ПРОИЗВОДСТВО СВЕРХКРУПНЫХ КУЗНЕЧНЫХ слитков В СНГ

За период с 1950 по 1990 г. масса кузнечного слитка, производимого на заводах бывшего СССР, возросла с 80 до 420 т. В таблице приведено изменение массы и геометрии сверхкрупных слитков за указанный период времени. При осуществлении комплексных исследований, включающих реализацию различных вариантов технологии, проводили термографи рование процесса затвердевания, разрезку слитков массой от 0,1 до 290 т, подробное изучение строения осевых продольных темпле тов, физикохимических характеристик литого и кованого металла.

На основе результатов этих работ в настоящее время разработана математическая модель и пакет программ "Расчет процесса затвердевания стальных слитков". Методика и математическая модель включают в себя решение уравнений переноса импульса, энергии и массы. При этом для • элементарного объема тела составляется баланс импульсов, энергии и массы и решение дифференциальных уравнений сводится к решению алгебраических уравнений непосредственно из уравнений баланса. Данная методика позволяет рассчитывать поля температур и концентраций примесей, конвективные потоки металла, объем, форму и местоположение усадочных раковин и рыхлости, плотность затвердевшего металла, теплосодержание и тепловые потоки. Пакет содержит программы расчета процесса затвердевания слитков, образования в них дефектов и распределения элементов в объеме металла, автоматизированного задания параметров литейной оснастки и базу данных, включающую чертежи прибыльных надставок, изложниц и поддонов.

Разработанные модель и программы, сочетающие применение методов математической физики и промышленных экспериментальных данных, обладают большой прогностической значимостью и надежностью результатов расчетов.

Вычислительные эксперименты и экспериментальные работы привели к существенному изменению конструкции слитка: увеличена его конусность и уменьшено отношение высоты к среднему диаметру; это позволило обеспечить практически полное отсутствие дефектов усадочного происхождения даже в самых крупных слитках. С ростом массы слитка произошла корректировка и геометрии прибыльной части слитка от одно к двухконусной. Это позволило ограничить массу прибыли на уровне 2225 %.

Исследования позволили разработать единую теорию формирования шнуров внецентрен ной ликвации, важным положением которой является прямая зависимость зональной ликвации от степени развития дендритной неоднородности; рост шнуров внецентренной ликвации при определенных концентрационных, температурных и структурных условиях по механизму зонной плавки с температурным градиентом. На основании разработанной теории были определены четыре основных метода (композиционный, технологический, тепловой и специальный), с помощью которых можно значительно уменьшить химическую неоднородность металла в крупных слитках, предотвратить или ограничить возникновение шнуров внецентренной ликвации. Снижение суммарного содержания примесей (серы, фосфора, цветных примесей, газов) до менее 0,01 % способствует предотвращению образования шнуров в слитках массой до 60—70 т. Применение пониженного содержания в металле кремния (<0Д%) и алюминия[ (< 0,005%), оптимизация окисленности стали, реализуемые при технологии вакуумного углеродного раскисления, способствуют формированию мелкозернистой дендритной структуры и резкому уменьшению химической неоднородности и зоны шнуров внецентренной ликвации для слитков массой до 420 т. Применение теплового метода, предусматривающего изменение условий теплоотдачи в жидкой и твердой фазах затвердевающего слитка и на границе слиток—изложница,в настоящее время ограничено, хотя и перспективно. Использование высокоэффективных утепляющих материалов и регулирование в широких пределах температурноскоростного режима разливки позволяют прогнозировать высокую эффективность данного метода для снижения химической неоднородности и устранения шнуров внецентренной ликвации в сверх крупных слитках.

Накопленные теоретические знания и практический опыт, реализованные в новых технологиях, позволяют получать высококачественные крупные кузнечные слитки и ответственные изделия из них. В настоящее время разработана принципиальная технология производства слитков массой до 500 т, что позволит обеспечить отечественными заготовками энергетические машины нового поколения.

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 3, Москва 1994