Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ РАЗЛИВКИ СТАЛИ



Разливка стали является завершающим этапом технологического
процесса. В связи с этим технология разливки во многом определяет качество и выход годных слитков или непрерывно литых заготовок, выпускаемых цехом.

Основные цели исследований процессов разливки стали тесно связаны
с главными народнохозяйственными задачами повышения эффективности
производства и улучшения качества продукции. Цели исследований более
детально могут быть разделены на следующие группы.

1. Разработка новых эффективных способов разливки. К таким способам относится непрерывная и полунепрерывная разливка, разливка в вакууме, под шлаками, теплоизолирующими смесями и др.

2.Улучшение организации разливки. Обеспечивается главным образом внедрением нового оборудования и технологических приемов, например заменой стопоров шиберными затворами, использованием набивной футеровки ковшей взамен кирпичной и др.

3.Повышение пропускной способности разливочных пролетов. Обусловлено постоянно растущей производительностью сталеплавильных агрегатов. Достигается в основном в результате увеличения развеса слитков и повышения скоростей разливки стали.

4.Повышение выхода годного металла из слитка. Обеспечивается в результате совершенствования способов утепления головной части, применения новых способов утепления слитков спокойной стали, а также закупоривания и стабилизации окисленности слитков кипящей и полуспокойной стали. В наибольшей степени выход годного увеличивается при переходе на непрерывную разливку.

5. Улучшение состояния поверхности слитков и заготовок.
Достигается уменьшением или устранением таких поверхностных дефектов, как плены, трещины, завороты корки, пузыри. Для этого используют различные способы разливки под шлаками и защитными средами, совершенствуют температурный и скоростной режимы наполнения изложниц, изменяют их конструкции, улучшают организацию струи стали, поступающей

в изложницу.

6. Получение слитков с минимальной химической и структурной
неоднородностью. С этой целью применяют различные внешние
воздействия при разливке стали, изменяют конфигурацию слитка, совершенствуют технологию выплавки, раскисления и разливки металла.

7. Повышение механических и других служебных свойств стали.
Основными методами являются совершенствование технологии выплавки и раскисления стали, уменьшение содержания вредных примесей в ней, а также изменение химического состава и ее последующей термической обработки. Последние два метода больше относятся к областям металловедения и термообработки.

При изучении процессов разливки стали широко используются все
основные виды исследований; теоретические. лабораторные, полупромышленные и промышленные.

Теоретические исследования направлены главным образом на создание
математических и физико-химических моделей гидродинамических, тепло- и
массообменных процессов при наполнении изложниц, кристаллизаторов и
затвердевании слитка; они сводятся к расчетам по разработанным или уже
известным моделям. С помощью гидродинамических расчетов определяют
скорости струи металла на выходе из стакана и входе в изложницу или
кристаллизатор, потерн напора в стаканах и литниковых каналах, скоростные
поля жидкости в изложницах и кристаллизаторах. Данные о скоростных
полях необходимы для вычисления теплоотдачи от жидкого металла к
затвердевшей корке слитка. Для этого могут быть использованы математические модели гидродинамических процессов В.А.Ефимова.

Теплотехнические расчеты затвердевания слитков необходимы для
определения скоростей и времени затвердевания слитка при различных
условиях охлаждения, установления режимов возникновения термических
напряжений и некоторых дефектов.

При исследовании взаимодействия примесей между собой и с
окружающей атмосферой, образования неметаллических включений в слитке прибегают к термодинамическому анализу термодинамических процессов, протекающих в жидкой стали при отливке и затвердевании слитка. Для таких расчетов используют общеизвестные положения термодинамической динамики – термодинамики сплавов.

Широкое использование ЭВМ позволяет решать целый ряд сложных
задач связанных с процессами тепло- и массообмена в период отливки и
затвердевания слитков, что даст возможность разрабатывать математические
модели процессов с переменными теплофизическими свойствами веществ и
сложными граничными условиями. Чем полнее данные о механизме
исследуемых процессов, тем точнее получается модель, а ее решение ближе к
реальности, однако в этом случае усложняется разработка алгоритма решения проблемы.

