О выборе рациональных тепловых режимов отливки стальных слитков с дробью

О выборе рациональных тепловых режимов отливки стальных слитков с дробью

Обоснованы рациональные режимы ввода стальной дроби оптимальной дозы и фракции в объем затвердевающих слитков.

Saved in:
Bibliographic Details
Date:2013
Main Author: Соколовская, Л.А.
Format: Article
Language:Russian
Published: Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України 2013
Series:Металл и литье Украины
Online Access:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143769
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:О выборе рациональных тепловых режимов отливки стальных слитков с дробью / Л.А. Соколовская // Металл и литье Украины. — 2013. — № 9. — С. 32-36. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-143769
record_format dspace
spelling nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1437692025-02-09T21:44:10Z О выборе рациональных тепловых режимов отливки стальных слитков с дробью Про вибір раціональних теплових режимів лиття стальних злитків із дробом Соколовская, Л.А. Обоснованы рациональные режимы ввода стальной дроби оптимальной дозы и фракции в объем затвердевающих слитков. Обгрунтовано раціональні режими введення сталевого дробу оптимальної дози та фракції в об’єм твердіючих зливків. Rational regimes of input of an optimum doze and fraction steel shot in the volume of solidified ingots are grounded. 2013 Article О выборе рациональных тепловых режимов отливки стальных слитков с дробью / Л.А. Соколовская // Металл и литье Украины. — 2013. — № 9. — С. 32-36. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 2077-1304 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143769 669.18 ru Металл и литье Украины application/pdf Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description Обоснованы рациональные режимы ввода стальной дроби оптимальной дозы и фракции в объем затвердевающих слитков.
format Article
author Соколовская, Л.А.
spellingShingle Соколовская, Л.А.
О выборе рациональных тепловых режимов отливки стальных слитков с дробью
Металл и литье Украины
author_facet Соколовская, Л.А.
author_sort Соколовская, Л.А.
title О выборе рациональных тепловых режимов отливки стальных слитков с дробью
title_short О выборе рациональных тепловых режимов отливки стальных слитков с дробью
title_full О выборе рациональных тепловых режимов отливки стальных слитков с дробью
title_fullStr О выборе рациональных тепловых режимов отливки стальных слитков с дробью
title_full_unstemmed О выборе рациональных тепловых режимов отливки стальных слитков с дробью
title_sort о выборе рациональных тепловых режимов отливки стальных слитков с дробью
publisher Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
publishDate 2013
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143769
citation_txt О выборе рациональных тепловых режимов отливки стальных слитков с дробью / Л.А. Соколовская // Металл и литье Украины. — 2013. — № 9. — С. 32-36. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.
series Металл и литье Украины
work_keys_str_mv AT sokolovskaâla ovyboreracionalʹnyhteplovyhrežimovotlivkistalʹnyhslitkovsdrobʹû
AT sokolovskaâla provibírracíonalʹnihteplovihrežimívlittâstalʹnihzlitkívízdrobom
first_indexed 2025-12-01T02:19:21Z
last_indexed 2025-12-01T02:19:21Z
_version_ 1850270620846129152
fulltext �2 ��МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9 (244) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9 (244) ’2013�2 ��МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9 (244) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9 (244) ’2013 УДК 669.18 Л. А. Соколовская Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев О выборе рациональных тепловых режимов отливки стальных слитков с дробью Обоснованы рациональные режимы ввода стальной дроби оптимальной дозы и фракции в объем затверде- вающих слитков. Ключевые слова: расплав, дробь, плавление, слиток, затвердевание П роблема совершенствования прогрессивных и создания новых технологий в металлургии и ли- тейном производстве является актуальной для получения качественного литого и деформиро- ванного металла [1]�� Решению этой проблемы спо- собствует разработка методик определения темпе- ратурных полей в процессе затвердевания крупных слитков и отливок для получения практических реко- мендаций по управлению структурой и свойствами литого металла�� Температурные поля затвердевающих