Влияние условий кристаллизации на макроструктуру в угловых зонах слябов перитектических марок стали
Проведен сравнительный анализ влияния различных схем теплоотвода в кристаллизаторе на состояние поверхности и макроструктуры угловых зон непрерывнолитых слябов перитектических марок стали. Проведений зрiвняльний аналiз впливу piзних схем тепловiдбору на стан поверхнi кутових зон слябiв із перитектич...
Saved in:
| Published in: | Металл и литье Украины |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2009
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104331 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Влияние условий кристаллизации на макроструктуру в угловых зонах слябов перитектических марок стали / Т.В. Горяинова // Металл и литье Украины. — 2009. — № 9. — С. 28-31. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859471176702623744 |
|---|---|
| author | Горяинова, Т.В. |
| author_facet | Горяинова, Т.В. |
| citation_txt | Влияние условий кристаллизации на макроструктуру в угловых зонах слябов перитектических марок стали / Т.В. Горяинова // Металл и литье Украины. — 2009. — № 9. — С. 28-31. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Металл и литье Украины |
| description | Проведен сравнительный анализ влияния различных схем теплоотвода в кристаллизаторе на состояние поверхности и макроструктуры угловых зон непрерывнолитых слябов перитектических марок стали.
Проведений зрiвняльний аналiз впливу piзних схем тепловiдбору на стан поверхнi кутових зон слябiв із перитектичних марок сталi.
The comparative analysis of heat sink different schemes influence on surface and microstructure of peritectic steel continuous casting slabs angle zones were performed.
|
| first_indexed | 2025-11-24T09:57:28Z |
| format | Article |
| fulltext |
28 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9, 2009
СКОРОБАГАТьКО Ю. П. Модифікування заевтектичних алюміниієвих сплавів із засто-
суванням активних добавок
Виконано літературний аналіз стану наукових досліджень впливу різних хімічних елементів на структуру
та властивості заевтектичних алюмінієвих сплавів, відзначено переваги та недоліки модифікаторів, які
при цьому використовувались.
SkoRoBAGATko yu. Modifying of hypereutectic aluminium alloys with the use of active
additions
There is conducted the literary analysis of the modern state of scientific researches concerning influence of
different chemical elements on the structure and properties of hypereutectic aluminium alloys. The merits and
demerits of the used modifiers are marked.
Несмотря на значительные успехи, достигну-
тые в нашей стране и за рубежом в области ис-
пользования непрерывного литья стали, перед
металлургами стоят задачи в области совершен-
ствования технологии, улучшения качества непре-
рывнолитого металла, расширения сортамента,
освоения новых марок стали. Однозначного реше-
ния вопроса о причинах возникновения и степени
влияния различных факторов на качество макро-
структуры слябов по отдельным видам дефектов
нет. Обусловлено это тем, что каждая МНЛЗ пред-
ставляет собой сложный агрегат со своей спе-
цификой как в технологии разливки металла, так и
в конструкции кристаллизатора, зоны вторичного
охлаждения [1]. Поэтому очень важно подобрать
оптимально благоприятные условия для форми-
рования и поддержания бездефектного состояния
корочки и, впоследствии, сляба.
На формирующуюся корочку сляба на началь-
ной стадии затвердевания действуют физико-
химические, термодинамические нагрузки. По-
этому, снижение суммарной величины энергии
разрушения, складывающейся из термоупругих
напряжений и энергии разрушения на границе
«металл-включение», крайне важно. На криволи-
нейной МНЛЗ-машине (металлургическая длина
Т. В. Горяинова
ОАО «Алчевский металлургический комбинат», Алчевск
ВЛИЯНИЕ НАЧАЛЬНЫх УСЛОВИй КРИСТАЛЛИзАцИИ
НА мАКРОСТРУКТУРУ В УГЛОВЫх зОНАх СЛЯбОВ
ПЕРИТЕКТИЧЕСКИх мАРОК СТАЛИ
Ключевые слова: сляб, теплоотвод, кристаллизация, макроструктура
Проведен сравнительный анализ влияния различных схем теплоотвода в кристаллизаторе на состоя-
ние поверхности и макроструктуры угловых зон непрерывнолитых слябов перитектических марок ста-
ли.
— 32 м, вертикальный кристаллизатор высотой
900 мм, радиус зоны изгиба — 10 м) Алчевского
металлургического комбината при разливке пе-
ритектических низкокремнистых марок сталей
было отмечено активное поведение металла в крис-
таллизаторе, выражающееся в значительных ко-
лебаниях уровня металла (при работающей сис-
теме автоматического контроля уровня металла
LevCon) 50-70 мм.
