В.В. Кравцов, проф. (ДонНТУ), А.Б. Бирюков аспiрант (ДонНТУ), Н.С. Масс (голова правління ОАО "Донецкоблгаз")

         Проведено дослідження впливу зменшення витрати охолоджувача на грань малого радіуса на скорочення зони стовпчастих кристалів, що ростуть від цієї грані, для високопродуктивних сортових машин.

         З практики розливання непрерывнолитых заготівель відомо, що кращої є макроструктура з равноосной структурою в центральній зоні. При цьому утвориться розосереджена осьова пористість, що добре заварюється при гарячій пластичній деформації навіть при невисокому ступені обтиснення. Природно, що для розширення осьової зони равноосных кристалів необхідно шляхом цілеспрямованих впливів домагатися скорочення зони стовпчастих кристалів. В остаточному підсумку це приведе до того, що заготівлі будуть характеризуватися більш низьким балом осьової пористості і ліквації, буде поліпшуватися якість прокату.

         Як відомо, скорочення зони стовпчастих кристалів досягається при різкому зниженні інтенсивності спрямованого теплоотвода від фронту кристалізації, а також при скупченні зародків твердої фази у фронту кристалізації. Оскільки нами вивчені способи скорочення зони стовпчастих кристалів, що ростуть від грані малого радіуса, то основна увага необхідно зосередити на зниженні інтенсивності теплоотвода, тому що зародки твердої фази під дією сили ваги будуть скапливаться переважно в грані великого радіуса

         На практиці контрольований перерозподіл води між гранями заготівлі, що формується, являє собою досить складну задачу. Це зв'язано з тим, що на сучасних сортових машинах передбачено єдине підведення води до рамки вторинного охолодження, що служить для розподілу води між гранями. У такий ситуації найбільш прийнятним рішенням є використання форсунок різних типорозмірів (більший типорозмір по великому радіусу і бічним сторонам, менший - по малому радіусі).

         Для теоретичного обґрунтування впливу витрати охолоджувача на довжина зони стовпчастих кристалів було проведене дослідження температурного перепаду на фронті затвердіння. Для цієї мети була використана математична модель безупинного розливання стали, заснована на рішенні диференціального рівняння нестаціонарної теплопровідності [3]. Розраховано температурний перепад між рідким металом, що знаходиться на відстані y=0,0037 м від фронту кристалізації і твердою фазою, що знаходиться на тім же відстані від фронту кристалізації для наступних вихідних даних (марка стали - Ст 5сп; перетин заготівлі - 125х125 мм; швидкість розливання - 3,2 м/хв; витрата води на вторинне охолодження по секторах: C1 - 120 л/хв, C2 - 250 л/хв, C3 - 200 л/хв). Після чого було розраховане значення цього ж температурного перепаду для умов теплоотвода зменшеного на 20%. Отримані результати представлені на мал. 1. Циклічний характер інформації, представленої на розрахункових кривих є наслідком переходу від безупинного континиума до дискретному рішенню задачі чисельними методами (хоча просування фронту кристалізації дійсно носить періодичний характер, це явище описане в роботах).

         Аналіз представленої інформації дозволяє укласти, що зниження інтенсивності зовнішнього теплоотвода за інших рівних умов дозволяє зменшити тепловий потік, що відводиться від фронту кристалізації і, отже, скоротити довжина зони стовпчастих кристалів. Тобто перерозподіл води між радіальними гранями повинне привести до вирівнювання довжин зон стовпчастих кристалів (зменшення витрати охолоджувача на грань малого радіуса приведе до скорочення зони стовпчастих кристалів, що ростуть від цієї грані, а для грані великого радіуса вона залишиться незмінної за умови збереження колишньої витрати охолоджувача).

         Рис. 1. Зміна температурного перепаду між рідкою і твердою фазою у фронту затвердіння
(1 - для випадку з номінальним охолодженням, 2 - для випадку зі зменшеною витратою охолоджувача
на 20 %) при швидкості розливання 3,2 м/хв

         Обобщая результаты обоих серий расчетов можно заключить, что уменьшение расхода охладителя позволяет уменьшить тепловой перепад между точками, лежащими по разные стороны от фронта затвердевания (следовательно, и тепловой поток, отводимый от фронта затвердевания) для первого случая на 10 ⁰С, а для второго 8 ⁰С.

         На підставі результатів математичного моделювання висловлена гіпотеза про те, що режим вторинного охолодження, що припускає 20 % зменшення витрати води на грань малого радіуса, приведе до вирівнювання довжин зон стовпчастих кристалів, що ростуть від радіальних граней сортових заготівель, що розливаються на високих швидкостях (3-4 м/хв).

         Порівняння різних способів перерозподілу води між гранями злитка, що формується, дозволило зробити висновок, що для умов сортовий МНЛЗ найкращим способом досягнення цього ефекту є використання для охолодження грані малого радіуса форсунок меншого типорозміру в порівнянні з іншими гранями.

        У результаті проведення двох дослідно-промислових серій розливання заготівель з марки стали Ст5 сп перетином 125х125 мм із 20 % перерозподілом охолоджувача між радіальними гранями заготівлі (на МНЛЗ ЭСПЦ ЗАТ "ММЗ "ИСТИЛ (УКРАЇНА)", добору поперечних зразків (по двох зразка від кожної серії), їхнього шліфування, травлення 50 % водяним розчином соляної кислоти і наступного вивчення довжини структурних зон (точність виміру ± 0,5 мм) були отримані дані про вплив зменшення витрат води на придушення росту зони стовпчастих кристалів, що ростуть від грані малого радіуса

         На підставі приведених вище даних можна зробити наступні висновки:

• запропонована схема розміщення форсунок дозволяє зменшити відносну різницю в довжині зони стовпчастих кристалів по радіальних сторонах (за рахунок скорочення довжини названої зони від грані малого радіуса) і, отже, розширити площа зони осьових равнооосных кристалів на величину порядку 10 - 16 %. Тому її використання доцільно при розливанні марок стали з гарантією по макроструктурі, тому що запропонований захід є резервом зниження осьової пористості і підвищення хімічної однорідності заготівлі;
  
  
• у випадку якщо потрібно зменшити різницю в довжині зони стовпчастих кристалів по радіальних сторонах у ще більшій мері, необхідно удатися до більшого ступеня перерозподілу води між гранями непрерывнолитого злитка (однак у цьому випадку перед прийняттям конкретних рішень необхідно зробити розрахунок температурних полів і перевірити чи задовольняють вони іншим технологічним вимогам).