CC BY
14
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2002 р. Вип. 12
УДК 669.189
Скребцов А.М.1, Прокопов А.А.2, Кузьмин Ю.Д.
ФАКТИЧЕСКАЯ И РАСЧЕТНАЯ ТОЛЩИНА ШЛАКОВОЙ КОРОЧКИ НА ГРАНИЦЕ СЛИТОК СТАЛИ - ИЗЛОЖНИЦА ПРИ СИФОННОЙ РАЗЛИВКЕ МЕТАЛЛА
Проанализированы расчетные и экспериментальные данные разных авторов по толщине шлаковой корочки д на границе изложница-слиток стали. По составленной программе произведен расчет величины д при изменении технологических параметров разливки металла. Найдено, что сильнее всего на толщину корочки влияет начальная средняя температура изложницы.
Разливка стали в изложницы под легкоплавкими шлаковыми смесями широко применяется в настоящее время на различных заводах [1, 2]. Она приводит к существенному улучшению качества поверхности слитков в сравнении с отливкой их в изложницы, внутренняя поверхность которых покрыта различными смазками.
При разливке металла легкоплавкие смеси в мешках или в виде брикетов вводят на дно изложницы. Поступающая в изложницу сталь расплавляет смесь, и металл покрывается жидким шлаком. Шлак затекает в пространство между слитком и изложницей и в нем образуется твёрдая шлаковая корочка. Её толщина Л' зависит от многих факторов - условия теплообмена между расплавом и изложницей, скорости наполнения тела слитка, первоначальной массы шлаковой смеси, геометрических параметров слитка и изложницы и т. д.
В литературе приведены экспериментальные и расчетные значения величины д, которые значительно отличаются друг от друга.
Так, например, в работе [1] приводится толщина шлаковой корочки на слитке, отлитом в изложницы ёмкостью 6,5 т - от 2,17 мм до 4,10 мм; в работе [3] толщина корочки при разливке легированных сталей находится в пределах от 1,78 до 3,02 мм, причем прослеживается зависимость её величины от температуры плавления шлака. По данным наблюдений, проводимых в сталеплавильном цехе ОАО «Азов» толщина шлакового гарнисажа не превышает 1,5 мм.
Задача настоящей работы - сравнение расчётных и экспериментальных значений толщины шлаковой корочки 6 и математический анализ влияния различных факторов на вычисленное значение &.
В работе [1] найдена формула для вычисления значения величины 3, Из условий теплообмена между слоем жидкого шлака на металле и его затвердевшей корочкой б на границе изложница - слиток получили формулу для вычисления®
Л л/ят -(/ -I )
^ _ 1И тг"* у»¡¡р
где , Лиз - соответственно теплопроводность жидкого шлака и чугуна изложницы; р -плотность чугуна; с- его теплоёмкость; I - температура кристаллизации шлака, °С; („ температура внешнего слоя шлаковой корочки (на границе с изложницей), °С; /,,, - температур изложницы в начале разливки, °С; Т - время контакта жидкого шлака со стенкой изложницы, он
К
равно т — , (пш- высота слоя жидкого шлака, Ж- скорость подъёма металла в изложнице).
'111 'ТУ, д-р тех. наук, проф.
2 ПГТУ, инженер
3 ОАО «Азов», инженер
ф, кг/см
Рис. 1 - Расчетная толщина шлаковой корочки 8 в зависимости от удельного расхода шлакообра-зующей смеси <р при различных скоростях подъёма металла в изложнице IV.
0,50 0,45 0,40 0,35 г 0,30
0,20 0/15 0,10 0,05 0,00
1
t„= 140 °С
/ 120 °С
I
= 100 °с
Z
1
Рассмотрим влияние различных параметров формулы на вычисленное значение S.
Для расчета по формуле (1) была составлена программа на языке Visual Basic с использованием графического анализа данных в приложении Microsoft® Excel.
В расчете были использованы средние значения величин, полученные из различных литератур ныхисточников: Лш = 0,28 Вт/(м-°С), с = 673 Дж/(кг-°С), V - 1100 <Cf р= 7200 кг/м1.
В качестве изменяемых величин приняли удельный расход смеси <р, отнесенный к площади поперечного сечения изложницы, а также скорость подъёма металла в изложнице W, которые определяют продолжительность контакта слоя жидкого шлака над поверхностью металла со стенками изложницы. Значение
где <р - удельный
140 160 180 200 220 240 260 280 300 320
Рис. 2 - Зависимость толщины шлаковой корочки $ от температуры поверхности раздела изложница-шлак I при различных начальных температурах
Рш-ЯГ-
расход пшакообразующей смеси, отнесенный к площади поперечного сечения изложницы, г/см2; Рш ~ плотность шлака, г/см ; IV -скорость подъема металла в изложнице, см/сек.