Колебания уровня металла в кристаллизаторе
выше допустимых крайне отрицательный фактор,
приводящий к затягиванию шлакообразующей
смеси в подкорковую и промежуточную зону, что
приводит к ослаблению межкристаллитных свя-
зей. Толчки жидкой фазы объясняются большой
скоростью перитектической реакции, которая за-
ключается в переходе железа из одной аллотро-
пической формы в другую, что приводит к нерав-
номерному нарастанию корочки сляба. Началу
разливки перитектических марок сталей соот-
ветствует температура 1541 0С в промковше
и 1520 оС — в кристаллизаторе. В соответствии
с диаграммой Fe-C в этом интервале темпера-
тур начинаются аллотропические превраще-
ния δ-железа, обладающего кристаллической
решеткой объемно-центрированного куба со
УДК 62-412/669.14.018
МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9, 2009 29
стороной а = 2,93 Å. При дальнейшем охлаждении
δ-железо переходит в другую аллотропическую
форму — γ-железо с ГЦК-решеткой и параметрами
решетки а = 3,64 Å, γ -железо переходит в α-железо
со стороной а = 2,90 Å. α-железо соответствует
зоне порезки слябов на мерные заготовки [1].
Для подавления толчков жидкой фазы во вре-
мя разливки перитектических марок сталей на на-
чальном этапе освоения было применено жесткое
охлаждение в кристаллизаторе, которое заключа-
лось в следующем: расход воды 650 л/мин на узкие
стенки и 5000 л/мин — на широкие стенки. При этом
работа трения по узким граням составила 168 Дж,
сила трения —17,2 кН/м2, величина теплового по-
тока — 0,66 MВт/м2. Это значительно снижало ко-
лебания уровня, но приводило к пере-охлаждению
узких стенок кристаллизатора и угловой поверхно-
сти сляба. На фотографиях, сделанных в «он-лайн»
с «МОLD-expert» видно резкое увеличение толщи-
ны корочки сляба в угловых зонах на расстоянии
400 мм от верхней части кристаллизатора, прирост
корочки составил 0,4 мм на 10 мм высоты кристал-
лизатора (рис. 1, а).
Интенсивный теплообмен сущестенно влияет
на прочностные и пластические характеристики
формирующейся корочки сляба, величину силы
и работы трения между корочкой сляба и стенкой
кристаллизатора, адекватную работу шлакообра-
зующей смеси.
В условиях пониженных температур физико-
технологические характеристики и свойства
гарнисажа изменяются. Рекомендуемый диа-
пазон температур плавления смеси составля-
ет 1100-1200 0С, это условие выполняется на
мениске металла, но при контакте со стенками
кристаллизатора с вышеуказанными расходами
воды уменьшается жидкотекучесть смеси, на-
рушается равномерность ее распределения по
поверхности сляба непосредственно в угловых
зонах [2]. Толщину жидкой прослойки гарниса-
жа рассчитывают по уравнению (1) для силы
вязкого трения:
F = ηSV/∆, (1)
где F — сила трения, η — вязкость смеси, кг/дм3; S —
площадь, мм2; V — скорость вытягивания, м/мин;
∆ — толщина прослойки, мм [4].
Из расчета по анализу данных, полученных в
процессе разливки в начальный момент времени
следует, что переохлаждение боковой поверхно-
сти приводит к уменьшению прослойки гарниса-
жа меньше допустимого — 0,004 мм в сравнении
с рекомендуемым 0,05-0,35 мм, возрастанию
работы трения между оболочкой сляба и стенкой
кристаллизатора. В результате усадки граней
оболочки в районе углов местами образуется за-
зор. В месте его появления оболочка сляба де-
формируется под действием давления расплава,
что сопровождается нарушением теплоотвода и
скорости роста оболочки, а около угла наблюда-
ются значительные растягивающие напряжения.
Это приводит к повышению трения в углах кри-
сталлизатора и смещению поверхностных слоев
металла.
