Turnarea oelului in lingotiere

Turnarea oelului n lingotiere reprezint faza final a elaborrii acestuia; de

reuita acestei operaii depinde n msur nsemnat calitatea oelului solidificat supus

prelucrrilor ulterioare. O parte din oelul elaborat se toarn n piese; dar cea mai mare

parte se toarn n forme metalice numite lingotiere n vederea obinerii semifabricatelor

pentru laminare i forjare numite lingouri.

a - Utilajele turnrii

Turnarea se face ntr-o hal special amenajata numita hal de turnare n care se

gsesc montate lingotiere. n vederea turnrii se pregtesc n prealabil: jgheabul de

turnare, oala de turnare i lingotierele.

- jgheabul este confecionat din tabl groas, cptuit cu materiale refractare, simplu sau

bifurcat, uneori demontabil.

- oale de turnare, (fig. 3.), fiind cu o capacitate de 70 tone, consta dintr-o manta din

tabl de oel cptuit cu crmizi din amota. Oala este prevzut cu fusuri solidare de

manta i cu un sistem de blocare n timpul transportului. Pentru turnare are un orificiu

de fund astupat cu un dop refractar, comandat din exterior cu un sistem de prghii,

protejat cu tuburi refractare. Axa de rotaie a cldrii n vederea descrcrii este situat

deasupra centrului de greutate. Dup fiecare turnare, oala se repar, mai ales la orificiul

de fund (5) i tija refractara (7,8); zidria refractar (4) rezist la 10-15 turnri.

Transportarea oalelor se executa cu ajutorul macaralelor.

- lingotiera (fig. 4.) este forma metalic n care se toarn oelul topit n vederea obinerii

lingourilor.

Constructiv lingotiera este un trunchi de piramid cu seciunea transversal

rotund, ptrat, dreptunghiulara (pentru laminare) sau hexagonala, octogonal (pentru

forjare), colurile seciunilor fiind rotunjite.

Baza mare poate fi n jos (lingotiere direct conice) sau baza mare n sus

(lingotiere invers conice). Se pot construi cu sau fr fund, dintr-o bucat sau din mai

multe pri, cu sau fr maselote. Pentru uurina scoaterii lingourilor, nclinaia sau

conicitatea este de 2,5-3,0% pentru examinare i 3-4%, la lingourile pentru forjare.

Pentru a micora retasura, la partea superioar se prevede o maselot, adesea

exoterm, pentru a asigura alimentarea prii interioare cu metal lichid un timp ct mai

ndelungat. Ca material, lingotierele se fac din oel i mai ales din font, in grosime de

perete de peste 25 cm, mergnd pn la 40 cm i mai mult. In vederea turnrii

lingotierele se monteaz pe patul de turnare din hala, special amenajat pentru modul de

turnare. Dup solidificare, lingotierele se extrag de pe lingouri, cu ajutorul unui

dispozitiv, numit striper, acionat cu o macara pod rulant.

b - Metode de turnare a oelului.

Dup calitatea oelului i mrimea lingourilor, turnarea cunoate dou variante:

turnarea direct i turnarea indirect sau prin sifon.

- la turnarea direct umplerea se face prin alimentare la partea superioar, cu orificiul

oalei pe axa centrala a lingotierei (fig. 5). Avantajele turnrii directe sunt:

- lingoul se solidific repede, structura lingoului e mai dens i cu o granulaie mai fin;

- retasura, mai puin adnca, e concentrat n partea superioar a lingoului;

- oelul e mai curat; neintervenind impuritile din cptueala sistemului de turnare prin

sifon.

Ca dezavantaj amintim :

- ta turnare se produc stropi prin lovirea jetului de fundul lingotierei, acest lucru fiind cu

att mai intens, cu ct nlimea de cdere a metalului topit e mai mare;

- posibilitate redusa de turnare cu vitez mic.

Ca urmare, metoda se folosete la turnarea oelurilor de calitate i speciale, i

mai ales n turnarea de lingouri mari. n ce privete diminuarea stropirii i potrivirea

umplerii pe axa lingotierei (pentru a nu spla pereii lingotierei), de regul se interpune

ntre oal i lingotiera o plnie special confecionat prevzut cu orificii potrivite de

umplere i cu filtre de reinere a zgurii i de reglare, mai ales a vitezei de umplere.

