Конспект лекций по дисциплине "Технология тепловой обработки материалов" для студентов гр. ТЕ02-12м (стр. 3 )

Скорость разливки (v) является важнейшим технологическим фактором, при неизменных физико-химических свойствах металла обеспечивающим главные технологические показатели – производительность и качество поверхности слитка. Скорость вытягивания зависит от размеров слитка и марки стали. Допустимая скорость разливки в значительной степени зависит от толщины корочки, ее способности выдержать ферростатическое давление и тянущие усилия.

Повышение интенсивности охлаждения слитка способствует увеличению скорости разливки, но ограничивается возможностью появления трещин вследствие возрастания термических напряжений. С увеличением скорости разливки увеличивается глубина жидкой лунки () и, как следствие, возрастает ферростатическое давление на оболочку слитка, что представляет даже большую опасность, чем термические напряжения.

Серьезное внимание уделяется стабилизации процесса непрерывной разливки стали. Стабильная скорость разливки, постоянный уровень металла в кристаллизаторе – одни из главных технологических факторов, определяющих качество поверхности и центральной зоны слитка.

2.3 Методы повышения коэффициента использования и производительности МНЛЗ

Эффективность работы МНЛЗ зависит, главным образом, от "коэффициента использования МНЛЗ", что обусловливает необходимость сокращения вспомогательного (нерабочего) времени. Значительная экономия времени может быть достигнута путем сведения к минимуму продолжительности подготовки при применении разливки так называемым последовательным методом "плавка на плавку", т. е. серийной разливки нескольких плавок.

Благодаря применению способа разливки "плавка на плавку", быстрой смене кристаллизатора и первой роликовой секции ЗВО, ускорению ввода затравки коэффициент использования МНЛЗ вырастает с 50 % (на стадии освоения МНЛЗ) до 90 % (на стадии нормальной работы).

Главными задачами улучшения технологии непрерывной разливки стали являются повышение производительности, а также получение качественных слитков.

Внедрение автоматического управления процессом разливки позволяет регулировать расход металла по уровню в кристаллизаторе в зависимости от скорости разливки, что способствует повышению качества разливаемого металла. Повышение экономической эффективности непрерывной разливки может быть достигнуто за счет увеличения мощности установок и расширения сортамента разливаемых слитков.

В СССР непрерывным способом разливали стали более 150 марок, в том числе углеродистые спокойные, низкоуглеродистые для получения автолиста и жести, низколегированные, электротехнические, высоколегированные стали и сплавы для производства листа и сорта.

Основная масса металла разливается в МНЛЗ на слябы и сортовые заготовки в кристаллизаторы прямоугольного сечения. По объему производства слябы составляют 50-56 % от общего объема производства литого металла, блюмы 16-20 %, мелкосортные заготовки 28-30 %. Сравнительно небольшая доля металла разливается на заготовки круглого сечения.

В настоящее время отливаются заготовки квадратного сечения с размерами от 80 х 80 до 370 х 370 мм, крупные сортовые заготовки с прямоугольным сечением (блюмы) с размерами порядка 300 х 450 мм и большего сечения. Диапазон сечений разливаемых слябов изменяется от 175 х 50 до 1750 х 250 мм, а на некоторых заводах до 2500 х 310 мм. Длина крупных слябов достигает 10 м, а масса одного сляба – 30-40 тонн.

Разливаемые стали можно разделить по маркам на 8 групп (). Принцип деления сталей на группы, профили и типоразмеры принят с учетом сложности освоения, которая определяется особенностью затвердевания и наиболее характерными дефектами, присущими данной группе слитков и сталей. Наибольшее распространена непрерывная разливка углеродистых спокойных сталей обычного качества, конструкционных и низколегированных сталей. Освоена непрерывная разливка инструментальных сталей, увеличивается количество разливаемых легированных сталей.

Развитие процесса непрерывной разливки (НРС) на современном этапе осуществляется в следующих направлениях:

– повышение производительности МНЛЗ;

– улучшение качества непрерывных слитков;

– расширение области применения НРС и сортамента металла;

– совмещения НРС с прокаткой;

– автоматизация МНЛЗ и т. д.