Кроме этого рассмотрены различные варианты -температур поверхности изложницы и границы контакта твёрдый шлак - изложница.
Графическая зависимость толщины шлаковой корочки от удельного расхода пшакообразующей смеси изображена на рис. 1.
Из зависимостей, показанных на рис. 1 следует, что во всем интервале целесообразного расхода смеси толщина шлаковой корки колеблется на ± 10 % от среднего значения и близка по значению к рекомендованным в литературе величинам [4,5], обеспечивающим лёгкое разрушение и отслоение шлакового гарнисажа от слитка. Эти результаты также соответствуют данным практики разливки металла. Следовательно, влияние изме-
200
400
600
800
1000
t.
Рис.
3 - Зависимость толщины шлаковой корочки S от температуры изложницы t.
нения расхода шлакообразующей смеси на толщину шлаковой рубашки, формируемой при разливке стали в слитки под шлаком, проявляется незначительно.
Влияние температуры на границе раздела изложница-шлак на толщину шлаковой корочки при различных средних температурах изложницы показано на графиках, изображенных на рис. 2. При меньшей разности температур изложницы и поверхности контакта шлакового гар-нисажа толщина последнего резко возрастает. Особенно это заметно по кривой температуры изложницы, равной 140 °С. В остальных случаях при увеличении температуры поверхности раздела толщина заметно снижается и практически не зависит от состояния изложницы.
Из рисунка 2 видно, что формирование шлаковой корочки S наиболее активно происходит при малой разности температур между изложницей и шлаком. Поэтому изучили зависимость величины $ от температуры изложницы при значении (tn - *ю) = 150 °С. Дополнительно к этому в формулу (1) ввели зависимость теплоёмкости материала изложницы от ее температуры [1]. Как видно из полученной кривой (рис. 3) при повышении температуры изложницы до 200 °С толщина шлаковой корки практически не изменяется и даже несколько возрастает, что связано с понижением теплоёмкости чугуна в этом интервале температур. При температуре свыше 200 °С толщина гарнисажа 5 понижается от 0,25 до 0,05 мм, что обусловлено как увеличением температуры изложницы, так и повышением теплоемкости её материала.
Средняя температура изложницы перед заливкой её сталью уменьшается с увеличением периода её оборота в производстве [6]. Из приведенного расчета следует, что чем больше период оборота , тем лучше будет качество поверхности слитка металла из-за образования на ней повышенной толщины шлаковой корочки д.
Выводы
1. Проведено сравнение толщины шлакового гарнисажа д на границе слиток стали - изложница по экспериментальным и расчетным данным различных авторов. Показано, что опубликованные и расчетные значения 8 существенно отличаются друг от друга.
2. Составлена программа и произведен расчет значения £при изменении технологических параметров разливки металла. Найдено, что сильнее всего (колебания в пределах 0,05-А0,25 мм) на изучаемую величину влияет средняя начальная температура изложниц.
Перечень ссылок
1. Ефимов В.А. Разливка и кристаллизация стали. - М.: Металлургия, 1976,- 552 с.
2. Скобло С.Я., Казанков ЕЛ. Слитки для крупных поковок. - М.: Металлургия, 1973,- 247 с.
3. Ефимов В.А. Теплофизические основы разливки стали под шлаком // Разливка стали и формирование слитка. - 1966. - Вып. 1. - С. 11-18.
4. Бакуменко СИ, Прохоренко К.К. Разливка стали под шлаком. - М.: Металлургия, 1969. -151 с.
5. Бакуменко СП., Гуляев Б.Б., Верховцев Э.В. Снижение отходов стального слитка-М.: Металлургия, 1967, - 218с.
6. Николайчик НИ Николайчик ЕН. Повышение стойкости изложниц на машиностроительных заводахНУГ: Металлургия, 1974- 160с.
Скребцов Александр Михайлович. Дг-р техн. наук, проф. кафедры литейного производства 1111 У, окончил Московский институт стали и сплавов в 1953 году. Основные направления научных ихгвдо-ваний — изучение металлургических процессов с целью разработки теории и способов улучшения' качества литого металла.
Прокопов Андрей Анатольевич. Инженер, зав. лаб. кафедры литейного производства, смянил 111ТУ в 1993 году. Основные направления научных исследований — влияние различных факторов на формирование поверхностного и внутреннего строения литого металла.
Кузьмин Юрий Дмитриевич. Инженер, начальник металлургической лаборатории НИОМЕТ ОЮ «АЗОВ», окончил Ждановский металлургический институт в 1966 году. Основные направления ных исследований — разработка составов и изучение свойств формовочных, стержневых и шгшэоб-разующих смесей, а также смесей для противопригарных покрытий.
Статья поступила 27.02.2002
