Кристаллизация
Кристаллизацией называется образование кристаллов в металлах при переходе их из жидкого состояния в твердое. Это первичная кристаллизация. Процесс кристаллизации начинается с образования кристаллических зародышей. Эти первичные группы кристаллов получили название центров кристаллизации. Они возникают самопроизвольно. Далее к этим центрам присоединяются вновь образовавшиеся из жидкого металла кристаллы; одновременно с этим растут новые центры кристаллизации.
Пока образовавшиеся кристаллы растут свободно, они имеют правильную геометрическую форму. При столкновении растущих кристаллов их форма нарушается, т.е. в месте соприкосновения рост отдельных граней прекращается, но сохраняется правильность строения внутри каждого кристалла. Кристалл, с правильным внутренним строением, после затвердевания не имеет правильной геометрической формы и называется зерном.
Таким образом, кристаллизация состоит из двух стадий:
1) образования центров кристаллизации;
2) роста кристаллов вокруг этих центров.
Центрами кристаллизации могут быть неметаллические включения и самопроизвольные центры - группы правильно расположенных атомов, возникших при кристаллизации.
Вторичная кристаллизация - это превращения в затвердевшем металле при его остывании. Температура соответствующая какому-либо превращению, называется критической точкой.
Объемная кристаллизация - это кристаллизация в малых объемах жидкости. Переохлаждается весь объем жидкости сразу. Центры кристаллизации образуются сразу во всем объеме отливки. Отливка состоит из равноосных зерен, но химически неоднородных. Сначала образуются кристаллы с наименьшим содержанием примесей, а остающаяся жидкость все больше ими обогащается,
Избирательная кристаллизация - это когда зерна сначала строятся из атомов металла, а неметаллические включения оттесняются на границах зерен.
Последовательная кристаллизация - это кристаллизация в больших объемах жидкости, например в изложнице. Кристаллизация начинается у стенок и дна изложницы и постепенно идет во внутрь. Поэтому для слитка характерно несколько зон с неодинаковым строением кристаллов (зерен).
При охлаждении и затвердевании слитка происходит сокращение объема – усадка стали. Затвердевание у стенок изложницы вызовет понижение уровня оставшегося металла. Затвердевание последующих слоев будет вызывать все большее понижение уровня жидкого металла. В результате в верхней части слитка образуется пустота, которая называется усадочной раковиной.
Величина зерна при кристаллизации зависит:
1. От скорости охлаждения; чем больше скорость, тем больше успевает образоваться центров, тем мельче зерно.
2. От введения модификаторов (Al, Na, Mg); они создают центры кристаллизации. Это наиболее прогрессивный метод регулирования размеров зерен, их формы, а, следовательно, и свойств металла.
Стали, раскисленные алюминием, называются наследственно мелкозернистыми; например, марка стали 08Ю.
Часть 2. Производство чугуна и стали
1. Схема металлургического предприятия
Металлургическое предприятие представляет собой комплекс взаимосвязанных подразделений: цехов, участков, хозяйств.
Цех – основное структурное подразделение металлургического предприятия. Как правило, в цехе производится один вид продукции – чугун, сталь, прокат и т.д. В зависимости от назначения и выпускаемой продукции цехи металлургического предприятия подразделяются:
основные (производственные);
подсобные;
побочные;
вспомогательные.
К основным относят цехи, перерабатывающие сырье и полуфабрикаты в готовую продукцию. К этой группе относят доменный, сталеплавильные, прокатные.
К подсобным относят цехи, изготавливающие основные и вспомогательные материалы или осуществляющие их подготовку для переработки в основных цехах предприятия. К этой группе относятся агломерационный, копровый.
Побочные цехи – изготавливают продукцию из отходов производства. Это шлакоперерабатывающий, цехи по изготовлению товаров народного потребления.
К вспомогательным относят цехи, обеспечивающие нормальную работу всех цехов и хозяйств предприятия. Это энергетические, ремонтные, транспортные.
Кроме цехов имеются различные обслуживающие хозяйства и подсобные службы (жилищно-коммунальное, складское хозяйство).
Конечной продукцией металлургического предприятия является прокат различного сортамента и назначения.
В качестве исходного материала для прокатного производства используют слитки и слябы, отлитые в сталеплавильных цехах.
В соответствии со схемой технологического процесса цехи и агрегаты металлургического предприятия связаны между собой производственным циклом, это важно при непрерывном режиме работы металлургических агрегатов. Нарушение ритма работы одного цеха или агрегата влечет за собой соответствующие нарушения протекания всего металлургического цикла.