Производительность является одним из главных технологических показателей работы МНЛЗ и зависит от сечения отливаемых слитков, скорости разливки, числа ручьев, применения разливки способом "плавка на плавку", времени, затрачиваемого на подготовку машины к работе.

Производительность МНЛЗ для одного ручья рассчитывается по формуле:

,

где v – скорость разливки, м/c; F – площадь поперечного сечения слитка, м2;  – плотность металла, кг/м3.

Лекція 4

Якость злитка

План лекції: Вибір швидкості розливання злитка. Чинники, що впливають на погіршення якості злитка, появу тріщин і інших дефектів. Напруга в безперервнолитом злитку, що формується.

2.4 Выбор скорости разливки слитка

Скорость непрерывной разливки лимитируется рядом ограничений:

– напряжения вдоль непрерывного слитка, обусловленные силами трения в кристаллизаторе;

– напряжения, возникающие вследствие ферростатического давления;

– термические напряжения, которые возрастают с ростом интенсивности охлаждения слитка.

Фактически достигнутые в реальных условиях скорости непрерывной разливки в 2-3 раза ниже теоретически предельных скоростей. Для слябов больших сечений реально достигнуты скорости разливки в пределах 1,5-2,0 м/мин. Для заготовки сечением 100 х 100 мм оказалась удовлетворительной скорость 6 м/мин, а для заготовки сечением 150 х 150 мм в зависимости от состава стали достигнуты скорости разливки в пределах 3,0-3,5 м/мин.

Одним из основных направлений развития непрерывной разливки является уменьшение размеров поперечного сечения заготовок с целью приближения их к размерам сечения готового продукта. Исходной предпосылкой является сохранение достигнутой до настоящего времени производительности МНЛЗ за счет увеличения скорости разливки пропорционально уменьшению толщины заготовки. Например, при непрерывной отливке сляба сечением 25 х 1500 мм скорость разливки должна составлять 1,5 м/мин, а уменьшение толщины того же сляба до 2,5 мм должно сопровождаться повышением скорости разливки до 15 м/мин и т. д. Аналогичные результаты рассчитывают получить и при непрерывной разливке в сортовые заготовки.

Скорость разливки должна устанавливаться прежде всего из условия прочности корочки металла, закристаллизовавшегося в процессе прохождения заготовки через кристаллизатор. Необоснованное превышение скорости разливки приводит к прорывам под действием ферростатического давления.

Скорости вытягивания слитка, затвердевания и глубина жидкой фазы являются важнейшими технологическими параметрами процесса непрерывной разливки стали. Одна из главных задач для технологов – установление взаимосвязи длина жидкой фазы (или глубина жидкой лунки) от скорости разливки v, интенсивности охлаждения и марки стали (ее физических свойств).

Величина при заданной скорости разливки определяет протяженность зоны вторичного охлаждения и всю высоту или технологическую длину установки. Минимальная длина технологической линии получается при условии, что длина жидкой фазы равна расстоянию от мениска металла в кристаллизаторе до порезки слитка.

В литературе известны эмпирические формулы для определения длины жидкой фазы ():

– для прямоугольных слябов шириной более 1200 мм

;

– для прямоугольных заготовок (слябов) шириной до 1200 мм

;

– для квадратных заготовок

,

где а – толщина сляба или сторона квадрата, см; v – скорость разливки, м/мин.

Основным параметром, зависящим только от условий затвердевания непрерывной заготовки, является отношение длины жидкой фазы к толщине заготовки ().

С учетом того, что площадь поперечного сечения квадратной заготовки , а для прямоугольных , где b – отношение сторон поперечного сечения (b ³ 1), после некоторых преобразований:

– для слябов шириной более 1200 мм

;

– для заготовок (слябов) шириной до 1200 мм

;

– для квадратных заготовок

.

Из этих формул следует, что для непрерывных заготовок в десятки раз больше, чем для обычных слитков.

При таких высоких значениях отношения длины жидкой фазы к толщине непрерывнолитой заготовки очень важно определить наиболее выгодное положение продольной оси заготовки во время затвердевания, так как величина оказывает влияние на протяженность технологической линии машины непрерывного литья заготовок ():