какие слитки стали получают и для чего они используются

Стальной слиток — описание и применение

Слитки и чушки из стали – это металлические заготовки различной формы, массы и свойства. Стальные кузнечные слитки служат исходным материалом при свободной ковке поковок на прессах и молотах, а также в качестве основного сырья для производства металлопроката на прокатных станах.

Получение и производство стального слитка

В черной металлургии расплавленный жидкий металл разливают с помощью сталеразливочного ковша в формы (изложницы). Обычно изложницы отливают из чугуна, так как чугун имеет низкую себестоимость. В особых случаях изложницы отливают из углеродистых и легированных марок сталей, потому что они придают специальные свойства и характеристики.

В настоящее время масса стальных слитков варьируется от небольших весов — 400-500 килограмм до особо крупных — 500 тонн. Наиболее востребованные веса слитков на производствах: 1 тн., 3 тн., 4 тн., 5 тн., 7 тн., 9 тн., 10 тн.. Маленькие слитки имеют квадратное или круглое сечение, более крупные имеют многогранную цилиндрическую форму.

В ходе затвердевания металла и кристаллизации в верхних частях слитка образуются усадочные раковины (пустоты), которые обрезаются перед обжимкой. Обжим – это металлургический процесс, в ходе которого происходит увеличение длины заготовки и уменьшение площади её поперечного сечения. В результате обжима остаются большие отходы – обрезь. Объем достигает 15% от общей массы.

Машина непрерывной разливки стали МНЛЗ

Для уменьшения потерь металла при производстве, большой востребованностью пользуются установки непрерывной разливки стали (УНРС). Её принцип действия сводится к непрерывной разливке жидкой стали в охлажденную форму (кристаллизатор). В форму кристаллизатора, перед процессом заливки стали, вводится затравка (захват), которая после затвердевания металла убирается вместе с формирующимся слитком. Этим способом значительно снижаются потери металла в сравнении с разливкой в изложницы. Это достигается благодаря равномерному поступлению жидкой стали в кристаллизатор, в котором достигается ровная структура слитка по всей его длине.

Поверхностные и внутренние дефекты стальных слитков

Стальные слитки имеют сложную и неоднородную форму и структуру. Чем больше масса слитка, тем больше вероятность содержания дефектов. Это связано с тем, что при заливании стали в изложницы, части будущего слитка затвердевают постепенно и неравномерно в разное время.

Из-за большой скорости охлаждения поверхность слитка покрывается тонким мелкозернистым слоем. В процессе замедления охлаждения теплота отводится на стенки изложницы и образует перпендикулярно вытянутые зерна – дендриты. На краях и границах дендритов накапливаются неметаллические включения и вредные примеси.

На верхней части слитков расположены зоны усадочной рыхлости и раковины. Они образуются в процессе усадки стали при кристаллизации. Эта часть слитка вместе с донной частью удаляется (отрубается) и направляется на переплав. Таким образом, для изготовления кованых заготовок используют только среднюю часть слитка, которая составляет 60-70% от общей массы.

К основным дефектам слитков можно отнести:

Область применения стальных слитков

Слитки из стали предназначены для дальнейшего использования на передельном производстве.

Их применяют для дальнейшей прокатки и при изготовлении кованых заготовок в кузнечных цехах. Для деформации слитков их необходимо нагреть в нагревательных печах до температуры не менее 850 градусов. В зависимости от химического состава, формы и массы они имеют разное время выдержки и нагрева.

В металлургической отрасли в основном слитки применяют для получения следующей продукции:

Где купить стальные кузнечные слитки?

В зависимости от производственной программы у компании ООО «ПГ Лекс Рус» могут оставаться невостребованными кузнечные стальные слитки следующих марок стали:

*по требованию высылается чертеж слитка и предварительный расчет.

Источник

Изложницы и слитки

Разливка стали из ковша производится в чугунные изложницы. Отливаемые слитки разнообразной массы и различного поперечного сечения в дальнейшем подвергаются горячей пластической обработке давлением. Слитки в зависимости от вида горячей обработки делятся на прокатные и кузнечные.

Наиболее распространенные прокатные слитки в свою очередь подразделяются по назначению на сортовые, листовые, трудные и бандажные. Назначение слитка предопределяет форму его поперечного сечения, а следовательно, и внутреннее очертание изложницы (рис. 1).