слитков влияют на ликвацию примесей и их распределение в двухфазной зоне кристаллизации, на удаление неметаллических включений и газовых пузырьков из глубинных объемов расплава в верхнюю часть слитка, а также на усадку литого металла и темпе- ратурные напряжения в твердой корке слитка�� На процесс формирования кристаллической структуры стальных слитков влияют теплофизические пара- метры их затвердевания (начальная температура расплава, скорость охлаждения слитка, градиенты и перепады температуры, ширина двухфазной зоны кристаллизации стали)�� Чтобы получить мелкокрис- таллическую структуру крупных слитков и отливок необходимо интенсифицировать тепловые условия их затвердевания�� Ускорение процесса затвердевания расплава обеспечивает прогрессивная технология суспензи- онной отливки прокатных и кузнечных слитков в чу- гунные изложницы и крупных отливок в литейные формы с введением оптимальной дозы литой дроби в объем разливаемой стали [1-3]�� Достоинством технологического процесса отлив- ки слитков с подачей дроби на струю разливаемой кипящей, полуспокойной и спокойной стали является быстрое снятие начального перегрева поступающего в полость изложницы расплава за счет резкого сниже- ния температуры жидкой стали при расплавлении в ней дробинок�� Главное требование к технологии сус- пензионной отливки стальных слитков с введением в расплав литой дроби – необходимость получения равномерного распределения дробинок-микрохоло- дильников в жидкой стали для создания температур- ных условий объемного затвердевания слитка�� Относительно равномерное распределение дро- бинок-микрохолодильников в расплаве затвердева- ющего слитка обеспечивают устройства ввода [4, 5] литой дроби в струю жидкого металла при разливке стали из ковша по изложницам�� В полости изложни- цы происходит интенсивное циркуляционное пере- мешивание жидкой стали затопленной струей [6]�� Это способствует более равномерному распределе- нию дроби в объеме слитка (рисунок), не допуская возникновения нежелательных сгустков нераспла- вившихся стальных дробинок�� При введении дроби в расплав можно частично или полностью снять его начальный перегрев�� Для выбора оптимальной дозы и фракции литой дроби и режимов ее ввода в расплав применили [7] метод математического моделирования температурных по- лей в системах слиток-изложница и дробь-расплав с учетом изменения температуры разливки стали по изложницам�� Если к моменту заполнения полости изложницы жидкой сталью дробинки-микрохолодильники в объ- еме слитка распределены равномерно, то в распла- ве можно выделить характерную расчетную ячей- ку�� Размеры сферической ячейки зависят от дозы и фракции введенной в расплав дроби�� В центре ячей- ки находится дробинка, окруженная соответству- ющим ей количеством расплава�� Теплофизическая постановка задачи плавления дробинок в расплаве включает дифференциальное уравнение нестационарной теплопроводности, ко- торое описывает изменение температуры в системе дробинка-расплав [7, 8]�� Выделение скрытой тепло- ты плавления дробинок учитывается в эффективной теплоемкости�� Так как в центре расчетной ячейки теп- ловой поток отсутствует, то градиент температуры равен нулю�� В расплаве с дробинками теплообмен между ячейками не происходит�� Поэтому на границе расчетной ячейки тепловой поток и градиент темпе- ратуры тоже равны нулю�� Тепловое сопротивление окисной пленки на поверхности литых дробинок учи- тывается коэффициентом теплообмена между дро- бинками и перемешивающимся расплавом�� Для численного решения теплофизической зада- чи плавления литых дробинок в жидкой стали раз- работали конечно-разностный расчетный алгоритм явно-неявного типа и составили вычислительную Фортран-программу, по которой рассчитали на ПЭВМ нестационарные температурные поля в дискретных 32 33МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9 (244) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9 (244) ’201332 33МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9 (244) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9 (244) ’2013 точках сферической ячейки расплав-микрохолодиль- ник. Теоретическое исследование нестационарных процессов теплового взаимодействия дробинок с расплавом стали провели [8, 9] методом вычисли- тельного эксперимента на ПЭВМ. Расчетным путем определены: температурное со- стояние расплавляющихся стальных дробинок в раз- ные моменты времени; длительность теплового вза- имодействия дробинок с