Наукові та технологічні основи виробництва великих сталевих зливків поліпшеної якості

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ

УДК 669.18.412:621.746.62

Наукові та технологічні основи виробництва великих сталевих зливків поліпшеної якості

05.16.02 - металургiя чорних металiв

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

Макуров Сергій Леонідович

Днiпропетровськ 2000

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Приазовському державному технічному університеті Міністерства освіти і науки України (м. Маріуполь)

Офіційні опоненти:

Доктор технічних наук, професор Яковлєв Юрій Миколайович, Національна металургійна академія України, завідувач кафедрою теорії металургійних процесів

Заслужений діяч науки і техніки України, доктор технічних наук, професор Огурцов Анатолій Павлович, Дніпродзержинський державний технічний університет, ректор

Доктор технічних наук Смірнов Олексій Миколайович, Донецький державний технічний університет, професор кафедри технології конструкційних матеріалів

Провідна установа: Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України, відділ фізико-хімічних проблем металургійних процесів, м. Дніпропетровськ

Захист відбудеться 20 лютого 2001 р. о 12-30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.084.03 при Національній металургійній академії України (49600, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна, 4)

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національної металургійної академії України (49600, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна, 4)

Автореферат розісланий 20 грудня 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, доктор технічних наук, професор Цапко В.К.

сталевий зливок теплофізичний

АНОТАЦІЇ

Макуров С.Л. Научные и технологические основы производства крупных стальных слитков улучшенного качества. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.16.02. - Металлургия черных металлов - Национальная металлургическая академия Украины, Днепропетровск, 2000.

В диссертационной работе осуществлено решение важной научно-прикладной проблемы -- разработки и развития научных и технологических основ производства крупных стальных слитков, обеспечивающих получение листовых и композитных горизонтальных слитков повышенной однородности, установления и оптимизации факторов, влияющих на процессы формирования структуры и качества металла и имеющих важное значение для теории и практики разливки стали.

На основании комплексного исследования процесса формирования стальных слитков различной массы и формы с использованием компьютерного моделирования и экспериментальных методов: ввода индикатора, дифференцированного и горизонтального зондирования, а также метода взрыва, впервые разработанного автором, установлены новые закономерности развития зоны двухфазного состояния и предложена более совершенная модель развития зональной ликвации в крупных стальных слитках.

Новые оригинальные данные по теплофизическим и физико-химическим свойствам стали и шлаков, полученные автором, использованы в расчётах гидродинамики заполнения изложниц, кинетики затвердевания слитков в изложницах, а также при разработке режимов электрошлакового обогрева двухслойных горизонтальных слитков.

В результате использования теоретических и экспериментальных разработок автора впервые в Украине были внедрены в производство листовые слитки массой 30 т, изложницы для отливки слитков, а также рациональные технологии их производства. Оптимизация температурных и скоростных режимов разливки, условий подвода металла в изложницу, утепления, выдержки слитков в изложницах позволила при условии достаточно высокого качества разливаемой стали получить крупный листовой слиток с хорошим качеством поверхности и высокой степенью физической и химической однородности. На основании результатов компьютерного моделирования и экспериментальных исследований разработаны новые способы и технологии управления процессом затвердевания горизонтального двухслойного слитка. Сравнительный анализ качества биметалла, полученного по существующей и новой технологиям показал, что опытный биметалл имеет качественную макро- и микроструктуру в литом и деформированном состояниях, плакирующий слой имеет незначительную химнеоднородность при отсутствии науглероживания, а прочность соединения слоев как в литом, так и в деформированном состояниях превосходит требуемую по стандарту в 2,0-2,5 раза.

Ключевые слова: сталь, шлак, температура, вязкость, энтальпия, разливка, слиток, кристаллизация, электрошлаковый обогрев.

Макуров С.Л. Наукові та технологічні основи виробництва великих сталевих зливків поліпшеної якості. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора технічних наук з спеціальності 05.16.02. - Металургія чорних металів - Національна металургійна академія України, Дніпропетровськ, 2000.