Слитки, предназначенные для прокатки на сортовой профиль, обычно имеют квадратное поперечное сечение; листовые слитки имеют прямоугольное сечение; трубные и бандажные — соответственно круглое или многогранное сечение.

Кузнечные слитки, предназначенные для получения поковок, довольно часто имеют шестигранное или восьмигранное сечение в зависимости от назначения.
Массу слитка определяют в основном мощностью прокатного стана, химическим составом сталей и требованиями к качеству металла. С точки зрения уменьшения расходов на разливку желательно отливать слитки возможно большей массы, ограничиваемой мощностью прокатного стана и оборудования. Однако увеличение массы слитка нередко сопровождается снижением качества металла. Поэтому масса и форма слитка, соответственно и конструкция изложницы должны быть оптимальными, обеспечивающими минимальные затраты на разливку и высокое качество металла.

Высоколегированные стали (инструментальные, жаропрочные и другие) обычно разливают в небольшие слитки 200—500 кг; среднелегированные разливают в слитки до 1,5 т, а наиболее распространенные, так называемые конструкционные, разливаются в слитки от 2,5 до 8 т. Листовые слитки достигают 18—20 т, кузнечные слитки — нескольких десятков и даже сотен тонн.

Конструкция изложниц зависит от сорта выплавляемой стали и определяется массой слитка, его поперечным сечением, конусностью, отношением длины к диаметру слитка и другими факторами. Углы между гранями во избежание трещинообразования в слитках закругляются. Волнистая форма ускоряет отвод тепла изложницей и способствует образованию более толстой и прочной корочки.

Оптимальное соотношение между высотой Н и средним диаметром D или поперечником В слитка, с точки зрения получения качественного слитка кипящей стали, равно 3—3,5.
Конусность слитка, т. е. увеличение толщины слитка на один погонный метр высоты слитка для кипящей стали составляет 1,0—1,5%. Конусность слитка имеет большое влияние на расположение усадочной раковины, формирование макроструктуры слитка, его плотности и определяет захват слитка валками и количество пропусков при прокате.
Для разливки спокойной стали применяют преимущественно глуходонные изложницы, уширяющиеся кверху с прибыльными надставками. В дне таких изложниц имеется отверстие, в которое устанавливается или огнеупорный стаканчик (при разливке сифо-ном) или же стальная пробка (при разливке сверху). Поперечное сечение изложниц для разливки спокойной стали — квадратное, прямоугольное, круглое, многогранное. Для больших слитков применяют изложницы с волнистыми стенками (см. рис. 1).
Для слитков кипящей стали применяют сквозные изложницы без дна, уширяющиеся книзу, квадратного или прямоугольного сечения. Для слитков полуспокойной стали используют те же изложницы, что и для кипящей стали, иногда для полуспокойной стали применяют изложницы бутылочного типа рис. 1. Верхнее отверстие подобной изложницы по окончании ее наполнения закрывают чугунной или стальной пробкой. При этом прекращается кипение стали, что способствует получению слитка с меньшей химической неоднородностью.

Источник

Разливка стали

Разливка стали является важным этапом сталеплавильного производства. Технология и организация разливки часто определяют качество готового металла и количество отходов при дальнейшем переделе стальных слитков. Выплавленную качественную сталь можно испортить неправильно организованной разливкой.

Изложницы представляют собой чугунные формы, используемые для изготовления слитков. Они могут быть с квадратным, прямоугольным, круглым и многогранным поперечным сечениями (рисунок 33). Слитки квадратного сечения переделывают на сортовой прокат (уголки, швеллеры, двутавровые балки). Слитки прямоугольного сечения переделывают на лист. Из слитков круглого сечения изготавливают трубы, колеса. Многогранные слитки используют для поковок.

По форме продольного сечения изложницы бывают двух типов (рисунок 34):

Изложницы, уширяющиеся к верху, изготавливают с дном и применяют для разливки спокойной стали. Изложницы, уширяющиеся к низу, делают без дна (сквозными), при разливке устанавливают на чугунные поддоны и используют для разливки кипящей стали.

Способы разливки стали

Применяют два основных способа разливки стали:

Разливку в изложницы

Разливку в изложницы подразделяют на два вида:

Разливка сверху

При разливке сверху (рисунок 35) сталь из ковша непосредственно поступает в изложницы. После заполнения каждой изложницы ковш транспортируют к следующей изложнице и после заполнения ее цикл повторяется.

