НОВОСТИ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЛИТЕРАТУРА СЛОВАРЬ ВИДЕО

КНИГИ ПО МОДЕЛИРОВАНИЮ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

 

3.3 Влияние усадки на процесс формирования цилиндрического слитка

 

Получение качественной стальной отливки круглого сечения непрерывном способом затрудняется усадочными явлениями.

Затвердевшая корочка слитка в кристаллизаторе вследствие усадки отходит в некоторых местах от стенки кристаллизатора. Теплоотдача в этих местах вследствие образования газовой прослойки резко ухудшается, и рост затвердевшей корки задерживается. В результате этого граница твердой и жидкой фаз (но концам растущих кристаллов) теряет цилиндрическую форму, становится многоугольной (полигональной) и в местах задержки роста корки легко образуются продольные трещины.

Макроструктура поперечного темплета полой заготовки из стали 4Х25Н20С2Л

Рис. 27. Макроструктура поперечного темплета полой заготовки из стали 4Х25Н20С2Л, отлитой в гладкий цилиндрический кристаллизатор с магнитным полем (а) и из стали 1Х18Н10, отлитой без магнитного поля

На рис. 27 приведены макроструктуры полых заготовок, отлитых в гладкий цилиндрический кристаллизатор, подтверждающие описанное выше явление возникновения полигональности и образования продольных трещин.

При формировании непрерывных стальных отливок квадратного и прямоугольного профилей усадочные явления менее опасны, кроме прямоугольных заготовок; с большой шириной грани (800 мм и больше) Дело в том, что отход корочки от стенки кристаллизатора у слитков прямоугольного и квадратного сечений происходит в первую очередь в углах сечения, которые охлаждаются с двух сторон. Середины же граней под влиянием ферростатического давления жидкого металла остаются в соприкосновении со стенкой кристаллизатора дольше. В результате толщина корочки по периметру слитка остается более или менее одинаковой. Минимальная толщина корочки имеет место где-то между углом сечения и серединой широкой грани. В этом месте и образуются обычно продольные (вертикальные) трещины. Однако возможность их образования значительно меньше, чем у цилиндрических слитков, только у прямоугольных слитков с шириной большой грани примерно 800 мм возможен отход формирующейся корочки на более или менее значительном по длине участке c образованием в этом месте продольной трещины.

Проведенные исследования затвердевания полых цилиндрических непрерывных отливок выявили влияние на возникновение разностенности (полигональности) начальной температуры жидкого металла: чем выше температура заливаемого в кристаллизатор металла, тем больше полигональность.

Таким образом, одним из способов борьбы с полигональностью и возникновением продольных трещин на цилиндрических непрерывных отливках является снижение до возможного минимума начальной температуры жидкого металла. Однако в процессе разливки температура жидкого металла снижается; если вначале поддерживать ее близкой к tлик, то можно не разлить всю плавку. Поэтому этот способ борьбы с полигональлостью и возникновением продольных трещин на цицилиндрических отливках практически использовать непрадставляется возможным.

Другим способом борьбы с усадочными явлениями при формировании цилиндрических непрерывных слитков является защита зеркала жидкого металла синтетическими шлаками. В места отхода корочки от стенки кристаллизатора заливается шлак теплопроводность Которого значительно выше, чем газовом прослойки. Значительного уменьшения теплоотвода и замедления роста кристаллов в этих местах не происходит, что ведет к уменьшению полигональности и возможности возникновения продольных трещин.

В качестве синтетического шлака для защиты зеркала жидкого металла в кристаллизаторе при разливке с тали 1Х18Н10Т был использован шлак следующего состава: 51% плавикового шпата, 17% извести, 10% кварцевого песка и 25% силикатной глыбы. Этот шлак приготовляли отдельно и заливали на зеркало жидкого металла в кристаллизаторе. Опыты показали, что в начальный момент полигональность в значительной степени сокращается, однако через 1,5—2,0 мин после начала разливки шлак загустевал, что опять приводило к увеличению полигональности. Таким образом, и этот метод не дает решения вопроса по борьбе с усадочными пилениями при отливке цилиндрических непрерывных слитков.

