К ВОПРОСУ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ПРИ РАЗЛИВКЕ СТАЛИ В ИЗЛОЖНИЦУ СВЕРХУ

Аннотация

Актуальность этого исследования обусловлена фундаментальным противоречием между массовым характером металлургического производства и растущими требованиями тяжелого машиностроения к крупным слиткам массой 50–300 т для критически важных деталей энергетического и судостроительного оборудования. При кристаллизации массивных объемов расплава неизбежно образуются ликвационные неоднородности, усадочная рыхлость и крупнозернистая дендритная структура вследствие медленного остывания и значительного градиента температур между поверхностью и осью слитка, что снижает эксплуатационные свойства готовых изделий. Существующие методы борьбы с дефектами кристаллизации (направленная кристаллизация, электрошлаковый переплав) обладают системными недостатками: обрезь металла 15–25 %, невысокая производительность и т. д. Целью данной работы являлось исследование возможности управления процессом кристаллизации при разливке стали сверху путем заливки расплава по внутренней стенке изложницы, вращающейся вокруг вертикальной оси. В статье отражены результаты предварительного холодного физического моделирования предложенного способа с использованием глицерина в качестве модельной жидкости и математического моделирования на основе автомодельного решения задачи Стефана с подвижной границей раздела фаз. Экспериментально подтверждено увеличение интенсивности теплоотвода на 6,9 % при скорости вращения 30 мин^–1 по сравнению со статичной разливкой, что свидетельствует о более равномерном распределении тепловых потоков и увеличении эффективной площади контакта расплава со стенкой изложницы. Представленное в данной работе математическое моделирование показало возможность формирования слоистой структуры с амплитудой колебаний концентрации примесей до 15 % при соблюдении условия застывания добавляемого слоя за время, не превышающее 20 % от общего периода разливки. Результаты работы подтверждают, что предложенный метод обеспечивает снижение ликвационных дефектов без существенного усложнения технологического процесса, увеличения обрези металла и снижения производительности разливки. Результаты исследования открывают перспективы повышения качества крупногабаритных слитков для ответственных применений при умеренных капитальных затратах на модернизацию оборудования.