Сифонная разливка

При сифонной разливке (рисунок 36), основанной на принципе сообщающихся сосудов, сталью одновременно заполняют несколько изложниц (от двух до нескольких десятков). Жидкая сталь из ковша поступает в установленную на поддоне центровую, а из нее по каналам в поддоне в изложницы снизу. После наполнения всех установленных на поддоне изложниц ковш транспортируют к следующему поддону.

Оба способа разливки широко применяются на практике. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки. Однозначного ответа на вопрос, какой из них является лучшим, до сих пор нет. Благодаря простоте и отсутствию потерь металла с литниками часто предпочитают разливку сверху. Разливка сверху » для рядовых марок стали является более экономичной, чем разливка сифоном. В то же время высококачественные и легированные стали, когда для уменьшения потерь дорогостоящего металла при зачистке важно получить чистую поверхность слитка, разливают преимущественно сифоном.

Непрерывная разливка стали

Агрегаты для разливки стали этим методом называют машинами непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) или установками непрерывной разливки ста-ли (УНРС). Существует несколько типов машин непрерывной разливки, из которых наиболее распространение получили вертикальные, криволинейные, горизонтальные (рисунок 38).

В зависимости от количества одновременно отливаемых слитков машины могут быть одноручьевыми, двухручьевыми и многоручьевыми. На машинах непрерывной разливки отливают заготовки квадратного сечения (блюмы), прямоугольного (слябы), круглого и полые круглые заготовки для производства труб.

Главные преимущества непрерывной разливки стали перед разливкой в изложницы заключаются:

Источник

Конструкция крупных слитков и оснастка для их отливки

Основные типы промышленных слитков

Мировая практика производства стальных слитков охватывает широчайший спектр их геометрических размеров и масс: от нескольких тонн до нескольких сотен тонн. Достаточно сказать, что максимальная масса кузнечных слитков может составлять до 500 т. Безусловно, такие слитки уникальны сами по себе, их производят буквально несколько заводов в мире (ОАО«Ижорский завод», «Cobe Steel», «Japan Steel Works» и др.). Максимальная масса промышленного слитка, отлитого в Украине, составляет 200 т (ОАО «Краматорский завод «Энергомашспецсталь»).

Между тем, наибольшее распространение в кузнечно-прессовом производстве имеют слитки так называемой традиционной конфигурации, состоящие из прибыльной, центральной и кюмпельной (донной) частей (рис.4.1). Назначение донной части при этом сводится, прежде всего, к демпфированию энергии падающей струи при заливке сверху. Такие слитки характеризуются относительно малой конусностью от 2 до 5%, отношением Н/D в пределах 1,5-2,5, относительным объемом металла в прибыли на уровне 18-20% и относительным объемом донной (кюмпельной) части около 3-7%.

Рисунок 4.1 – Конструктивные размеры традиционного кузнечного слитка

Для таких слитков прибыльная надставка может выполняться стационарной или внутренней (плавающей), позволяющей путем ее перемещения получать в одной изложнице слитки различной массы, что, соответственно, позволяет использовать меньший парк изложниц.

Для отливки традиционных слитков применяют установку изложниц на чугунные поддоны, размеры которых определяются типом изложниц.

Основные конструктивные размеры некоторых кузнечных слитков, согласно схеме, приведенной на рис. 4.1 даны в табл. 4.1.

Регулирование массы слитка в изложнице возможно проводить внутренним перемещающимся поддоном. В этом случае положение внутреннего поддона в изложнице задается набором литых полуколец, укладываемых на основание поддона. Щель между поддоном и нижней частью изложницы заделывают сухим асбестовым шнуром, как и в случае заделки плавающей надставки. На рис. 4.2 показан разрез изложницы для отливки слитка массой 40 т с внутренним перемещающимся поддоном.

Рисунок 4.2 – Изложница для кузнечного слитка массой 40 т с внутренним перемещающимся поддоном

Следует отметить, что при регулировании массы слитка в изложнице с помощью перемещающегося поддона значительно сокращаются затраты труда и времени на подготовку изложниц. Одновременно возрастает степень направленности затвердевания слитка (снизу вверх) и увеличивается плотность осевой зоны.

Вместе с тем, при использовании слитков традиционной конфигурации для широкой номенклатуры поковок имеются и некоторые значительные недостатки.

