1.1. Generalitati

Otelul este unul dintre cele mai importante materiale ale epocii noastre.

 

1.1.  Materii prime metalice si adaosuri

Materiile prime care compun incarcatura metalica a agregatelorde elaborat otel sunt deseurile feroase, fierul vechi si fonta de afanare (alba); adaosurile sunt materiale pentru completarea necesarului de oxigen (materiale oxidante) si pentru formarea zgurei.

1.1.1.      Deseurile feroase si fierul vechi

Proportiile acestora variaza cel mai des in limitele: 25-30% (max 35%) la convertizorul cu oxygen; 35-60% (max 70%) la cuptorul Siemens Martin si 90-100 % la cuptorul electric.

In continuare se prezinta clasificarea lor in functie de provenienta.

Deseurile feroase rezultate in procesele tehnologice siderurgice (deseuri de reciclare sau pentru consum propriu), reutilizate in majoritatea cazurilor in uzina in care au rezultat, provin din :

-         sectorul furnale (ursi, scursuri, scoarte de fonta);

-         sectorul otelariilor (otel solidificat in palnie si retelele de turnare, in orificii, in oalele de turnare, lingouri incomplete sau defecte, etc) si reprezinta 3,4-6,6% din productia de otel lichid;

-         sectorul laminoare (sutaje, laminate cu defecte etc).

Anumiti factori evolutivi pot determina marirea sau micsorarea volumui de deseuri feroase proprii. Marirea poate fi determinata de cresterea ponderii otelului calmat si a productiei de laminate plate (la care procentul de sutaj este mai mare decat la profile), iar micsorarea poate fi realizata prin utilizarea prafurilor exoterme si termogene la turnarea otelului calmat, prin extinderea turnarii continue si prin optimizarea taierii in flux a laminatelor.

Deseurile din industria prelucratoare, care revin in circuitul siderurgic in circa un an, cuprind:

-         sutaje provenite din unitatile prelucrari metalurgice (fabrici de tevi, sarma, produse din sarma, etc);

-         deseurile rezultate din prelucrarea laminatelor prin taiere, stantare, ambutisare, gaurire, aschiere etc.

Fierul vechi provine din urmatoarele surse principale:

-         sectorul industrial, prin casarile de utilaje, masini, aggregate, instalatii, constructii metalice, autovehicule, material rulant, nave etc;

-         sectorul particular, prin casare de obiecte si aparataj de uz casnic, deseuri menajere metalice (ambalaje).

1.1.2.      Conditii de caliatate

Otelariile consuma 70-90 % din totalul mondial de deseuri feroase si fier vechi, care sunt in mare parte necorespunzatoare pentru utilizarea directa, necesitand o pregatire prealabila. Aprecierea lor se face pe baza compozitiei chimice (conditii de puritate) si a starii fizice.

Cauzele impurificarii sunt in principal urmatoarele:

-         depozitare in conditii necorespunzatoare si de lunga durata ( impurificare cu pamant, zgura si rugina) ;

-         dezmembrarea incompleta sau neingrijita a mijloacelor fixe casate (impurificare cu beton, zidarie, materiale neferoase, etc) ;

-         sortarea neatenta (impurificare cu deseuri din otel aliat sau acoperiri metalice si nemetalice).

Respectarea conditiilor de puritate contribuie la obtinerea in limite definite a cantitatii de zgura si a compozitiei chimice a acesteia si a otelului, cel mai bine corespunzand deseurilor de recirculare si in special sutajele din sectoarele de laminoare.

Deseurile feroase provenite din industria prelucratoare s-ar putea prezenta si ele in conditii favorabile din punct de vedere al puritatii, prin colectarea ingrijita in momentul formarii lor si gospodarirea atenta pana la expediere, in special deseurile aliate.

Problemele dificile in ceea ce priveste puritatea apar in cazul fierului vechi, care necesita o sortare mai minutioasa in functie de compozitia chimica (fier vechi nealiat, aliat dubios).

In afara de pierderile recuperabile generate de procesul tehnologic din sectorul otelarii si de cele nerecuperabile generate de reactiile dintre baia metalica si zgura, apar si pierderi generate de gradul de impurificare, proportia acestora fin de ordinul celor din fig. 4.2, a (stabilite in Cermania).

Impuritatile rezultate din desmembrarea si sortarea neingrijita, pe langa pierderile pe care le genereaza pot afecta si calitatea otelului; creste continutul de sulf (din cauciuc), difera comportarea normala (datorita unor elemente neferoase), este inrautatita sudabilitatea (Mo, Ni, Cr, Co), se produc fisuri de suprafata la ambutisare (Cu, Sn), creste duritatea (W) si fragilitatea (As).

Caracteristicile fizice ale deseurilor feroase si fierului vechi (forma, dimensiuni etc) influenteaza durata incarcarii si topirii si suprafata de schimb cu atmosfera agregatului de elaborare, deci influenteaza consumul de energie calorica, productia specificasi economicitatea agregatelor de topire.

La sistemele clasice de incarcare, cu troci si cosuri, durata incarcarii depinde mult de gradul de utilizare ( ), care depinde de gradul de pregatire aincarcaturii solide.

O influenta directa asupra vitezei de topire si consumul de energie calorica are suprafata de contact cu sursa de caldura (fig. 4.2, b); sutajele grele au conductivitatea termica ridicata, dar prezinta o suprafata specifica redusa, deci pregatirea incarcaturii trebuie sa asigure un raport favorabil intre cele doua caracteristici antagoniste.

2.        Consideratii tehnico- economice

Ponderea procedeelor este in continua schimbare (v. fig. 4.1) in functie de nivelul tehnico-economic, caracterizat prin calitatea otelului si rentabilitatea productiei.

2.1.  Consideratii asupra calitatii otelurilor

Gradul de perfectiune (calitatea) este influentat puternic de elaborare, in primul rand de dezoxidare, de care depinde in mare masura prezentarea incluziunilor nemetalice si a gazelor (in solutie si la limita grauntilor ca azoturi si oxizi). Prin aceasta influenteaza marimea grauntelui de austenita, sensibilitatea la supraincalzire si imbatranire, tendinta spre fragilitatea la rece si spre fulgi etc.

Toate procedeele pot asigura calitatea otelurilor de masa, dar corespund in masura diferita pentru otelurile da calitate (cu valori de varf pentru proprietatile mecanice) si pentru cele speciale (cu anumite proprietati deosebite).  Ordinea crescatoare in care procedeele asigura calitatea (dedusa pe baza continutului de P, S, N, O si incluziuni nemetalice)

si satisfac interesul beneficiarilor de a se limita numarul de marci de otel (in primul rand cele  cu  ) si de

a rasfrange limitele compozitiei chimice (productie uniforma ceruta de rationalizarea si automatizarea productiei si de limitarea stocurilor) este LD-SM-E.

Convertizorul LD se poate compara cu SM pentru o gama intinsa de oteluri, ceea ce explica elaborarea nu numai a otelurilor de masa, ci si a multora pentru scopuri cu actionari puternice, in primul rand oteluri moi pentru poduri, vapoare, conducte de presiune, cazane, etc.