У дисертаційній роботі на підставі виконаних комплексних досліджень процесів формування великих сталевих зливків розроблені нові теоретичні уявлення про механізм затвердіння і формування основних видів макронеоднорідності, що дозволило розробити нові конструкції та удосконалити технології виробництва крупних сталевих зливків із поліпшеною макроструктурою і високою якістю листового прокату з них, що є вирішенням актуальної науково-прикладної проблеми. Результати роботи знайшли практичне застосування при розробці конструкції і технології виробництва нового 30 - т листового зливка а також технології відливання горизонтального двошарового зливка.

Ключові слова: сталь, шлак, температура, в'язкість, ентальпія, розливання, зливок, кристалізація, електрошлаковий обігрів.

Makurov S.L. Scientifical and technological principles of production big steel ingots improved quality. - Manuscript.

Doctoral dissertation in speciallity 05.16.02. - Metallurgy of ferrous metals - National Metallurgical Academy of Ukraine, Dnepropetrovsk, 2000.

In dissertation, on the basis of complex researches of processes formation big steel ingots, the new performances about mechanism of solidification and formation of the main kinds of a chemical nonuniformity are given. This has been permitted to develop new designs and improve technology of production big steel ingots with better macrostructure and high quality of sheet surface. That represents the solution of an actual scientific applied problem. The results of investigations were realized in practice applicable to elaboration construction and production technology of new 30-t steel ingots and also to technology of horizontal bimetal ingots production.

Key words: steel, slag, temperature, viscidity, enthalpy, casting, ingot, crystallization, electroslag heating.

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Збільшення одиничної потужності машин і агрегатів, створення крупних енергетичних установок, розвиток атомної енергетики, будівництво морських бурових платформ та інших великогабаритних конструкцій потребує широкого застосування листового прокату великої товщини і композитних матеріалів, які не можна одержати прямим прокатуванням безперервнолитих слябових заготовок. Для їхнього одержання потрібно використовувати великі сталеві зливки, тому вимоги до якості внутрішньої будови таких зливків постійно зростають разом із зростанням вимог до надійності одержуваних із них виробів. При збільшенні маси зливка відзначена тенденція до погіршення якості металу: зростання ліквації, усадочних і поверхневих дефектів, накопичення включень. Тому корінне поліпшення якості металопродукції, що випускається, в значній мірі залежить від вирішення проблеми якості крупних зливків і є дуже актуальним.

Актуальною проблемою розвитку металургії України і країн СНД в умовах ринкової економіки і вільної конкуренції є зниження матеріало- і енергоємності продукції. При цьому високі вимоги до якості продукції розглядаються у тісному зв'язку зі зниженням її вартості на всіх стадіях виробництва. Основним резервом економії металу при виробництві прокату через зливок є зниження головного обрізу, а також зменшення браку з поверхневих дефектів і дефектів макроструктури. Тому значна увага у роботі приділена удосконаленню та оптимізації технології сифонного розливання сталі у крупні зливки під захисними середовищами.

Великим резервом економії дорогих легованих сталей, а також ефективним засобом боротьби з корозією є застосування композитних металічних виробів, у яких поєднуються міцність вуглецевої або низьколегованої сталі зі спеціальними властивостями плакувальних металів і сплавів (корозійною стійкістю, антифрикційними властивостями та ін.). У дисертаційній роботі запропоновані нові способи керування процесом затвердіння горизонтальних біметалічних зливків, одержуваних із застосуванням електрошлакової технології. Актуальними завданнями є поліпшення якості таких зливків і одержуваного з них прокату, збільшення обсягу виробництва і виходу придатних біметалічних листів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Матеріали дисертаційної роботи являють собою узагальнення наукових результатів, отриманих автором за період 1976-2000 рр. при виконанні науково-дослідних робіт з основних комплексних програм і координаційних планів Міністерства чорної металургії та Академії наук України. У 80-ті роки робота була частиною комплексу науково-дослідних робіт, виконаних відповідно до підпрограми “Зливок” п. 12 Програми науково-дослідних і проектно-конструкторських робіт АН СРСР і Міністерства чорної металургії СРСР (1989 р.). Розробка технології виробництва горизонтальних двошарових зливків проводилася відповідно до регіональної науково-технічної програми “Донбас” (1981-1985 рр.), а також плану Міністерства важкого і транспортного машинобудування СРСР.

