книги из ГПНТБ / Непрерывная разливка стали на радиальных установках
..pdfНЕПРЕРЫВНАЯ РАЗЛИВКА СТАЛИ НА РАДИАЛЬНЫХ УСТАНОВКАХ
НЕПРЕРЫВНАЯ РАЗЛИВКА СТАЛИ НА РАДИАЛЬНЫХ УСТАНОВКАХ
МОСКВА «МЕТАЛЛУРГИЯ»
1 9 7 4
УДК 669.18 : 621.746.5.04?
В. Т. СЛАДКОШТЕЕВ, Р. В. ПОТАНИН, О. Н. СУЛАДЗЕ, В. С. РУТЕС
УДК 669.18 : 621.746.5.047
Непрерывная разливка стали на радиальных установках. С л а д к о - ш т е е в В. Т., П о т а н и н Р. В., С у л а д з е О. Н., Р у т е с В. С.
М., «Металлургия», 1974, 288 с.
Рассмотрены конструкции установок непрерывной разливки стали радиального (криволинейного) типа, изложены результаты теоретического и экспериментального исследований особенностей гидродинамических и теплофизических процессов при затвердевании криволинейных слитков. Приведены детальный анализ явлений фи зической и химической неоднородности литого металла и результа
ты исследований качества проката. |
метал |
|
Предназначается для инженерно-технических работников |
||
лургических заводов и научно-исследовательских институтов; |
может |
|
быть полезна |
студентам вузов соответствующих специальностей. |
|
Ил. 113. Табл. |
24. Список лит.: 268 назв. |
|
© Издательство «Металлургия», 1974.
Н |
31005—091 |
36—74 |
|
|
040(01)—74 |
ОГЛАВЛЕНИЕ
П редисловие |
.............................................................................................. |
|
|
|
|
5 |
|
Г л а в а |
I. |
КОНСТРУКЦИЯ РАДИАЛЬНЫХ УНРС |
|
7 |
|||
1. Металлургическая сущность процесса на установках ради |
7 |
||||||
ального типа .................................................................................. |
|
|
|
|
|||
2. Радиальные УНРС без деформации заготовки до полного |
|
||||||
затвердевания .................................................................................... |
|
|
|
|
20 |
||
3. Радиальные УНРС с деформацией заготовки до окончания |
|
||||||
затвердевания .................................................................................... |
|
|
|
|
47 |
||
4. Радиальные |
УНРС с |
обжатием отливаемой |
заготовки . |
. |
54 |
||
Г л а в а |
II. |
ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ |
И |
ТЕПЛО |
|
||
|
|
ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ЗА |
|
||||
|
|
ТВЕРДЕВАНИИ ЗАГОТОВОК НА РА |
|
||||
|
.............................. |
ДИАЛЬНЫХ У Н Р С |
|
|
61 |
|
|
1. Гидродинамические процессы в жидкой лунке криволиней |
61 |
||||||
ного с л и т к ...................................................а |
|
|
|
|
|||
2. Теоретические закономерности теплообмена |
в |
радиальных |
|
||||
кристаллизаторах .............................................................................. |
|
|
|
|
82 |
||
3. Экспериментальные исследования теплопередачи. . . . |
|
ПО |
|||||
4. Теплоотдача |
в зоне |
ролико-форсуночного |
вторичного ох |
|
|||
лаждения ............................................................................................. |
|
|
|
|
|
118 |
|
5. Теплообмен между слитком и шагающими балками в зоне |
125 |
||||||
вторичного .............................................................. |
охлаждения |
|
|
|
|||
6. Затвердевание криволинейного непрерывного слитка . . |
. |
128 |
|||||
7. Влияние кинетики затвердевания на выбор допустимых ра |
145 |
||||||
диусов |
кривизны .........................................................заготовки |
|
|
|
|||
8. Экспериментальное воспроизведение внутренних трещин or |
|
||||||
изгиба |
незатвердевшего .............................................сл и т к а |
|
|
151 |
|
1* Зак. 627 |
3 |
Г л а в а |
III. |
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ |
|
|||
|
|
|
КРИСТАЛЛИЗАЦИИ |
КРИВОЛИНЕЙ |
|
|
|
|
|
НЫХ ЗАГОТОВОК |
.................................... |
164 |
|
1. |
Особенности образования литой структуры при кристалли |
|
||||
|
зации |
.................................................................................................... |
|
|
|
164 |
2. |
Теоретическая модель процесса кристаллизации . . . . |
176 |
||||
3. |
Явления сегрегации неметаллических |
включений при от |
|
|||
|
ливке |
..................................................................................................... |
|
|
|
192 |
4. |
Методы воздействия на явления сегрегации неметалличе |
|
||||
|
ских |
включений ............................................................................. |
|
|
208 |
|
5. |
Газы |
в непрерывном криволинейном с л и т к е .......................... |
230 |
|||
6. |
Неоднородность |
химического |
с о с т а в а ........................................... |
256 |
||
Г л а в а |
IV . |
КАЧЕСТВО |
С Т А Л И ........................................... |
261 |
||
1. |
Неоднородность |
механических |
свойств |
литого металла . |
261 |
|
2. |
Однородность |
механических |
свойств п р о к а та ........................... |
269 |
||
Список |
литературы .................................................................................... |
|
|
278 |
ПРЕДИСЛОВИЕ
LJ а современном этапе развития металлургии при ' Jстроительстве новых металлургических заводов и новых сталеплавильных цехов на действующих заводах (если на последних отсутствуют обжимные станы или их мощность недостаточна) в качестве основного способа разливки стали принимают непрерывную разливку. По этому особенно актуальной задачей является значитель ное повышение эффективности непрерывной разливки
стали.
