Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
I. АНАЛИЗ ПРИЧИН ОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБОВ УСТРАНЕНИЯ ДЕФЕКТОВ МАКРОСТРУКТУРЫ НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ БЛУМОБЫХ
ЗАГОТОВОК 10
-
Внутренние горячие трещины II
-
Осевая пористость 21
-
Ликвация в непрерывнолитых заготовках 22
-
Анализ способов управления формированием структуры непрерывнолитых заготовок 24
-
Технологические основы применения электромагнитного перемешивания при непрерывном литье 26
-
Постановка задачи 30
Выводы 32
П. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ПОЛЗУЧЕСТИ НЕПРЕРЫВНОЛИТОЙ
СТАЛИ ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ 34
-
Оборудование и методика проведения испытаний 34
-
Планирование испытаний на ползучесть 39
-
Общая схема обработки результатов 42
-
Результаты экспериментов 44
-
Анализ результатов экспериментов 50
-
Стадия неустановившейся ползучести 52
-
Стадия установившейся ползучести 52
-
Оценка деформации ползучести в общей деформации
при растяжении . . .' 53
2.5.4. Время разрушения 57
Выводы 63
Ш. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБРАЗОВАНИЯ ТРЕЩИН ПРИ ВЫПРЯМ
ЛЕНИИ НЕПРЕРЫВНОЛИТОГО СЛИТКА . . . . 64
3.1. Исследования на опытной МНЛЗ ВНИИметмаш 64
-
Выпрямление в одной точке после полного затверде- бб вания
-
Выпрямление в одной точке в двухфазном состоянии . . 68
-
Плавное выпрямление в двухфазном состоянии 71
-
Исследования на промышленных МНЛЗ 78
-
Механизм образования трещин при правке 87
-
Обоснование типа и определение допустимого радиуса 92 кривизны МНЛЗ
-
Обоснование типа МНЛЗ 92
-
Радиус кривизны МНЛЗ 93
Выводы 100
ІУ. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПЕРЕМЕШИ
ВАНИЯ ЖИДКОЙ ФАЗЫ КРИСТАЛЛИЗУЮЩЕГОСЯ НЕПРЕРЫВНОГО
СЛИТКА 102
-
Выбор типа электромагнитного перемешивателя 102
-
Экспериментальная система ЭМП для непрерывнолитых заготовок сечением 100x100 мм . 105
-
Исследование влияния электромагнитного перемешивания на формирование структуры непрерывнолитых заготовок сечением 100x100 мм из подшипниковой стали . 106
-
Система ЭМП для крупных заготовок III
-
Моделирование гидродинамических процессов при электромагнитном перемешивании 114
-
Математическая формулировка задачи 118
-
Влияние расположения индукторов и режимов перемешивания на гидродинамику жидкой фазы 120
4.6. Разработка и исследование режимов электромагнитного
перемешивания 130
-
Одноступенчатое перемешивание 130
-
Двухступенчатое перемешивание 135
-
Образование "светлого" контура 136
-
Электромагнитное перемешивание с реверсированием направления магнитного поля 139
-
Исследование качества литого металла 141
-
Исследование качества проката 145
-
Испытание опытной партии подшипников из непрерывно-литых заготовок 150
Выводы 152
У. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ 155
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 156
ЛИТЕРАТУРА 160
ПРИЛОЖЕНИЕ 173
Введение к работе
На современном этапе развития производства стали процесс непрерывного литья, благодаря его технико-экономическим преимуществам, утвердился как наиболее рациональный способ получения заготовок для проката.
В настоящее время в нашей стране наиболее широкое развитие получили машины непрерывного литья для производства крупных слябов. Значительным достижением отечественного машиностроения и металлургии является создание и освоение высокопроизводительных слябовых машин непрерывного литья на ряде металлургических заводов страны - Новолипецком, Череповецком, "Азов-сталь".
Основной прирост производства непрерывнолитого металла в общем производстве стали, намеченный Основными направлениями экономического развития СССР на І98І-І985 годы и на период до 1990 года, будет осуществлен, главным образом, за счет строительства ряда сталеплавильных цехов с машинами непрерывного литья для производства блумовых заготовок.
В электросталеплавильных цехах Оскольского электрометаллургического, Орско-Халиловского и Кузнецкого металлургических комбинатов, Донецкого и Днепровского металлургических заводов вводятся в эксплуатацию машины непрерывного литья для производства более 4 млн.тонн блумовых заготовок из легированных и специальных, в том числе подшипниковой, сталей.
В настоящее время производство блумовых непрерывнолитых заготовок ограничено сортаментом углеродистых трубных и небольшой группой низколегированных сталей.
Это связано, прежде всего, с тем, что при литье легированных и, наиболее трудной для непрерывного литья подшипниковой, сталей, в заготовках образуются дефекты макроструктуры в виде _ 6 - внутренних трещин, центральной пористости, осевой ликвации, структурной и химической неоднородности и других, которые при последующей горячей деформации полностью не устраняются и снижают эксплуатационные свойства стали.
Перечисленные дефекты макроструктуры имеют различную природу. Образование внутренних трещин часто связано с деформацией непрерывного слитка в двухфазном состоянии, например, при выпрямлении слитка в МНЛЗ и зависит от конструктивных особенностей и параметров машины. Образование центральной пористости, осевой ликвации, структурной и химической неоднородности связано с особенностями кристаллизации и формирования структуры непрерывнолитых заготовок.
Поэтому улучшение качества непрерывнолитых заготовок и расширение сортамента отливаемых на МНЛЗ сталей является одним из главных направлений в развитии как конструкции машин, так и технологии непрерывного литья.
В связи с проектированием блумовых машин непрерывного литья для электросталеплавильного цеха Оскольского электрометаллургического комбината, в сортаменте которых большую долю занимает подшипниковая сталь и высокими требованиями, преъяв-ляемыми к качеству непрерывнолитых заготовок иа этой стали, возникла необходимость исследовать механизм образования дефектов макроструктуры, определить их связь с конструктивными параметрами МНЛЗ и технологическими параметрами литья, с тем чтобы на базе этих исследований определить тип и основные конструктивные параметры блумовых МНЛЗ, предназначенных для литья легированных и подшипниковой сталей, а также разработать эффективный способ управления структурообразованием непрерывного слитка с целью уменьшения центральной пористости, осевой ликвации, структурной и химической неоднородности.
Для решения поставленных задач необходимо было: во-первых, уточнить представления о механизме деформации при высоких температурах, изучить образование трещин при выпрямлении слитка в двухфазном состоянии на МНЛЗ различных типов и широком сортаменте сталей, включая подшипниковую, определить их связь с конструктивными и технологическими параметрами и выявить механизм образования внутренних трещин.
С этой целью была изучена ползучесть непрерывнолитой стали в интервале температур П00-1450С и показано, что при высоких температурах ползучесть является основным механизмом деформации и разрушения. В результате проведенных исследований установлен критерий, характеризующих деформацию разрушения стали, равный произведению скорости установившейся ползучести на время до разрушения, и показано, что деформация разрушения не зависит от скорости деформации. Этот важный вывод был подтвержден при экспериментальном изучении образования трещин на МНЛЗ.
На опытной МНЛЗ ВНИИметмаш и промышленных МНЛЗ Новолипецкого меткомбината на широком сортаменте сталей, включая подшипниковую, исследован процесс образования трещин при выпрямлении слитка в двухфазном состоянии. Проведенные исследования позволили выявить основные закономерности в образовании трещин и установить влияние химического состава стали и технологических параметров на образование и развитие трещин.
На основании проведенных исследований определен тип МНЛЗ, для литья подшипниковой стали и предложена формула для расчета допустимого радиуса кривизны технологической оси.
Во-вторых, изучить гидродинамику жидкой фазы при перемешивании бегущим магнитным полем, ее связь с параметрами индуктора и технологическими параметрами литья, исследовать влияние - 8 -электромагнитного перемешивания на формирование структуры не-прерывнолитых заготовок из подшипниковой стали, с тем чтобы по результатам исследований определить рациональную схему размещения индукторов в зоне вторичного охлаждения МНЛЗ и режимы перемешивания, обеспечивающие улучшение качества макроструктуры.
Для теоретического анализа влияния электромагнитного перемешивания на гидродинамику жидкой фазы проведено математическое моделирование затвердевания блумового непрерывного слитка из подшипниковой стали в бегущем магнитном поле. В результате теоретического исследования определены циркуляционные потоки и поля скоростей при различных схемах расположения индукторов по технологической линии МНЛЗ, а также влияние фазного тока индуктора и толщины закристаллизовавшейся корки на гидродинамику жидкой фазы. По результатам исследований определена рациональная схема расположения индукторов в зоне вторичного охлаждения МНЛЗ.
На промышленной МНЛЗ НПО "Іулачермет" экспериментально исследовано влияние электромагнитного перемешивания на формирование структуры непрерывнолитых заготовок сечением 250x360 и 300x360 мм из подшипниковой стали. Результаты исследований подтвердили правильность теоретического анализа.
В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований был разработан способ электромагнитного перемешивания, обеспечивающий удовлетворительное качество непрерывно-литых заготовок из подшипниковой стали.
Автор защищает. На защиту выносятся следующие основннв положения: - результаты экспериментального исследования ползучести непрерывнолитой стали в интервале температур 1100...1450 С и критерий, характеризующий деформацию разрушения стали; результаты экспериментального исследования деформации непрерывного слитка при выпрямлении слитка в двухфазном состоянии и механизм образования внутренних трещин при правке; расчет допустимого радиуса кривизны технологической оси МНЛЗ; результаты теоретического анализа гидродинамики жидкой фазы при электромагнитном перемешивании бегущим магнитным полем; результаты экспериментального исследования влияния электромагнитного перемешивания на формирование осевой зоны слитка, структурную и химическую неоднородность заготовок из подшипниковой стали; схему размещения индукторов по технологической линии МНЛЗ и режим электромагнитного перемешивания. - ю -
