DEFECTELE PRODUSELOR TURNATE CONTINUU

La semifabricatele turnate continuu, se disting următoarele tipuri de defecte: defecte superficiale; defecte de formă; defecte interne.

Defecte superficiale (de suprafaţă)Defectele de turnare prezente la semifabricatele de oţel turnate continuu, apar în

timpul solidificării şi răcirii acestora şi conduc adeseori la importante pierderi metalice. În majoritatea cazurilor, defectele sunt generate de nerespectarea tehnologicei de elaborare şi turnare. Evident prin respectarea acestor tehnologii nu pot fi evitate în totalitate defectele, dar unele pot fi atenuante.

Defectele de suprafaţă după cum le spune şi numele sunt localizate pe suprafaţa semifabricatelor. În practica curentă se întâlnesc următoarele defecte de suprafaţă: fisuri transversale de colţ, fisuri longitudinale de colţ, fisuri transversale, fisuri longitudinale, fisuri stelare, mărci şi oscilaţii adânci, sufluri, macroincluziuni.

Fisurile longitudinale se formează, în general în cristalizor, iar în zona de răcire secundara ele se pot deschide în continuare, putând rezulta chiar rupturi. Tendinţa de apariţie a fisurilor longitudinale creşte odată cu creşterea vitezelor de turnare şi a temperaturilor de turnare dar şi odată cu scăderea a raportului [Mn/C] şi a creşterii conţinutului de sulf deci implicit cu scăderea valorii raportului [Mn/S]. Ca aspect, fisurile longitudinale apar rar ca defectele izolate, ele putându-se extinde pe lungimi mari ale profilului şi frecvent şi în adâncime. Nu sunt întotdeauna drepte, ci deseori sunt întrerupte şi continuă în zig-zag.

Cauzele acestor defecte rezidă într-o răcire neuniformă (o îndepărtare neuniformă a căldurii) creşterea neuniformă a crustei care se solidifică pe circumferinţa profilului cu diferenţe în grosime de mai mulţi milimetrii. Aceasta cauzează tensiunile transversale, având ca rezultat fisuri longitudinale atunci când crusta semifabricatului nu este suficient de tare.

Fisuri longitudinale sunt defecte care pot fi prevenite atunci când se are în vedere o geometrie exactă a cristalizorului, fără deformare şi cu aliniere corectă a acestuia cu segmentul cilindrului iar ţeava cristalizorului nu trebuie să aibă crestături adâncite sau altceva care ar putea cauza defectarea mecanică a crustei profilului. Debitul apei de răcire (constanţa acestuia) este de asemenea foarte important. În privinţa practicii turnării este foarte important ca tuburile de imersie să fie corect centrate în cristalizoare, evitând astfel o curgere neuniformă a oţelului pe una din laturi şi prin urmare se asigură o distribuţie neuniformă a căldurii sau chiar eroziunea crustei profilului. Prafurile de turnare trebuie să fie potrivite pentru marca oţelului şi viteza cu care se toarnă acesta astfel încât să se creeze un strat uniform, topit, între crusta profilului şi peretele cristalizorului ceea ce înseamnă atât izolare termică dar şi o reducere a frecării.

Pentru evitarea apariţiei fisurilor longitudinale, se recomandă a se efectua o desulfurare şi dezoxidare cu zguri sintetice, ceea ce ar permite o reducere a conţinutului de S cu circa 20% şi un control mai atent al procesului de dezoxidare cu Mn. Se impune de asemenea, un control mai atent al circuitului de răcire.

Fisuri datorită tensiunilor termice sunt fisuri fine în forma de stea şi pot fi vizibile pe toată suprafaţa curăţată de ţunder, iar cauza ce le generează constă într-o suprarăcire locală, aceste defecte putând fi prevenite printr-o reglare corectă a orificiilor duzelor de pulverizare a apei şi printr-o distribuţie uniformă a pulverizării.

S-a constatat că în timpul răcirii au apărut pe suprafaţa semifabricatului unele zone mai întunecate, fapt datorat variaţiei debitului apei de răcire.

Fisurile transversale pe suprafaţa profilului sunt cauzate de tensiunea pe direcţie longitudinală a profilului.

Tensiunile longitudinale pot avea mai multe cauze: tensiunea termică datorită solidificării neuniforme, frecarea profilului în cristalizor sau în segmentele cilindrilor şi deformarea crustei profilului în timpul îndoirii sau îndreptării acestuia.