Так, достаточно узкая номенклатура слитков приводит при производстве крупных поковок к снижению выхода годного в результате большого остатка металла. Из-за ограниченного выбора массы кузнечных слитков отходы металла при ковке составляют порядка 30-40%. Причем, с увеличением единичной массы поковки, коэффициент расхода металла на ее производство возрастает.

Кроме того, получение длинномерных поковок (типа «вал») из нормальных прибыльных слитков (H/D = 2,0-2,5) сопряжено с большой трудоемкостью процесса ковки, а именно, необходимостью протяжки заготовки большого диаметра до требуемых размеров поковки. К тому же, это увеличивает число промежуточных нагревов заготовки, что повышает общие затраты на производство.

Таблица 4.1 – Основные размеры кузнечных слитков традиционной формы

Следует также отметить, что оптимизация геометрических размеров слитков традиционной конструкции, как правило, осуществляется по критерию обеспечения плотности и сплошности осевой зоны тела слитка. Достаточно часто при этом при минимальной физической неоднородности металла в слитке наблюдается значительная химическая неоднородность, которая приводит при больших уковах для длинномерных поковок к разности механических свойств по концам заготовок, а также к снижению их в поперечном направлении. Более того, в отдельных случаях имеет место выход «шнуров» внецентренной ликвации на поверхность изделия.

Перечисленные выше соображения обусловливают создание специальных конструкций слитков для условий некоторых машиностроительных заводов, позволяющих обеспечивать необходимые свойства изделий с максимальным выходом годного металла при минимальных трудозатратах.

При относительном объеме металла в прибыли 22-25% выход годного из этих слитков при ковке с применением осадки достигает 60%. Дополнительное уплотнение осевой зоны достигается увеличением конусности слитков. В этом случае возрастает направленность затвердевания слитка к прибыли и уменьшаются усадочные перемещения металла в процессе кристаллизации.

Особенностью укороченных слитков с увеличенной конусностью является уменьшение зоны осевой V-образной ликвации и повышение плотности по сравнению со слитками обычной конфигурации равной массы. Эта благоприятная особенность сохраняется и в слитках массой более 100 т.

Удлиненные слитки находят широкое применение для изготовления удлиненных полых поковок методом вытяжки. В ряде случаев такие слитки используются для изготовления сплошных поковок, которые разрубают на части и подвергают дальнейшей ковке с применением осадки. Из удлиненных слитков изготовляют коленчатые, турбинные и гребные валы, а также турбинные диски, валки для холодной прокатки и другие изделия.

Удлиненные слитки получили применение как в прокатном, так и в кузнечном производстве. Они характеризуются большой величиной отношения H/D – на уровне 3,5-5,0 и более.

Объем прибыльной части слитков, предназначенных для полых заготовок, обычно составляет 10-12 %. Если слиток предназначен для сплошных заготовок, этот объем увеличивают до 14-15%. Вследствие относительно малой продолжительности затвердевания удлиненные слитки отличаются высокой химической однородностью. В то же время эти слитки характеризуются развитой осевой рыхлостью, являющейся следствием завершения процесса их затвердевания в горизонтальном направлении.

Увеличение конусности у этого типа слитка, которую ему придают с целью усиления направленности затвердевания в сторону прибыли, является, как известно, полумерой, так как зона осевой рыхлости полностью не устраняется. Поэтому более целесообразно использовать эти слитки для изготовления полых заготовок, когда рыхлая осевая зона удаляется при прошивке и не имеет такого решающего значения, как при изготовлении сплошных заготовок.

Применение удлиненных слитков более рентабельно, чем слитков укороченного типа. Выход годного достигает 75-78%. При этом затраты машинного времени сокращаются примерно на 25% за счет уменьшения количества выносов и продолжительности операций ковки.

Развитием концепции удлиненных слитков является создание сдвоенных и ступенчатых слитков, для производства которых обычно используются традиционные изложницы, составленные из двух полуформ с прямой и обратной конусностью. При этом полуформами служат обычные, используемые на предприятии, многогранные изложницы. Сборка изложниц производится соосной установкой одной полуформы на другую и сопряжением их со стороны максимальных внутренних диаметров. Сборная изложница и двойная величина конусности граней не изменяет схему извлечения слитка. Производство таких слитков освоено, например, на российском металлургическом заводе «Баррикады» (г.Волгоград) для получения преимущественно полых изделий ответственного назначения.