Автор був відповідальним виконавцем науково-дослідних робіт (номери державної реєстрації 76043021, 78050638, 800571116, 83010066148, 01890060998), що є базовими для підготовки та представлення дисертаційної роботи. Тема дисертації відповідає науковому напрямку кафедри “Теорія металургійних процесів” Приазовського державного технічного університету “Фізико-хімічні і теплофізичні процеси формування сталевих зливків і заготівель МБЛЗ”.

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є розвиток теорії формування і науково обґрунтована розробка і впровадження ефективної технології виробництва великих сталевих зливків поліпшеної якості, у тому числі горизонтальних.

Поставлену мету досягали на основі комплексного дослідження теплофізичних і фізико-хімічних процесів формування крупних сталевих зливків.

Об'єктом дослідження є процес формування великого сталевого зливка. При затвердінні крупних зливків у них набувають великого розвитку всі види макронеоднорідності: фізична, структурна і хімічна, що в значній мірі погіршує якість литого і катаного металу. Особливо гостро ця проблема постає при виробництві листового прокату, який посідає чільне місце як за обсягом виробництва, так і за широтою застосування.

Предметом дослідження є процес формування великих сталевих зливків для виробництва листового прокату. У зв'язку з цим у дисертаційній роботі вирішувалися такі завдання:

дослідження фізико-хімічних і теплофізичних властивостей металургійних розплавів з метою їхнього застосування для розрахунково-експериментального вирішення завдань удосконалювання процесів розливання і затвердіння великих сталевих зливків;

експериментальне дослідження теплофізичних процесів, при розливанні і затвердінні сталевих зливків з метою уточнення механізму затвердіння та удосконалення математичної моделі цього процесу;

розробка і практичне застосування неруйнуючих розрахунково-експериментальних методів досліджень, які дозволяють отримувати достовірну інформацію про процеси затвердіння сталевих зливків;

удосконалення технології сифонного розливання сталі за рахунок поліпшення умов підводу металу у виливницю, а також поліпшення якості сталі, що розливається;

розробка і впровадження у виробництво сталевих зливків збільшеної маси (у тому числі горизонтальних) з поліпшеною внутрішньою будовою і високою якістю поверхні за рахунок посилення спрямованості затвердіння в результаті зміни геометричних параметрів зливків, умов їхнього розливання та утеплення, застосування електрошлакового обігріву, а також поліпшення якості металу.

Методи дослідження. Для досягнення мети роботи використані розрахункові та експериментальні методи дослідження процесу затвердіння сталевого зливка, включаючи комп'ютерне моделювання, введення радіоактивного ізотопу в зливки, термічний аналіз, диференційоване і горизонтальне зондування, а також метод вибуху, запропонований автором уперше. Для дослідження теплофізичних і фізико-хімічних властивостей металургійних розплавів використані лабораторні установки, сконструйовані автором. Дослідження якості металу проводили із застосуванням сучасних приладів і установок: ексхалографа ЕА-1 “BALCERS”, газоаналізатора RO-116 “LEKO”, растрових мікроскопів РЕМ-200М і ISM-U3, мікроаналізатора MS-46 “CAMECA” та ін.

