Черная металлургия служит базой для развития машиностроения и металлообработки, и ее продукция находит применение практически во всех сферах экономики.
Современное состояние черной металлургии в Казахстане характеризуется интенсивным вхождением в мировой рынок. При этом обостряется актуальная потребность и необходимость обеспечения конкурентоспособности продукции.
В этом формате времени мировой экономики при использовании современной технологии получения непрерывно литой заготовки требования к повышению ее качества при расширении сортамента разливаемых марок сталей и повышении производительности машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) становятся естественно неотъемлемой частью этой прогрессивной технологии.
Качество непрерывно литых заготовок зависит от всех применяемых технологических параметров литья, конструктивных параметров оборудования и т. д. Однако есть дефекты макроструктуры непрерывно литых заготовок, связанные с процессом кристаллизации, усадочными и ликвационными процессами, которые не могут быть устранены даже при рациональных применяемых конструктивных и технологических параметрах оборудования и соответственно литья.
Возможность предотвращения образования или подавления развития кристаллизационных, усадочных и ликвационных дефектов многие инженеры и металлурги — исследователи связывают с созданием управляемого принудительного движения жидкой фазы кристаллизующегося слитка, в частности, с помощью электромагнитных сил.
В мировой практике в настоящее время электромагнитное перемешивание (ЭМП) является неотъемлемой частью применяемой прогрессивной технологии получения высококачественных непрерывно литых заготовок. В зависимости от требований, предъявляемых к качеству литых заготовок, перемешивающие устройства устанавливают в кристаллизаторе, зоне вторичного охлаждения и зоне окончания затвердевания.
Формирование металла в кристаллизаторе играет важнейшую, а часто определяющую роль в обеспечении оптимальной работы MHJI3 и получении бездефектной продукции сталеплавильного производства. Эффективная работа МНЛЗ невозможна без обеспечения рационального температурно-скоростного режима разливки и кристаллизации слитка. Поэтому современные способы разливки на МНЛЗ требуют постоянного совершенствования, в частности, существенного увеличения скорости разливки, которая, в первую очередь, зависит от тепловой работы кристаллизатора, что в значительной степени определяет актуальность проблемы изучения режимов формирования слитка в процессе разливки.
Процесс кристаллизации непрерывного слитка в технологической линии МНЛЗ можно разбить на три характерные стадии: затвердевание в кристаллизаторе, затвердевание в зоне вторичного охлаждения и формирование макроструктуры в зоне окончательного затвердевания, т. е. в той части слитка, где остаточная жидкая фаза занимает 10–30 % площади поперечного сечения слитка. В соответствии с особенностями кристаллизации непрерывного слитка в технологической линии МНЛЗ и желании получить максимальный эффект делаются попытки осуществить электромагнитное перемешивание в трех, а иногда и четырех уровнях — в кристаллизаторе, зоне вторичного охлаждения, зоне окончания затвердевания [1].
Эффект от электромагнитного перемешивания в кристаллизаторе связывают, с одной стороны, с изменением гидродинамики в жидкой фазе при наложении принудительного, упорядоченного и управляемого движения за счет электромагнитных сил на гидродинамические потоки от струи, истекающей из промежуточного ковша в кристаллизатор. С другой стороны, перемешивание в кристаллизаторе создает теплофизические условия кристаллизации непрерывного слитка, аналогичные формированию макроструктуры при литье с небольшим перегревом металла над точкой ликвидус. Поэтому электромагнитное перемешивание в кристаллизаторе наиболее целесообразно и эффективно.
Повышение требований к качеству непрерывнолитых заготовок при одновременном стремлении к расширению сортамента разливаемых сталей и увеличению производительности машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) должно учитываться при проектировании современных высокопроизводительных машин. Качество непрерывнолитых заготовок зависит от большого количества технологических параметров литья, конструктивных параметров оборудования и т. д. Однако есть дефекты макроструктуры непрерывнолитых заготовок, связанные с кристаллизацией, усадочными и ликвационными процессами, которые не могут быть устранены даже при рациональных конструктивных и технологических параметрах.