Procedeul SM prezinta siguranta mai mare in obtinerea calitatii si a uniformitatii productiei si este mai indicat pentru otelurile nealiate si slab aliate cu C> 0,30 % si multe moi (ambutisaj adanc, constructii) precum si pentru unele oteluri mijlociu aliate (mai ales cu tratare in vid). Pentru oteluri speciale (table silicicoase, scule, rulmenti etc) se prefera cuptoare de capacitate mica (sub 65 t, eventual pana la 120 t), iar pentru otelurile de masa si de calitate satisfac cuptoarele de capacitate mare, valorificand progresele tehnice pentru a usura indepartarea zgurei si incalzirea baii pana la vatra.

Cuptoarele electrice, asigura cel mai bine calitatea, ceea ce explica cresterea continua a productiei din aceste cuptoare a otelurilor pentru scule, constructii de masini, industria chimica si aeronautica, etc, oteluri carora li se impun conditii din ce in ce mai grele.

Observatie. Deosebirile dintre procedee se estompeaza daca otelurile sunt supuse procedeelor de imbunatatire.

2.2.  Consideratii asupra rentabilitatii

Rentabilitatea variaza in functie de progresele constructive, tehnologice si organizatorice, de deplasarile bazei energetice si de materii prime, factori care determina pretul de cost. Pentru comparatie au importanta productia anuala si specifica, consumurile specifice, cheltuielile pentru investitii si exploatare.

3.        Elaborarea in cuptorul electric cu arc

3.1.  Constructia metalica

Caracasa, (mantaua) cuprinde corpul cuptorului si fundul drept, tronconic, calota sferica (fig. 4.33,

b). diametrul carcasei   mm pentru cuptoarele mici (P<25t),   mm pentru cuptoarele mijlocii

(P=25-50 t),   mm pentru cuptoare mari (P= 50 – 140 t) si pana la 9300 mm pentru cuptoare foarte mari (P > 140 t). Forma de calota sferica a fundului tinde sa se generalizeze deoarece se poate confectiona prin ambutisare, se deformeaza mai greu, evita zidaria inutila. Asamblarea se face mai ales prin sudura (tabla de 10 – 40 mm in functie de capacitatea P; la fund mai groasa) si se prevad intarituri la bordure superioara, la legatura cu fundul, la deschideri (usi, orificiu de evacuare) si verticale.

Inelul boltii (fig. 4.34) se reazima pe carcsa si pentru a evita arderea sre diametrul  .

Dispozitivul de basculare format din doua talpi legate ca un sasiu (fig. 4.35, a) sau fixate la carcasa , se basculeaza prin rostogolire pe batiuri drepte (fig.4.35, a,b) sau curbate (fig. 4.35, c), in ultimul caz extremitatea jgheabului deplasandu-se pe verticala la basculare. La cuptoarele mici forta de basculare se aplica intre talpi, iar la cele mai mari este actionata fiecare talpa. Daca dispare brusc forta de basculare cuptorul revine in pozitie orizontala, deoarece are centrul de greutate deplasat fata de ax (v. fig. 4.35, b).

Suportii electrozilor difera in functie de P, de modul de incarcare, de spatiul disponibil si de viteza de coborare ( ) si

de ridicare ( ) a electrodului cu diametrul d. La cuptoarele mici (d 350 mm,  =350mm/min; =400 mm/min,

incarcare pe usa) si la cele mijlocii (d>350 mm,  =1100 – 1150 mm/min,  =1500 – 2300 mm/min) pentru fiecare electrod exista un stalp vertical (fig. 4.36), pe care se deplaseaza un brat port-electrod, actionat de tija pistonului unui cilindru hidraulic fixat pe stalp sau cu motor electric prin cablu sau cu lant Gall.

La cuptoarele mari (d,   si   mari) bratul portelectrod este fixat rigid de stalpul vertical (fig. 4.37, a) care este ridicat impreuna cu bolta de catre instalatia hidraulica 1. Capul de antrenare 2, intra in locasul 3, fixeaza opritorul 4 al instalatiei de sustinere si rotire 5 – 6, o ridica impreuna cu suportii electrozilor 7 – 8 si roteste cu 90 – 110 grade.

 In timpul functionarii cuptorului capul 2 este retras din locasul 3 eliberand instalatia 5 care se fixeaza la platforma de basculare 9. La cuptoarele mici toata instalatia poate fi fixata la carcasa (fig. 4.37, b). La cuptoarele mari, cea mai raspandita este instalatia de sustinere si rotire fixata la paltforma de basculare (fig. 4.37, c); bolta este ridicata independent.

La bratul portelectrod, izolat electric de acesta, este lagat cu bulon sau cu flansa, capul de prindere a electrodului format din trei segmenti, unul fix (fig. 4.38, a) sau – cel mai des – din doi segmenti (de cupru sau otel) raciti, unul mobil preset pe elctrod cu ajutorul unui surub actionat cu roata de mana (fig.4.36, b) sau de catre un arc mantat intr-un cilindru cu aer comprimat si care trage (v. fig. 4.38, b) sau impinge (fig. 4.38, c) un sistem de parghii.

3.2.  Zidaria cuptorului (fig. 4.39)

Atentie deosebita trebiue acordata izolarii fundului si baterii monolitului de uzura, din granule de magnezita cu gudron si se intinde pe ea numai un strat de uzura de circa 30 mm. Dolomita se foloseste tot mai putin deoarece dureaza cu circa 50 % mai putin decat magnezita, se hidrateaza la mers discontinuu, absoarbe puternic oxizi la topire si ii cedeaza la dezoxidare.

La pereti, intre izolatie si zidarie ( adeseori din 4 – 12 blocuri de dolomita) este indicat un spatiu de dilatare de circa 50 mm umplut cu pulbere izolatoare. Durabilitatea este in general de 500 – 600 ore de functionare.

Bolta se zideste pe sablon in cepand cu caramizile de reazem. Se folosesc caramizi silica sau aluminoase, iar in conditii foarte grele (temperature inalta, zgura carbidica) se recurge la caramizi cromitomagnezitice. Cu caramizi silica bolta dureaza 100 – 175 sarje cu o singura zgura oxidanta si 35 – 125 sarje cu doua zgure.

O atentie deosebita se da zidirii boltitelor usii si ale orificiului de evacuare deschis (usita cu 1 – 3 boltite).

3.3.  Elaborarea in cuptorul electric basic

Dupa uscare si incalzire corespunzator unui graphic anumit, cuptorul este incarcat cu fier vechi usor si se topeste incet , cu ercele electrice ingropate. Perioada dupa topire la aceasta sarja este scurta, dar se obtine o fritare suficienta.

3.3.1.      Incarcatura si incarcarea

Se lucreaza dupa variantele fier vechi-carburant si fier vechi-fonta (pana la 25% mai rar 30–40% fonta), fierul vechi trebiund sa fie sortat si clasat.