Экспериментально было установлено, что полигональность внутренней поверхности корочки уменьшается, но не ликвидируется совсем при разливке с вращением жидкого металла магнитным полем (рис. 28).

Влияние вращения расплава на граненость внутренней поверхности заготовки из стали Х18Н10

Рис.28. Влияние вращения расплава на граненость внутренней поверхности заготовки из стали Х18Н10. Индукционный вращатель включен через 30 сек после заливки металла в кристаллизатор

Это объясняется тем, что выступающие вершины кристаллов оплавляются и разрушаются движущимся расплавом. Если время перемешивания расплава магнитным полем меньше времени, необходимого для полного отвода теплоты расплава, то обломки будут оказывать модифицирующее действие. Если же перемешивание расплава будет происходить дольше, чем снятие теплоты перегрева расплава, то образующиеся обломки кристаллов расплавляться не будут, а центробежными силами будут оттеснены к корочке и начнут осаждаться преимущественно в районе стыка граней, где скорость движения расплава максимальна. При этом происходит снижение гранености внутренней поверхности корки, и перемешивание расплава в какой-то момент прекратить, то происходит опять увеличение гранености внутренней поверхности корки.

Таким образом, и этот метод не устраняет в значительной степени неравномерности формирования корочки, так как первоначальной причиной возникновения полигональности является неравномерный отход корочки от стенки кристаллизатора в начальный момент ее формирования.

В связи с этим основным условием борьбы с полигональностью и продольными трещинами на цилиндрическом слитке является создание такого профиля кристаллизатора, который затруднял бы отход корочки от стенки в начальный момент ее формирования. Таким кристаллизатором является кристаллизатор с бороздчатой внутренней поверхностью.

Известно, что в литейном производстве одной из мер предупреждения горячих трещин на фасонных стальных отливках является применение изложниц и кокилей с волнистой рабочей поверхностью, создающих благоприятные условия для усадки.

На этом основании был разработан кристаллизатор с внутренней бороздчатой поверхностью в целях уменьшения склонности корочки стальных непрерывных отливок круглого профиля к полигональности и продольным трещинам.

Если высота бороздки менее 1,5 мм, разность температур поверхности между цилиндрической и бороздчатой частями корочки будет не более 40 град. Такой температурный перепад, не вызывая значительной разницы в толщине корки по периметру кристаллизатора, позволяет получать корочку с продольными гофрами рис. 29). Гофрированная поверхность в начальный период формирования корочки имеет возможность I легко выпучиваться под действием гидростатического давления жидкого металла, что приводит к удлинению периода образования зазора между корочкой слитка и стенкой кристаллизатора.

Если радиус бороздки более 5 мм и высота более 2 мм, сокращение полигональности внутренней поверхности корочки круглой заготовки достигается тем, что в начальный момент соприкосновения жидкого металла с поверхностью кристаллизатора от выпуклой поверхности бороздки отводится большее количество тепла q1 (см. рис. 29), чем от цилиндрической q2. В результате температура на поверхности корочки в цилиндрической части должна быть значительно выше, чем в бороздке, что приводит к отставанию усадки металла цилиндрической части от усадки металла в бороздке. Таким образом, бороздки создают как бы жесткий каркас, препятствующий усадке цилиндрической части корочки, растягивая ее и затягивая начало (отдаляя период) образования газового зазора между корочкой и цилиндрической частью стенки кристаллизатора.

Схема отвода тепла от формирующейся корочки в бороздчатом кристаллизаторе

Величина растяжения цилиндрической части корочки будет зависеть от коэффициента усадки стали, температурного перепада между температурой корочки в цилиндрической части и в бороздке, а также размеров самих бороздок.

На рис. 30 приведены результаты расчета температуры поверхности корочки в зависимости от высоты бороздки при радиусе бороздок 2,5 (1) и (2) и 10 мм (3). Из полученных кривых видно, что величина t для бороздки высотой 1,4 мм не зависит от радиуса и равна 40°С. Для бороздки высотой более 1,5—2,0 мм выявляется прямая зависимость Т от радиуса, которая для h = l = 10 мм достигает 200° С.

Зависимость величины температурного перепада от высоты и радиуса бороздки

Рис. 30. Зависимость величины температурного перепада Т от высоты и радиуса бороздки при формировании корочки стального слитка (Ст. 3)

На рис. 31 показана макроструктура полых цилиндрических заготовок, отлитых в бороздчатый кристаллизатор. Из рисунка видно, что полигональность на внутренней поверхности затвердевшей корочки полностью отсутствует.

Макроструктура поперечного темплета полой заготовки

Рис. 31. Макроструктура поперечного темплета полой заготовки, отлитой непрерывным способом в бороздчатый кристаллизатор: а - сталь 45Г17ЮЗ, профиль бороздки: h = 0,3 мм; l = 5,0 м,. скорость вытягивания 0.75 м/мин; б - стaль 40X25H20C1Л профиль бороздки: h = l,2 мм, l = 5 мм, скорость вытягивания 0,4а м/мин

Положительные результаты были получены при глубине бороздок 0,6 мм для отливки диаметром 140 мм и при глубине бороздок 0,8 мм для отливок диаметром 200 мм. Увеличивать глубину бороздок больше 1,4 мм не рекомендуется, так как волнистость поверхности должна находиться в пределах припуска на механическую обработку. Поскольку бороздки увеличивают поверхность теплоотдачи, то следует ожидать, что теплоотъем у бороздчатого кристаллизатора будет несколько больше, чем у цилиндрического без бороздок, что и было подтверждено экспериментально.

При скорости вытягивания 0,4 м/мин величина теплоотъема у бороздчатого кристаллизатора была па 25% выше, чем у цилиндрического без бороздок.

Таким образом, применение бороздчатого кристаллизатора не только устраняет неравномерность кристаллизации по периметру (полигональность), но и улучшает тепловую работу, позволяя в некоторых случаях увеличивать скорость разливки.

Конечно, можно и следует использовать комбинированные методы борьбы с полигональностью и продольными трещинами. В бороздчатом кристаллизаторе можно защищать открытую поверхность стали синтетическим шлаком или использовать электромагнитное вращение жидкого металла или применять то и другое вместе.

На рис. 32 приведено сравнение эффективности применения различных способов борьбы с полигональностью (разливка с применением защиты зеркала синтетическим шлаком и бороздчатого кристаллизатора) в зависимости от температуры заливки жидкого металла. Из этого рисунка видно, что наибольший эффект дает применение бороздчатого кристаллизатора, причем этот эффект увеличивается с понижением температуры за пики. Применение же синтетического шлака для защиты поверхности жидкого металла в кристаллизаторе дает один и тот же эффект независимо от начальной температуры жидкого металла. Что же касается эффекта от применения электромагнитного вращения металла в кристаллизаторе, то этот вопрос будет подробно освещен и следующей главе.

Эффективность влияния температуры заливки металла на полигональность полых заготовок

Рис. 32. Эффективность влияния температуры заливки металла на полигональность полых заготовок, отлитых непрерывным методом: 1 — по обычному режиму; 2 - c заливкой синтетического шлака; 3 - отливка в бороздчатый кристаллизатор

© 2013 - 2015 Steellab.com.ua

Перепечатывание и использование материалов в электронном формате разрешается только при наличии гиперссылки на SteelLab.com.ua

Использование материалов в печатных изданиях допускается только с письменного разрешения администрации и/или автора материалов.

Материалы размещенные на сайте опубликованы c согласия автора(-ов), либо получены из открытых интернет источников.

 

bizonoff web studio