ODLEWANIE WLEWKÓW STALOWYCH

• Po zakończeniu procesów metalurgicznych w piecach stalowniczych, odpowiednim odtlenieniu, stal przelewa się do kadzi.

• Kadź wykonana jest z blachy stalowej, wewnątrz wymurowana jest masą szamotową. Pojemność kadzi powinna odpowiadać ilości stali spuszczanej z pieca.

• Kadź w dolnej części (dnie) ma otwór wylewowy zamykany korkiem. Za pomocą mechanizmu dźwigniowego żerdź z korkiem można podnosić i opuszczać, tym samym zamykając i otwierając otwór wlewu.

Napełnienie wlewnic może odbywać się z góry lub z dołu.

• W pierwszym przypadku wlewnicę napełnia się bezpośrednio z kadzi zawieszonej na suwnicy. W drugim przypadku szereg wlewnic ustawionych na płycie napełnia się za pomocą syfonu i kanałów mieszczących się w wycięciach płyty. Zarówno syfon jak i kanały są wyłożone materiałem szamotowym.

• Drugi sposób pozwala na lepszą regulację szybkości zalewania wlewnic i daje lepszą powierzchnię wlewków, stal nie rozpryskuje się po ściankach wlewnic w początkowej fazie zalewania.

Budowa wlewka

• Struktura wlewka nie zależy od sposobu zalewania, od dołu czy od góry.

• Stal wlana do wlewnicy krzepnie, przy czym krzepnięcie zawsze rozpoczyna się od ścianek, pomimo że

wlewnica jest podgrzana do temperatury około 800°C.

Na powierzchni wlewka tworzy się wąska warstwa kryształów, zwanych kryształami zamrożonymi, powstających w wyniku znacznego przechłodzenia:.

ODLEWANIE WLEWKÓW STALOWYCH

• Wskutek powstania tej warstwy kryształów zamrożonych, dalsze odprowadzanie ciepła ze środkowej objętości ciekłej stali staje się wolniejsze.

• Tworząca się następna warstwa na kryształach zamrożonych ma budowę wydłużoną, tworząc tzw. kryształy słupkowe mające najczęściej budowę dendrytyczną. Kryształy te są zwrócone prostopadle do ścianek formy, ułożone równolegle do kierunku odprowadzania ciepła. Taka krystalizacja nosi nazwę transkrystalizacji.

Jednokierunkowe ułożenie kryształów w strefie trans krystalizacji ma duży wpływ na własności mechaniczne (anizotropia własności) .

• Podczas dalszego chłodzenia metal zaczyna krzepnąć również w środkowej części wlewka, jednak krzepnące ziarna nie mają już uprzywilejowanego kierunku jak w warstwie kryształów słupkowych. Tworzy się trzeci rodzaj kryształów, tzw. wolnych, prawie równomiernych i różnokierunkowych. Kryształy wolne z powodu większej gęstości od gęstości cieczy, w której są zawieszone, mają skłonność do powolnego opadania na dół.

• W odlewach, które mają niewielką grubość ścianek, istnieje małe prawdopodobieństwo występowania strefy środkowej z wolnymi kryształami, rozwinięta jest natomiast strefa kryształów zamrożonych i trans krystalizacji.

• Ponieważ krzepnięcie kryształów słupkowych, posiadających większą czystość niż średni skład cieczy wlanej do formy, odbywa się od zewnątrz do środka, więc duża część zanieczyszczeń oraz pęcherzyków gazowych

wypychana jest przez narastające kryształy do wnętrza wlewka. Część zanieczyszczeń nawet w dolnej strefie wlewka gromadzi się w miejscu zetknięcia kryształów słupkowych i wolnych.

Proces ten nazywa się segregacją i prowadzi do zróżnicowania składu chemicznego stali we wlewku.

Segregacja zależy ona od wielu czynników, przede wszystkim od niejednorodności materiału krzepnącego i od różnicy temperatur krzepnięcia poszczególnych składników.

• Segregacja domieszek jest zjawiskiem niepożądanym dlatego, że zawartość dodatków w jakiejś przestrzeni wlewka jest inna niż przeciętna, co powoduje znaczne zmiany własności mechanicznych materiału.

Odlewanie stali uspokojonej

• Na wyroby o wysokich właściwościach należy odlać stal we wlewki ścisłe bez pęcherzy gazowych. W tym celu prowadzi się całkowite jej odtlenianie zarówno w piecu jak i w kadzi.

• Struktura wlewka ze stali uspokojonej wykazuje cały szereg nieciągłości pochodzących ze zjawisk skurczowych towarzyszących krzepnięciu wlewka.

Skurcz krzepnącej stali powoduje niecałkowite wypełnienie objętości wlewka, co sprzyja utworzeniu się w jego

górnej części jamy skurczowej.