- la turnarea prin sifon umplerea lingotierei se face lent i progresiv, ncepnd de Ia

partea inferioar spre partea superioara. De regula, turnarea se face prin intermediul

unei sistem de alimentare centralizat, adic o plnie i un picior de alimentare care

asigur, printr-un sistem de ramificaii de canale de alimentare, umplere simultana a mai

multor lingotiere. n figura b, se d o seciune prin sistemul de turnare prin sifon.

Avantajele turnrii prin sifon

- durata de turnare scurta, gaura mica a dopului de turnare;

- suprafaa lingoului este curat, fr stropi ca la turnarea directa;

- durabilitatea lingotierelor crete cu 90% fa de turnarea direct.

Ca dezavantaje remarcm :

- costul ridicat al pregtirii turnrii;

- oelul iese mai impur, cu multe impuriti, n special incluziuni nemetalice,

- tendina de formare a retasurii secundare, oelul fierbinte situndu-se la partea

inferioara a lingotierelor;

- capete pierdute prin canalele de alimentare.

Metoda e des utilizat, de regul pentru obinerea lingourilor mici i cu suprafaa curat.

c - Turnarea oelului calmat, semicalmat i necalmat

Prin oel calmat se nelege oelul bine dezoxidat naintea turnrii, dezoxidare

care se face cu ferosiliciu introdus n cuptor; pe jgheab sau in oala de turnare; alteori

dezoxidarea se realizeaz prin adaos de aluminiu in baia de topire sau in lingotiera. O

buna dezoxidare duce ta ndeprtarea fierberii metalului in timpul solidificrii dup

turnare, insa timpul necesar dezoxidrii, duce totodat ta dizolvarea unei mari cantiti

de gaze in oel, care nu mai are timp os la solidificare sa ias din soluii. Cnd cantitatea

de dezoxidant e mai mica dect cea necesara pentru completa calmare. se obin oeluri

semicalmate, iar cnd nu se adaug deloc dezoxidani, avem oelul necalmat.

n funcie de calitatea dezoxidrii, turnarea oelului se face n diverse moduri i

anume :

- oelul calmat se toarn n lingotiere inverse conice, ca maselote pentru retasura;

- oelul necalmat sau semicalmat se toarn n lingotiere direct conice i ntruct n acest

caz nu se pot forma retasuri periculoase nchise, nu se mai prevd nici maselote.

Pentru a micora pierderile de metal prin ajutajul maselotei, n ultima vreme se

aplica n turntoriile de oel, metode perfecionate de turnare, dintre care amintim:

- metoda scuturrii sau vibrrii lingotierei; n timpul procesului de solidificare, aciunea

de agitare mecanica uniformizeaz frontul solidificrii retasura rezultnd mai mic i

concentrat la partea superioar. Se aplic pentru turnarea lingourilor mici din oel

calmat.

- metoda termic sau electrotermic de meninere un timp ct mai ndelungat a strii

lichide a metalului din maselota; conduce la viteze de rcire mici la partea superioar,

prile inferioare avnd astfel posibilitatea sa-i completeze golul de contracie cu metal

lichid; de asemeni, meninerea strii lichide un timp ndelungat la partea superioar,

duce la o uoara eliminare a gazelor i la ridicarea din baie a incluziunilor.

Metoda se aplica n general la turnarea de lingouri mari, cnd se interpune un arc

electric cu poziie reglabila a electrodului, ca pe figura 7.

Realizarea efectului mai sus artat se mai poate asigura i cu ajutorul unor

maselote speciale, confecionate din amestecuri, exoderme, care la contactul cu metalul

lichid, cedeaz cantitatea de cldur necesar pentru meninerea strii lichide a

metalului maselotei.

d - Structura lingourilor de oel

Condiiile diferite de solidificare a oelurilor in lingotiere duc la obinerea de

lingouri cu structur neuniform, att in sensul seciunii longitudinale, ct i n sensul

seciunii transversale, fig. 9, imediat sub crusta, la partea de sus a lingoului, uneori fiind

deschisa, dar poate s ia natere i o retasur secundar, pe axa lingoului, fiind cu att

mai periculoas, cu ct ea nu se poate depista uor i nici nu se poate uta. Lng

retasurile principale se localizeaz tot felul de incluziuni de zgur i gaze.

n ce privete retasura secundar, ea se formeaz ca urmare a unei turnri rapide,

prea fierbini, aceasta coninnd gaze neevacuate din cauza punilor de solidificare

formate pe axa lingoului; lanul de retasuri secundare axiale sau de microstructuri se

mai numesc i poroziti axiale.