расплавом стали; кинетика образования двухфазной зоны в окружающем каж- дую дробинку расплаве; толщина твердого и двух- фазного слоев гарнисажа на поверхности дробинок; время появления и исчезновения намороженного на дробинках гарнисажа и среднекалориметрическая температура системы микрохолодильник-расплав в условиях перемешивания жидкой стали [9]. Принимая среднекалориметрическую темпера- туру системы дробь-расплав в качестве начальной температуры жидкой стали в затвердевающем слит- ке, получили [10] численное решение на ПЭВМ нели- нейной задачи затвердевания и определили степень влияния начального перегрева расплава на темпе- ратурные поля стального слитка и чугунной изложни- цы. Установили расчетную оценку степени влияния фракции и дозы введенной в расплав дроби на тем- пературное состояние слитка от начала и до конца его затвердевания, на изменение ширины двухфаз- ной зоны, на скорость охлаждения слитка и время его затвердевания, а также на степень нагрева сте- нок изложницы в процессе кристаллизации стали. Процесс теплообмена между затвердевающим слитком, изложницей и окружающей средой явля- ется процессом внешнего теплообмена в системе слиток-изложница, а теплообмен в системе микро- холодильник-расплав в условиях затвердевания слитка – это процесс внутреннего теплообмена меж- ду перегретой над температурой ликвидус жидкой сталью и дробинками. Вариантными расчетами установлено, что воз- можности ускорения процесса затвердевания сталь- ного слитка за счет внешнего теплоотвода через стенки изложницы в окружающую среду ограничены. Увеличение теплопроводности изложницы в 3 раза может сократить время затвердевания слитка лишь на 8 %. Результаты вычислительных экспериментов показали [11, 12], что уменьшение толщины стенок изложницы с 200 до 80 мм и замена серого чугуна изложницы с пластинчатой формой грфита (ЧПГ) на чугун с вермикулярной или шаровидной формой гра- фита (ЧВГ или ЧШГ) не позволяет существенно уско- рить процесс затвердевания стального слитка. Для ускоения затвердевания стального слитка в чугунной изложнице использованы возможности ин- тенсификации внутреннего теплоотвода от расплава к дробинкам-микрохолодильникам. Установили, что при быстром снятии начального перегрева расплава стальными дробинками стенки изложниц разогрева- ются значительно меньше. Это улучшает тепловую работу чугунных изложниц при затвердевании в них стальных слитков. Комплексным исследованием процесса затверде- вания слитка массой 19,2 т при подаче литой дроби на струю разливаемой стали установлено [10, 13], что для полного снятия начального перегрева рас- плава над температурой ликвидус разных марок углеродистой стали достаточно ввести 2,8-3,0 % дроби в расплав, который заполняет полость излож- ницы. При этом время плавления дробинок диамет- ром от 0,5 до 5,0 мм в жидкой стали изменяется от 0,25 до 26 с. Дробинки мелких фракций расплавля- ются в 5-10 раз быстрее, чем крупные. Вычислительные эксперименты показали, что время прогрева стальных дробинок в жидкой стали составляет около 15 % от времени их расплавления в зоне спокойного металла и 23 % – в зоне переме- шивания расплава в объеме слитка. Толщина намо- раживаемого на дробинках разных фракций твердого слоя гарнисажа изменяется от 12 до 15 %, а толщина двухфазного слоя – от 7,8 до 26,3 % их диаметра. Гарнисаж на дробинках оптимальной фракции диа- Рис. Перемешивание расплава с дробью затопленной струей жидкой стали: 1 – разливочная струя; 2 – подача дроби на струю; 3 – расплав с дробинками; 4 – изложница; 5 – уровень расплава в изложнице в начальный момент ввода дроби; 6 – эпюры скоро- стей циркуляционных потоков расплава с дробинками на среднем горизонте слитка; 7 – уровень расплава в момент окончания ввода дробинок-микрохолодильников в жидкую сталь 12 3 4 7 6 5 34 35МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9 (244) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9 (244) ’201334 35МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9 (244) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9 (244) ’2013 метром 3 мм расплавляется в жидкой стали за 2 с. При 1,4 % дроби перегрев расплава снижается с 60 и 30 °С на 27 и 31 °С за 2,1 и 6,2 с. В процессе разливки сверху спокойной и кипя- щей стали в полости изложницы образуются интен- сивные циркуляционные потоки жидкого металла, поэтому плотные дробинки диаметром 3 мм хорошо внедряются вместе с затопленной струей во внут- ренние объемы