Incarcarea manuala (la cuptoarele vechi, P < 7 t) dureaza 20–25% din durata sarjei   (5…6 min/t) cu fier vechi avansat pregatit. Cuptorul este umplut in proportie de 65%, incarcatura este compacta si materialele sunt dispuse in ordinea cea mai indicata: start tampon de fier vechi marunt, greu si curat, jumatate din carburant (sau fonta), var (circa 2,5%) si bauxita (burete de fier in proportii mici), fierul vechi greu, printer bucati restul de carburant si putin fier vechi marunt , urmeaza fierul vechi mijlociu, usor si aschiile. Se incepe incarcatura cu parte din var daca vatra are tendinta sa se adancesca.

Incarcarea cu troci (cu macara sau cu masina de incarcare) asigura grad de umplere redus (45–50%), ca si incarcarea cu jgheab basculant (cu impingator), pe vagonet sau, manevrat cu macaraua. Cea mai folosita este incarcarea cu cos dupa indepartarea boltii.

Gradul de umplere a cuptorului este de pana la 80% si daca un cos nu cuprinde intreaga incarcatura, al doilea se incarca dupa topirea avansata a primei parti, incarcarea unui cos durand 5–10 min (la cuptoarele mici 3–5 min).

3.3.2.      Topirea

 Pentru inceperea topirii se coboara electrozii pana deasupra incarcaturii si se conecteaza cuptorul la retea de alimentare cu energie electrica. Pornirea se face cu tensiune redusa (arc scurt). Se regleaza la inceput manual pana se sigura stabilitatea arcurilor electrice si apoi automat. Dupa ce electrozii au patruns in incarcatura se trece pe treapta maxima de tensiune, ceea ce permite utilizarea intregii puteri a transformatorului.

In timpul topirii reactiile de oxidare depind de cantitatea de oxigen disponibil. Adausurile de oxidanti depind de gradul de oxidare dorit, in primul rand pentru carbon. Astfel, topirea se poate face cu oxidare completa, cu oxidare partiala sau fara oxidare. Metoda de topire se alege in functie de calitatea incarcaturii si mai ales de marca de otel care se elaboreaza.

a). Metoda de topire cu oxidare completa, se foloseste cand fierul vechi este de calitate inferioara ( ruginit, usor, cu mult fosfor insa nu mai mult de 0,08 %). Oxigenul din rugina fierului vechi si din atmosfera cuptorului, este suficient pentru a oxida complet, pana la sfarsitul topirii, siliciul, vanadiul si titanul si pana la 75% manganul. Carbonul se oxideaza putin, 5-10% din carbonul initial. Pentru oxidarea avansata a carbonului (mai ales cand se lucreaza cu adaos de fonta) se introduce in incarcatura oxidanti in cantitati calculate astfel incat [C]t≤ 0,10%, iar [P]t~0,01%.

Adausurile de var pot ajunge pana la 6%.La sfarsitul topirii zgura bazica oxidanta, bogata in P 2O5 si MnO se indeparteaza (fara a intrerupe curentul electric) prin bascularea in fata a cuptorului.

b). Metoda de topire cu oxidare partiala, este cea mai raspandita pentru elaborarea telurilor d calitate, cand fierul vechi este bun (neoxidat si cu fosfor sub 0,04%).

Cantitatile de materiale se calculeaza astfel, incat la topire carbonul sa fie cu 0,3-0,6% mai mare decat cel necesar la sfarsitul afinarii, pentru otelurile de constructii si cu 0,3-0,4% pentru otelurile nealiate de scule. In aceste conditii, siliciul, vanadiul si titanul se oxideaza complet, manganul pana la 50%, iar fosforul scade la 0,02%.

Cand se adauga minereu,  zgura fiind mai activa, pierderile de Mn, Cr, W pot ajunge la 70%. Iar fosforul scade sub 0,02%, daca se adauga var (2-4%) in craterele electrozilor. Pentru fluidificarea zgurii se adauga periodic bauxita sau fluorina.

c) Metoda de topire fara oxidare se foloseste la elaborarea otelurilor bogat aliate, din deseuri neoxidate, cu continuturi ridicate de elemente de aliere care trebuie recuperate ( deseuri de oteluri rapide, inoxidabile, rulmenti etc.)

la aceasta metoda topirea trebuie sa se faca repede (transformator puternic). In timpul topirii se limiteaza patrunderea aerului in cuptor, se imprastie cocs marunt peste incarcatura pentru a micsora oxidarea.  In aceste conditii siliciul se oxideaza complet, iar restul elementelor raman in cea mai mare parte in topitura.

Zgura nu se indeparteaza din cuptor deoarece contine elemente de aliere.

Gradul de oxidare al fierului, in timpul topirii, depinde de metoda de lucru si de durata topirii. Pentru ca topirea sa dureze putin si baia metalica rezultata sa fie calda, trebuie: sa se foloseasca incarcatura buna, in greutate de 100-125% din capacitatea nominala a cuptorului, sa se evite intreruperea functionarii cuptorului (deci incarcare cu o singura bena).

Durata topirii este, in general, de 60-180 de minute, functie de marimea cuptorului.

3.3.3.      Afanarea

Cand topirea se face dupa metoda cu oxidare partiala sau totala, la sfarsitul topirii se controleaza compozitia baii metalice, se evacueaza toata zgura la topirea cu oxidare completa si circa jumatate din zgura la topirea cu oxidare partiala, pentru a indeparta  oxizii de fosfor si siliciu formati in timpul topirii, apoi se adauga minereu sau se sufla oxigen, pentru oxidarea carbonului (decarburarea). In paralel cu oxidarea carbonului are loc si oxidarea elementelor insotitoare (siliciu, mangan fosfor) precum si a unor elemente de aliere cu afinitate mare fata de oxigen (crom, vanadiu, titan).  In acest timp se micsoreaza tensiunea pentru a se lucra cu arc scurt si gros.

Procesele de afanare.     Ordinea in care se oxideaza elementele din baia metalica este data de afinitatea lor fata de oxigen comparativ cu cea a fierului. Chiar daca afinitatea fata de oxigen a fierului este mai mica decat a multor elemente din baia metalica,  procesele de oxidare au loc prin intermediul FeO deoarece indiferent de modul de alimentare a baii metalice cu oxigen, primul element din baie care se oxideaza este fierul, in conformitate cu legea actiunii maselor, deoarece se afla in proportia cea mai mare, in conformitate cu legea actiunii maselor.

Astfel, ordinea de oxidare este:

[Si] + 2[FeO] = (SiO2) + 2[Fe];                        ΔH0 = - 10 316 KJ/kg O2                   (1)

[Mn] + [FeO] = (MnO) + [Fe];                                     ΔH0 = -   8 435 KJ/kg O2                   (2)

2[Fe2P] + 5[FeO] = (P2O5) + 9[Fe];                ΔH0 = -   2 499 KJ/kg O2                   (3)

[C] + [FeO] = + [Fe];                             ΔH0 = -   1 283 KJ/kg O2                   (4)

Oxidarea carbonului (decarburarea) si degajarea de CO provoaca agitarea baii metalice, „fierbere” si favorizeaza marirea suprafetei de contact dintre zgura si baie metalica, se asigura omogenizarea temperaturii si compozitiei baii metalice, se elimina o buna parte din gazele din otel (hidrogen si azot) si dintre incluziunile existente in otel.

