Металлоизделия в Луганске и области

Металлокострукции, входные двери, заборы, оградки,
решетки, лестницы, ковка, модули,
вальеры, декоративная мебель

Основные элементы конструкции оборудования

Опыт непрерывной разливки цветных металлов и стали ясно показывает, что успешное внедрение процесса в промышленность зависит от конструкции кристаллизатора, способа заливки жидкого металла в кристаллизатор, способа вторичного охлаждения слитка, выходящего из кристаллизатора, и способа извлечения слитка из кристаллизатора.

Решающее значение при этом имеет конструкция кристаллизатора и способ вторичного охлаждения слитка.

Физические свойства стали указывают на необходимость разливки в длинный кристаллизатор (см. выше). Быстрый отвод тепла является основной предпосылкой непрерывной разливки стали. Количество отводимого тепла определяется температурным градиентом между жидким металлом и кристаллизатором, теплопроводностью стенки кристаллизатора и длительностью соприкосновения металла с кристаллизатором.

При конструировании кристаллизаторов необходимо учитывать опыты Рона, который, разбирая вопрос конвекционной отдачи тепла от меди к воде, показал, что теплоотдача при этом практически неограничена, при условии протекания воды у медной стенки с большой скоростью. Это дает нам полное основание считать температуру медной стенки со стороны воды равной температуре воды. Этот опыт был использован Вильямсом, сделавшим медную, а затем латунную тонкостенную изложницу, вокруг которой с большой скоростью циркулировала вода. Ввиду малой теплопроводности воды движение ее вдоль медной стенки должно быть турбулентным. Быстрый отвод больших количеств тепла от железных сплавов во время начальной стадии разливки, видимо, не должен представлять больших конструктивных трудностей.

Крайнер сделал детальный подсчет теплового потока методом Шмидта в системе слиток—кристаллизатор и определил коэффициент теплоотдачи между жидкой сталью и кристаллизатором для круглого слитка диаметром 80 мм при длине кристаллизаторов 300—1000—1400 мм. Образование воздушного зазора является, с одной стороны, нежелательным фактором, так как ухудшается теплопередача и поверхность слитка; с другой стороны, при слишком малом зазоре или при отсутствии зазора возникают большие усилия трения между корочкой слитка и стенкой кристаллизатора. Видимо, для каждой данной скорости вытягивания слитка при данной конструкции кристаллизатора должна быть найдена оптимальная величина зазора, для чего нужно практически определить величину обратной конусности кристаллизатора.

Необходимо отметить, что кристаллизация внутри слитка полностью заканчивается только после выхода слитка из кристаллизатора. Завершить процесс полного застывания слитка стали внутри кристаллизатора, видимо, невозможно при промышленных скоростях вытягивания слитка, так как потребовался бы очень длинный кристаллизатор, что усложнило бы условия его изготовления и эксплуатации.

Охлаждающая поверхность кристаллизатора должна быть гладкой и полированной для уменьшения трения и прилипания корочки слитка. Для изготовления кристаллизаторов наиболее пригодны медь и латунь. Медные кристаллизаторы предпочтительны не только из-за лучшей теплопроводности, но также и вследствие исключительно высокой пластичности меди, что очень важно при резких колебаниях температуры, которые имеют место в работе кристаллизаторов. Во избежание коробления кристаллизатора необходимо медные стенки делать толщиной 6—8 мм и интенсивна и равномерно охлаждать водой. Коробление и изменение размеров кристаллизатора в основном зависит от его конструкции. Если охлаждающая поверхность кристаллизатора покороблена, то движение слитка вниз затрудняется, так как увеличивается трение между поверхностью кристаллизатора и слитком и может произойти его заклинивание. При излишне большой величине трения, во-первых, на поверхности слитка может образоваться трещина, но вытягивание слитка из кристаллизатора не прекратится; во- вторых, при малой скорости вытягивания слиток может заклиниться в кристаллизаторе; и, в-третьих, при большой скорости вытягивания может произойти разрыв корочки слитка и выливание вниз жидкого металла, что иногда сопряжено с аварией.

Полностью избежать коробления кристаллизатора трудно, но несомненно, его можно уменьшить до таких размеров, при которых оно не будет иметь практического значения в производственных условиях.