К преимуществам сдвоенных слитков следует отнести возможность увеличения их высоты, а значит и отношения H/D, примерно в два раза при сохранении прежней разности между максимальным и минимальным диаметрами слитка.

Сдвоенные слитки имеют в теле узкую усадочную раковину, размеры и форма которой зависят от ряда факторов. Среди них – геометрия слитка и тип головной части, марка стали, некоторые технологические условия разливки жидкого металла. В свою очередь от формы усадочной раковины зависят размеры части слитка, годной для получения поковки.

При отливке сдвоенных слитков, прибыльная надставка, металл которой должен частично компенсировать усадку, также устанавливается соосно на составную изложницу. При достаточном объеме жидкого металла в прибыли происходит образование подприбыльного моста, который предотвращает значительное окисление стенок усадочной раковины, а также уменьшает диаметр вторичной раковины в теле удлиненного слитка.

Для таких слитков существует также возможность их отливки без прибыли. При этом различный уровень заполнения металлом верхней полуформы позволяет при использовании одних и тех же изложниц получать слитки с изменяемой массой. Данное обстоятельство особенно важно, так как, варьируя величину недолива, можно добиваться максимального выхода годного металла для различных типоразмеров поковок. При этом с увеличением массы слитков максимальная величина недолива повышается с 50 до 100 см, что обусловлено меньшим количеством типоразмеров крупных изложниц.

Для машиностроительного производства часто требуются крупногабаритные детали, имеющие различный диаметр на противоположных торцах. Так, валы, водила, поршни, дорны и др. имеют существенное различие (в 1,5-2,0 раза) поперечных сечений на концах. При изготовлении данных деталей из традиционного слитка последний подбирается исходя из наибольшего сечения заготовки. Тогда тонкий ее конец отковывается с повышенным уковом, что повышает трудоемкость изготовления и может привести к снижению служебных свойств металла в поперечном направлении. Для производства таких изделий переменного по длине сечения применяют ступенчатые слитки, отливаемые в составные из двух полуформ изложницы с разным сечением внутренней полости.

Использование технологии получения удлиненных сдвоенных слитков во много раз увеличивает их номенклатуру. Так, например, при наличии на предприятии нескольких десятков изложниц, общее количество отливаемых слитков может вырасти до нескольких тысяч различных по массе, форме и внутреннему строению. Между тем, производству сдвоенных и удлиненных слитков должно предшествовать дополнительное исследование возможных зон формирования дефектов.

Плоские слитки большой массы используются для производства различного рода толстых плит, которые по ряду причин невозможно получить методами непрерывной разливки.

В мировой практике производятся плоские слитки массой до 75 т (завод «Lu Kens», США). По мере увеличения массы слитка снижается расходный коэффициент металла при прокатке толстых листов и плит (например, для 20-т слитков он составляет 1,70-1,75, а для 43-тонных – 1,46-1,48).

В Украине наибольшая масса промышленных листовых слитков составляет 30 т. Слитки массой 20-27 т в течение нескольких десятков лет отливали в изложницы ЛП 20-27, причем масса слитка регулировалась перемещением кюмпельного поддона. Разливка указанных слитков производилась сверху и не обеспечивала надлежащее качество поверхности. В настоящее время крупные и сверхкрупные листовые слитки отливают сифонным способом под защитными смесями, что позволяет существенно улучшить качество их поверхности.

В ряде случаев для получения полых изделий с удаляемой сердцевиной используются бесприбыльные слитки или слитки с уменьшенной массой прибыли. Слитки с уменьшенным объемом металла в прибыли (до 6-12%) получают в изложницах для слитков обычной конфигурации посредством неполного заполнения прибыльной надставки жидким металлом. С уменьшением высоты налива металла в прибыли глубина усадочной раковины увеличивается и она проникает в тело слитка. Применение слитков с уменьшенной прибылью позволяет сократить удельный расход металла в среднем до 1,3 при ковке полых изделий малой и средней массы методом вытяжки и до 1,5 при ковке изделий средней и большой массы с применением осадки и прошивки.

На практике использование малоприбыльных слитков большой массы осложняется тем фактом, что при сокращении объема прибыльной части их извлечение из изложниц затруднено. Из-за невозможности использования специальных приспособлений, применяемых с целью захвата за прибыльную часть, слитки извлекаются путем вытряхивания. При этом происходит преждевременное разрушение изложниц из-за сколов на внутренней части верхнего торца.

Источник