Сборник научных трудов ДонГТУ

Статья

Наименование Усовершенствование конструкции кристаллизатора для повышения качества поверхности и подповерхностной зоны непрерывнолитых заготовок
Авторы Куберский С. В., к.т.н., проф.
Раздел Металлургия и материаловедение
Год 2017 Выпуск 51 Страницы 54 - 64
УДК 621.74.047:620.191.355
Аннотация Показано влияние следов качания на поверхности непрерывнолитой заготовки на ее качество и выход годного металла. С использованием физического моделирования исследовано влияние рельефной поверхности медных подложек на интенсивность теплоотвода и их смачивание различными расплавами. Установлено позитивное влияние на уменьшение глубины следов качания снижения плотности теплового потока в районе жидкого мениска, а также смачиваемости стенок кристаллизатора расплавами стали и ШОС. Предложена новая конструкция кристаллизатора с прямоугольными пазами в верхней части его рабочей поверхности. Обоснованы размеры и шаг пазов, а также место их расположения и занимаемая площадь.
Реферат Цель. Анализ параметров и конструктивных решений, влияющих на теплоотвод в верхней части кристаллизатора МНЛЗ, и усовершенствование его конструкции для повышения качества поверхности и подповерхностной зоны непрерывнолитых заготовок.
Методика. Физическое моделирование влияние профиля медных стенок на скорость формирования корочки непрерывнолитых заготовок. В качестве моделирующего вещества использовали камфен (2, 2-диметил-3-метилен-бициклогептан), который, так же как и сталь, кристаллизуется по дендритной схеме, позволяет моделировать процессы и явления, происходящие в двухфазной зоне, обладает оптической прозрачностью и переходит в твердое состояние в диапазоне температур 33-35°С. Для моделирования процессов затвердевания из медных пластин размером 62×62×10 мм был изготовлен сборный кристаллизатор с различной конфигурацией рабочей поверхности его стенок. На рабочей поверхности двух медных стенок кристаллизатора были выполнены продольные прямоугольные пазы глубиной 2-3 мм, имеющие различную ширину и шаг между ними, а две другие имели ровную плоскую поверхность, покрытую техническим углеродом. Узкие пазы имели ширину 0,4-0,5 мм и располагались с шагом 0,7-1,0 мм, а для широких пазов эти значения составляли 1,0-1,5 мм и 1,2-2,0 мм соответственно. Для определения параметров смачивания различными расплавами (камфен, медь и ШОС) гладкой и рифленой поверхностей медных пластин, использованных при изготовлении сборного кристаллизатора, применяли метод лежащей капли, позволяющий рассчитать величину краевого угла смачивания исследуемых поверхностей.
Результаты. Установлено, что следы качания на поверхности непрерывнолитой заготовки оказывают большое влияние на ее качество. Глубокие следы качания являются концентраторами напряжений, снижают прочность металла, могут перерастать в поперечные трещины, а также уменьшают выход годного. Полученные с использованием физического моделирования результаты свидетельствуют о целесообразности изготовления в верхней части рабочей поверхности медных стенок кристаллизатора прямоугольных пазов. Их наличие обеспечит снижение теплоотвода в районе жидкого мениска, а также смачиваемость стенок жидкой сталью и шлакообразующей смесью (ШОС). При уменьшении плотности теплового потока в районе жидкого мениска образуются менее грубые следы качания, что благоприятно влияет на улучшение качества поверхности и подповерхностной зоны непрерывнолитого слитка. Снижение смачиваемости стенок кристаллизатора жидкой сталью также способствует снижению теплоотвода и обеспечивает более благоприятные условия для затекания жидкой ШОС в зазор между охлаждающей поверхностью и формирующейся оболочкой слитка.
Научная новизна. Впервые определены углы смачивания медной подложки с прямоугольными пазами шириной 0,4-0,5 мм ШОС и показано их благоприятное влияние на процесс образования менее грубых следов качания.
Практическая значимость. Предложена новая конструкция кристаллизатора с прямоугольными пазами, выполненными на площади 0,6-0,8 ширины его средней части на расстоянии 0,05 и длиной 0,08-0,13 высоты кристаллизатора, глубиной 2-3 мм, шириной 0,3-0,5 мм и шагом между пазами, равным 3-5 значениям их ширины. Наличие пазов позволяет на 10-20 % снизить теплоотвод в зоне жидкого мениска кристаллизующейся непрерывнолитой заготовки, что будет способствовать повышению качества ее поверхности и подповерхностной зоны.
Ключевые слова непрерывная разливка, кристаллизатор, качание, следы, гребешки, качество, поверхность, шероховатость, теплоотвод, мениск, смачивание, затекание.
Полный текст