При лабораторных исследованиях разливки стали применяются
различные виды моделирования. Процессы, связанные с перемещением
жидкого металла, изучаются с помощью холодного (гидравлического)
моделирования. Последнее проводится при исследовании наполнения
ковшей жидкой сталью, влияния конструкций стаканов и затворов на
характер истекающей струи, проведения струи жидкой стати, распределения
потоков (скоростных полей) в изложницах и кристаллизаторах.
Гидравлическое моделирование всех этих процессов лучше всего
производить на специальной установке, включающей модели ковша и
изложницы или кристаллизатора. Чтобы уменьшить расход воды, установка
должна иметь замкнутый цикл водоснабжения, материал модели выбирают,
исходя из изучаемых процессов. Для лучшего визуального наблюдения
модели, желательно делать полностью или частично из прозрачных
материалов.

Исследования процессов наполнения ковшей сводится в основном к
изучению скоростей перемешивания; определению эффективных коэффициентов диффузии, влияния перемешивания на скорости растворения

различных присадок, вводимых в ковш. Скоростные полужидкости в ковше можно замерять трубками Пито и различными трассерами. Скорости усреднения состава жидкости и растворения присадок целесообразно определять электрохимическими методами.

При изучении истечения жидкости через различные насадки (стаканы, затворы) модели последних могут выполняться как из прозрачных, так и непрозрачных материалов. При этом исследуется влияние конструкции и формы насадок на характер (организацию) струи жидкости и скоростных
полей в изложницах или кристаллизаторах. Основными методами фиксации
характера струи является скоростная киносъемка и фотографирование с
очень короткими выдержками (1/1000 с и менее). Такое моделирование
позволяет выбрать конструкцию насадки, обеспечивающую требуемый
характер струи или циркуляции жидкости.

Изучение скоростных полей жидкости в изложницах и кристаллизаторах дает возможность установить характер циркуляции при их наполнении и места наибольшего теплового воздействия на кристаллизующуюся корку слитка, определить особенности заноса твердых или жидких частиц вглубь металла при разливке под шлаками или твердыми смесями. Модели для этого следует изготавливать с прозрачными стенками. Характер циркуляции лучше изучать с помощью трассера, а скоростных полей - трубками Пито.

Методами горячего моделирования (при температурах
сталеплавильных процессов) изучаются реакции взаимодействия
составляющих жидкою металла между собой и с окружающей средой при
разливке и затвердевании стали. При этом могут исследоваться физические
свойствами метла и шлаков: вязкость, поверхностное натяжение, плотность.
Эти данные необходимы для выбора оптимального состава шлаковых смесей
при разливке металла под ними.

Физико-химические соединения жидкой стали с контактирующими
средами (вторичное окисление образование неметаллических включений,
растворение примесей) лучше исследовать в лабораторных условиях, так как
при этом можно устранить или свести к минимуму побочные факторы,
искажающие действительную картину процессов. Для проведения таких
исследований используется обычное лабораторное оборудование.

Изучение теплового взаимодействия стали с изложницами и
кристаллизаторами в лабораторных условиях дает возможность более точно
определить температурные поля в слитках и изложницах и их поведение при
затвердевании стали. Однако размеры слитков ограничены вместимостью лабораторных плавильных печей, что затрудняет использование полученных результатов при изучении затвердевании реальных слитков.

На установках электрогидротепловой аналогии можно осуществлять математическое моделирование затвердевания слитков с некоторыми
неизвестными граничными условиями (температура наружной поверхности

математическое моделирование затвердевания слитков слитка, ширина зазора между слитком и изложницы). Последнее затем определяют по результатам моделирования.

Промышленные и полупромышленные исследования проводят путем
отливки отдельных слитков или целых плавок по опытной технологии. На
основе полученных результатов изучают различные процессы, протекающие
при отливке и затвердевании слитка. Основные элементы опытной
технологии намечают, руководствуясь целью поставленной на основании
обзора литературных данных, результатов теоретических и лабораторных
исследований. Такими элементами могут быть новые скоростные и
температурные режимы разливки. Конструкции изложниц и другого
разливочного оборудования, способы утепления головной части слитка,
защита поверхности металла различными шлакообразующими и
утепляющими смесями, приемы закупоривания слитков полуспокойной и
кипящей стали и другие. Процессы, связанные с отливкой и затвердеванием
слитка, изучают для определения влияния новых элементов технологии.

Разливка в производственных условиях изучается с помощью
следующих методов.

Хронометраж операций позволяет фиксировать время операций,
связанных с разливкой. Для определения скорости наполнения отдельных
частей изложницы на внутренней ее поверхности наносятся метки или
подвешиваются маячки нужной длины из толстой проволоки, затем
измеряется время перемещения уровня металла между метками и маячками.

