3.1.3 Температурний режим розливання сталі

Температурою розливання називають температуру металу струменя при її надходженні в кристалізатор, виливницю або центрову. Від температури розливання багато в чому залежить якість злив­ка. Підвищення температури розливання зменшує в'язкість рідкої ста­лі, полегшує спливання неметалічних включень, знижує ймовірність утворення плен, підвищує густину литого металу, сприяє одержанню більш концентрованої усадкової раковини і поліпшує макрострукту­ру (зменшує кількість світлих кірок, заворотів, волосовій тощо). Однак при цьому зростають протяжність зони транскристалізації та хімічна неоднорідність зливка. При високих температурі та швидкості розливання металу підвищується ймовірність утворення гарячих тріщин. У більшості випадків можна встановити оптимальну темпе­ратуру Т_опт металу, при якій спостерігається мінімальна кількість дефектів на його поверхні (рис. 3.2.).

Температура розливання, ⁰С

Рис. 3.2. Вплив температури металу при розливанні на виникнення різних дефектів:

1 - гарячі тріщини; 2 - пелени; 3 - сумар­ні дефекти.

Найбільші труднощі виникають при замірюванні температури розливання. Точне її визначення можливе за допомогою термопар, встановлених у каналі стакана або в пробці стопора. Однак такі ви­мірювання можуть приводитись тільки в експериментальному поряд­ку, оскільки при цьому виникають значні конструктивні та організа­ційні ускладнення. Найпоширенішим методом вимірювання темпера­тури розливання є застосування оптичних пірометрів. Пірометр част­кового випромінювання (ОППІР) дає значення температури без поп­равок на ступінь чорноти. Наявність плівок оксидів на поверхні металу може значно спотворити його покази. Колірні пірометри цього не­доліку не мають, але вони громіздкі.

У багатьох випадках замість температури розливання як її характеристику використовують темпера­туру металу перед його випуском з печі або перед початком розливання в ковші. Замірювання темпера­тури роблять платиново-родієвими, вольфрамово-ренієвими або вольфрамово-молібденовими термопарами занурення. Останні з них най­менш точні. У процесі випуску і витримки металу в ковші та в процесі розливання відбувається зниження температури сталі. Це слід врахо­вувати, вибираючи температуру металу перед його випуском або перед розливанням в ковші.

Температуру металу перед випуском можна записати так:

Т_вип =Т_лік+Δt_пер+ Δt_вил+Δt_роз+Δt_вит+Δt_вип., (3.5)

де Т_лік - температура ліквідусу; Δt_пер- перегрівання металу у ви­ливниці наприкінці наповнення; Δt_вил - зниження температури мета­лу при наповненні виливниці; Δt_роз, Δt_вит, Δt_вип - відповідно змен­шення температури металу у ковші при розливанні, витримці та випуску.

Температура металу в ковші перед розливанням:

Т_ков=Т_лік+Δt_пер+Δt_вил+Δt_роз., (3.6)

а температура розливання:

Т_роз =Т_лік+Δt_пер+ Δt_вил., (3.7)

З рівняння (3.7) випливає:

Т_роз –(Т_лік+Δt_пер)= Δt_вил.. (3.8)

Вираз у дужках - середня температура рідкого металу у виливниці наприкінці її заповнення. На підставі теплового балансу зливка та виливниці мають таке наближене рівняння:

(3.9)

де Т_зал - температура металу, який заливається; Т_ср..Ме - середня температура рідкого металу у виливниці наприкінці її наповнення; k₁ – коефіцієнт, що враховує об'єм затверділого металу в період наповнення виливниці; ρ_в – периметр внутрішнього перерізу виливниці; S_в – площа поперечного перерізу виливниці у просвіті; τ – тривалість наповнення виливниці; k_Ме – середній коефіцієнт передавання теплоти від рідкого металу до стінки виливниці; Т_в – середня температура внутрішньої поверхні виливниці; ρ_Ме, с_Ме – відповідно густина та теплоємність рідкого металу.

Отже, права частина рівняння (3.8) дорів­нює правій частині рівняння (3.9), звідки:

(3.10)

Для більшості вуглецевих та низьколегованих марок сталі перегрі­вання металу у виливницях наприкінці їх заповнення коливається від 5 до 15 °С. Отже, температура розливання сталі залежить від темпе­ратури ліквідусу сталі, яка розливається, маси зливка, що відливаєть­ся (відношення периметра до площі поперечного перерізу виливниці), а також тривалості наповнення виливниці. 3 підвищенням вмісту вуглецю температура ліквідусу знижується, отже, треба знижувати і температуру розливання. Відповідно на ці процеси впливає і швид­кість розливання V_роз (зменшення Т_нап). При збільшенні маси зливка, що супроводжується зниженням питомої поверхні та відношення периметра до площі поперечного перерізу виливниці, температуру роз­ливання необхідно зменшувати.

Швидкість наповнення виливниць при сифонному розливанні у 2…5 рази нижче, ніж під час розливання зверху, тому температура розливання зверху завжди нижча, ніж сифонного. Необхідність вищої температури при сифонному розливанні часто зв'язують із збільшен­ням втрат теплоти при русі металу в центровій та сифонних провод­ках. Однак зниження температури при цьому незначне (в середньому становить 1…3 °С) і пов'язане переважно з більш тривалим наповнен­ням виливниць і відповідно з більшим відведенням теплоти від рідко­го металу до виливниці.

Зниження температури при випуску сталі з агрегату залежить від тривалості випуску й організації струменя. Наявність збурень на струмені збільшує площу його поверхні та призводить до великих втрат теплоти. При наповненні ковша значну кількість теплоти акумулюють дно і стінки ковша. Крім того, певна кількість теплоти втрачається через відкриту поверхню металу, однак після вкривання її шаром шлаку ці втрати незначні. У період витримки металу в ковші та розли­вання зниження температури металу відбувається переважно внаслідок акумуляції теплоти стінками ковша.

Для стабілізації температури розливання у розливних відділеннях застосовують установки доведення сталі за хімічним складом. Крім того, одночасно доводять температуру металу до потрібної з точністю ± (3…5) °С. Звичайно сталь випускають з дещо підвищеною температу­рою, її регулюють тривалістю продування, а в разі потреби введенням металевої січки або зануренням закріпленого на спеціальному кронштейні блюма чи сляба. Середня швидкість зниження темпера­тури металу становить 1,0…1,5°С/хв.