Характеристика машины непрерывного литья заготовок и технология непрерывной разливки стали. Экспериментальные исследования процессов затвердевания и охлаждения заготовок на МНЛЗ, страница 3

В качестве термоэлектродов исполь­зовали термопары из вольфрамрени-евой проволоки (ВР-5/20) диаметром 0,5 мм. Данные термопары имеют ста­бильную характеристику, высокие зна­чения термоэдс в области высоких температур (23 мВ при 1500 °С) и срав­нительно высокие при низких тем­пературах (12...14 мВ при 800...900 °С), что позволяет точно измерять темпера­туру в корке заготовки в период за­твердевания, а также при охлаждении ее после затвердевания. Для защиты

рабочих слоев термопар использована  корундовая засыпка, обладающая вы­сокой жесткостью в расплавленной стали. Предварительный нагрев блока термопар до 800...1000 °С и защита металлическим чехлом позволяют смягчить тепловой удар при погружении в сталь. Для изоляции металлических час­тей блока от расплава и повышения жесткости конструкции на наружную поверхность корпуса блока наносилась огнеупорная обмазка, армированная стальной проволокой.

Так как МНЛЗ радиального типа, был использован гибкий термоблок. В качестве вторичного прибора применен трехка-нальный самопишущий потенциометр SE-460 при градуировке 10...25 мВ (730... 1630 °С).

Низкая тепловая инерционность примененного термодатчика [22] исключает возможность «проскочить» интервал кристалли­зации ti — Ts.

Исследовано изменение температуры в различных точках се­чения непрерывнолитых заготовок из углеродистых и легирован­ных сталей в процессе затвердевания и охлаждения. Результаты исследований приведены в работах [1, 2, 21].

В качестве примера на рис.4 показана динамика темпера­тур в следующих точках сечения непрерывнолитой заготовки из стали 70 К: середина промежуточной зоны (точка /), центр (точка 2), вблизи середины широкой грани (точка 3). Сечение заготовки 250x300 мм. Обращает на себя внимание характер изменения температур в точках 2 и 3: значительная турбулент­ность расплава в кристаллизаторе и конвективные потоки на протяжении первой половины зоны вторичного охлаждения (ЗВО) определили примерное равенство температур в точках 2 и 3. В дальнейшем до конца зоны вторичного охлаждения проис­ходит резкое снижение температуры в точке 3, после чего она стабилизируется в диапазоне 1150...1250 °С.

Рис. 4 Изменение температуры в процессе затвердевания и охлаждения не­прерывнолитой заготовки сечением 250x300 мм, скорость разливки 0,72 м/мин

Монотонное снижение температур в точках 1 и 2 соответст­венно до 1300 и 1400 °С на уровне 10,5 м технологической длины МНЛЗ сменяется их резким разогревом на 40 и 100 °С. Несколько меньшее повышение температуры зафиксировала термопара в точ­ке 3. Разогрев, по-видимому, объясняется возможным разруше­нием дендритного моста и поступлением на этот уровень маточ­ного расплава с большим теплосодержанием.

На рис.5 представлены опытные температурные кривые, характеризующие затвердевание кордовой стали, при этом измере­ния производились в других точках сечения по сравнению с рис. 4

Рис 5. Изменение температуры в процессе затвердевания и охлаждения не­прерывнолитой заготовки сечением 250x300 мм кордовой стали 70К, скорость разливки 0,78 м/мин

Характер изменения температур в точках / и 3 свидетельствует о примерном равенстве интенсивности охлаждения большого и малого радиусов заготовки. При этом на всем протяжении экс­перимента значения температуры в точках 1 и 3 стабилизирова­лись в диапазоне 1200...1300 °С. Анализ температурной кривой 2 показывает, что уже на отметке 7 м технологической оси маши­ны произошло смыкание «дендритного моста», который, как и в предыдущем случае, разрушился. В дальнейшем, по-видимому, процесс затвердевания принимает объемный характер.

В работах [21, 23, 24] приведены результаты промышленных экспериментов по термометрированию непрерывнолитых загото­вок различного сечения кордовых марок сталей 70...80 К в процессе затвердевания и охлаждения на МНЛЗ № 3. Условия проведения экспериментов и полученные данные приведены в табл.1

Таблица 1. Условия проведения и результаты экспериментов

			Темпера-		Расход	Расход
Номер	Марка	Размеры	тура стали	Скорость	воды пер-	воды вто-
опыта	стали	заготовки,	в пром-	разливки,	вичного	ричного	Тк, МИН	I. м
		мм	ковше, °С	м/мин	охлажде-	охлажде-
					ния, л/мин	ния, л/мин
1	70К	250x300	1510	0,63	1650	91	25,1	15,8
2	70К	300x400	1520	0,58	1700	95	35,1	20,1
3	75К	250x300	1520	0,70	1680	90	25,2	17,6
4	80К	250x300	1500	0,78	1620	90	22,5	17,6
5	80К	250x300	1515	0,67	1645	92	23,3	15,6

Полную продолжительность затвердевания т_к и глубину неза­твердевшей части заготовки L определяли по характеру измене­ния температур вблизи от центра сечения заготовки. Получен­ные данные позволяют правильно выбрать необходимую ско­рость литья, равную L / т_к.

При сопоставлении данных о «металлургической длине» заго­товок L с размерами радиального участка и зоны разгиба МНЛЗ (см. рис.2) можно сделать вывод о том, что на участок ТУ-1 (тянущее устройство № 1) заготовки поступают при наличии не­которого остатка жидкой фазы в осевой зоне. Вместе с тем к на­чалу участка охлаждения ТУ-II во всех зафиксированных случаях заготовки поступают в полностью отвердевшем состоянии.

Скорость затвердевания заготовок в значительной мере опре­деляется интенсивностью водяного струйного охлаждения в зоне вторичного охлаждения. Для того чтобы определить необходи­мый расход воды в зонах вторичного охлаждения, необходимо знать зависимость коэффициента теплоотдачи на поверхности заготовок от расхода воды охлаждающих водяных форсунок. Указанная зависимость определяется для каждого типа МНЛЗ на основании сопоставления сведений о температурном поле заго­товок с расходными данными форсунок на отдельных участках ЗВО. Определение температурного поля непрерывнолитых заго­товок осуществляется на основе соответствующей задачи тепло­проводности для затвердевающих заготовок с учетом их химиче­ского состава, размеров поперечного сечения и условий внеш­него охлаждения на различных участках МНЛЗ.

Анализ проведенных экспериментов показал, что в целом получена реальная картина затвердевания и охлаждения иепре-рывнолитых заготовок, а также условий формирования слитка при непрерывном литье (продолжительность затвердевания, глу­бина металлической ванны, ширина двухфазной зоны, локальное переохлаждение отдельных участков заготовок).

Данные термометрического анализа являются исходным ма­териалом для математического анализа процессов затвердевания и охлаждения непрерывнолитых заготовок с целью прогнозиро­вания рациональных режимов непрерывного литья.