До 1962 г. на всех установках непрерывной разливки стали (УНРС) слиток располагался вертикально. Уста новки подобного типа получили название вертикальных. Опыт строительства и эксплуатации крупных промыш ленных установок с вертикальным расположением слит ка показал, что они имеют ряд крупных недостатков. Одним из очевидных недостатков является большая строительная высота (30—40 м) вертикальных УНРС. В случае необходимости на построенной вертикальной УНРС нельзя увеличить скорость разливки, невозможно получить мерные заготовки большой длины. Совмеще ние непрерывной разливки с прокаткой также исключа ется. Известные трудности возникают и при эксплуата ции таких громоздких установок и их строительстве.
Наиболее перспективны в этом отношении УНРС ра диального типа, первый в мире образец которых создан в 1962 г. в СССР Украинским научно-исследовательским институтом металлов (УкрНИИмет). Отличительной чертой радиальных установок является отливка криво линейного непрерывного слитка. Радиальные установки имеют незначительную высоту, позволяют получать слитки любой мерной длины, совмещать процесс разлив ки с прокаткой литой заготовки, повышать скорость раз ливки без существенного увеличения высоты установки.
Научно-исследовательские, проектно-конструкторские и опытно-промышленные работы, проведенные УкрНИИметом, ВНИИметмашем, ЦНИИЧМ, Уральским заводом тяжелого машиностроения, Руставским металлургиче ским заводом, Нижне-Тагильским металлургическим комбинатом и другими предприятиями и организациями, привели к внедрению в промышленность радиальных УНРС; приняты решения о строительстве радиальных
5
установок на ряде крупнейших металлургических заводов.
В связи с широким внедрением непрерывной разлив ки стали на установках радиального типа представля ется своевременным сделать анализ и теоретическое обобщение работ, проведенных почти за десятилетний период разработки этого процесса. В предлагаемой кни ге предпринята попытка изложить методику выбора ос новных параметров радиальных УНРС, проанализиро вать результаты исследования гидродинамики непрерыв ной разливки в радиальный кристаллизатор, познакомить читателей с закономерностями затвердевания криволи нейных непрерывных слитков, показателями качества металла и особенностями технологического процесса.
Авторы выражают глубокую благодарность за по мощь в организации опытов и проведении исследований академику А. А. Целикову, проф., докт. техн. наук Г. Л. Химичу, проф., докт. техн. наук И. С. Три-
шевскому.
Глава I написана Р. В. Потаниным, В. Т. Сладкоштеевым, В. С. Рутесом, главы II и III написаны В. Т. Сладкоштеевым, глава IV — В. Т. Сладкоштеевым, Р. В. Потаниным и О. Н. Суладзе. Авторы заранее бла годарны за все замечания по этой книге, которые просят
направлять |
по |
адресу: Москва, Г-34, 2-й Обыден |
ский пер, д. |
14, |
изд-во «Металлургия». |
Г л а в а 1
КОНСТРУКЦИЯ РАДИАЛЬНЫХ УНРС
1. МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА НА УСТАНОВКАХ РАДИАЛЬНОГО ТИПА
Понятие УНРС радиального типа охватывает не сколько разновидностей конструкций установок, имеющих общую принципиальную металлургическую сущность. Радиальными называются все УНРС, на ко торых отливаемая заготовка в течение всего периода (или части его) затвердевания находится в криволиней ном положении. Следует подчеркнуть, что УНРС, на ко торых заготовке придается криволинейное положение после ее полного затвердевания, не относятся к типу ра
диальных.
