Металлоизделия в Луганске и области

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

Теплофизические и литейные свойства сплавов

В табл. 20 и 21 даны основные физические свойства стали, меди, алюминия, по данным В. I. S. R. А. и М. П. Славин- ского. При рассмотрении трудностей, встречающихся при разливке стали, многими исследователями было установлено, что отводимое тепло является решающим фактором.

X. Кестнер считает, что стальной слиток непрерывной разливки желательно охлаждать только до температуры прокатки и нет никакой необходимости охлаждать его до комнатной температуры. И. Росси установил, что стальная заготовка должна выходить из машины при 980—1040°. Были проделаны опыты для стали, меди и алюминия по определению количества отводимого тепла при охлаждении слитка на 200° ниже температуры плавления. В качестве температуры разливки принята температура перегрева на 100°.

В табл. 22 приведены количества тепла, отводимого при непрерывной разливке железа, меди и алюминия, рассчитанные по разности теплосодержания, а в табл. 23 дано сравнение теплопроводности этих металлов. Из табл. 22 видно, что количества отводимого тепла, если их относить к единице веса, самые меньшие при разливке меди (87 ккал/кг) и более высокие при разливке железа (119 ккал/кг) и алюминия (173 ккал/кг). Если же количества отводимого тепла относить к единице объема, то последовательность иная: алюминий, медь, железо. По сравнению с железом (количество тепла, выделяемого им на единицу объема, принимаем за 100%) медь выделяет 86% тепла, а алюминий только 50%. Теплопроводность железа (табл. 23 и 24) в одиннадцать раз меньше, чем теплопроводность меди, и почти в восемь раз меньше, чем алюминия. От количества отводимого от стали тепла, а также от теплопроводности, т. е. скорости отвода тепла от слитка, зависит возможная скорость разливки и потребное количество охлаждающей воды.

В кристаллизаторе и по выходе из него металл теряет тепло излучением от зеркала жидкого металла: через стенки кристаллизатора к воде и путем непосредственного охлаждения водой слитка, выходящего из кристаллизатора.

При равномерном поступлении в кристаллизатор жидкого металла, равномерной скорости удаления слитка и постоянном охлаждении его создается состояние термического равновесия в горизонтальной плоскости. Главным фактором, влияющим на отвод тепла через кристаллизатор, является передача тепла через стенки кристаллизатора к воде величина хотя и определенная, но весьма малая.

Несмотря на то, что при указанных выше условиях создается состояние, близкое к тепловому равновесию, при изучении отвода тепла через твердый слиток ниже кристаллизатора, где температура какой-либо точки слитка меняется по мере прохождения слитка через вторичное охлаждение, применяется закон нестационарной теплопроводности согласно уравнению (18)

Эта константа, являющаяся мерой изменения температуры в единицу времени, прямо пропорциональна теплопроводности и обратно пропорциональна удельной теплоемкости.

В табл. 24 приведены сравнительные данные, характеризующие температуропроводность а железа, меди, алюминия. Температуропроводность меди в 13,5 раза, алюминия —в 11,3 раза больше температуропроводности железа. Отсюда видно, что понижение температуры произойдет быстрее всего в металле, имеющем большую теплопроводность в сочетании с низкой удельной теплоемкостью. Чем выше значение температуропроводности, тем быстрее отводится тепло от охлаждаемого слитка. Скорость охлаждения пропорциональна температуропроводности. Соответственно этому скорость разливки для стали должна быть меньше, чем для цветных металлов.

Из сравнительного рассмотрения основных физических свойств железа, меди и алюминия видно, что железо обладает следующими особенностями:

 

 

  1. Малая теплопроводность стали почти исключает возможность теплоотвода в осевом направлении. Кристаллизация стального слитка, в основном, происходит в радиальном направлении.
  2. Малая температуропроводность стали определяет малую скорость охлаждения и кристаллизации стального слитка.
  3. Скорость теплоотдачи жидкой стали путем излучения значительно выше, чем у алюминия; поэтому для предотвращения преждевременного застывания в ковше или разливочном устройстве жидкую сталь надо разливать с большими скоростями.
  4. Значительно более высокая температура плавления и разливки стали, находящаяся в пределах 1500—1600°, ставит более тяжелые требования к конструкции кристаллизатора, вспомогательного оборудования, огнеупорных материалов и т. п.
  5. Значительно большее теплосодержание жидкой стали усложняет конструкцию и условия работы материала кристаллизатора, а также условия вторичного охлаждения стального слитка и т. п.