Визуальные наблюдения используются для определения характера
струи и поведения металла в изложницах и кристаллизаторах в период их
наполнения и затвердевания слитков. Отмеченные особенное™ фиксируются
в рабочем журнале.

Фото н киносъемка проводится для установления организации струи,
процессов на струе и поведения металла в изложницах и кристаллизаторах.
При фото и киносъемке жидкой стали следует применять соответствующие
светофильтры (обычно синие). Для определения величин требуемых
выдержки диафрагмы, необходимо выполнить несколько пробных снимков.

Отбор проб металла выполняется для определения химического состава стали, содержания и состава неметаллических включений и газов в ковше, изложницах или кристаллизаторах. Пробы на химический состав могола извлекаются ложками или пробницами. Для взятия проб на неметаллические включения и газы и ковшей, изложниц или кристаллизаторов следует использовать пробницы, закрытые деревянной или керамической пробкой. Небольшие пробы металла отбираются небольшими трубками из кварца или тугоплавкого стекла с помошыо вакуум-отсоса, а также трубками с предварительно созданным в них вакуумом.

Измерения температур проводятся для изучения особенностей
теплообменных процессов между металлом и окружающей средой и
установления их влияния настроения слитка и возникновения различных его
дефектов. Кратковременные замеры температуры жидкого металла можно
производить обычными термопарами погружения, но при этом возникают
трудности с попаданием в требуемую точку замера. Для длительной замеры
температуры металла применяют термопары, заделанные в футеровку ковша,
стенки изложницы или плавающие на поверхности металла. Плавающие
термопары заделывают в блоки из огнеупорных материалов, обычно
шамотных, и опускают на поверхность металла в изложницах и
кристаллизаторах. В одном блоке может быть установлено несколько
термопар на определенном расстоянии друг от друга.

Для замеров температуры в теле затвердевающего слитка используются
стационарно установленные термопары, пропущенные через стенку
изложницы. Значительные трудности возникают при замере температур во
внутренних объемах затвердевающего непрерывного слитка, так как он
перемещается относительно кристаллизатора. Для этого блоки термопар
вмораживают в корку в верхних горизонтах слитка, и они попадают внутрь
при его вытягивании. В случае длительных замеров особые требования по
стойкости предъявляются к материалу защитных чехлов. Слитки, в которые
были заделаны термопары, дальнейшей переработке не подвергаются, а идут
в отходы.

Температуры стенок изложниц и кристаллизаторов замеряются с
помощью блоков термопар, вставляемых в соответствующие места стенок
для регистрации температур, используются переносные и самопишущие
потенциометры. При быстро меняющихся температурных состояниях можно
применять многошлейфные осциолографы, однако точность замеров при
этом уменьшается.

Выливание жидкой сердцевины слитка дает возможность изучать
кинетику и затвердевания и образования поверхностных дефектов. Для
выливания металла из сквозных изложниц через небольшой промежуток
времени после конца наполнения (до 1 минуты) ее достаточно приподнять
краном, в других случаях изложницу опрокидывают. Такие операции следует
производим, на специально подготовленном участке с ограждением.

Применение радиоактивных изотопов дает возможность изучить
кинетику затвердевания слитков и процессов массопереноса в них. Чаще
других используются изотопы Р и S. Для фиксации фронта затвердевания
изотопы вводятся в жидкую фазу затвердевающего слитка в требуемые
моменты времени. Для исследования процессов массопереноса изотопы
вносят в определенные объемы жидкой сердцевины, а из ответствующих
мест отбирают пробы металла на радиоактивностью. После затвердевания
слитка из него вырезают темпплеты и с них снимают авторадиограммы,
которые подвергаются исследованию.

При изучении отдельных процессов иногда возникает необходимость в
получении специфической информации, для чего приходится разрабатывать
новые или видоизменять существующие методы исследований. Так, в
последние годы в исследованиях разливки стали начинают использоваться
различные электронные системы, тензометрические датчики, проникающие
излучение ультразвук, сложные оптические системы, лазеры. Некоторые из
них применяются пока еще только в лабораторных условиях, но в
перспективе они могут быть использованы и в производственных.

 

 

ЛИТЕРАТУРА

Баптизманский В.И. «Основы научных исследований в черной металлургии» изд. Киев 1986 г. 244 стр.

 

 

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.