Рассмотрим более подробно принципиальную метал лургическую основу процесса непрерывной разливки на радиальных установках. В условиях обычной разливки стали в изложницы при заданной массе слитка его раз меры определяются отношениями H/D, H/F, где Н — длина слитка; D — средний диаметр слитка; F — сред няя площадь поперечного сечения слитка. С учетом тре бований, предъявляемых к качеству слитка, и условий разливки значения отношения длины к диаметру слитка находятся в пределах 1,8—4,0 [1—3]. Следовательно, при увеличении массы длину слитка можно увеличить, одновременно изменяя размеры поперечного сечения. Требованиям же прокатки значительно больше удовлет воряет увеличение массы слитка без существенного уве личения размера поперечного сечения, т. е. изменение его длины. Однако в условиях обычной разливки стали в из ложницы этого сделать нельзя, так как нарушение уста новленного соотношения Я/Z) при увеличении только длины слитка способствует ухудшению макроструктуры II повышению неоднородности слитка.
Вследствие низких допустимых значений отношения длины слитка к его диаметру при разливке стали в из ложницу не возникал вопрос о каком-либо другом рас-
7
положении продольной оси слитка кроме вертикального. В решение этой задачи не было необходимости.
Противоречия требований к стальному слитку пол ностью устраняются при непрерывной разливке стали. Непрерывные слитки (литые заготовки) можно полу чить практически любой длины и минимального попереч ного сечения. В условиях непрерывной разливки стали большое значение приобретает профиль продольной оси непрерывного слитка, так как при этом отношение дли ны жидкой фазы к размерам поперечного сечения дости гает огромных величин. Длина жидкой фазы /,ж, как это установлено исследованиями [4—12]1, для опреде ленной марки стали, толщины слитка и интенсивности теплоотвода пропорциональна скорости разливки.
*-ж = ** », |
( 1) |
где V— скорость вытягивания слитка или линейная ско рость разливки, м/мин;
Тз — время полного затвердевания слитка, мин. Основным фактором, определяющим продолжитель
ность затвердевания непрерывного слитка, является его толщина (диаметр). Кроме того, значение имеют про филь поперечного сечения (круг, квадрат, прямоуголь ник), условия вторичного охлаждения, температура ме талла и теплофизические свойства разливаемой стали.
Скорость разливки теоретически определяют исходя из ряда ограничений, основными из которых являются напряжения вдоль непрерывного слитка, обусловленные силами трения в кристаллизаторе, напряжения, возника ющие вследствие гидростатического давления, и терми ческие напряжения, которые возрастают с ростом интен сивности охлаждения слитка. Для определения предель ной скорости разливки, при которой не возникают на ружные горячие трещины на слитках, можно восполь зоваться формулой [6]
V = |
(2) |
Р (ßyc ^ср У аус^2 tfmax)
где tcр — средняя температура корки, °С;
1 Р у т е с В. С. Вопросы теории и технологии непрерывной раз ливки стали. Автореф. докт. дне. М., 1967.
8
Е — модуль упругости, |
Н/м2 |
(кгс/см2) ; |
условий |
|||||
А — постоянная величина, |
зависящая от |
|||||||
охлаждения слитка, град-см2/мин; |
|
|
||||||
В — коэффициент |
прочности, зависящий от соста |
|||||||
ва стали, Н/(м2-град) |
[кгс/(см2-град)]; |
|
||||||
D — величина, характеризующая |
поперечное сече |
|||||||
ние слитка; |
|
|
|
|
|
|
|
|
бтах — максимальная пластичность; |
|
|
|
|||||
О = С (С2 + |
4 С — 4)2 . |
|
|
|
|
|
|
|
16 (С2 + |
2 С — 2)3R2 ’ |
|
|
|
|
|
|
|
С — отношение |
сторон |
поперечного |
сечения |
слитка; |
||||
R — половина толщины слитка, см; |
|
|
|
|
||||
р — плотность жидкого металла, кг/см3; |
|
|
||||||
öyc — коэффициент линейной усадки, |
1/°С. |
|
|
|||||
Формулу (2) трудно использовать для расчетов пре |
||||||||
дельных скоростей разливки, |
так как отсутствуют |
на |
||||||
дежные данные о величине модуля |
упругости |
металла |
||||||
при температурах, соответствующих |
|
критическому |
ин |
тервалу образования горячих трещин, а также нет дан ных о постоянной величине А и коэффициенте прочнос ти В.
Для определения предельных скоростей разливки квадратных слитков (без учета влияния скорости на ка чество слитка) выведена другая формула [7]:
а
(3)
где и — скорость разливки, м/мин; Н — длина активной зоны кристаллизатора, см;
а— сторона квадрата, см;
ц— коэффициент трения.
Расчеты по формуле (3) предельных скоростей раз ливки в зависимости от размера квадратного сечения показали, что фактически достигнутые скорости разлив ки в 2—3 раза ниже теоретических предельных ско ростей.
Обычно считают, что количество металла, которое может быть разлито за единицу времени (через один
9