La fierberea cu minereu se realizeaza viteze de decarburare de ordinul a 0,36-0,48% C/h (la inceputul fierberii cand continutul de carbon si de oxigen este relativ mare chiar 0,5-0,7% C/h), iar cand se foloseste oxigen se obtin valori de 3..5 ori mai mari (1,8-2,4%C/h). Aceasta perioada de numeste fierbere intensa. Dupa incetarea introducerii de oxidanti in cuptor fierberea continua dar cu viteze mai mici (0,12 0,27 % C/h) pana la atingerea echilibrului intre carbon si oxigen la temperatura de lucru. Aceasta perioada se numeste fierbere linistita.

La temperaturi ridicate se pot produce si reactii endoterme, reactii care au rol secundar, dar care sunt posibile si care conduc la regenerarea elementelor uneori nedorite (fosfor) din zgura:

5[C] + ([P2O5]) = 5+2 [P];                     ΔH0 =  11 495 KJ/kg O2                      (5)

[C] + ([MnO]) = 5+2 [Mn];                    ΔH0 =  16 460 KJ/kg O2                      (6)

2[C] + ([SiO2]) = 2+2 [Si];                     ΔH0 =  19 913KJ/kg O2                       (7)

In conditiile de elaborare a otelului, cand temperatura creste, spre sfarsitul afinarii, reactiile secundare se intensifica, astfel incat, o parte din elementele insotitoare, care au fost indepartate prin oxidare, revin in baie, ca urmare a intensificarii reactiile secundare. Aceasta revenire se numeste proces de regenerare.

Regenerarea poate avea loc in principiu, la siliciu, mangan, fosfor. Regenerarea siliciului practic este imposibila deoarece silicea un oxid puternic acid formeaza silicati cu oxizii bazici din zgura (FeO, CaO, MgO) care blocheaza sicea in zgura. Cea mai periculoasa ar fi regenerarea fosforului care insa nu este posibila sub zgura bazica, deoarece pentaoxidul de fosfor fiind acid formeaza cu oxidul de calciu fosfati   de forma ((CaO)n P2O5),   care leaga fosforul in zgura impiedicand revenirea lui in baia metalica. Cu cat zgura este mai bazica cu atat n are o valoare mai mare (n poate lua valori de la 1 la 4).

La carbon nu este posibila regenerarea, deoarece CO paraseste baia metalica, deci procesul nu poate fi reversibil. Prin urmare, reactia de oxidare a carbonului se produce teoretic pana la consumarea completa a carbonului din baia metalica. Dar otelurile sunt aliaje fier carbon iar unele dintre ele au continuturi ridicate de carbon, procesul de decarburare se opreste la continutul dorit. De aceea, momentul la care se intrerupe (se franeaza) reactia de oxidare a carbonului se numeste punct de oprire.

Indepartarea gazelor din baia metalica inclusiv a oxigenului , depinde de viteza de decarburare, de cantitatea de carbon oxidat si de continutul de gaze din otel. La cuptorul electric cu arc exista pericolul sa creasca continutul de azot din baia metalica, deoarece sub actiunea arcului electric, moleculele de azot se disociaza in atomi, iar atomii ionizati in arc se dizolva usor in baie. Pentru a nu creste continutul de azot se recomanda ca perioada de afinare sa nu depaseasca in total 55-60 minute, din care 35-45 min. sa fie fierbere intensa.

La elaborarea otelurilor nealiate si slab aliate, cu fier vehi nealiat, dupa ce se asigura defosforarea la topire si dupa indepartarea zgurei de topire se formeaza zgura noua si se incepe suflarea oxigenului (dupa ce se adauga 0,50 % Si, cand temperatura este sub 1580 grade C).

3.4.  Turnarea si solidificarea lingourilor de otel

      Generalitati

La sfarsitul perioadei de elaborare otelul este evacuat din agregatul de elaborare intr-o oala de turnare care este tinuta in carligul unei macarale, se gaseste pe un postament sub jgheabul de evacuare sau pe o masina de turnare.

In cazul cuptoarelor mari de peste 250 t otelul se evacueaza in doua oale de turnare, folosind un jgheab de evacuare bifurcat.

Pentru manipularea oalei de turnare, in general, se folosesc macarale de turnare,  care au avantajul ca acopera intreaga hala de turnare si se adapteaza la diverse alte lucrari. Pisica principala, cu o putere  de ridicare de 1,4 ori mai mare decat greutatea otelului, este prevazuta cu doua carlige puternice prinse la un balansoar ridicat si coborat  cu cabluri, miscarea facandu-se liber sau cu ghidarea balansoarului intr-o  constructie metalica rigida. Macaraua dispune si de o pisica auxiliara pentru bascularea oalei de turnare la turnarea otelului din oala in lingotiera.

In cazul in care din diferite motive nu se pot folosi cai de rulare pentru macarale se folosesc masini de turnare pivotante.

Din oala de turnare otelul este turnat in lingotiere, in care se lasa sa se solidifice, dupa care lingourile de otel sunt scoase din lingotiere (stripate) si trimise in sectiile de laminare sau forjare.

Pentru operatiile de turnare se folosesc utilaje care trebuie sa prezinte siguranta in functionare, atat macaralele cat ai oala de turnare ai ansamblul de turnare.

In ultima perioada cand necesarul de oteluri speciale a crescut, oala de turnare este de multe ori agregatul in care se efectueaza tratamentul otelului in afara cuptorului. In acest caz oalele de turnare au o constructie speciala.

1. Oala de turnare

1.1. Dimensionarea oalei de turnare

Are forma invers conica cu o conicitate de 5 % pe fiecare parte, pentru usurarea indepartarii scoartelor care raman pe peretii oalei si/sau pe fundul ei. 

Suprafata de radiere a oalei trebuie sa fie minima in raport cu volumul ocupat de otelul lichid, pentru ca racirea otelului sa fie cat mai mica. Aceasta conditie este satisfacuta daca inaltimea ocupata de otel este egala cu diametrul mediu al oalei. In aceste conditii racirea otelului lichid este de circa 1 C/min incepand di momentul in care oala de turnare este plina. Oala de turnare este prevazuta cu un cioc pentru deversarea zgurii, la circa 100 mm sub bordura oalei. Inaltimea stratului de zgura pentru izolarea otelului lichid de actiunea daunatoare a atmosferei trebuie sa fie de 150-300 mm.

Dm =Ho

B = 0,8Di;   a + b = Di;    b=1,5 a

unde: P este capacitatea cuptorului, t;  γo  este greutatea specifica, t/m; Dm este diametrul mediu al oalei iar Ho este

inaltimea coloanei de otel in mm.