Это особенно характерно в части, касающейся хорошей макро- и микроструктуры, однородности химического состава, минимального количества неметаллических включений, отсутствия дефектов на поверхности заготовок и однородности физических свойств. [2,3]. При непрерывной разливке такие параметры, как размеры и форма отливаемой заготовки, скорость вытягивания, температура разливки и равномерность охлаждения могут изменить процесс затвердевания. И хотя степень деформации литых заготовок меньше, чем обычных слитков, при непрерывной разливке оказывается возможным управлять процессом затвердевания металла и ограничивать воздействие дефектов на свойства катаного металла.
Специфика формирования структуры НЛЗ, обусловленная в основном тем, что её длина в несколько раз превышает толщину, а также отсутствием прибыльной части, приводит к образованию ряда дефектов поверхности и макроструктуры, появление которых, зависит от химического состава стали, формы и размеров слитка, а также от конструктивных особенностей МНЛЗ и применяемой технологии литья. Поэтому для кристаллизующейся непрерывнолитой заготовки характерно одновременное существование условий кристаллизации и деформирования, а, следовательно, возможность образования дефектов, имеющих различную природу [4].
Технология непрерывной разливки сортовых заготовок имеет определённую особенность по сравнению с разливкой в слитки, вызванную относительно высокими скоростями вытягивания, более интенсивным охлаждением и снижением времени затвердевания слитка в несколько раз. Это приводит к развитию двухфазной зоны, возрастанию скоростей роста твёрдой фазы, и, соответственно, к другим условиям формирования НЛЗ, особенно её осевой зоны.
Основными дефектами макроструктуры непрерывнолитых заготовок являются центральная пористость, осевая и V-образная ликвация, структурная и химическая неоднородность, загрязненность неметаллическими включениями и др.
При этом сегодня на первый план выходит обеспечение ресурсосбережения и экологическая безопасность производства. Поэтому для производства литых металлических заготовок является весьма актуальным поиск новых решений, основанных, в том числе на использовании «чистых» видов энергии, позволяющих также создать предпосылки для повышения качества продукции и роста технико-экономических показателей процесса.
Выводы
Оптимизация технологии выплавки, внепечной обработки и непрерывной разливки стали хотя и позволяет улучшить качество непрерывнолитых заготовок, но не решает полностью проблему.
Для получения качественной макроструктуры непрерывнолитых заготовок и проката, необходимо активное вмешательство в процесс кристаллизации непрерывного слитка непосредственно по ходу разливки с гарантированной возможностью управления процессом структурообразования. В связи с этим возникает необходимость в разработке различных способов влияния на формирование внутренней структуры непрерывнолитого слитка
Наиболее эффективным является использование методов электромагнитного перемешивания жидкой лунки непрерывного слитка в процессе его затвердевания.
Литература:
- Смирнов А. Н., Пилюшенко В. Л., Минаев А. А. и др. Процессы непрерывной разливки. — Донецк: ДонНТУ, 2002. — 536 с.
- Ежов А. А. Дефекты в металлах: справочник — атлас / А. А. Ежов, Л. П. Герасимова. — М.: Русский университет, 2002. — 360 с.
- Большина Е. П. Экология металлургического производства, курс лекций. — Новотроицк: НФ НИТУ, «МИСиС», 2012–155 с.
- Торговец А. К., Шишкин Ю. И., Артыкбаев О. А. Теория, технология и оборудование внепечной обработки металлов: учебное пособие. — Алматы: НИЦ «Ғылым», 2004. — 273 с.
- http://www.dslib.net/mashyny-agregaty/issledovanie-razrabotka-i-sozdanie-oborudovanija-jelektromagnitnogo-peremeshivanija.html
