Исследование особенностей многоструйной разливки стали

• Автор: Антонов, Виталий Петрович
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Новокузнецк
• Количество страниц: 131 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Обзор литературы
1.1. Условия разливки и качество стального слитка
1.2. Жидкотекучесть и механизм остановки потока металлов и сплавов
1.3. Тепловые условия течения металла по литниковым каналам
ГЛАВА 2. Методика проведения экспериментов
ГЛАВА 3. Результаты исследований и их обсуждение
3.1. Определение глубины проникновения струи металла в слиток при разливке из стопорного ко#ша и через промустройство с литниковой системой
3.2. Определение гидравлических параметров спиральной пробы на жидкотекучесть
3.3. Определение теплофизических параметров а и е„ по показаниям спиральной пробы на жидкотекучесть
3.4. Расчет величины охлаждения стали в промустройстве
3.5. Определение коэффициента теплоотдачи от струи металла на воздухе
ГЛАВА 4. Разработка и опробование промышленного способа разливки спокойной стали через промустройство с литниковой системой
4.1. Расчет условий заливки, обеспечивающих охлаждение углеродистой стали до температуры нулевой жидкотекучести при заполнении нижней части слитка
4.2. Промышленные испытания
ВЫВОДЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Качество готовой металлопродукции в значительной степени определяется технологией и способом разливки стали. Большое значение имеет улучшение технологии разливки металла в изложницы и повышение качества слитка.
Известные русские ученые Д.К.Чернов, А.С.Лавров, Н.В.Калакуцкий, Н.Т.Гудцов, А.А.Бочвар, В.А.Ефимов, Б.Б.Гуляев, Ю.А.Нехендзи [1-11] внесли большой вклад в изучение процессов затвердевания и причин образования дефектов поверхности и макроструктуры слитка.
Существующие способы улучшения качества слитка в процессе разливки стали идут в основном по следующим направлениям:
1. Подбор оптимальной конструкции изложницы, утеплителя и материала утепляющих засыпок;
2. Применение экзотермических шлакообразующих смесей, обеспечивающих наполнение изложницы под слоем шлака;
3. Охлаждение струи металла в жидких средах;
4. Модифицирование стали порошкообразными материалами в процессе разливки;
5. Применение промежуточных разливочных устройств.
Известно, что одной из главных причин неудовлетворительного качества поверхности и макроструктуры слитка является высокая кинетическая энергия вытекающей из ковша струи металла, которая, ударяясь в первоначальный момент о дно изложницы, вызывает брызги на ее стенки, что приводит к образованию плен на поверхности слитка. Образующиеся в процессе разливки циркуляционные потоки размывают корочку закристаллизовавшегося металла, особенно в нижней части слитка, что, наряду с другими факторами, способствует образованию продольных и поперечных трещин на поверхности слитка. Кроме того циркуляционные потоки жидкого металла, движущиеся снизу вверх у фронта кристаллизации и сверху вниз по центру слитка и достигающие величины порядка 1,5+2 м/с, затрудняют всплывание неметаллических включений, способствуют вовлечению вглубь слитка утепляющих засыпок, что приводит к ухудшению макроструктуры слитка. Для устранения вредного последствия высокой кинетической энергии струи металла на многих заводах, особенно при производстве кузнечных слитков, используют промежуточные разливочные устройства.
Применение в качестве промежуточного разливочного устройства металлической нефутерованной воронки с многоканальной литниковой системой позволяет значительно улучшить качество поверхности и макроструктуры слитка, а также снизить расход металла на головную обрезь. Так, например, при разливке рельсовой стали через металлические воронки в сквозные расширенные книзу изложницы без утеплителя получено значительное улучшение макроструктуры головных и донных частей слитков, а также снижение головной об-рези до 8-10 % против 14-16 % по существующей технологии [12]. Это свидетельствует о том, что при охлаждении разливаемого металла в воронке прому-

стройства и в струях на воздухе создаются условия, оказывающие существенное воздействие на дальнейший характер кристаллизации стального слитка.
В связи с вышеизложенным в данной работе ставится задача: разработать методику расчета параметров промустройства с учетом охлаждения металла в струях, обеспечивающих поступление стали в изложницу с заданным количеством твердой фазы, не превышающем нулевую жидкотекучесть.

где в = 1-1ф
1Ф - начальная температура формы, °С; с - удельная теплоемкость жидкого металла; у - плотность жидкого металла; вф - коэффициент аккумуляции тепла формой; г„ - время течения металла до рассматриваемого сечения формы; х - приведенный размер отливки.
В случае намерзания твердой корочки на поверхности канала (тонкостенный кокиль), с учетом изменения скорости потока, А.И.Вейник дает выражение
(1.28)
где т. = —-епя- - время течения расплава до начала образования твердой ко-а в
рочки на поверхности формы; вкр = -1ф - температура начала кристаллизации сплава;
а - коэффициент тешоотдачи; у - плотность твердого металла; р - удельная теплота кристаллизации.
Исходя из условий, что жидкий металл должен заполнить форму раньше, чем он потеряет способность течь, Е.Дипшлаг и И.Чикель [68] выводят формулу для расчета продолжительности заливки г из уравнения
суУ(1. -1а) + тС = <&(!, -*ф)г, (1.29)
где а - коэффициент теплоотдачи;
с,у - удельная теплоемкость и удельный вес жидкого металла;
V - объем отливки;
!' - поверхность отливки;
" температура, соответственно, заливки, нулевой жидкотекучести, формы;
Ь - скрытая теплота кристаллизации;
т - весовое количество твердой фазы, обеспечивающее нулевую жидкоте-кучесть металла;
г - время охлаждения всей массы отливки до температуры нулевой жидкотекучести, которое Дипшлаг и Чикель считают равным допустимому времени заливки литейной формы.