Наукова новизна отриманих результатів. Здобувачем запропоновані такі наукові рішення:

у результаті комплексних розрахунково-експериментальних досліджень, що включають комп'ютерне моделювання, введення ізотопу, зондування, вимір температури металу, а також метод вибуху, уперше розроблений автором, запропонований механізм об'ємно-послідовної кристалізації крупних зливків, що допускає виникнення та існування ізольованих кристалів у рідкій серцевині зливка, які беруть участь у формуванні донного конуса і зони вертикальної кристалізації;

запропонована модель макроліквації домішок у крупних сталевих зливках, що враховує граничну глибину вимивання лікватів із зони дендритів в залежності від швидкості руху конвективних потоків уздовж фронту затвердіння, параметрів дендритної структури і швидкості кристалізації;

на основі результатів експериментальних досліджень швидкості кристалізації сталі в момент відбирання проб із незатверділої серцевини зливків з їхнім наступним хімічним аналізом дана кількісна оцінка значень ефективних коефіцієнтів розподілу вуглецю при затвердінні крупних сталевих зливків і встановлений розмір критичної швидкості затвердіння, що визначає розвиток процесу макроліквації;

на засадах запропонованого механізму кристалізації та утворення макронеоднорідності крупного зливка уточнені і доповнені основні принципи одержання крупних листових зливків поліпшеної якості з геометричними параметрами близькими до оптимальних;

комп'ютерним моделюванням і прямими експериментальними дослідженнями встановлені закономірності зміни температурного поля при різноманітних умовах формування горизонтального двошарового зливка, які послужили основою при розробці раціональних технологічних режимів їх виробництва;

нові експериментальні дані з теплофізичних властивостей сталей і шлаків, отримані автором на сконструйованих лабораторних установках за оригінальними методиками, використані для уточнення розрахунків гідродинаміки заповнення виливниць, кінетики затвердіння зливків, витримки зливків у виливницях, а також при розробці режимів електрошлакового обігріву двошарових горизонтальних зливків із корозійностійким плакувальним шаром.

Достовірність основних результатів підтверджується узгодженням результатів, отриманих за різними методиками із застосуванням сучасних установок і приладів, а також їхнім узгодженням із практикою.

Практична цінність і реалізація результатів роботи. На основі отриманих результатів досліджень і нових теоретичних уявлень про процеси формування сталевих зливків розроблена низка пристроїв, способів і технологій, виконаних на рівні винаходів, що дозволило поліпшити якість сталевих зливків і металопродукції, а також знизити витратний коефіцієнт металу при прокатуванні крупних листових зливків на 20 кг/т сталі. Економія нержавіючої сталі при виробництві горизонтальних біметалічних зливків склала 34 кг/т сталі.

За результатами науково-технічних розробок автора отримані 14 авторських свідоцтв, одне позитивне рішення та один патент.

В результаті використання теоретичних і експериментальних розробок автора впроваджені у виробництво нові конструкції крупних листових зливків масою 30 т, а також оптимальні технології їх виробництва, розроблені склади нових теплоізолюючих сумішей для сифонного розливання сталі і способи їх подачі у виливницю. Розроблена і впроваджена нова технологія виробництва горизонтального двошарового зливка з корозійностійким плакувальним шаром.

Сумарний річний економічний ефект від впровадження вищевказаних розробок на МК “Азовсталь”, В/О “Азовмаш” і Донецькому металургійному заводі склав 388 тис. карбованців за цінами 1990 року при пайовій участі автора 40%.

Нові 30-тонні зливки, розроблені автором, є перспективними для виробництва плит товщиною понад 0,25 м, які неможливо виготовляти з безперервної слябової заготовки через недостатній рівень обтискування при прокатуванні.

Способи і технології керування процесом затвердіння горизонтального двошарового зливка, запропоновані автором, можуть бути використані при одержанні композитних заготовок, які на даний час не можна одержувати способами безперервного розливання.

Наукові результати, отримані автором при роботі над докторською дисертацією, а також розроблені з цією метою експериментальні установки та оригінальні методики використовуються у навчальному процесі при читанні лекцій з загальних і спеціальних курсів для студентів металургійного факультету, а також при виконанні студентами лабораторних, курсових і дипломних робіт.

Документи, що підтверджують практичну реалізацію роботи, приведені в Додатках до дисертації.

Предмет захисту. На захист виносяться:

механізм об'ємно-послідовної кристалізації крупних зливків, формування макронеоднорідності та основних структурних зон;

нові експериментальні дані з фізико-хімічних і теплофізичних властивостей металургійних розплавів та методика їх вимірювання;

розрахунково-експериментальний метод дослідження процесу затвердіння сталевих зливків, що поєднує комп'ютерне моделювання з експериментальними методами вибуху, введення індикатора, зондування і термічного аналізу;

принципи конструювання крупних листових зливків з параметрами близькими до оптимальних, конструкція і раціональні параметри нового 30-тонного листового зливка;

способи і технології, що знижують неоднорідність крупних зливків (у тому числі горизонтальних), що збільшують вихід годного і підвищують якість прокату.

Особистий внесок здобувача у виконану роботу. Автор із 1976 р. по даний час брав участь у виконанні госпдоговірних і держбюджетних НДР, які проводились на кафедрі “Теорія металургійних процесів” Приазовського державного технічного університету.

Особистий внесок автора полягає в наступному: теоретичній постановці завдань і обґрунтуванні методів досліджень; проведенні розрахунків і комп'ютерного моделювання досліджуваних процесів; розробці методів дослідження і конструктивного оформлення лабораторних установок; проведенні експериментів у лабораторних і промислових умовах; теоретичному узагальненні отриманих результатів.

Розробка промислових технологій, їхнє впровадження у виробництво, узагальнення результатів НДР, написання статей у співавторстві відбувалося за особистою участю автора. Основні ідеї, наукові і теоретичні положення, подані в дисертації, розроблені автором особисто.

Автор висловлює щиру вдячність науковому консультанту проф., д.т.н. Казачкову Є.О., викладачам і науковим співробітникам кафедри “Теорія металургійних процесів” ПДТУ, провідним спеціалістам і інженерно-технічним працівникам металургійних підприємств, завдяки сприянню яких отримані результати доведені до практичного використання.

Апробація роботи. Основні положення і результати роботи повідомлені, обговорені та одержали позитивну оцінку на 32 міжнародних, всесоюзних, республіканських і регіональних конференціях, семінарах, нарадах, а також на галузевих координаційних нарадах з проблем розливання сталі і якості зливків, включаючи:

VIII - XI Всесоюзні конференції з проблем сталевого зливка (Київ, 1978, 1984; Маріуполь, 1987; Волгоград, 1990);

VIII Всесоюзна конференція з фізико-хімічних основ виробництва сталі (Москва, 1978);

XXII Сибірський теплофізичний семінар “Теплофізичні проблеми металургії” (Новосибірськ, 1980);

ІІІ Всесоюзна конференція “Тепло- і масообміні процеси у ваннах сталеплавильних агрегатів” (Маріуполь, 1982);

галузевий семінар Мінважмаш СРСР “Виробництво литих двошарових заготовок” (Маріуполь, 1982);

наукова конференція “Теоретичні основи металургійних процесів”, CAV USTAV TEORIE HUTNIСKYCH PROCESU (Чехословаччина, Острава, 1983);

технічна нарада, VYZKUMNY A ZKUSEBNI USTAV “ЉKODA” (Чехословаччина, Пльзень, 1983);

всесоюзна науково-технічна конференція “Створення і удосконалювання енергозберігаючих технологій у пірометалургії (Караганда, 1988);

міжреспубліканська конференція “Передовий досвід виробництва сталі, її позапічної обробки, розливання в зливки та отримання ковальських заготовок” (Волгоград, 1989);

Х Всесоюзна конференція з фізико-хімічних основ металургійних процесів (Москва, 1991);

науково-технічні конференції НВО Металург-1 “Творчий союз вищої школи і виробництва - науково-технічному прогресу” (Маріуполь, 1985-87 рр.);

I-VII регіональні науково-практичні конференції (Маріуполь, 1992-2000);

науково-технічна конференція з теорії і практики сталеплавильного виробництва, присвячена 100-річчю від дня народження вченого-металурга І.Г. Казанцева (Маріуполь, 1999).

