книги из ГПНТБ / Непрерывная разливка стали на радиальных установках

бину проникновения струи 1100—1150 мм. Эксперимен­ тально при вводе в струю радиоактивного изотопа S35 определена глубина проникновения 1190—1370 мм. Не­ совпадение можно объяснить переносом S35 конвектив­ ными потоками. Для слитка сечением 75Х'500 мм по рас­

граммам равна 690—760 мм. Таким образом, соотноше­ ние (174), полученное на основе теоретических представ­ лений и экспериментальных данных (моделирование), хорошо согласуется с опытными данными и может быть применено для практических расчетов.

Скорость на оси струи в месте ее максимального за­

Анализ соотношений (170) и (175) показывает, что

w T » ушах*

Следовательно, с небольшими погрешностями можно принять следующую модель поступления неметалличе­ ских включений в жидкую фазу слитка: частица макси­ мального диаметра, определяемого по формуле (169), струей жидкого металла мгновенно доставляется на глу­ бину, определяемую по формуле (174). Неметалличе­ ские включения, доставленные струей на предельную глубину, частично увлекаются восходящими потока­ ми, частично остаются в жидкой фазе, так как ско­ рость их всплывания значительно меньше скорости раз­ ливки.

Рассмотрим поведение частиц, захваченных восходя­ щими потоками, раздельно по граням большего и мень­ шего радиусов (рис. 88). Закономерности нарастания оболочки слитка представим для упрощения задачи в виде

Ддя корки ср стороны г угол р между вертикалью и

224

Аналогично можно показать, что угол ßH между ка­ сательной к фронту затвердевания и вертикалью для корки со стороны R составит

Соотношения (179) и (180) позволяют определить наличие в корочке затвердевшего слитка участков, для которых ß были отрицательными и, таким образом, там могли сосредоточиться неметаллические включения, вы­ носимые вверх восходящими потоками,

Учитывая, что

х — о т, ; = /С |/ т ,

откуда

получим, что

Подставляя выражение (181) в уравнения (179) и (180), определим угол, под которым находился тот илц

222

иной слой затвердевшей оболочки к вертикально восхо­ дящим потокам:

(182)

(183)

Рассматривая соотношения (182) и (183) совместно с (174), можно определить конструктивные и техноло­ гические параметры (высоту металла в промежуточном ковше, радиус оси непрерывного слитка, высоту мениска над горизонтальной осью из центра кривизны, скорость разливки, сечение отливаемого слитка, способ наполне­ ния кристаллизатора), при которых возможно такое по­ ложение, что ни по большему, ни по меньшему радиусу восходящие потоки не встретятся с фронтом затверде­ вания под отрицательным углом.

Справедливость полученных формул подтверждается экспериментальными исследованиями неравномерности распределения неметаллических включений по попереч­ ным сечениям непрерывных слитков 180X900, 75X500 и 150X500 мм (см. рис. 84—87).

Результаты расчета угла ß по выведенным формулам представлены для этих же сечений слитков на рйс. 89. Из рис. 89 видно, что при отливке слитков сечением 180X900 мм расчетный угол ßjj принимает только поло­ жительные значения по грани большего радиуса. Этому соответствует равномерное распределение включений. По грани же меньшего радиуса на расстоянии пример­ но 500—600 мм от мениска (что соответствует толщине оболочки примерно 22 мм) угол ßr принимает отрица­ тельное значение. Именно в слое слитка 25—35 мм от поверхности по грани меньшего радиуса содержится больше включений, чем по грани большего радиуса. После слой 35 мм содержание неметаллических вклю­ чений уменьшается. Этот слой соответствует расстоянию от мениска примерно 1500 мм, т. е. находится за преде­ лами влияния струи металла согласно выражению (182).

223

и расчетных данных применительно к отливке слитков 75X500 мм и 150X600 мм очевидно без пояснений.

Таким образом, на неравномерность распределения неметаллических включений по криволинейным сторо­ нам непрерывного слитка оказывают сильное влияние

224

вынужденные потоки жидкого металла. Очевидно, изме­ няя потоки, можно достигнуть и более равномерного распределения включений. Для проверки исследовали непрерывную разливку в радиальный кристаллизатор через погруженный под мениск металла стакан, имею­ щий горизонтальные отверстия. Сначала выполнили гид­ равлическое моделирование наполнения кристаллизато­ ров горизонтальной струей на опытной установке, а за­ тем провели разливку опытных плавок на радиальной установке Руставского металлургического завода.