На фотографиях образцов поверхности ото-
бранных угловых зон сляба после глубокого трав-
ления четко видны смещение металла по направ-
лению вытягивания, «затянутые» следы качания,
трещины по следам качания (рис. 2, а). Повы-
шенное трение в углах заготовки при вытягивании
слитка способствует неоднородному распределе-
нию микродеформации. В большинстве случаев
разрушение начинается в участках, показавших
наибольшую пластичность, а увеличение степе-
ни деформации в зоне разрушения идет за счет
развития трещины. Условия разрушения металла
сляба вследствие накопления повреждений в ходе
Рис. 1. Фотографии с МОLD-expert в режиме «on-line»: а — с рекомендуемым теплоотводом
(резкое увеличение корочки в угловых зонах сляба); б — с применением опытного теплоот-
вода (равномерное нарастание корочки в угловых зонах сляба)
а
б
30 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9, 2009
ползучести можно выразить через критическую
(для образования трещин) скорость изменения
температуры в слябе (Тi)
*, которая определяется
из условий действия термоупругих напряжений
критического уровня разрушения σ
i
*(i = 1,2) (или
деформации e
i
*) в течение времени длительной
прочности t
c
[5].
(Тi)* = (σ
i
*/ eατ)[1 - exp (-tc / τ)] -1 , (2)
где, tc(σi
*) — характерное время разрушения в ходе
высокотемпературной деформации при задан-
ной скорости в данном температурном интервале
(время длительной прочности при напряжении σi*),
σ* определяется типом и характером структуры.
К моменту разрушения сталь не исчерпывает
запаса пластичности, так как разрушение про-
исходит в местах, где присутствуют включения.
Участки микроструктуры, дополнительно ослаб-
ленные неметаллическими включениями, при
приложении растягивающих напряжений увели-
чивают риск образования поверхностных трещин
в районах углов, грубых складок по следам ка-
чания, особенно при неравномерном теплоотво-
де по периметру кристаллизатора. Экзогенные
включения, локализованные по следам качания и в
углах сляба представляют собой преимуществен-
но сложные оксиды и являются концентраторами
напряжений. Такое влияние включений связыва-
ют с уровнем напряжений на границе «металл-
включение», так как пластичность стали зависит от
поведения их при деформации в зависимости от
индекса деформируемости включения [6]. Индекс
деформируемости включений рассчитывается по
формуле
υ = ei /e
s
, (3)
где ei — степень деформации включения, es — сте-
пень деформации матрицы.
Энергия разрушения твердой составляющей
стали в зависимости от количества и размеров
включений выражается формулой
γ
тв
= (1 - f
вк
- f
дч
) γ
м
+ f
вк
γ
вк
+ f
дч
γ
дч
, (4)
где γм, γвк, γдч — удельные поверхностные энергии
разрушения неметаллических включений, дис-
персных частиц, находящихся в плоскости раз-
вития трещин на междендритных и межзеренных
границах и матричного металла соответственно;
fвк, fдч — относительные доли площадей, занима-
емых включениями и частицами в плоскости раз-
вития трещин.
Анализ результатов эксперимента показыва-
ет, что при разливке металла оптимальными будут
режимы с меньшими потоками тепла из слитка и,
следовательно, меньшими перепадами темпера-
тур в корочке слитка. Под оптимальным режимом
подразумевается режим с расходом воды на узкие
грани 520 л/мин, при этом работа трения по узким
граням составила 145 Дж, сила трения —14,2 кН/м2.
После уменьшения расходом воды на узкие стен-
ки по данным, полученным в «он-лайне» с «MoLd-
expert» видно, что нарастание корочки в угловых
зонах узких граней происходит равномерно по
всей высоте кристаллизатора, прирост корочки
составляет 0,1 мм на 10 мм высоты кристаллиза-
тора (рис. 3). Для сравнения на рис. 3 представлен
график, отражающий скорость и характер нарас-
тания корочки в условиях жесткого охлаждения и
характер, а также скорость нарастания корочки с
новым режимом охлаждения.
Результаты исследования поверхности образ-
цов, отобранных узких стенок в районе углов по-
сле глубокого травления в 50 % HNO3 по методике
ЦНИИЧМ, показали незначительное смещение
металла в углах сляба (рис. 2, б).