Для предупреждения прилипания слитка охлаждающая поверхность кристаллизатора должна быть абсолютно несмачивае- мой жидким металлом. Если жидкий металл прилипает к поверхности кристаллизатора, то свободное движение слитка в кристаллизаторе затрудняется, увеличивается сопротивление движению, в результате чего возможны разрывы корочки. Медь не является абсолютно несмачиваемым материалом по отношению к жидкой стали. Поэтому стенки кристаллизатора необходимо покрывать графитом или иным смазывающим материалом. Одной из задач смазки является заполнение пространства между поверхностью слитка и поверхностью кристаллизатора. Густые и жидкие масла мало пригодны из-за низкой температуры вспышки, хотя и имеются указания на удовлетворительные результаты применения спермацетового и растительных масел (например, касторового и др.).

Вильямс проводил в Институте памяти Бэттла (США) исследования влияния смазки и установил, что, помимо уменьшения трения корки слитка, смазка обеспечивает и лучшую теплопередачу между слитком и стенкой изложницы и в связи с этим дает возможность увеличения линейной скорости при разливке стали до 3,6 MjMUH, которая, однако, в работе на установке Бабкок — Вилкокс не была достигнута.

В настоящее время еще не имеется ясного представления о сущности явления прилипания корочки слитка к поверхности кристаллизатора. Одновременное действие явления прилипания и сил

трения приводит к зависаниям слитка в кристаллизаторе и связанным с этим разрывам корочки слитка; с этим сталкиваются все исследователи процесса непрерывной разливки, особенно при переходе к повышенным скоростям разливки. Таким образом, одна из основных задач процесса непрерывной разливки стали состоит в том, чтобы научиться регулировать величину сил трения и величину газового зазора при движении слитка в кристаллизаторе.

Исследованию разрыва корочки слитка при непрерывной разливке стали посвящены работы Севиджа и Севиджа и Притчарда, выполненные Британской исследовательской ассоциацией железа и стали (В. J. S. R. А.), материалы которых частично приведены ниже.

 

Схема, объясняющая характер процессов, протекающих в неподвижном кристаллизаторе при разрыве корочки слитка, представлена на рис. 156. На рис. 156, а показана поверхность фронта кристаллизации слитка во время нормального процесса непрерывной разливки. Если в сечении X прочность затвердевшей корочки окажется меньше, чем силы трения, развивающиеся в зоне А, то по сечению X происходит разрыв корочки (см. рис. 156, б). Участок JS корочки слитка продолжает вытягиваться из кристаллизатора.со скоростью, соответствующей скорости валков, и жидкий металл из сердцевины слитка поступает в открывшийся между А и В промежуток стенки кристаллизатора и начинает затвердевать. При помощи этого затвердевшего участка С (см. рис. 156, б) через некоторое время участок А соединяется с участком В. При дальнейшем вытягивании слитка участок корочки В снова отрывается от участка корочки С в сечении X и так происходит до тех пор, пока сечение X не переместится до нижней кромки кристаллизатора и жидкая сталь выльется из сердцевины слитка, оставив в кристаллизаторе затвердевшую оболочку слитка (рис. 156, в).

 

Уменьшение высоких растягивающих напряжений между участками В и С (рис. 156, б), видимо, является основным условием, позволяющим ликвидировать нарушение процесса непрерывной разливки в неподвижном кристаллизаторе в результате разрыва корочки. Временное прекращение или уменьшение скорости вытягивания слитка и связанное с этим прекращение или уменьшение относительного движения между участками корочки A, Bt С и стенкой кристаллизатора, дающее время участку корочки С затвердеть в достаточной степени и образовать прочный мост между участками А и Bt является одним из способов ликвидации нарушения процесса в результате первоначального разрыва корочки. После охлаждения и усадки первоначально зависшего участка А имеется возможность вытянуть этот участок из кристаллизатора и возобновить нормальный процесс разливки.

Доказательством правильности этих представлений о механизме разрыва корочки и борьбы с ним могут служить измерения теплопередачи через стенку кристаллизатора. На рис. 157, б пунктирной линией показано изменение скорости теплопередачи по длине кристаллизатора. При нормальном процессе разливки скорость теплопередачи уменьшается по мере вытягивания слитка из кристаллизатора вследствие усадки корочки слитка и образования газового зазора. Максимальная скорость теплопередачи находится на уровне жидкого металла в зоне образования начальной твердой корочки. Во время же разрыва корочки слитка зона максимальной скорости теплопередачи перемещается в ту область стенки кристаллизатора, куда поступает расплавленный металл. На рис. 157, а показано положение сечения Xt а на рис. 157, б сплошной линией показано изменение скорости теплопередачи, соответствующее этому моменту.

