книги из ГПНТБ / Непрерывная разливка стали на радиальных установках

корки от времени затвердевания представлена на рис. 53 и выражается уравнениями

а — коэффициент температуропроводности, 0,021 м2/ч; X— время, мин.

Уравнение (123) можно рекомендовать для расчетов затвердевания квадратных криволинейных слитков.

Для анализа закономерности изменения толщины корки криволинейного слитка в зависимости от времени затвердевания обычно используются экспериментальные данные о средней толщине корки. Между тем фронт зат­ вердевания, как известно [64 и др.], имеет неравномер­ ность в каждом данном сечении слитка, которая обус­ ловливает разную толщину корочки слитка. Чтобы оце­ нить влияние неравномерности толщины корочки на по­ лученные зависимости, рассмотрим соответствующие экс­ периментальные данные.

На рис. 54 и 55 показаны профили фронта затверде­ вания радиальных непрерывных слитков квадратного и прямоугольного сечений. Во всех случаях максималь­ ная неравномерность проявляется в начальный период затвердевания в виде явно выраженной волнистости фронта затвердевания по высоте слитка. Весьма важным является то, что волнистость фронта затвердевания ради­ ального слитка присуща каждой из криволинейных сто­ рон. С увеличением расстояния от мениска фронт затвер­ девания постепенно выравнивается, и это является ха­ рактерным для всех радиальных непрерывных слитков. Максимальное развитие неравномерности фронта затвер­ девания по поперечному сечению наблюдается в зоне па­ дения струи жидкого металла. Здесь толщина корочки

140

Рис. 54. Оболочка .радиального 'Непрерывного слитка сечаняем 145X130 мм (выливание жидкого остатка):

слитка является минимальной. Особенно сильно выра­ жается влияние размывающего действия струи при не­ большой толщине слитка.

Провели детальное исследование толщины корочки радиального слитка 75X500 мм на различных участках поперечного сечения, чтобы установить степень размыва корочки и сравнить эти величины по каждой из криволи­ нейных сторон слитка. Изучены данные о толщине зат­ вердевшей корочки радиального слитка в интервале вре­ мени затвердевания от 0 до 65 с, полученные методом радиографии. На рис. 56 приведены экспериментальные данные о толщине затвердевшей корочки радиального непрерывного слитка сечением 75X500 мм, определен­ ные по двум продольным темплетам. Плоскость одного продольного темплета находилась на расстоянии 35 мм, а плоскость другого — на расстоянии 270 мм от оси па­ дения струи металла. На этом же рисунке нанесены кри­ вые, соответствующие эмпирическим уравнениям, полу­ ченным в результате обработки экспериментальных дан­ ных.

141

142

Толщина затвердевшей трояки, мп

^/________ _______ _______ _______ _______ _______ ___

Рис. 56. Влияние струи металла на изменение толщины корки слит­ ка в .радиальном кристаллизаторе сечением 75X500 мм:

при небольшой толщине отливаемого слитка корочка мо­ жет быть совершенно размыта в узкой зоне, вблизи струи металла на высоте до 30—50 мм. Это хорошо ^ил­ люстрируется двумя радиограммами: одной, снятой с темплета, затвердевшего вблизи струи, и другого, уда­

ленного от струи жидкого металла.

Следует подчеркнуть, что подобное явление обнару­ жено только для прямоугольных слитков с толщиной

равной 75 мм.

Неравномерность фронта затвердевания криволиней­

143

ного слитка характеризовали коэффициентом вариации по уравнению

7) = ^ 100%,

где ох — среднеквадратичное отклонение толщины зат­

вердевшей корочки от средней толщины | на данном расстоянии от мениска металла в кри­ сталлизаторе.

Максимальная неравномерность толщины корки, наб­ людаемая в районе мениска металла, т. е. в первые се­ кунды кристаллизации, достигает 18—22% для слитка сечением 75X500 мм, 15—17% для слитка сечением 150Х

Х600 мм, 15—18% для сечения 180X900 мм и 20—25%

для 130X145 мм. С увеличением времени затвердевания неравномерность толщины корки уменьшается и колеб­ лется на выходе из кристаллизатора в пределах 5—8% для слитков всех сечений.

Из анализа экспериментальных данных о неравно­ мерности толщины корки слитка следует, во-первых, что весьма важно учитывать гидродинамику жидкой стали в радиальных кристаллизаторах, и, во-вторых, зависимо­ сти, установленные для средней толщины корки, спра­ ведливы, так как абсолютные значения неравномерности на выходе из кристаллизатора в конкретных условиях экспериментов незначительны и близки для противопо­ ложных криволинейных сторон.

Экспериментальные данные о продолжительности пол­

гольного сечения эти данные отвечают значению крите-

144

Таблица 7

ВРЕМЯ ПОЛНОГО ЗАТВЕРДЕВАНИЯ НЕПРЕРЫВНЫХ КРИВОЛИНЕЙНЫХ с л и т к о в

* Фактически 80X500 мм с учетом раздутия.

рия Фурье Fo — 0,545 или обычно принимаемой форме —

7. ВЛИЯНИЕ КИНЕТИКИ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ НА ВЫБОР ДОПУСТИМЫХ РАДИУСОВ КРИВИЗНЫ ЗАГОТОВКИ

Кинетика затвердевания определяет значения допус­ тимых радиусов кривизны отливаемой заготовки, т. е. в

•конечном итоге основные габариты радиальной УНРС. Рассмотрим это положение применительно к радиаль­ ной установке без деформации заготовки до окончания ее затвердевания.