затвердевающего слитка. При пе- ремешивании жидкой стали в полости изложницы дробинки-микрохолодильники быстрее снимают пе- регрев расплава. Дробинки мелких фракций (мень- ше 3-х мм) быстро плавятся, не достигая глубинных объемов слитка. Полые дробинки крупных фракций литой дроби (больше 3-х мм) с усадочными ракови- нами могут всплывать в верхние слои жидкой стали в изложнице, не попадая в нижние объемы расплава, что приводит к неравномерному снятию перегрева в затвердевающем слитке. На дробинках оптимальной фракции диаметром 3 мм намораживается твердый и твердожидкий слои гарнисажа толщиной до 25 % их диаметра. При плав- лении стальных дробинок вместе с намороженным на их поверхности гарнисажем в расплаве затвер- девающего слитка образуются дополнительные центры кристаллизации по механизму диспергирова- ния литых дробинок в жидкой стали [8]. Это способ- ствует объемному затвердеванию слитка и измель- чению его кристаллической структуры. Струя расплава истекает из ковша под действи- ем ферростатического давления жидкой стали. Из-за большой кинетической энергии разливочной струи увлекаемые циркуляционными потоками дробинки проникают в глубинные объемы слитка. Процесс ин- тенсивного перемешивания расплава затопленной струей способствует равномерному распределению дроби в объеме слитка без образования сгустков нерасплавившихся дробинок-микрохолодильников. Это повышает эффективность теплофизического воздействия дроби на жидкий и кристаллизующий- ся металл по толщине и высоте затвердевающего слитка. В итоге предложен [14] рациональный посли- точный режим ввода литой дроби в расплав стали (от 1,0 до 2,2 %) с учетом неодинакового времени наполнения изложниц разливочного состава. Со- гласно этому режиму при суспензионной разливке стали сверху с подачей дроби на разливочную струю нижнюю и верхнюю части слитков следует отливать без введения в расплав дроби. В момент попада- ния перегретого расплава в нижнюю часть холодной изложницы жидкая сталь быстро охлаждается бла- годаря интенсивному теплоотводу от расплава к поддону и боковым стенкам изложницы. Поэтому донную часть слитка следует отливать без дроби. При наполнении жидкой сталью верхней части из- ложницы необходимо прекратить подачу дроби в расплав, чтобы сохранить в головной части затвер- девающего слитка перегретый жидкий металл, необходимый для подпитки твердожидкой области затвердевающего слитка. В процессе последовательного наполнения жид- кой сталью из ковша 24-х изложниц разливочного состава наблюдали отчетливую зависимость уве- личения времени наполнения каждой изложницы по ходу разливки стали. Это связано с уменьшени- ем ферростатического напора жидкого металла при понижении уровня расплава в сталеразливочном ковше в процессе разливки стали по изложницам. Поэтому время наполнения последних изложниц почти в 2 раза больше по сравнению со временем наполнения первых изложниц (таблица). При понижении зеркала жидкой стали в ковше снижается скорость истечения разливочной струи, что уменьшает скорость подъема зеркала расплава в полости изложницы, увеличивая время ее наполне- ния от момента включения устройства подачи дроби [4] до его отключения. Промежуток времени напол- нения расплавом с дробью каждой последующей изложницы разливочного состава увеличивается по ходу разливки стали. Теоретический анализ температурного состоя- ния затвердевающих слитков с дробью и опытная проверка технологических режимов суспензионной отливки стальных слитков подтверждают эффек- тивность теплофизического воздействия дробинок- микрохолодильников на расплав кристаллизующей- ся стали. Повышение качества литого и деформи- рованного металла связано с тем, что при введе- нии дроби в расплав кипящей, полуспокойной и спокойной стали температурные условия затверде- вания слитков более благоприятны для измельче- ния их кристаллической структуры [15]. В процессе отливки стальных слитков с введени- ем в жидкий металл дроби за счет перемешивания расплава разливочной струей достигается более Временной режим ввода дроби в расплав по изложницам разливочного состава Наименование Номер изложницы 1 2 4 8 12 16 20 23 24 Время, с Начало подачи литой дроби в объем слитка 17 19 20 26 30 34 41 45 47 Момент окончания ввода дроби в расплав 50 52 56 64 75 90 104 119 125 Время введения дроби в объем слитка 33 33 36 38 45 56 63 74 78 Время заполнения полости изложницы жидкой сталью 67 69 72 79 90 105 122 134 138 34 35МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9 (244) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9 (244) ’201334 35МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9 (244) ’2013 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9 (244) ’2013 ЛИТЕРАТУРА 1. Ефимов В. А. Разливка и кристаллизация стали. – М.: Металлургия, 1976. – 552 с. 2. Затуловский С. С. Суспензионная разливка. – К.: Наук. думка, 1981. – 259 с. 3. Кириевский Б. А., Черкасский В. Л. Гранулированный ферросилиций ФС-ГШ в литейном производстве. – К.: Наук. думка, 1984. – 143 с. 4. А. с. № 812419 СССР. МКИ В 22 11/10. Устройство для ввода дроби в струю жидкого металла / Е. Г. Чугунный, А. Д. Пущаловский, В. Н. Сапко и др. – Опубл. 15.03.81, Бюл. № 10. 5. А. с. № 1629150 СССР. МПК В22D 11/16. Устройство для ввода дисперсных материалов в струю жидкого металла / В. А. Ефимов, Л. В. Марушевский, Б. И. Кишко и др. – Опубл. 23.02.1991, Бюл. № 7. 6. Некоторые особенности гидродинамики разливки стали сверху / В. П. Гребенюк, В. П. Осипов, В. Н. Сапко и др. // Проблемы стального слитка. Вып. III. – М.: Металлургия, 1969. – С. 87-91. 7. Соколовская Л. А., Мамишев В. А. О математическом моделировании задач с фазовыми переходами в металлургии и литейном производстве // Процессы литья. – 2009. – № 2. – С. 24-29. 8. Соколовская Л. А., Осипов В. П., Мамишев В. А. Использование математического моделирования при исследовании теплофизических процессов взаимодействия расплава с твердыми добавками // Там же. – 2000. – № 4. – C. 72-78. 9. Соколовская Л. А., Кириевский Б. А., Герштейн Г. И. Тепловое взаимодействие гранул с расплавом стали // Интенсификация литейных технологий. – К.: Изд-во ИПЛ АН УССР, 1989. – С. 22-25. 10. Соколовская Л. А., Осипов В. П., Мамишев В. А. Особенности затвердевания слитков с дробью // Литье и металлургия. – 2005. – № 3. – С. 109-110. 11. Расчет на ЭВМ начальной стадии температурного взаимодействия изложниц со стальным слитком в зависимости от структуры чугуна / Л. А. Соколовская, В. А. Мамишев, Э. В. Захарченко, В. Н. Семененко // Материалосберега- ющие технологии литейного производства. – К.: Изд-во ИПЛ АН УССР, 1984. – С. 99-102. 12. Соколовская Л. А., Мамишев В. А. Оценка математическим моделированием на ЭВМ теплового взаимодействия слитка с изложницей для выбора материала и толщины ее стенки // Матер. докл. VIII науч.-техн. конф. – Тбилиси: Мецниереба, 1989. – С. 14-18. 13. Исследование кинетики кристаллизации слитка низкоуглеродистой кипящей стали, отлитого с применением металлической дроби / В. И. Легенчук, В. Н. Сапко, В. В. Шепелев и др. // Теплофизика стального слитка. – К.: ИПЛ АН УССР, 1980. – С. 99-102. 14. Пат. № 5645 України. МКИ В22D 7/00. Спосіб розливання киплячої сталі / Л. А. Соколовська, В. П. Осіпов, В. А. Мамішев. – Опубл. 15.03.2005, Бюл. № 3. 15. Соколовская Л. А. Эффективность влияния дроби на качество металла слитков кипящей стали // Металл и литье Украины. – 2005. – № 3-4. – С. 112-113. Соколовська Л. А. Про вибір раціональних теплових режимів лиття стальних злитків із дробом Обгрунтовано раціональні режими введення сталевого дробу оптимальної дози та фракції в об’єм твердіючих зливків. Анотація равномерное распределение температуры в объеме стального слитка, что приводит к быстрому снятию перегрева жидкой стали дробинками-микрохоло- дильниками по сравнению с обычными слитками, отлитыми без дроби. Это способствует объемно- му затвердеванию слитка, измельчению его крис- таллической структуры и влияет на выбор момента стрипперования затвердевающих слитков, режимов их охлаждения на воздухе и нагрева под прокатку в нагревательных колодцах. Выводы Предложены технологические рекомендации, в соответствии с которыми в объем крупных слитков (применительно к отливке стальных слитков массой 5-20 т) целесообразно вводить оптимальную дозу стальной дроби в количестве 1,3-1,5 % при опти- мальной фракции дроби 2,5-3,0 мм и применять диф- ференцированный (растянутый во времени) режим ввода дроби в каждый слиток с учетом неодинаковой длительности наполнения изложниц жидкой сталью (при этом донную и головную части слитков необхо- димо отливать без дроби). Полученные результаты теплофизических иссле- дований по разливке стали с дробью могут быть полезны при разработке технологий суспензионной отливки слитков других типоразмеров, непрерывно- литых заготовок и массивных отливок c учетом осо- бенностей конкретного технологического процесса.

Similar Items