Максимум этой кривой перемещается вдоль стенки кристаллизатора со скоростью, равной скорости вытягивания и, следовательно, нужно ожидать, что средняя скорость теплопередачи в трех сечениях кристаллизатора Pt Q и R (рис. 157, а) будет возрастать до максимума в момент прохождения зоны разрушения

через эти сечения. Экспериментальные исследования этого явления, результаты которых показаны на рис. 158, производились при помощи термопар, помещенных в каналы водяного охлаждения кристаллизатора. Температуры пропорциональны скорости теплопередачи, и во всех случаях после первоначального подъема температуры наблюдается быстрое ее падение, что можно объяснить только образованием толстой корочки в кристаллизаторе. Последовательное перемещение максимума кривой соответствует перемещению зоны С (см. рис. 156). Расчетная величина промежутка

металлом и равномерного вытягивания слитка в этом случае при непрерывном и равномерном поступлении жидкого металла уровень металла в кристаллизаторе периодически изменяется путем изменения скорости вытягивания. Уровень металла в кристаллизаторе опускается во время вытягивания слитка и поднимается во время остановки или уменьшения скорости вытягивания. Одновременно с более высоким отводом тепла по сравнению со способом равномерного вытягивания слитка удается в период остановки устранить последствия, связанные с разрывом корочки, и уменьшить силы

трения вследствие возможности осуществления периодической смазки кристаллизатора. Описанные выше способы являются основными мерами борьбы с зависанием слитка в неподвижном вертикальном кристаллизаторе.

Оригинальным способом устранения разрыва корочки слитка является описанный уже способ Юнганса, который нашел применение при разливке цветных металлов и в экспериментальных и промышленных установках непрерывной разливки стали. Принципиальной особенностью этого процесса является то  что кристаллизатор движется вниз со скоростью, равной хко- рости слитка,, на расстоянии около 25 мм, после чего кристаллизатор возвращается в первоначальное положение со скоростью, в три раза большей, чем скорость вытягивания слитка.- Этот цикл движении повторяется в течение всего процесса разливки и, таким образом, обеспечивается отсутствие движения" слитка относительно стенки кристаллизатора в течение- 75% всего времени разливки. Скорость вытягиваний слитка и скорость поступательновозвратного движения кристаллизатора связаны между собой. Как показано на рис. 156,а, наибольшая вероятность разрыва корочки слитка возникает в тот момент, когда кристаллизатор возвращается в свое крайнее верхнее положение со скоростью За, где V —скорость вытягивания. Зависший участок корочки слиука А быстрым движением кристаллизатора поднимается вверх, в то время как участок В движется вниз со скоростью вытягивания. В следующую стадию цикла, когда кристаллизатор движется со скоростью Vf равной.скорости вытягивания слитка, жидкий металл, поступивший в зазор между А и B9 затвердевает и образует мост С (см. рис. 156, б). Во время хода кристаллизатора вниз толщина оболочки и ее прочность на растяжение возрастают, достигая максимума в крайнем нижнем положении. Так как этот цикл пов-

торяется несколько раз на пути слитка через кристаллизатор; то создаются весьма благоприятные условия для ликвидации разрыва корочки слитка. Однако весьма трудно обеспечить «устойчивость процесса из-за частых разрывов корочки в том случае, когда время движения кристаллизатора вниз недостаточно для образования прочной корочки & местах разрыва^ Это может произойти в случае слишком малого хода кристаллизатора или слишком высокой скорости вытягивания слитка. Если принять, что время t достаточно для образования прочной корочки в зоне зависания, то время, в течение которого в процессе Юнганса не должно происходить относительного движения слитка и кристаллизатора, можно рассчитать по формуле

Для того чтобы обеспечить достаточное количество времени для образования в зоне зависания прочной корочкЛ  каждому увеличению скорости вытягивания должно соответствовать,надлежащее увеличение, хода кристаллизатора. Для углеродистой  стали t имеет величину порядка 1 сек., поэтому при ходе кристаллизатора, равнбм 25 MMf можно получить скорость вытягивания, порядка 1500 мм/мин.

 

По с00бщению Мортона, кристаллизатор Юнганса работает вполне удовлетворительно, но так как качание его происходит по произвольному закону, зависания все же случаются, когда движение слитка сопровождается большими силами трёнйя. Несмотря на «залечивание» происходящих при атЬм разрывов корочки, они могут ухудшить качество поверхности слитка.

 

 

Форма заказа

Цветная металлургия

Горная проммышленность