а
б
Рис. 2. Смещение металла в углах сляба (а); незначительное смещение металла в углах
сляба (б)
МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9, 2009 31
При исследовании микроструктуры поверхност-
ной и подповерхностной зон в местах смещенно-
го и «затянутого» металла угловых зон, нарушения
сплошности, микротрещин повышения интенсив-
ности неметаллических включений не обнаруже-
но. Таким образом, уменьшение расхода воды по
узким граням кристаллизатора привело к более
равномерному формированию корочки по всему
периметру сляба, что комплексно повлияло на ра-
боту многих взаимосвязанных технологических ха-
рактеристик при формировании непрерывнолито-
го сляба в начальный период затвердевания.Рис. 3. Характер нарастания корочки при
старом и новом теплоотводах
1. Куклев А. В., Соснин В. В., Виноградов В. В., Поздняков В. А. Фи-
зическая модель образования поверхностных трещин в слябах
// Сталь. — 2004. — № 11. — С. 95-100.
2. Куклев А. В., Соснин В. В., Виноградов В. В., Поздняков В. А. Ме-
ханизм образования внутренних трещин в слябах // Сталь.—2005.
— № 8. — С. 83-87.
ГОРяіНОВА Т. В. Вплив початкових умов кристалізації на стан макроструктури в куто-
вих зонах слябів перитектичних марок сталі
Проведений зрiвняльний аналiз впливу piзних схем тепловiдбору на стан поверхнi кутових зон слябiв із
перитектичних марок сталi.
GoRyAyINoVA T. Influence ofcrystallization initial conditions on macrostructure state at
stabs angles of peritectic steel grades
The comparative analysis of heat sink different schemes influence on surface and microstructure of peritectic
steel continuous casting slabs angle zones were performed.
Продолжается подписка на журнал
Для того, чтобы подписаться на журнал через редакцию, необходимо направить
письмо-запрос или факс в адрес редакции. Счет-фактура согласно запросу высылает-
ся письмом или по факсу. Редакция готова предоставить электронную версию журна-
ла на компакт-диске.
Стоимость одного журнала – 28 грн.
Годовая подписка – 336 грн. (для Украины).
Годовая подписка для зарубежных стран – 90 $.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-104331 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2077-1304 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-24T09:57:28Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Горяинова, Т.В. 2016-07-07T18:25:51Z 2016-07-07T18:25:51Z 2009 Влияние условий кристаллизации на макроструктуру в угловых зонах слябов перитектических марок стали / Т.В. Горяинова // Металл и литье Украины. — 2009. — № 9. — С. 28-31. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 2077-1304 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104331 62-412/669.14.018 Проведен сравнительный анализ влияния различных схем теплоотвода в кристаллизаторе на состояние поверхности и макроструктуры угловых зон непрерывнолитых слябов перитектических марок стали. Проведений зрiвняльний аналiз впливу piзних схем тепловiдбору на стан поверхнi кутових зон слябiв із перитектичних марок сталi. The comparative analysis of heat sink different schemes influence on surface and microstructure of peritectic steel continuous casting slabs angle zones were performed. ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Металл и литье Украины Влияние условий кристаллизации на макроструктуру в угловых зонах слябов перитектических марок стали Вплив початкових умов кристалізації на стан макроструктури в кутових зонах слябів перитектичних марок сталі Influence ofcrystallization initial conditions on macrostructure state at stabs angles of peritectic steel grades Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние условий кристаллизации на макроструктуру в угловых зонах слябов перитектических марок стали Горяинова, Т.В. |
| title | Влияние условий кристаллизации на макроструктуру в угловых зонах слябов перитектических марок стали |
| title_alt | Вплив початкових умов кристалізації на стан макроструктури в кутових зонах слябів перитектичних марок сталі Influence ofcrystallization initial conditions on macrostructure state at stabs angles of peritectic steel grades |
| title_full | Влияние условий кристаллизации на макроструктуру в угловых зонах слябов перитектических марок стали |
| title_fullStr | Влияние условий кристаллизации на макроструктуру в угловых зонах слябов перитектических марок стали |
| title_full_unstemmed | Влияние условий кристаллизации на макроструктуру в угловых зонах слябов перитектических марок стали |
| title_short | Влияние условий кристаллизации на макроструктуру в угловых зонах слябов перитектических марок стали |
| title_sort | влияние условий кристаллизации на макроструктуру в угловых зонах слябов перитектических марок стали |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104331 |
| work_keys_str_mv | AT gorâinovatv vliânieusloviikristallizaciinamakrostrukturuvuglovyhzonahslâbovperitektičeskihmarokstali AT gorâinovatv vplivpočatkovihumovkristalízacíínastanmakrostrukturivkutovihzonahslâbívperitektičnihmarokstalí AT gorâinovatv influenceofcrystallizationinitialconditionsonmacrostructurestateatstabsanglesofperitecticsteelgrades |