Fig. 16. Sectie oala de turnare

  

Diametrul superior al oalei de turnare, respectiv diametrul inferior se calculeaza cu relatiile de mai sus.

Orificiul de evacuare se pozitioneaza excentric in fundul oalei de turnare pentru a asigura o mai buna centrare pe axa lingotierei,pentru a se evita deformarea tijei de manevrare a  dopului din cauza caldurii radiata de suprafata otelului din oala si pentru a se evita lovirea si deformarea tijei port-dop de catre jetul de otel.

Centrul orificiului de turnare se pozitioneaza in fundul oalei la o distanta B = 0,8 Di de la pereti si astfel incat a + b = Di si b = 1,5a. Distanta c rezulta din calcul sau din desen.

Orificiul este inchis cu un dop montat pe capatul unei bare port-dop care se manevreaza cu un sistem de parghii.

1.2. Constructia oalei de turnare

Oala de turnare se construieste dintr-o manta metalica confectionata din tabla sau banda de otel de 15-30mm grosime la pereti si de 25-40mm la fundul oalei, captusita la interior cu materiale refractare.

Mantaua se executa prin nituire sau sudura si este sustinuta de un inel puternic din otel prevazut cu doua fusuri de prindere in carligul macaralei, iar la partea de jos a mantalei se sudeaza o za pentru bascularea oalei cu ajutorul pisicii auxiliare a macaralei de turnare.

Zidirea captuselii incepe cu 1..2 randuri de caramizi normale  sau patrate asezate pe lat pe fundul curbat sau drept al mantalei. Urmeaza un rand de caramizi radiale, 1sau 2 randuri la pereti, lasand la manta un spatiu de circa 12mm, care se umple cu argila, pentru a prelua dilatarile mantalei. Se zideste un al doilea rand de caramizi pe fund, cu rosturi mici de 1-2mm care se umplu ingrijit cu mortar pentru ca otelul sa nu patrunda in rosturi.

Grosimea captuselii este de cel putin 150mm la pereti (mai grosi la partea inferioara unde atacul otelului este mai puternic) si ajunge la 375mm la fundul oalei (pentru o oala de circa 150 t).

Materialul refractar se alege functie de capacitatea oalei si de natura tratamentelor aplicate otelului in oala de turnare. El trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii: sa fie usor (pentru a nu ingreuna foarte mult oala de turnare), compact (pentru a nu patrunde otelul lichid prin porii caramizilor si sa le distruga), sa aiba refractaritate mare (sa reziste bine la temperatura otelului lichid), rezistenta la soc termic (zidaria  se incalzeste si se raceste cu fiecare sarja de otel turnata), rezistenta la coroziune (sa reziste atacului otelului lichid) si rezistenta mecanica (sa reziste la greutatea coloanei de otel lichid si la socul produs de jetul de otel la evacuarea lui din cuptor in oala).

In general se folosesc caramizi silico-aluminoase cu 30-90% Al2O3, cu densitatea de 1,9 – 2 t/m si care rezista la 1650-2000 C.

Pentru oalele obisnuite se foloseste:

                   - samota care rezista la 15-20 turnari;

                         - samota aluminoasa care rezista la circa 25 turnari

 - caramizi grafito-aluminoase care rezista la 35 – 45 turnari.

Pentru oalele speciale in care se face tratarea otelului un timp mai indelungat se folosesc caramizi multicorimdonice cu 60 – 90% Al2O3.

In zidaria fundului oalei (1) se monteaza o caramida suport  din samota (2) in locasul careia se fixeaza o caramida tubulara, denumita orificiu de turnare sau manson de turnare) (3) din samota, magnezita sau grafit, care se va inchide cu ajutorul unui dop (5) din samota aluminoasa (65%samota si 65% argila), din grafit cu 35%C sau din samota grafitata (40% argila, 35% samota si 25% grafit), fixat de o bara port-dop (4) confectionata dintr-o bara de otel imbracata in tuburi de samota fixate cu o masa formata din 25% argila sub un 1mm, 75% samota sub 1mm, sticla solubila si apa sau 40% argila sub 1mm, 60% samota sub 1mm si sticla solubila si apa ( Fig. 17, a). Dopul se monteaza in capatul tijei printr-un sistem pana ( fig. 17, c) sau surub.

Orificiul de turnare (4)(mansonul) (fig. 17, b) se fixeaza in caramida suport din exterior prin conicitate sau cu o placa de fixare (9), rostul din jurul mansonului se umple cu o masa (8) formata din 25% argila  sub 1mm, 50% samota sub 1mm, 25% grafit sub 1mm si sticla solubila si apa.

Mansonul si dopul cu bara port-dop se schimba dupa fiecare turnare.

De felul cum sunt confectionate, montate si uscate depinde comportarea lor, ele trebuind sa inchida etans si sa deschida fara deranjamente orificiul de turnare pana la golirea completa a oalei de turnare.

Inainte de intrebuintare, oala de turnare este uscata cu un arzator cu gaz, iar dupa fiecare turnare se curata de resturile de otel si zgura si i se reface zidaria refractara.

Tija port-dop dupa confectionare se usuca intr-un cuptor vertical si apoi se monteaza in oala de turnare. Oala cu tija montata se preincalzeste, cu un arzator cu gaz, inainte de fiecare utilizare la temperaturi de 400-600 C pentru reducerea socurilor termice si micsorarea pierderilor de caldura a otelului.

Lingotierele sunt piese din fonta (rareori din otel) in care curge otelul lichid din oala si in care se solidifica formand lingoul. In continuare lingoul de otel merge la deformarea plastica prin forjare sau laminare. Forma lingotierelor trebuie sa permita striparea lingoului (scoaterea lui din lingotiera) fara dificultati si fara a distruge lingotiera.

Marimea si profilul lingotierelor determina conditiile de racire si deci de solidificare a otelului. Ele se fixeaza functie de:

-         capacitatea agregatului de elaborare;

-         nevoile  si posibilitatile laminoarelor sa forjelor;

-         calitatea otelului care se toarna.

 Fig. 17.   Oala de turnare (a). Detalii (b, c)

Tipuri de lingotiere.  Lingotierele pot fi:

-         normal conice cu sau fara maselotiere;

-         invers conice prevazute intotdeauna cu maselotiere

De regula, otelurile calmate se toarna in lingotiere invers conice cu maselotiere (fig. 6d), otelurile necalmate se toarna in lingotiere direct conice cu sau  fara maselotiere (fig. 6a) , iar otelurile semicalmate se toarna in lingotiere cu cap-butelie (fig. 6b).

La picior lingotierele pot fi inchise (prevazute sau nu orificiu) sau deschise.