Efectul crestăturii semnelor de oscilaţie pe profil, pot favoriza de asemenea fisurarea transversală. În general fisurile transversale nu sunt obişnuite la profilele rotunde, ele găsindu-se mai frecvent la profilele pătrate şi dreptunghiulare.

Sufluri şi incluziuni de zgură apar frecvent împreună pe suprafeţele profilelor turnate continuu atât la cele rotunde cât şi la cele pătrate sau dreptunghiulare. Acest defect este cauzat de formarea unei zguri de lubrefiere cu vâscozitate mai mare.

Suprapunerile uşoare au aspectul de suprapunere circumferenţială uşoară şi cauza o constituie o scurtă întrerupere a turnării ceea ce înseamnă că acestea constituie defecte care pot fi preîntâmpinate.

Suprapunerile accentuate au aspectul unor crestături adânci circulare şi cauza apariţiei este ca urmare a opririi a mai mult timp a turnării (firului) şi repornirea sau schimbarea distribuitorului.

Fig..2 - Fisuri transversale.

Fig. 1. - Fisuri longitudinale şi depresiuni.

Fig.3. - Sufluri şi incluziuni de zgură, distribuite la întâmplare, la suprafaţă.

Defecte de formăCând se toarnă bare pătrate, o imprecizie dimensională a secţiunii lor poate fi

provocată chiar de cristalizor după un anumit număr de turnări. De asemenea, răciri neuniforme ale oţelului în cristalizor sau în zona de răcire secundară pot da ţaglelor secţiune deformată.

Pentru a avea o răcire uniformă trebuie ca jetul de turnare să fie centrat exact în cristalizor, mai ales în cazul secţiunilor mici. Cele 4 feţe interne ale cristalizorului trebuie să fie răcite cu acelaşi debit de apă sau cu aceeaşi viteză de circulaţie pentru apă.

Coeficientul de conductibilitate termică al cristalizorului trebuie să aibă aceeaşi valoare pe cele 4 feţe. O montare şi o aliniere corectă a rolelor de prindere, asigură o extragere corectă a barei din cristalizor. Întrebuinţarea cristalizoarelor sub formă de trunchi de con poate, într-o largă măsură, să împiedice formarea straturilor de aer între bară şi lingotieră şi să permită o ghidare perfectă.

Fig. 6. - Fisuri stea, datorate tensiunilor termice.

Fig.4. - Suprapunere uşoară la un semifabricat turnat continuu.

Fig. 5. - Suprapunere grea la un semifabricat turnat continuu.

Defecte interneFisurile transversale interne se datoresc tensiunilor transversale faţă de direcţia

de turnare şi se formează în crusta solidificată a profilului. Cauza acestora o constituie suprarăcirea locală a profilului care se solidifică precum şi grosimea excesivă de contact a cilindrilor de acţionare când miezul semifabricatului este încă lichid.

Fisuri longitudinale interne pot fi considerate ca separaţii interdentritice şi sunt de două tipuri: de suprafaţă şi centrale.

Primele sunt scurte şi situate aproape de suprafaţă şi se datoresc tensiunii de contracţie în zona de trecere de la cristalizor la răcirea secundară atunci când oţelul este supraîncălzit sau viteza de turnare este mare. La şarjele la care s-a constatat fisuri transversale s-a constatat şi fisuri longitudinale interne aproape de suprafaţă, cauzele fiind cele amintite anterior.

Cele din a doua categorie se extind în miezul profilului. Aceste fisuri se formează la suprafaţa de separaţie solid-lichid şi au tendinţa de a se extinde spre exterior. În acest caz, temperatura de turnare are o mare influenţă, însă acestea apar şi dacă presiunea de contact a cilindrilor este prea mare când profilul nu este complet solidificat. De asemenea, aceste defecte sunt cauzate şi de valoarea mică a raportului Mn/S sau pur şi simplu de conţinutul mare de sulf.

Structura necorespunzătoare a miezului are aspect de porozitate mai mult sau mai puţin pronunţată în miezul profilului dar poate apare şi ca goluri deschise. Defectele apar ca urmare a formării retasurii în timpul solidificării finale şi, de regulă, se datoresc temperaturii mari de turnare. O atenuare a acestui tip de defect are loc prin respectarea parametrilor vidării (presiune argon, durată vidare, etc) sau, dacă nu este posibilă vidarea, efectuarea unei barbotări corespunzătoare.

