§ 14. Обработка стали в процессе кристаллизации

Внепечная обработка жидкой стали дополняется различными способами воздействия на кристаллизующийся металл.

635

Индуктивное ЭМП

Электромагнитное перемешивание. Электромагнитное пере­мешивание (ЭМП) используется для решения двух задач:

1. для улучшения внутреннего строения заготовки (измель­чения структуры, снижения степени ликвации в средней и центральной частях, уменьшения центральной пористости);

2. для улучшения поверхности заготовки (снижения коли­чества поверхностных дефектов, количества неметаллических включений в поверхностном слое, повышения толщины наруж­ной плотной корочки).

Механизм воздействия на металл при решении первой за­дачи основан на снижении перегрева, обламывании ветвей дендритов и создании циркуляции металла в жидкой сердце­вине (рис. 210). Решение второй задачи связано с созда­нием потоков на поверхности металла в кристаллизаторе и улучшением условий выделения включений. В первом случае электромагнитное перемешивание осуществляется в зоне вто­ричного охлаждения, при этом можно создать либо вращаю­щееся, либо бегущее магнитное поле. Во втором случае индуктор размещается в самом кристаллизаторе (рис. 211).

В основном применяют два вида перемешивания: круговое (вращательное) и осевое. Круговое применяют главным обра­зом в кристаллизаторах сортовых УНРС, так как оно способ­ствует удалению включений от поверхности заготовок, улуч­шению теплоотвода и уменьшению вероятности прорыва корочки.

В настоящее время начали с успехом применять методы многоступенчатого перемешивания, когда в кристаллизаторе

С помощью вращающе­гося поля

В кристал­лизатор

_/&л

На ручье

Кондухтивное ЭМП

С помощью линейного поля

Пластинча­тые катушки

ЦилиндричесЛ кие катушки

<&А

Геликойдаль -ное переме­шивание

4&А

Рис. 210. Изменение формы растущего дендрита в зависимости от характера но

тока металла у фронта кристаллизации:

1 — без потока; 2 и 5 — ламинарный и турбулентный потоки соответственно

636

Рис. 211. Схемы систем для электромагнитного перемешивания, используемые на сортовых (заготовочных) и блюмовых УНРС

и вблизи конца жидкой лунки непрерывно-литой заготовки устанавливают оборудование для вращательного, а в средней части УНРС — для осевого перемешивания. Входит в практику непрерывное электроперемешивание, при котором обеспечи­вают движение жидкого металла ниже кристаллизатора у сте­нок заготовки вниз, по оси — вверх, а в кристаллизаторе наоборот: у стенки — вверх, по оси — вниз. Максимальный эффект получают тогда, когда перемешивание осуществляют и в кристаллизаторе, и в зоне вторичного охлаждения, и пе­ред обжимными роликами.

637

В начале 80-х годов создан новый способ электромагнит­ного воздействия на металл- способ так называемого электромагнитного торможения . Оборудование включает ком­плекты расположенных вдоль каждой из широких стенок крис­таллизатора намагничивающих катушек, при включении кото­рых возникает постоянный ток большой силы, создающий маг­нитное поле. Поле замедляет скорость поступающей в крис­таллизаторы струи стали, благодаря чему неметаллические включения получают возможность быстро всплывать на по­верхность мениска. Особенно полезно электромагнитное тор­можение на радиальных УНРС, на которых при повышении ско­рости разливки увеличиваются отложения включений на внут­реннем радиусе заготовки. Применение электромагнитного торможения позволило повысить скорость разливки на 30 % без увеличения загрязненности металла включениями (рис. 212).

Воздействие ультразвуком и электроразрядами. Энергия ультразвука, воздействующая на расплав, меняет кинетику процесса; при воздействии ультразвука наблюдается усиле­ние перемешивания жидкой фазы, обламывание растущих крис­таллов. Испытан ряд способов организации воздействия ультразвуком: через зеркало расплава в кристаллизаторе, через оболочку затвердевающего слитка в зоне вторичного охлаждения, через направляющие ролики, через водоохлаж-даемую ультразвуковую воронку и др.

Разработчики дали способу обозначение EMBR (Electromagnetic Brake).

i „I

- ^ZF

_mm

*ж

f

Рис. 212. Схема электромаг­нитного торможения EMBR (Electromagnetic Brake): (fl — статическое магнитное поле, / — ток): а, б — вид со стороны широ­кой и узкой стороны сляба соответственно

Украинский НИИмет и ПКБ электрогидравлики АН Украины на ряде металлургических заводов СНГ успешно исследовали способ воздействия на кристаллизующуюся середину заготов­ки с помощью электроразрядного генератора упругих колебаний (ЭРГУК). ЭРГУК представляет собой закрытую ка­меру с циркулирующей в ней водой низкого омического со­противления и помещенным в ней электродом.

В камерах ЭРГУК, расположенных на нескольких уровнях по высоте и ширине заготовки и плотно прижатых мембранами к поверхности заготовки, периодически производятся элект­рические разряды. Генерируемые ими колебания широкого спектра через мембраны передаются оболочке заготовки и ее жидкой сердцевине. В результате повышается структурная, химическая и физическая однородность металла.

Разрабатывается и проходит опробование способ индук­тивного электромагнитного перемешивания (КЭМП) жидкого ядра слитка при непрерывной разливке.

Сущность способа состоит в пропускании постоянного электрического тока через слиток и создании постоянного магнитного поля. В области жидкого ядра, где скрещиваются ток и магнитное поле, возникает поле электромагнитных сил, под действием которых жидкий металл начинает переме­шиваться.

Воздействие вибрации. Под воздействием колебаний воз­растает давление жидкого металла на растущие кристаллы, которые разрушаются, образуя при этом дополнительные центры кристаллизации. Это приводит к повышению скорости кристаллизации и уменьшению продолжительности коагуляции включений.

Искусственные холодильники и модификаторы. При воздей­ствии микрохолодильников и модификаторов (например, РЗМ) создаются дополнительные центры кристаллизации в жидкой фазе слитка, причем образование зародышей равноосных кристаллов может произойти за зоной концентрационного переохлаждения, где металл чище и имеет высокую темпера­туру плавления.

Ученые Института электросварки им. Патона совместно с Институтом проблем литья Украины и рядом заводов разрабо­тали технологию получения новых металлических конструк­ционных материалов — армированные квазимонолитные (АКМ) материалы.

638

639

П рименительно к непрерывной разливке процесс АКМ по­зволяет управлять структурой непрерывно-литой заготовки путем ввода в жидкий расплав в кристаллизатор армирующего вкладыша в виде лент, сетки, прутков и др. Помимо подав­ления ликвационных явлений и повышения плотности металла такая технология позволяет увеличить скорость разливки и соответственно повысить производительность установок.

Разливка с механическим, перемешиванием позволяет заметно изменить характер теплоотвода через кристаллиза­тор: при разливке стали удельные тепловые потоки увеличи­ваются по всей высоте кристаллизатора, причем заметно расширяется зона максимального теплоотвода, а также уско­ряется снятие перегрева жидкой фазы: температура поверх­ности слитка на 50—70 °С выше, чем при разливке обычным способом. Важным следствием механического перемешивания жидкой стали в кристаллизаторе является уменьшение нерав­номерности толщины твердой корки по периметру слитка.

Приведенные примеры характеризуют пути изысканий новых методов внеагрегатной (внепечной) обработки металла при непрерывной разливке с целью повышения его качества.