В модели лунки жидкого металла затвердевающего непрерывного слитка сечением 180X900 мм при напол­ нении через стакан с одним и двумя горизонтальными отверстиями преобладают восходящие потоки, распола­ гающиеся симметрично относительно радиальных сте­ нок. По ширине модели нисходящие потоки возникают у криволинейных стенок ближе к узким граням, причем несколько раньше они возникают на стороне г. Макси­ мальные нисходящие потоки смещены к углам модели. Сравнение потоков при горизонтальной и вертикальной струе позволяет заметить, что более благоприятное рас­ пределение вынужденных потоков относительно криво­ линейных стенок создается при наполнении модели од­ ной или лучше двумя горизонтальными струями.

На радиальной установке непрерывной разливки стали кристаллизатор наполняли через стакан с одним горизонтальным отверстием (рис. 90). Состав шлакооб­ разующей экзотермической смеси, которой покрывали мениск металла в кристаллизаторе, был следующим: 5% силикокальция, 15% алюминиевого порошка, 30% силикатной глыбы, 30% плавикового шпата и 20% ока­ лины. Расход смеси составлял 0,6—0,8 кг/т. Каждую из

сторонам слитка при разных способах подвода металла показано на рис. 91. Из рис. 91 видно, что при напол­ нении кристаллизатора горизонтальной струей обеспечи-

бается равномерное распределение включений по криво­ линейным сторонам непрерывного слитка.

Рассмотрим далее поведение неметаллических вклю­ чений, оставшихся в жидком металле затвердевающего слитка, но не увлеченных гидродинамическими потока­ ми. На распределение этих частиц будут оказывать влияние естественные конвективные потоки жидкого ме­ талла, действующие заметно за-пределами вынужден­ ных потоков. Учитывая, что оценить величину естествен­ ных конвективных потоков в криволинейном непрерыв­ ном слитке теоретически весьма трудно, а также прини­ мая во внимание экспериментальные данные, согласно которым неметаллические включения в зоне заметного действия естественных конвективных потоков распреде­ лены одинаково по противоположным криволинейным сторонам, определим выражения для оценки моментов

Рйс. 90. Схема наполнения кристаллизатора горизон­ тальной струей на радиальной установке непрерывной разливки стали:

226

Рис. 91. Влияние способа наполнения кристаллизатора на распре­

деление оксидных неметаллических включений и кислорода цр се* чению слитка 180X900 мм:

/< 3 — вертикальная струя; 2, 4 — горизонтальная струя

Схема для вывода необходимых зависимостей приве­ дена на рис. 92. Поскольку ѵ">ѵч и для промышленных установок R4&Rocb (где ѵ— скорость разливки; ѵч — скорость всплывания неметаллических частиц; R4 — рас­ стояние до частицы в текущий момент времени), рас­ стояние от мениска металла в кристаллизаторе до ча­ стицы в момент времени т характеризуется величиной

lo + v-t,

где Іо— расстояние по дуге, на которое частица заноситт ся струей.

Рис. 92. Схема движения свобод ио всплывающих неметалличе­ ских включений и слитке

Согласно рис. 92, за время dx произойдет смещение частицы, характеризуемое координатами

выше), что эти постоянные равны нулю. Действительно, при т = 0

Lo — /о

Яось C0S

Уо » Косъ sin to— /о ^oct>

228

Тіа основании уравнений (186) и (187) определим те­ кущее расстояние от центра кривизны до частицы М:

*■ “ / I* - “ 8 ^ 1++ + S ~ ‘ si"

(188)

Между тем расстояние от центра кривизны до фронта затвердевания слитка по стороне меньшего радиуса, к которой стремится всплыть частица, характеризуется вы­ ражением

можно определить суммарный момент времени

от начала затвердевания, в который произойдет встреча свободно всплывающей частицы с фронтом кристаллиза­ ции, Эта задача проще всего решается графически. Для Примера рассмотрим задачу для условий непрерывной разливки на радиальной установке Руставского метал­ лургического завода.

На рис. 93 кривая I представляет уравнение (189), 2—4 — уравнение (188) для различных скоростей всплы-

Рис. 93. Определение момента встречи свободнд всплывающей чартицы р фронтом кристаллизации: