Введение к работе
Актуальность работы. При непрерывной разливке стали одной из важнейших задач является задача создания высокопроизводительных, качественных и надежных кристаллизаторов, способных длительное время выдерживать высокие температуры, тепловые удары и иметь минимальный износ при эксплуатации. Известно, что чистая медь по своим физико-механическим свойствам данным условиям эксплуатации не соответствует. Поэтому необходимо найти пути повышения стойкости кристаллизаторов. Существует несколько методов реализации этой задачи: изменение конструкции кристаллизатора, различные покрытия стенок кристаллизатора, легирование меди различными элементами.
Разработка нового состава сплава для производства кристаллизаторов МНЛЗ является актуальной задачей, которая может помочь повысить их механические и эксплуатационные свойства.
Стенки кристаллизаторов МНЛЗ по мере износа требуют перестрожки. Стружка, образующаяся при этом, отгружается в лом и продаётся по низкой цене. Представляется актуальным переработка этой стружки и изготовление из неё узких стенок кристаллизаторов. При этом можно использовать низколегированную медь.
При исследовании химического состава медной стружки, образующейся от перестрожки стенок кристаллизаторов, оказалось, что в ней содержится железо в количестве 0,05 - 0,08 мае. %. Из исследований Николаева А.К. и Подосяна А.А. известно, что такое количество железа способствует увеличению стойкости кристаллизаторов в процессе разливки. Поэтому необходимо исследовать влияние концентрации железа в меди на эксплуатационные свойства.
Цель и задачи работы. Разработка медного сплава с повышенными эксплуатационными свойствами для изготовления стенок кристаллизаторов МНЛЗ и способа утилизации медной стружки, образующейся при перестрожке стенок кристаллизаторов.
Основное внимание было уделено решению следующих задач:
1. Выполнить сравнительный анализ сплавов меди, легированных
железом, с повышенными эксплуатационными свойствами.
2. Исследовать влияние железа на кристаллизационные
характеристики низколегированного медного сплава.
Разработать математическую модель электрошлакового переплава (ЭШП) медной стружки, образующейся при перестрожке стенок кристаллизаторов МНЛЗ.
Изготовить узкие стенки кристаллизатора МНЛЗ из переплавленной меди, низколегированной железом, и испытать их на разливке.
Научная новизна работы:
1. Экспериментально установлено, что коэффициент износостойкости меди в зависимости от концентрации железа в ней непрерывно линейно рас-
тет до содержания 0,3 мае. % Fe, а затем практически не изменяется.
2. Определено, что теплопроводность низколегированных железом
сплавов с ростом температуры нелинейно растет, в то время как у чистой
меди она нелинейно падает.
Установлено, что при пределе растворимости концентрации железа в меди, соответствующей границе образования раствора замещения, температура рекристаллизации сплава возрастает до 360 С.
Путем математического моделирования процесса плавления медной стружки установлены электрические и тепловые режимы переплава, что позволило отработать режимы литья.
Практическая ценность работы:
Получены новые данные о температурах плавления и кристаллизации низколегированных железом сплавов меди.
Экспериментально установлены зависимости температуры рекристаллизации, износостойкости, твердости от концентрации железа в меди, что позволило изготовить сплав для узких стенок кристаллизатора МНЛЗ.
Разработан способ утилизации медной стружки от перестрожки стенок кристаллизаторов. Из полученного низколегированного железом сплава меди (содержание железа 0,2 % мае.) были изготовлены две узкие стенки кристаллизатора МНЛЗ, показавшие стойкость 115 плавок, что не ниже стойкости используемых ранее стенок из меди Мір.
Создана установка по определению комплекса теплофизических свойств металлов и сплавов.
Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международной практической конференции «Особенности обработки и применения изделий из тяжелых металлов» (г. Екатеринбург, Ревда, 2006 г.); на 66 научно-технической конференции по итогам научно-исследовательских работ за 2007 г. (г. Магнитогорск, 2008 г.); XVI Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (г. Томск, 2010 г.).
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 11 научных статей, в том числе 2 статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ, получен 1 патент на полезную модель РФ.
Структура и объем работы
