлении газа свыше 1,4 атм образуются большие заплески металла на стенки емкости и ухудшается качество металла в прибыльной части слитка. Нижний предел (0,1 атм) избыточного давления газа - минимальное давление, необходимое для перемешивания металла в твердо-жидком состоянии.

Интервалы скоростей подъема зоы,а определены из условия получения слитков с высоким качеством макроструктуры. Верхний предел - скорость, когда подъем зонда происходит без образования на его футеровке толстой корочки из затвердевшего

металла. 200 мм/мин - скорость, при которой возможен подъем зонда при максимальном времени обработки расплава без ухудшения качества металла.

При перемещении зонда предусмотрено

5 фиксирование его положения через каждые 300 - 500 мм в течение 0,01 -3,0 мин. Режимы перемещения зонда установлены экспериментально при проведении опытов по обработке металла инертным газом в изложницах для слитков развесом от 0,2 до

0 5,0 т. Указанные интервалы перемещения зонда по высоте и пределы продолжительности фиксирования его положения в сочетании со скоростями подъема сопла зонда позволяют в щироких пределах изменять время обработки жидкого металла нейтральным газом, сравнительно легко механизировать и автоматизировать процесс.

Нижний предел (1,0 мин) продолжительности обдувки зеркала металла в емкости - минимальное время достаточное для утепQ ления прибыльной части слитка, например люнкеритом марки Л-28, вермикулитом, зольно-графитовой смесью и другими материалами, применяемыми при разливке стали. Предлагаемый способ позволяет применять изложницы без утеплительных надста5 БОК, способен обеспечить однородность химсостава и распределения неметаллических включений по высоте и сечению слитка, улучшает структуру осевой зоны, измельчает зерно и существенно повышает механические

,- свойства металла. При этом,в ряде случаев, может быть отменена обработка металла инертным газом в ковше перед разливкой. Способ может быть использовано при разливке всех марок сталей, сплавов и чигтых металлов.

5 Пример. Разливают сталь марки ЗОХГСН2А сифоном в изложницы 405 мм с массой слитка 0,8 т.

Выплавку стали проводят в открытой индукционной печи. Металл сливают в ковш при 1610°С. Температура металла перед разливкой составляет 1580°С. Зонд устанавливают по оси изложницы таким образом, что сопло зонда находится на расстоянии 50 мм от дна изложницы. За 0,5 мин до начала разливки подают аргон под давлением 0,1 атм. Скорость наполнения слитка составляет 500 мм/мин. По окончании наполнения изложницы давление газа плавно увеличивают до 5 атм. После этого зонд поднимают со скоростью 200 мм/мин с остановками через каждые 300 мм на 3 мин. Интенсивность продувки в процессе перемещения зонда снижают до давления равного 1,4 атм. После выхода сопла зонда из металла продувку продолжают в течение 1 мин. Поверхность прибыльной части слитка засыпают люнкеритом марки Л-28 в количестве 2 кг/т стали. Время продувки расплава составляет 165 мин, высота дна изложницы до зеркала металла в прибыльной части слитка - 1000 мм; общее время наполнения изложницы и йоловины высоты прибыльной надставки - 2 мин. Общее время обработки металла инертным газом составляет 17,5 мин. Изучение макроструктуры слитка показывает, что она состоит из трех зон краевых равноосных, стол.6чатых и мелких разноосных кристаллов в центральной части слитка. Ширина зоны столбчатых кристаллов составляет всего 30 мм по периметру слитка или около 15% его объема. Глубина залегания усадочной раковины 80 мм, при этом признаков полусадочной рыхлости не обнаружено. Высота головной части слитка составляет 140 мм при общей высоте прибыльной надставки 250 мм. Результаты исследования литого металла показывают высокие химическую и структурную однородности металла и механические свойства при разных температурах испыта ния. Металл характеризуется низким и равномерным содержанием газов по высоте и сечению слитка. Существенно уменьщается в литом металле ликвация таких вредных примесей, как сера и фосфор, ликвация серы уменьщается по сравнению с ковщевой пробой в два раза, фосфора - в 1,5 раза. Распределение углерода очень равномерное. Сравнительный анализ показывает, что металл, по изученным характеристикам качества и свойств, не уступает той же марки стали после вакуумно-дугового переплава, а по величине ударной вязкости превосходит ее. Предлагаемый способ разливки позволяет на 8 - 9% увеличить выход годного металла за счет уменьщения на 50% объема прибыльной части слитков. Формула изобретения 1. Способ разливки металла в металлургическую емкость, включающий обработку инертным газом и регулирование избыточного давления посредством зонда, погруженного в металл, отличающийся тем, что, с целью обеспечения высокого качества механических свойств и увеличения выхода годного металла, газ вводят в емкость за 0,5 - 5,0 мин до поступления металла, а после окончания разливки продувку ведут перемещая зонд по высоте емкости с фиксированием его положения по мере подъема и прекращают подачу газа через 1,0-10,0 мин после выведения зонда из металла. 2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что зонд устанавливают по оси емкости на расстоянии 50 - 80 мм от ее дна. 3.Способ по п. 1, отличающийся тем, что зонд перемещают по высоте емкости со скоростью 200 - 500 мм/мин. 4.Способ по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что фиксирование положения зонда по мере подъема осуществляют через каждые 300 - 500 мм в течение 0,01 -3,0 мин. 5.Способ по пп. 1 - 4, отличающийся тем, что газ в емкость вводят под избыточным давлением 0,1 -5,0 атм, а затем уменьщают давление по мере перемещения зонда до 1,4 - 0,1 атм. Источники .информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент ФРГ № 1758404, кл. В 31 В 27/20, 1972. 2.Заявка Великобритании № 1400338, кл. С 21 С 7/04, 1975.