 

Рассматривая указанные выше особенности физических и литейных свойств стали применительно к идеальному процессу непрерывной разливки в низкий кристаллизатор, который должен обеспечить быстрый теплоотвод, направленность кристаллизации и получение плоского фронта затвердевания, Текстон 153] делает следующие замечания.

Быстрый отвод тепла в начальной стадии является основной предпосылкой процесса непрерывной разливки. С применением водоохлаждаемой изложницы —кристаллизатора отвод тепла регулируется температурным градиентом между слитком и изложницей, теплопроводностью стенок изложницы и степенью соприкосновения с ней металла. При разливке стали и ее сплавов количество отводимого тепла значительно больше, чем при разливке легких сплавов, и здесь должны быть использованы наиболее эффективные кристаллизаторы и наиболее высокоогнеупорные изделия. Весьма эффективен кристаллизатор Вильямса на установке фирмы Бабкок—Вилькокс, где после 30 сек. толщина корочки стального слитка составила 20 мм.

В период кристаллизации центральной части слитка, происходящей в момент прохождения слитка через вторичное охлаждение, фактором, определяющим скорость отвода тепла, является также теплопроводность металла. Высокая теплопроводность алюминия и его сплавов обеспечивает направленное (осевое) затвердевание и неглубокую лунку.

Для стали и ее сплавов получается иная картина: в связи с малой ее теплопроводностью теплоотдача, а следовательно, и кристаллизация почти полностью происходит только в радиальном направлении. Лунка имеет U-образную форму и значительную длину. Если же принять во внимание малую температуропроводность стали и ее сплавов, то станет понятно, почему скорость кристаллизации стального слитка значительно меньше, чем у алюминия и меди.

Таким образом, процесс непрерывной разливки стали имеет следующие особенности:

  1. вследствие малой скорости кристаллизации образуются тонкие стенки выходящего из кристаллизатора слитка и давление жидкого металла может привести к их раздутию или даже разрыву;
  2. большая производительность сталеплавильных печей требует соответствующей производительности установки непрерывной разливки стали с значительно большими скоростями, чем при разливке цветных металлов и сплавов;
  3. необходимость высокой скорости разливки и низкая скорость кристаллизации стали обусловливают ведение процесса таким образом, что лунка жидкого металла распространяется далеко вниз от зеркала металла;

4) процесс непрерывной разливки стали нужно вести в длинном кристаллизаторе в связи с необходимостью получения высоких: скоростей разливки.

Из рассмотренного выше можно заключить, что если процесс непрерывной разливки легких цветных металлов можно считать близким к идеальному процессу, то процесс непрерывной разливки стали и ее сплавов далек от идеального. Например, если предположить, что в стальном слитке длиной 150 мм все тепло будет отводиться снизу при температуре, равной нулю, то потребуется свыше 45 час., чтобы охладить слиток с 1550 до 1350°. Ясно,, что отливка такого слитка не экономична.

Текстон считает, что наличие глубокой лунки не является серьезным недостатком процесса при условии подачи достаточно нагретого металла для обеспечения непрерывного питания слитка.

Мы уже установили, что для получения слитка, имеющего высокие показатели по макро- и микроструктуре и механическим: свойствам, необходимо обеспечить в соответствии с физическими и литейными свойствами сплавов:

  1. максимально возможную скорость охлаждения (кристаллизации);
  2. осевую направленность кристаллизации;
  3. уменьшение вредного влияния газового зазора;
  4. стационарный тепловой процесс кристаллизации слитка.

Все эти условия, как мы видели, в разной степени обеспечиваются в вариантах промышленного процесса непрерывной разливки цветных металлов и сплавов в вертикальные кристаллизаторы.

Рассмотрим каждое из этих условий применительно к процессу непрерывной разливки стали.

 

 

 

Форма заказа

Цветная металлургия

Горная проммышленность