                              

Fig.6.  Tipuri de lingotiere Fig.7. Dimensionarea  lingotierelor

Sectiunea lingotierelor se stabileste functie de destinatia si calitatea otelului. Ea poate fi rotunda (laminare sarma), patrata ( forja sau profile), dreptunghiulara (laminate plate, tabla) sau poligonala (forja). Laturile lingotierei pot fi plane (lingouri pentru sarma, tevi fara sudura etc) curbe sau ondulate pentru un contact mai bun al lingoului cu peretii lingotierei, in vederea micsorarii pericolului de aparitie a crapaturilor, fig. 8.

                     

Principii de dimensionare a lingotierelor

Dimensionarea si executia lingotierelor trebuie sa asigure:

-    marimea corespunzatoare obtinerii unui lingou de greutate impusa de calitatea otelului, marimea agregatului de elaborare, nevoilor si posibilitatilor forjelor;

-    forma corespunzatoare pentru a permite striparea lingourilor fara dificultate si un grad de deformare pe lungime cat mai uniform;conditii de racire corespunzatoare unei solidificari fara defecte;

-    o durabilitate cat mai mare a lingotierelor.     

Dimensionarea lingotierelor

Dupa adoptarea formei lingotierei, pentru dimensionarea lingotierelor se are in vedere greutatea lingoului ce trebuie obtinut Glg, in t, cu ajutorul careia se determina volumul interior al lingotierei, si diametrul mediu Dm care este diametrul cercului inscris in sectiunea transversala a lingoului, care depinde de gradul de reducere cerut la deformarea plastica. In general se recomanda ca acest diametru sa fie in limite stranse si sa varieze latimea L si eventual inaltimea lingoului, H (fig.7).

Volumul interior al lingotierei este: ,in care: γo este densitatea otelului lichid (6,9 t/m3).

Principalii parametrii constructivi ai lingotierelor sun: L/Dm, H/Dm, grosimea peretilor m si respectiv n ,conicitatea si raza de curbura a peretilor pentru lingotierele dreptunghiulare sau patrate.

Pentru obtinerea unor lingouri cu suprafata curata, fara defecte, raporturile L/Dm si H/Dm  au valori diferentiate functie de marimea lingourilor, de metoda de turnare, de forma  si grosimea peretilor lingotierei, de viteza de turnare etc.

Pentru lingourile   mai mari de 8 tone se recomanda urmatoarele valori pentru raportul  L/Dm :

-          1,2…2,2 cand se toarna cu viteza mare in lingotiere cu pereti ondulati;

-          > 2,2 cand se toarna cu viteza obisnuita in lingotiere cu pereti plani.

Raportul  H/Dm trebuie sa asigure o presiune ferostatica specifica cu atat mai mica cu cat otelul este mai predispus la crapaturi. Valorile acestui raport variaza in limite largi de 2,5…5, si ele sunt influentate de o serie de factori cum ar fi:

-         grosimea crustei marginale care trebuie sa fie suficient de mare pentru a rezista presiunii hidrostatice a coloanei de otel. Aceasta depinde si de parametrii turnarii, temperatura de turnare si de viteza de turnare, precum si de grosimea peretilor lingotierei;

-         viteza de solidificare ( daca viteza de solidificare este mare , iar lingoul este inalt si subtire exista pericolul formarii unei retasuri adanci si chiar a formarii de retasuri secundare);

Fig. 8. Exemple de  lingotiere cu pereti ondulati, curbi si plani

-         continutul de gaze din otel (daca este mare exista pericolul ca centrul lingoului sa fie poros).

Ultimele doua defecte se accentueaza pentru valori ale raportului H/Dm > 3. Deci se poate spune ca cu cat creste greutatea lingoului cu atat trebuie sa scada valoarea raportului H/Dm.

De aceea, valorile raportului H/Dm recomandate sunt:

-         2,3…3,5 pentru lingourile < 8 tone si Dm < 800 mm indicate pentru otelurile calmate destinate forjarii;

-         ~ 3 pentru lingourile de > 8 tone si Dm > 800 mm;

-         2,7…1 pentru lingouri mari si foarte mari.

Grosimea peretilor lingotierelor este un factor foarte important deoarece determina greutatea lingotierelor si influenteaza durata solidificarii, structura lingoului si durabilitatea lingotierei. Grosimea peretilor lingotierelor scade cu cresterea marimii acestora si are valori diferite la cap si la picior. De regula la picior peretele lingotierei este mai gros pentru a permite o racire mai intensa la inceputul solidificari in vederea obtinerii unei cruste marginale groase si pentru cresterea durabilitatii lingotierelor. De aceea se recomanda ca n sa fie cu 10…15% mai mare decat m si uneori chiar cu 20…35%, deci n = 1,15 – 1,35 m.

Valoarea lui m reprezinta :

-          26…30% Dm pentru lingouri cu Dm > 400 mm;

-          32…50% Dm pentru lingouri cu Dm < 400 mm.

Conicitatea trebuie sa asigure striparea usoara a lingoului, dar si conditii optime pentru deformarea plastica. De asemenea, la lingourile invers conice, conicitatea favorizeaza formarea si amplasarea golului de contractie (retasura) pe capul lingoului. De aceea valorile conicitatii depind de destinatia lingoului, de marimea lui si de gradul de calmare al otelului. Astfel,conicitatea recomandata este de:

- 0,9…1,2 %  pe fiecare latura pentru lingourile direct conice, mici;

- 0,7…0,9 %  pentru lingourile direct conice, mari;

- 2,5…3 %  pentru lingourile invers conice destinate laminarii;

- 3…4 % pentru lingourile invers conice destinate forjarii.

In cazul lingourilor foarte mari, direct conice, pentru laminare se pot lua conicitati mai mici 0,5…1%.

Raza de curbura a peretilor lingotierelor, r, dreptunghiulare sau patrate, este egala cu 10…30% din diametrul mediu, Dm, adica:

La colturi peretii lingotierelor se subtiaza, pentru a evita aparitia crapaturilor, cu circa 20%, adica m1 =0,8 m.

Un factor important de apreciere a consumului de lingotiere este raportul intre greutatea lingotierei, Glgt si

greutatea lingoului Glg ,  . Valorile acestui raport sunt diferite functie de gradul de calmare al otelului:

-          0,7…1,3 pentru otel necalmat;

-          1,0…1,3 pentru otel calmat.

Intre sectiunea transversala a lingotierei, Slgt si sectiunea lingoului Slg , trebuie sa existe urmatoarea relatie:

.

Valoarea constantei k este diferita pentru capul si piciorul lingoului si depinde de marimea acestuia, dupa cum urmeaza:

-          lingouri mari:  – pentru capul lingoului: k = 0,65…0,75

- pentru piciorul lingoului: k = 0,9…1,4

-          lingouri mici:  - la capul lingoului: k = 0,6…0,7

- la piciorul lingoului: k = 0,8…0,9.

Maselotierele

Rolul maselotierelor este de a mentine cat mai mult posibil otelul lichid pentru a umple golul de contractie format pe capul lingoului si de a prelua in maselotiera impuritatile care se ridica din corpul lingoului.

De aceea, ele sunt piese din fonta captusite cu materiale refractare prin stampare, inzidire sau placi impanate (fig.9a ) care se aseaza pe lingotierele invers conice in care se toarna otel calmat.

Marimea maselotierei se stabileste functie de contractia otelului la solidificare.

Dimensionarea ei se face pornind de la principiul ca volumul ei reprezinta 13…20% din volumul total al lingoului. Diametrul cercului inscris in baza mare a lingotierei se ia mai mic cu circa 20 mm decat diametrul superior al lingotierei iar conicitatea de 10…15%. Maselotierele sunt intotdeauna direct conice pentru ca suprafata libera sa fie cat mai mica astfel incat pierderile de caldura prin radiatie sa fie cat mai mici.

Baza maselotierei si partea de sus a lingotierei se prelucreaza plan pentru a se evita patrunderea otelului lichid intre ele, care prin solidificare da nastere la bavuri ce pot conduce la aparitia crapaturilor transversale in lingoul solidificat.

Micsorarea pierderilor de caldura din maselotiere se poate realiza prin captusirea maselotierelor cu samota, cu amestecuri exoterme formate din aluminiu, clorat sau azotat de potasiu , Al +KClO4 (KNO3), intarit cu CO2, prin stampare sau sub forma de placi impanate, sau prin introducerea unor rezistente electrice in materialul refractar. In ultimele cazuri, volumul maselotierei se poate reduce la5..11% din volumul total al lingoului.

Fig. 9. Schite pentru dimensionarea:

 a - maselotierelor, b -placilor de fund si

c- palniilor intermediare.

Placa de fund

Este o piesa din fonta prevazuta cu urechi de manevra, care se foloseste pentru lingotierele complet deschise. Pentru evitarea formarii de bavuri si deci de crapaturi, partea de sus a placii si partea de jos a lingotierei se prelucreaza plan.

Pentru reducerea stropilor la turnarea de sus si a sutajului de picior, placile de fund se fac profilate (fig 9b). Prin profilarea placilor greutatea acestora se reduce cu 1-2%, sau chiar mai mult.

Placile de fund se dimensioneaza astfel incat sa poata fi asezate pe ele lingotiere de marimi diferite, asta inseamna ca sectiunea golului sa fie mai mica decat cea mai mica sectiune de lingotiera folosita.

Consumul specific de placi de fund este de circa 4 kg/t otel.

Palnia intermediara

Este o constructie din tabla de otel captusita la interior cu materiale refractare (de regula samota), prevazuta cu urechi de prindere in carligul macaralei si reazeme pentru asezarea pe lingotiera, fig. 9c.

Inainte de folosire ea se incalzeste la rosu (la circa 1000 0C) pentru a diminua pierderile de caldura.  

Palniile intermediare se folosesc la turnarea de sus a lingourilor mici din cuptoare mari a otelurilor de calitate cu restrictii severe de calitatea suprafetei si a puritatii.

Palnia intermediara de turnare poate avea unul sau mai multe orificii de turnare inchise cu dop la fel ca le oala de turnare.

Inaltimea otelului in palnie nu trebuie sa depaseasca 200-300 mm.

Avantajele si dezavantajele utilizarii palniei intermediare.

Avantaje:

-          permite centrarea mai buna a jetului de otel pe lingotiera;

-          oala se goleste mai repede, numarul de manevre cu dopul oalei este mai mic, deci scade pericolul taierii sau lipirii dopului;

-          inaltimea otelului in palnie fiind mai mica si mult timp constanta si viteza de turnare este mai mica si mai constanta pe toata durata turnarii, evitandu-se astfel formarea stropilor si obtinerea unor lingouri cu mai putine defecte;

-          se poate controla mai bine nivelul otelului in lingotiere si deci se vor obtine lingouri cu aceeasi inaltime;

-          se pot folosi opritoare pentru zgura care impiedica patrunderea ei in lingotiera.

Dezavantaje:

-    necesita temperaturi de evacuare si de turnare mai mari;

-    daca otelul din palnie nu este protejat exista pericolul reoxidarii lui in contact cu aerul;

-    cheltuielile materiale si cu manopera sunt mai mari.

Podul de turnare

Podul de turnare, fig.10 si fig 11, este format din placi masive din fonta (3) prevazute pe grosimea lor cu canale deschise (6) in care se monteaza caramizi tubulare din samota (6), care converg spre mijlocul podului la o cavitate unde se monteaza o caramida cilindrica sau poligonala numita caramida stea (5). Aceasta este prevazuta cu cate un orificiu  in dreptul fiecarui canal al podului si unul in dreptul palniei de alimentare a podului.

                                    

Fig. 11. Podul de turnare

Palnia de alimentare (9) este construita din fonta (4) captusita cu caramizi refractare tubulare din samota  (8) si este prevazuta cu urechi pentru a putea fi prinsa in carligul macaralei.

Palnia de alimentare a podului trebuie sa fie mai inalta decat lingotierele (1) cu maselotiere (2) asezate pe pod, deoarece lingotierele se umplu cu otel lichid pe principiul vaselor comunicante.

6. Procedee pentru imbunatatirea calitatii otelului si a conditiilor tehnico-economice

Procedeele, tehnologiile si agregatele de elaborarea otelurilor sunt intr-o permanenta perfectionare si dezvoltare, urmarindu-se imbunatatirea calitatii si conditiilor de lucru si economice.

6.1. Imbunatatire prin tratare in vid

Supunans otelul lichid actiunii vidului se intensifica decarburarea, degazarea, vaporizarea, reducerea suspensiilor oxidice. Efectul difera cu metoda de tratare, scopul principal fiind scaderea continutului de [O], [C], [H] si [N].

Tratarea in camera in vid. Oala de turnare cu otelul este plasata intr-o camera (fig. 4.76, a) in care pe masura ce este

micsorata presiunea, scade si presiunea partiala   (ca si  si  ). Ca urmare, reactia [C]+[O]=este intensa si la continuturi foarte mici de [C], acesta devenind dezoxidand puternic. Vidul se face insa simtit numai pe o

adancime  si determinata pentru viteza reactiei de decarburare este difuziunea de oxigen de la adancimi peste   pana la bulele de CO.

Cand fierberea pe adancimea    inceteaza, bulele de CO mai sunt germinate la suprafata otelului, unde presiunea ferostatica este mica, insa bulele nu cresc. In aceste conditii are importanta numai desprinderea bulelor deci nu se justifica prelungirea mentinerii otelului in spatiul de vid dupa incetarea fierberii.

Barbotand cu argon suflat la fundul oalei din momentul in care fierberea slabeste, creste numarul bulelor care strabat otelul, acesta este agitat si omogenizat mai intens.

Pentru tratarea in vid otelul trebuie sa contina [C]>0,005% si in general fierberea este intensa 5-10 min si slaba 1,5-2 min. Dupa aceasta se incheie vidarea, se introduce treptat aer, se indeparteaza capacul camerei de vid si se dezoxideaza cu siliciu in functie de continutul de [C] (fig. 4.77, a) si cu aluminiu, apoi se aliaza cand este cazul, adaosurile facandu-se prin scufundare. Palierul cu [Si]≥0,10% pentru [C]=0,10-0,18% se datoreste faptului cala frontul de solidificare in domeniul γ+δ (fig.4.77, b) continutul de [C] este constant (0,5%, punctul B) deci si [Si] necesar legarii oxigenului aflat in solutie la frontul de solidificare este constant.

Concomitent cu scaderea continuturilor de [C] si [O] are loc reducerea avansata cu carbon, din suspensii, a oxizilor cu stabilitate mica la temperaturi inalte si presiuni mici. Si si Al rezultat reactioneaza cu [O], iar Mg se vaporizeaza, deci scade continutul suspensiilor. O parte din acestea se indeparteaza si cu bulele de CO, ca si proportii importante de hidrogen (si de azot):

  

Viteza de indepartare a hidrogenului depinde de volumil V si de suprafata S pe care otelul le expune vidului si de

grosimea δ a stratului limita de otel, coeficientul de difuzie D si continutul   de echilibru fiind definite.

Variatia continuturilor de gaze ramase in otel de constructii (fig. 4.78) arata ca degazarea slabeste cu cresterea gradului de dezoxidare, dar se poate admite o dezoxidare nu prea avansata, ca de exemplu cu CaSi (pentru Si≤0,20%), pentru ajutarea desulfurarii otelului elaborat cu o singura zgura in cuptorul electric cu arc.

Rezultate mai bune se obtin daca otelul curge in oala (sau intr-o lingotiera), instalata in camera, printr-o palnie intermediara (fig.4.76, a) asigurandu-se S incomparabil mai mare, la acelasi V.

La tratarea prin sifonare se foloseste un vas de vid prevazut cu un tub de absorbtie si altul de reabsorbtie (fig. 4.76,b) tuburile introducandu-se in otel, in oala de turnare (posibil si in cuptorul electric cu bolta rabatabila). Se asigura S foarte mare, datorita miscarii turbionare produsa de absorbtie si resorbtie (si prin suflare de argon i tubul de absorbtie) si pulverizarii otelului la intrarea in vas (presiunea ferostatica mica, deci degajarea de CO usurata).

Continutul de   de gaz ramas in otel, din cel initial  , dupa n opertii de absorbtie si resorbtie, cantitatea de otel la o operatie fiind a (0,1-0,2 din P) este

Adaugand in vasul de vid Fe-Mn pulbere se mareste puternic numarul de germeni straini pentru formarea bulelor de CO, Si degazarea este avansata cu n mai mic.

La tratarea in vid dupa orice metoda in otel ramane mai mult [O] decat corespunde echilibrului cu [C], iar [H] si [N] depasesc continuturile corespunzatoare temperaturii si presiunii de lucru. Se vaporizeaza parte din Pb, Sb, Bi, Sn, As, se formeaza sulfurile volatile cu C si Si si se vaporizeaza intens sulfurile altor elemente. Recuperarea de dezoxidanti si de aliaje este mare, otelul este mai fluid, dupa solidificare cotine putine incluziuni nemetalice. Lingourile sunt mai omogene chimic si structural si grauntii de austenita sunt mici, deci se imbunatateste deformarea la cald, tratamentele termice, sudabilitatea, rezistenta la imbatranire si oboseala; scade anizotropia (se imbunatateste alungirea, gatuirea, rezilienta transversal), nu apar fulgi.

Se trateaza in primul rand oteluri foarte moi (inoxidabile, tabla de transformator, etc), dar si dure (rulmenti, scule, etc), precum si oteluri slab aliate si nealiate pentru scopuri importante:rotori de turbine, arbori cotiti, axe cu came, tabla pentru ambutisare adanca, tabla groasa pentru scopuri speciale (de exemplu cu 1,5% Mn, etc).

7. Solidificarea otelului calmat

Racirea otelului lichid in zona I este atat de incetinita incat subracirea este neglijabila. Cum insa in lichidul de la suprafata zonei I (frontal de solidificare) s-au concentrate elemente eliminate de dendritele crustei (S, P, C, H, N), temperature de topire a acestui lichid scade, supraincalzirea ∆θ creste si temperature este descrescatoare pe o anumita distanta catre centru. Unele dendrite ale crustei orientate ale crustei in directia fluxului de caldura si aflandu-se cu varfurile in zona mai rece decat la baza lor, cresc luand o forma alungita, iar lichidul dintre dendrite primeste de la acestea elementecare ies din solutie si le cedeaza in parte, prin difuziune, centrului lingoului. O diferenta de concentratie se mentine fata de dendrite si acestea avanseaza cu viteza putin mai mare decat a lichidului interdendritic (fig. 4.71, a), luand nastere zona II (fig. 4.71, b) cu dendrite alungite sau columnare in care (si fata de zona I) compozitia chimica variaza mai mult la otelurile cu C ridicat si la cele aliate. Turnand cu ∆θ mica si racind intens, concentratia initiala de germeni de cristalizare este mare intr-un volum mai important de otel cu temperatura

joasa si cristalele se ating intre ele inainte de a capata aspect basaltic. Daca ∆θ si   sunt mari, daca racirea este slaba, zona I este subtire, zona II este intinsa, la aceasta concurand si compozitia chimica a otelului (prin elemente care se concentreaza in fata frontului de solidificare) precum si alti factori (reactii intre elementele segregate, curenti de convectie, etc), factori care modifica mecanismul avansarii frontului de solidificare in masura variabila incaT intinderea zonei II nu poate fi calculata. Transcristalizarea inceteaza cand elementele eliminate in zona II nu mai sunt primite de faza lichida si temperatura acesteia scade la cea a varfurilor dendritelor. Din acest moment temperatura exteriorului lingoului este continuu scazatoare, iar otelul ramas lichid ajunge la oarecare subracire si apar germeni de

cristalizare, grupati mai mult in apropierea zonei II, unde cresc libere dendrite axiale (v.  , fig. 4.71, a). Dendritele echiaxiale cu greutate specifica mai mare decat a lichidului cad spre piciorul lingoului sau se prind de proeminentele zonei II si in acest mod apare zona de trecere III cu dendrite mari si zona piramidala IV (fig. 4.71, b). In ultima zona dendritele deplaseza o parte din otelul lichid in sus si accelereaza solidificarea restului, in timp ce zona III avanseaza spre centru unde otelul lichid se imbogateste in elemente care ii scad temperatura de topire (S, P, C), deci este supraincalzit. In acesta zona V cristalizarea are loc spontan dupa ce temperatura otelului a scazut sub cea de topire si rezulta structura neorientata cu dendrite de dimensiuni mijlocii.

In rezumat, daca se toarna cu ∆θ si   mari, zonele I si V sunt restranse, iar II, III si IV sunt intinse (dezavantajos). 

Defecte rezultate la turnarea lingourilor

In masura in care elaborarea si turnarea se departeaza de conditii normale, lingoul poate prezenta defecte interne si de suprafata.