Металлоизделия в Луганске и области

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

Особенности процессов непрерывной разливки и качество получаемых слитков

Паттерсон указывает на следующие преимущества процесса Юнганса и процесса непрерывной разливки в низкий кристаллизатор (с охлаждением слитка водой) по сравнению с разливкой в обычные изложницы:

  1. улучшается качество структуры слитка, а при разливке в низкий кристаллизатор получается более тонкое строение зерна, благодаря чему достигаются более высокие и однородные механические свойства слитка;
  2. уменьшается, а при разливке в низкий кристаллизатор почти устраняется, неоднородность слитка по ликвации;
  3. уменьшается, а при разливке в низкий кристаллизатор устраняется, образование усадочных раковин и газовой пористости;
  4. улучшается качество поверхности слитков;
  5. улучшается пластичность, а при разливке в низкий кристаллизатор слитки обнаруживают наилучшую способность к горячей обработке давлением.

 

 

Наиболее ясно эти преимущества проявляются в процессе разливки в низкий кристаллизатор с последующим охлаждением слитка водой, вследствие увеличения скорости кристаллизации и осевого отвода тепла.

Одновременно с этим процесс разливки в низкий кристаллизатор имеет существенный недостаток. Вследствие резкого охлаждения выходящего из кристаллизатора слитка возникают большие напряжения и появляется опасность образования трещин в слитках некоторых сплавов; с увеличением скорости разливки эта опасность увеличивается.

В процессе отливки слитка имеется большой перепад температур, и так как холодная и жесткая наружная корочка препятствует естественному стремлению сердцевины слитка к температурной усадке, то в этих сердцевинных слоях и развиваются нежелательные внутренние напряжения. Образование трещин происходит в том случае, когда напряжения усадки превосходят определенный предел. О механизме образования внутренних напряжений в слитках и заготовках известно очень мало. Практикой рекомендуется для уменьшения этих напряжений снижение скорости разливки, которое обычно приводит к ухудшению поверхности слитка, увеличению толщины слоя, снимаемого при обдирке, что может неблагоприятно сказаться при горячей обработке слитка давлением (прокатке, прессовании).

Д. М. Льюис указывает, что промышленный процесс непрерывной разливки должен обеспечить:

  1. мелкозернистую структуру слитка с минимальной рыхлостью и ликвацией;
  2. отсутствие трещин в слитке во время разливки и после нее;
  3. хорошую поверхность слитка;
  4. максимальную скорость разливки.

 

 

Эти требования, противоречащие одно другому, заставляют при изучении физических особенностей процесса непрерывной разливки обращать главное внимание на два основных вопроса:

  1. на условия теплообмена между слитком и изложницей и 2) на механизм образования внутренних напряжений в слитке.

  Однако в существующей литературе по непрерывной разливке имеется, мало указаний на физические исследования процесса.

Математические расчеты скорости кристаллизации в процессе непрерывной разливки выполнили Рот, Тихонов и Швидковский. Данные по распределению температур и величины внутренних, напряжений для алюминиевых слитков большого диаметра привел Дойл.

Рассмотрим чисто математические исследования процесса кристаллизации металла при непрерывной разливке, выполненные Ротом. Результаты исследования недостаточно точны вследствие многочисленных допущений, сделанных с целью приближения к особенностям поведения металла в кристаллизаторе. В своих расчетах Рот делает следующие допущения:

  1. затвердевание начинается с момента, когда металл достигает зоны вторичного охлаждения;
  2. температура в слитке изменяется по линейному закону;.
  3. тепловой поток вдоль слитка незначителен;
  4. разливка производится без перегрева металла;
  5. в зоне вторичного охлаждения достигается постоянная температура поверхности слитка;
  6. во время затвердевания не происходит изменения термических свойств металла.

В этих допущениях сделаны явные ошибки, хотя в некоторых случаях они не отражаются на результатах расчетов. Для определенного типа кристаллизаторов первое упрощение вполне допустимо, если скорости литья не очень малы. В этом случае толщина корочки в кристаллизаторе незначительна, так как основное затвердевание происходит во вторичном охлаждении.

 

Исходя из этих упрощений, Рот вывел две формулы, характеризующие рост корочки твердого металла.

  1. Для прямоугольного слитка

 

При рассмотрении затвердевания в кристаллизаторе соответствующие величины h используются для учета влияния газового зазора, образующегося между слитком и стенкой кристаллизатора, когда передача теплопроводностью незначительна и преобладает передача тепла излучением и конвекцией. Когда слиток выходит из кристаллизатора в зону вторичного охлаждения, значение увеличивается и возрастает до бесконечности при погружении слитка в воду. В этом случае (h=oo) уравнение (5) принимает вид уравнения Рота (1).

Можно также упростить уравнение (6) для цилиндрического слитка

Для того чтобы эти уравнения приблизить к практическим условиям разливки, выражения были переписаны в новых координатах: толщина корочки через время после начала разливки обозначена Т. Следовательно, вертикальная координата X заменяется на t, а горизонтальная координата у на Т. Выражение Рота по формуле (3) для прямоугольного слитка тогда примет вид

Это уравнение показывает, что толщина корочки   обратно пропорциональна квадратному корню скорости вытягивания, а также, что толщина корочки в любой точке пропорциональна квадратному корню времени от начала охлаждения.

работы Д. М. Льюиса. Практическая ценность этих формул для расчетов процесса непрерывной разливки слитков невелика. Большие расхождения между теоретическими и экспериментальными данными обычно обнаруживаются по скорости затвердевания, которая в реальных условиях меньше, чем при расчетах по формулам Рота и Тихонова—Швидковского.

Таким образом, теоретические формулы, полученные из математического анализа процесса кристаллизации непрерывной разливки, почти не пригодны для исследования взаимной связи между кинетикой затвердевания, структурой и свойствами металла.

Поэтому, по крайней мере в ближайшее время, необходимо изучать процесс непрерывной разливки экспериментальным путем и на основании полученных фактических результатов попытаться исправить теоретические расчеты.

Статьи Д. М. Льюиса и Д. М. Патмена, а также В. А. Ливанова и В. И. Добаткина и других, сообщающие данные о форме границы твердой и жидкой фаз («лунки»), о распределении температур в слитке, об условиях теплопередачи в применяемых охлаждающих устройствах и соотношении между этими факторами и металлургическими свойствами слитка такими, как размер и ориентация зерна, распределение сегрегации и пористости, образование усадочной раковины и другие, являются основными работами по физическому исследованию процессов непрерывной разливки цветных металлов.

Переходя к вопросам качества слитков цветных металлов непрерывной разливки, рассмотрим их структуру и свойства.

 

Форма заказа

Цветная металлургия

Горная проммышленность