Segregaţia centrală apare, de regulă, datorită segregării sulfului şi poate fi prevenită sau diminuată, dacă structura echiaxială ocupă o mare suprafaţă în aria secţiunii transversale a profilului. Aceasta se poate realiza dacă se respectă o temperatură scăzută de turnare astfel încât să nu fie nevoie de o răcire secundară intensă.

La oţelurile obişnuite, segregaţiile nu deranjează şi nu pot fi întinse în lungul profilului printr-un coroiaj mai mare decât normal.

Incluziunile nemetalice din semifabricatele turnate continuu, sunt, în principal, de origine endogenă şi reprezintă oxizi, silicaţi, nitruri; pot fi însă şi de origine exogenă provenind din prafurile de turnare sau căptuşeala refractară a oalei, distribuitorului sau a tuburilor de imersie.

Incluziunile nemetalice exogene (din prafurile de turnare) au o formă sferică şi o distribuţie neuniformă din punct de vedere cantitativ în semifabricatul turnat continuu. Apar ca urmare a antrenării prafului de turnare datorită turbulenţei excesive a nivelului oţelului în cristalizor, iar apariţia lor datorită acestei cauze poate fi evitată dacă se respectă adâncimea de pătrundere a tubului de imersie sub nivelul oţelului şi dacă praful de turnare utilizat este corespunzător.

Incluziunile nemetalice endogene (tip pată) constau în incluziuni sub formă de pată datorită silicaţilor şi oxizilor complecşi, mai ales în oţeluri cu conţinut ridicat de siliciu şi mangan. Cauzele apariţiei lor se datoresc reacţiilor oţelului cu materialul refractar dar şi ca urmare a unei dezoxidări necorespunzătoare sau a procesului de reoxidare a oţelului. Prevenirea acestora se poate realiza utilizând tuburi de imersie

din material refractar corespunzător, îmbunătăţind metoda de dezoxidare prin tratare în oală cu calciu, şi protejând jetul împotriva reoxidării.

Incluziunile aglomerate (de tip nori) sunt distribuite sub formă de nori şi apar în special la oţelurile calmate cu aluminiu. Ele sunt incluziuni de alumină şi cresc odată cu creşterea conţinutului de oxigen rezidual din oţel. Sunt reduse sau nu apar deloc la oţelurile calmate cu Si şi Al.

Incluziuni de suprafaţă sunt de mărime mică şi apar la cca. 10-15 mm sub suprafaţa profilului turnat continuu. Ele se formează ca urmare a antrenării prafurilor de turnare sau a unor oxizi care se ridică în cristalizor şi se lipesc de crusta profilului din interior. Apariţia lor poate fi stopată printr-o corectă acoperire a oţelului în distribuitor, protejarea jetului atât de la oala de turnare la distribuitor cât şi din distribuitor în cristalizor, precum şi prin tratarea oţelului cu calciu în oală.

Fig. 9. - Fisuri transversale interne, expuse pe secţiune longitudinală.

Fig. 7 - Fisuri scurte, foarte aproape de suprafaţă - fisuri longitudinale interne. Fig. 8. - Fisuri care se extind în miez - fisuri tip păianjen. [

Fig.10 – Structură necorespunzătoare a miezului (secţiune longitudinală prin centrul profilului)

Fig.13 – Incluziuni tip pete de oxizi. Fig.14 – Incluziuni tip nori de oxizi.

Pentru evitarea respectiv atenuarea defectelor interne, din cele studiate rezultă că un rol deosebit îl au parametrii turnării (viteza de turnare, temperatura de turnare a oţelului, viteza de răcire, temperatura şi debitul apei de răcire) dar şi de parametrii elaborării (raportul Mn/S, parametrii barbotării şi respectiv vidării).

Se poate concluziona că există trei categorii de cauze care duc la apariţia defectelor în profilele turnate continuu care la rândul lor determină consumul de metal:

- defecte inerente procesului (temperatură de turnare mare sau protecţie insuficientă împotriva reoxidării);

- defecte operaţionale (fluctuaţii excesive a nivelului oţelului în cristalizor);- defecte datorate întreţinerii incorecte a maşinii de turnare.

Fig.11 – Fisuri longitudinale interne care se extind în miez.

Fig.12 – Incluziuni provenite din prafurile de turnare.