Из формулы (26) (п. 1, гл. I), определяющей прин­ ципиальную особенность радиальных установок непре­ рывной разливки стали, следует, что радиус слитка R определяется выражением

_ 2 Еж

я

где Ьт— длина жидкой фазы.

145

Длина жидкой фазы определяется подстановкой зна­ чения V из формулы (9) и т3 из формул (124) и (125) в выражение (1): для прямоугольных слитков

где Ljк — длина жидкой фазы, м; D — толщина слитка, см;

Р — периметр слитка, м;

F — площадь поперечного сечения, м2; р — плотность металла, т/м3.

Учитывая, что для квадратных слитков F = D 2, а для прямоугольных слитков F = ßD 2, где ß — отношение сто­ рон поперечного сечения (ß > 2), получаем

для прямоугольных слитков

для квадратных слитков І Ж= 1 7 Р .

Следовательно, длину жидкой фазы можно предста­ вить в зависимости от толщины непрерывного слитка:

для прямоугольных слитков

альной непрерывной разливки стали величину Lm/D, т. е. отношение длины жидкой фазы к толщине слитка, мож­

146

Подставив в выражения (126) и (127) значения L-* из (128) и (129), получаем формулы для расчета ради­

представлены на рис. {157]. Далее более высоких скорос­ тей разливки радиус радиальной УНРС следует рассчи­ тывать по изложенной выше методике. По выведенным формулам и графику можно определить радиус установ­ ки непрерывной разливки стали только для УНРС в от­ сутствие деформации непрерывного слитка до окончания затвердевания.

Минимально допустимый радиус кривизны криволи­ нейной части УНРС рекомендуется определять по фор­ мулам [10]:

для квадратных и круглых заготовок

<І34>

для слябов

где D — толщина или диаметр заготовки, м; В — ширина сляба, м; о— скорость разливки, м;

f — коэффициент затвердевания, который в зависи­ мости от условий охлаждения может колебаться

впределах 250—330;

а— угол между радиусами, один из которых нахо­ дится в плоскости зеркала металла в кристал­

лизаторе, а другой — в конце жидкой лунки; значение этого угла при разливке кипящей ста­ ли долно составлять 70—80°, а при разливке спокойной стали 110°.

147

Толщина слитт, м

Рис. 57. Номограмма для определения радиуса радиальной установки непрерывной разливки стали при К — 0,3 т/(ч-см)

Легко заметить, что эти формулы мало отличаются от рассмотренных нами, если принять а=90°, а скорость разливки определить как величину, равную Lmjx. Поэто­ му расчеты по этим формулам дают довольно близкие значения. Например, для заготовки 200X200 мм при скорости разливки спокойной стали 0,9 м/мин, т. е. для К — 0,2 т/(ч-см), радиус равен 5,3 м.

Op« выводе формул для расчета радиуса криволиней­ ной оси непрерывного слитка без деформации его до окончания затвердевания не учитывали влияние .выпрям­ ления (быстрого изгиба) слитка в горизонтальное поло-

148

Жение на образование трещин в поверхностных и внут­ ренних слоях литой заготовки, имеющей высокую темпе­ ратуру. Прежде чем это сделать, рассмотрим возможно­ сти определения допустимых радиусов кривизны в усло­ виях радиальной УНРС с деформацией заготовки в про­ цессе затвердевания.

Известно [116—11в], что в тех случаях, когда заго­ товка с жидкой сердцевиной подвергается недопустимо высоким напряжениям при ее деформации, на границе между твердой и жидкой фазами нарушается сплош­ ность металла в области с особо слабой структурой (пре­ имущественно дендритного типа). В возникающие при этом трещины затекает металл из жидкой фазы, обога­ щенный ликвирующими элементами. Трещины могут возникнуть в результате: а) изгиба и б) обжатия заго­ товки. В первом случае трещины возникают при изгибе при выпрямлении заготовки на стороне, подверженной растягивающим напряжениям. Эти трещины могут воз­ никать на радиальных УНРС в местах изменения радиу­ са первоначальной кривизны при изгибе заготовки, а также при ее выпрямлении. Они располагаются перпен­ дикулярно оси металлической заготовки и выявляются на продольных травленых темплетах и отпечатках по Бау­ ману.

Во втором случае трещины возникают при обжатии заготовки, когда деформации подвергают не полностью затвердевшую заготовку [116]. Трещины располагаются перпендикулярно продольной оси заготовки и выявляют­ ся на продольных травленых темплетах в плоскости, пер­ пендикулярной оси роликов, вызывающих трещины, или на соответствующих отпечатках по Бауману.

В подавляющем большинстве трещины от изгиба и при обжиме заготовки с жидкой фазой являются ликвационными, «залеченными», однако многочисленными ра­ ботами доказано, что в их присутствии качество металла ухудшается, так как даже при высоких коэффициентах вытяжки свойства проката в местах, соответствующих залеганию ликвационных трещин, весьма низкие. Следо­ вательно, режим изгиба, выпрямления или обжатая за­ готовки, имеющей внутри жидкую фазу, нужно выбирать с учетом основного условия — предупредить возникнове­ ние трещин в заготовке.

Как известно, деформация без ухудшения качества

149