Suflurile reprezint microgoluri in masa lingoului cauzate de urmtorii factori :

gaze absorbite de oel n timpul elaborrii; vapori de apa din atmosfera; insuficienta

degazare a oelului nainte de turnare; utilizarea la elaborarea de materiale ruginite

umede etc. Mecanismul formarii suflurilor are la baza mpiedicarea in procesul de

solidificare a evacurii gazelor din masa metalului, prin formarea rapida a unei cruste

exterioare. Pe de alta parte, odat cu rcirea, solubilitatea unor gaze in metal scade i

surplusul iese din soluie, dar nu poate iei n atmosfera, fiind oprit de zona solida deja

format i atunci aceste gaze se unesc n molecule i se aglomereaz n bule ce rmn n

masa lingoului. Ca amplasare suflurile pot fi: interioare sau superficiale. Suflurile

interioare nu au perei oxidai i defectul dispare prin sudare la laminare. n ce privete

ns suflurile superficiale, de sub coaja lingoului, acestea sunt cu perei oxidai, nu se

mai sudeaz prin forjare, motiv pentru care nainte de laminare lingourile se decojesc

prin strunjire de degroare sau cu flacra.

Segregaia este neomogenitatea lingoului din punct de vedere chimic. Cauza

segregaiei este rcirea lenta, cnd din soluia lichida a aliajului care se toarn este timp

pentru ieirea gazelor sau elementelor componente, crora le scade procentul de

solubilitate cu descreterea temperaturii. Procesul de licuaie este un fenomen care duce

la formarea de segregaii. n lingou, zona de solidificare mai trzie va fi mai bogat n

carbon, sulf i fosfor dect zonele rcite mai rapid ntruct frontul solidificrii mpinge

impuritile n lichidul din centrul i capul lingoului, zone de altfel, unde se constat

practic prezenta segregaiilor.

Incluziunile sunt materiale strine nemetalice, incluse n masa lingoului. Cauzele

incluziunilor pot fi : particule de zgura de elaborare, de materiale refractare desprinse de

oel din cptueala cuptorului sau calei de turnare etc. Incluziunile nu se pot elimina

prin forjare, laminare, cele plastice se pot alungi, iar cele fragile se sfrm,

accentundu-se aspectul de textur, structur fibroasa a metalului deformat. Incluziunile

nrutesc proprietile mecanice ale oelului imprimndu-i totodat i un pronunat

caracter de anizotropie, longitudinal i transversal pe fibre.

Picturile reci sunt globule sau stropi de oel solidificat, care nu au fuzionat cu

masa de oel topita, sunt cu suprafaa dura, oxidata, periculoas att pentru procesul

deformrii plastice a metalului, cat mai ales pentru scule achietoare. Cauza formarii lor

sunt stropii desprini din vana de oel la turnare, din locul sau lovirea jetului de fundul

lingotierei ia turnarea directa etc., stropi care se rcesc nainte de a cdea din nou in

lingou i la care descrierea traiectoriei prin aer se oxideaz la exterior.

Crpaturile sunt cauzate de tensiunile care iau natere in metal la variaiile de

temperatura i depesc rezistena proprie la rupere a metalului n condiiile respective.

Ele se produc att la rece, ct i mai ales la cald. Crpturile superficiale se numesc

cricuri, iar cele ptrunse, care uneori nu ajung la suprafa, se numesc apuri. Cricurile

apar pe fee iar apurile de obicei la coluri i la muchii. Primele se pot ndeprta prin

cojire, pe cnd apurile nu pot fi nlturate. Ameliorarea acestor defecte se face

fabricnd linii cu fee concave i muchii rotunjite.

Fulgii - sunt nite fisuri filiforme cu perei rugoi, argintii, orientai longitudinal

in lingou. Cauza acestor fisuri o constituie scderea solubilitii n oel, cu scderea

temperaturii. Atomii de hidrogen care ies din soluie difuzeaz n defectele de reea i se

stabilizeaz formnd molecule, care prin aglomerare duc la crearea de suprapresiuni,

capabile sa amelioreze microfisurarea i formarea deci a defectului de fulg. Aspectul

diverselor defecte se da in figura 10.