• Zanieczyszczenia mają przeważnie temperaturę krzepnięcia niższą niż metal zasadniczy, najpóźniej więc

krzepną głównie na dnie jamy skurczowej.

• Również pęcherzyki gazowe, wydzielone w temperaturze krzepnięcia na skutek zmniejszania się

rozpuszczalności gazów w metalu, dążą do górnych części wlewka.

• Wynika z tego, że w dnie jamy skurczowej może znajdować się duża ilość zanieczyszczeń oraz

pęcherzyków gazowych. Wady te są stosunkowo łatwe do usunięcia. Jamę usadową można umieścić w górnej

części wlewka dzięki odpowiedniej konstrukcji wlewnicy, a sam proces krzepnięcia wydłużyć przez

utrzymanie wlewka jak najdłużej w stanie ciekłym. Uzyskuje się to po zastosowaniu odpowiednich dobrze

izolowanych lub podgrzewanych nadstawek.

ODLEWANIE WLEWKÓW STALOWYCH

Wlewki z nadlewami stanowią 14-22% wagi materiału. Nadlewy te obcina się dopiero po wstępnym

przewalcowaniu wlewka.

• Obcina się również 2-3% metalu z przeciwnej strony wlewka (stopa), gdyż tam umiejscawiają się zanieczyszczenia niemetaliczne.

Odcięte końcówki wlewka wracają ponownie do przeróbki metalurgicznej w piecach martenowskich

Stal uspokojona jest całkowicie odtleniona manganem i krzemem lub aluminium, krzepnie spokojnie, wydzielając mało gazów, daje ścisły wlewek tworzący w górnej części jamę skurczową. Zawartość krzemu w stali uspokojonej wynosi 0,15-0,35%

Odlewanie stali półuspokojonej i nieuspokojonej

• W stali nieuspokojonej jama skurczowa nie powstaje, gdyż objętość stali powiększa się na skutek tworzenia

się pęcherzy gazowych rozmieszczonych równomiernie w całej objętości wlewka.

• Pęcherze te nie są specjalnie szkodliwe dla własności stali, gdyż ulegają one zgrzaniu podczas obróbki

plastycznej.

• Do odlania wlewków ze stali nieuspokojonej używa się stali z małą zawartością węgla (od 0,08 do 0,25 %) , a

krzemu i manganu do 0,06%, spuszczonej z pieca w stanie częściowo odtlenionym.

• W stali znajduje się tlenek żelazawy, a odtlenianie prowadzi się tylko manganem.

ODLEWANIE WLEWKÓW STALOWYCH

• W stali odlanej do wlewnic zachodzi reakcja odtleniania żelaza węglem. Wydzielające się gazy

(tlenek węgla) powodują jej silne gotowanie się.

Ponieważ pęcherze gazowe powinny byd zatrzymane wewnątrz wlewka, więc aby nie wydostawały się na jego powierzchnię, należy doprowadzić do skrzepnięcia wierzchniej warstwy wlewka na głębokość co najmniej 30-40 mm. Uzyskuje się to przez przyłożenie na powierzchni wlewnicy z wrzącą stalą pokrywą. Pokrywy te

chłodzą stal i tworzą powierzchniową skorupę. Ciśnienie gazów wewnątrz wlewka wzrasta i powoli ustaje wydzielanie się nowych pęcherzy gazowych.
• Gdyby wydzielanie się gazów nie zostało w odpowiedniej chwili zahamowane, następowałoby ciągłe powiększanie się objętości stali we wlewnicy, a na powierzchni wlewka utworzyłby się tzw. kalafior taki

wlewek uważa się za wadliwy.

• Wlewki ze stali nieuspokojonej są wydajniejsze, dają większy uzysk stali, przy równoczesnym niższym zużyciu odtleniaczy. Z wlewków ze stali nieuspokojonej walcuje się kształtowniki oraz blachy, druty, pręty itp.

Stal ta dobrze zgrzewa się i dobrze tłoczy.

Odlewanie ciągłe stali

Jedną z najnowszych metod odlewania stali, jest metoda odlewania ciągłego. Polega ona na tym, że stal w stanie ciekłym jest wlewana z pieca przez kadź do ruchomej formy chłodzonej wodą.

• Metoda ta charakteryzuje się znacznym stopniem zmechanizowania całego procesu odlewania, dużą wydajnością oraz dobrą jakością otrzymanych wlewków.

• Otrzymuje się wówczas jednorodne wlewki wolne od segregacji i jamy skurczowej o drobnoziarnistej

strukturze, nie wymagają one wstępnej obróbki na zgniataczu. Istotną zaletą odlewania stali w sposób ciągły jest zwiększenie uzysku wyrobów walcowanych w wyniku zmniejszenia odpadów.