На рисунке 4.4 приведена схема изменения структурных зон по высоте непрерывного слитка. Видно, что изменение протяженности структурных зон наблюдается лишь в нижней и верхней частях слитка. На расстоянии 0,5 м от низа слитка, где в отводе тепла значительную роль играет затравка, ширина зоны столбчатых кристаллов значительно меньше, чем в основной части слитка. В верхней части слитка изменение дендритного строения наблюдается на участке, где разливка последних порций металла происходит при более низкой его температуре. Необходимо отметить также, что последние порции металла кристаллизуются после окончания разливки. В этих условиях отсутствует влияние струи металла, характер теплоотвода от головной части слитка существенно отличается от режима охлаждения его основной части, кристаллизующейся при постоянных теплофизических параметрах затвердевания.
Рисунок 4.4 — Схема изменения структурных зон по высоте
непрерывнолитого слитка
При кристаллизации жидкий металл, соприкасаясь с холодными стенками кристаллизатора или изложницы, быстро охлаждается до температуры, при которой имеющиеся на стенках формы и в металле частицы различных примесей являются эффективными центрами кристаллизации.
На выходе из кристаллизатора затвердевшая корочка слитка имеет относительно небольшую толщину, обеспечивающую значительный теплоотвод от жидкой стали. Скорость роста твердой фазы сохраняет высокое значение и определяется интенсивностью отвода скрытой теплоты кристаллизации. Концентрационное переохлаждение перед фронтом затвердевания недостаточно для зарождения новых кристаллов. В этих условиях формируется зона транскристаллизации слитка. С увеличением толщины затвердевшей корочки слитка возрастает ее термическое сопротивление, температурный градиент на границе раздела твердой и жидкой фаз уменьшается, и скорость роста кристаллов замедляется. Обогащение расплава ликвирующими примесями также способствует уменьшению скорости роста кристаллов. Происходит выравнивание температуры по сечению слитка и увеличение протяженности зоны концентрационного переохлаждения.
В этот период затвердевания слитка в жидкой его сердцевине, температура которой близка к температуре кристаллизации сплава, имеется определенное количество центров кристаллизации в виде обломков дендритов, неметаллических включений и примесей. Такие условия благоприятны для зарождения кристаллов в жидкой фазе перед фронтом затвердевания. Отдельные кристаллики двухфазной зоны перемещаются вниз под действием гравитационных сил и конвективных потоков, а также к центру слитка вследствие направленного движения расплава от периферии.
Твердая составляющая зоны двухфазного состояния представляет собой капиллярно-пористое тело, в котором сообщающиеся капилляры различного сечения расположены между растущими кристаллами зоны транскристаллизации и заполнены жидким металлом.
Вследствие избирательной кристаллизации выпадающие кристаллы окружены жидкостью, обогащенной примесями. Жидкость среднего состава смачивает растущие кристаллы лучше, чем жидкость, обогащенная примесями, так как последняя по химическому составу больше отличается от образовавшейся твердой фазы.
Под действием возникшего капиллярного потенциала маточный раствор среднего состава, продвигаясь по узким капиллярным каналам от центра к периферии, вытесняет обогащенную примесями жидкость в соседние, более широкие каналы и по ним к центру слитка. Движение обогащенной ликватами жидкости от периферии к центру в результате выдавливания и действия капиллярного потенциала приводит к перемещению в том же направлении кристалликов твердо-жидкой зоны. Перемещающиеся кристаллики не оказывают сопротивления росту кристаллов в направлении к центру слитка, и последние продолжают развиваться в виде столбчатых дендритов.
На протяженность и соотношение структурных зон в слитке существенно влияют химический состав стали, ее температура и скорость разливки, материал и температура формы. При определенном химическом составе стали интенсивность и равномерность теплоотвода являются основными факторами, изменяя которые можно получить тот или иной тип кристаллической структуры.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.