УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ КРИСТАЛЛИЗАТОРОВ

Во всех современных вертикальных УНРС поток стали, вытекая из проме­жуточного ковша, порождает в зоне мениска гидродинамическое турбу­лентное движение. Поскольку подоб­ная зона расположена в медном крис­таллизаторе, турбулентные потоки нарушают начало кристаллизации и ведут к ухудшению качества поверх­ности и приповерхностной области слитка. К основным, связанным с эти­ми дефектами, относятся: поверхност­ные трещины из-за гетерогенной теп­лопередачи, поглощение шлакообразующей смеси, наличие глубоких сле­дов качания и гетерогенной структуры кристаллизации.

Связь между началом кристаллиза­ции и возмущениями в мениске явля­ется в настоящее время основным ог­раничителем процесса непрерывной разливки. В связи с этим был органи­зован научный поиск новых техноло­гических путей для питания кристал­лизатора, для смещения этого огра­ничения вверх и повышения таким образом качества продукции непос­редственно после отливки. Совмест­ными усилиями западноевропейских институтов CRM и IRSID разработана новая технология для питания крис­таллизаторов вертикальных УНРС, названная разливкой без мениска. Та­кая технология направлена на улучше­ние как поверхности слитка, так и его приповерхностной области.

Основная идея заключается в сме­щении зоны мениска вверх от зоны кристаллизации таким путем, чтобы форма и гидродинамические возмуще­ния в мениске не оказывали больше влияния на кристаллизацию стальной оболочки. При такой концепции огне­упорная питающая насадка для удер­жания столба жидкой стали располо­жена выше кристаллизатора.

Кристаллическая структура, полу­чаемая при разливке без мениска, го­раздо тоньше, чем у слитка, разлитого обычным способом. Структура весьма гомогенна и воспроизводима анало­гично поверхности слитка. При раз­ливке без мениска расстояние между осями дендритов уменьшено вдоль первых 10 мм от поверхности слитка в 1,5 раза. Это означает, что скорость кристаллизации гораздо выше не только в начале процесса кристалли­зации, но и ниже в кристаллизаторе. Это можно объяснить тем, что ферро-статическое давление при разливке без мениска гораздо выше, чем на обычной УНРС. Следовательно, усло­вия теплообмена оказываются более упорядоченными, а контакт между оболочкой и кристаллизатором — бо­лее совершенным.

При разливке без мениска размер первичного зерна уменьшился в срав­нении с обычной разливкой в 4 раза. Данный эффект наблюдается и на рас­стоянии 5 мм от поверхности слитка. Причем, поскольку размер зерна уменьшен, границы зерна распределе­ны в структуре более равномерно. Та­ким образом удалось снизить тенден­цию к растрескиванию во время горя­чей прокатки.

Оптимальная конфигурация крис­таллизатора (рис. 24.22), отработанная в процессе исследований, содержит:

1) огнеупорную питающую насад­ку, изготовленную из двух частей: ре­зервуара и соединительного кольца;

2) устройство газовой инжекции между огнеупором и медью;

3) усовершенствованную систему охлаждения верхней части медного кристаллизатора;

4) устройство для подачи специаль­ной смазки;

5) устройство обычного качания кристаллизатора.

Огнеупорная питающая насадка выполняет две функции: 1) вмещает

Рис. 24.22.Разливка без мениска (оптималь­ная конфигурация кристаллизатора):

/ — резервуар с жидкой сталью; 2 — соединительное кольцо; 3 — УЗ-привод; 4— мениск; 5—инжекция газа; 6— закристаллизовавшаяся оболочка; 7— охлаждение верха кристаллизатора; 8— качание кристаллизатора; 9— жидкая смазка

столб жидкой стали, находящейся выше кристаллизатора (функция резер­вуара)', 2) обеспечивает хорошее соеди­нение с медным кристаллизатором. Ко­роткие временные интервалы между сериями в обычных промышленных УНРС не позволяют использовать по­догрев питающей насадки. Поэтому выбранный материал должен обеспе­чивать хорошую тепловую изоляцию вместе с хорошей термостойкостью.

Назначение соединительного коль­ца сводится к предотвращению воз­можных возмущений: сталь должна кристаллизоваться в самой верхней части медного кристаллизатора. Бла­годаря наличию кольца обеспечивает­ся хорошая граница между жидкой и твердой сталью.

При разливке без мениска требуе­мое расположение фронта кристалли­зации обеспечивается следующими средствами теплового барьера:

6) огнеупорное соединительное кольцо строго ориентировано по от­ношению к внутренней поверхности медного кристаллизатора;

7) верхняя часть кристаллизатора спроектирована таким образом, чтобы обеспечить отвод большого теплового потока от стали сразу же с первых мо­ментов ее контакта с кристаллизатором;

8) между медью и огнеупором ин­жектируется инертный газ; газовая инжекция на границе между медью и огнеупором выполняется через непре­рывные щели, оборудованные между этими двумя материалами. Такая ин­жекция имеет двойной эффект: 1) со­здает тепловой барьер между медным кристаллизатором и соединительным кольцом; 2) «переплавляет» дендриты, пытающиеся расти из верхней части кристаллизатора.

Смазка раздела медь/сталь обеспе­чивается наличием смазки на менис­ке. При движении вниз слитка по мере качания кристаллизатора реализуется эффект «насоса», обеспечивающий перемещение смазки. Подобная тех­нология неприменима для разливки без мениска. В связи с этим было раз­работано специальное устройство для подачи смазки, основанное на двух технологиях. В результате:

1) смазка впускается примерно на половине высоты кристаллизатора че­рез множество мелких отверстий вдоль горизонтальной линии;

2) подача смазки осуществляется через стенки кристаллизатора;

3) смазка проникает в зазор между медным кристаллизатором и стальной оболочкой;

4) воздействуя на расход, можно получить некоторый подъем смазки над уровнем инжекции;

5) силы трения в кристаллизаторе значительно снижаются при инжек­ции смазки;

6) для смазки самого верхнего учас­тка в кристаллизаторе применена тех­нология УЗ-колебаний;

7) на каждой стороне кристаллиза­тора установлено по одному источни­ку УЗ-колебаний;

8) обычно частота колебаний со­ставляет 15—20 кГц;

9) амплитуда колебаний вдоль крис­таллизатора изменяется от 2 до 8 мкм;

10) подобная технология имеет тройной эффект: увеличивается теп-лоотвод от кристаллизатора, повыша­ется стабильность условий кристалли­зации и уменьшаются силы трения.