Матеріали доповідей опубліковані у збірниках праць конференцій у вигляді 8 статей і 11 тез доповідей.

Публікації. Основні результати роботи викладені в 28 статтях у наукових часописах і збірниках (із них сім без співавторів) і 15 винаходах (14 авторських свідоцтв, один патент), а також в 16 статтях, повідомленнях, тезах доповідей і депонованих рукописах з теми дисертації, які не ввійшли у зазначене число праць.

Структура дисертації. Робота складається з вступу, семи розділів, висновків, викладена на 438 сторінках, включаючи 29 таблиць, 87 рисунків, список використаних літературних джерел, який складає 349 назв і 10 додатків.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Сучасний стан методів дослідження, теорії і напрямків оптимізації процесів формування великих сталевих зливків

Формування зливка є складним комплексом фізико-хімічних і теплофізичних процесів, вивчення яких - необхідна передумова для розробки оптимальних технологічних режимів виробництва зливків, які забезпечують достатньо високу їх якість.

Для дослідження процесів формування сталевих зливків використовуються теоретичні та експериментальні методи. Найбільше оптимальним є застосування розрахунково-експериментальної методики, що поєднує комп'ютерне моделювання з прямими експериментальними методами.

Аналіз великого числа публікацій вітчизняних та закордонних авторів (насамперед В.О. Єфімова, С.Я. Скобло, Є.А. Казачкова, О.М. Скребцова, Ю.М. Яковлєва, В.С. Дуба, М.К. Флемінгса, Т. Кавава та ін.) дозволяє підтверджувати, що особливості процесу затвердіння крупного сталевого зливка обумовлені механізмом об'ємно-послідовної кристалізації. Загальна картина кристалізації такого зливка схематично подана на рис. 1.

У початковий період затвердіння, який відповідає утворенню зони заморожених кристалів, просування фронту затвердіння відбувається швидше, ніж у наступний період. Після утворення зазору між зливком і виливницею затвердіння відповідає відомому закону квадратного кореня. Формування кіркової зони і стовпчастих кристалів (рис. 1 а) відбувається в умовах перегріву металу в рідкій серцевині зливка і наявності достатньо сильних конвективних потоків. Після зняття перегріву відбувається інтенсивне формування двофазної зони, розвиток якої, у поєднанні з конвективними потоками, в значній мірі, визначає створення конусу осадження, зональної неоднорідності зливка і кристалічної структури центральної зони зливка (рис. 1 б, в). На завершальній стадії затвердіння (рис. 1 г) відбувається утворення характерних - і - образної неоднорідності. Для зменшення розвитку осьової і позацентрової ліквації необхідно вибирати такі конструктивні параметри зливка, які забезпечили б високий ступінь спрямованості його затвердіння і завершення процесу у вертикальному напрямку. Достатньо висока якість поверхні зливка досягається завдяки застосуванню сифонного розливання під сумішами раціональних сполук.

Виробництво крупного зливка високої якості можливе тільки у випадку забезпечення достатньої чистоти сталі, що розливається, по газах, неметалічних включеннях і шкідливих домішках. Подальше поліпшення якості крупних зливків можливе в результаті радикальної зміни технології їх одержання, наприклад, застосування електрошлакових процесів, переходу на відливання горизонтальних зливків і ін.

Дослідження теплофізичних і фізико-хімічних властивостей
металів і шлаків у твердому, рідкому і двофазовому станах

Вирішення завдань оптимізації процесів виробництва крупних зливків неможливе без надійних даних по властивостях металів і шлаків при високих температурах.

Температуру початку і кінця затвердіння теплоізолюючих сумішей і шлаків визначали за допомогою модернізованого високотемпературного мікроскопу МНО-2. Отримані експериментальні дані дозволили вибрати раціональні сполуки теплоізолюючих сумішей для сифонного розливання сталі, а також марки флюсів для ефективного ведення процесу електрошлакового обігріву (ЕШО) горизонтальних зливків.

Політерми електропровідності флюсів для ЕШО визначали за допомогою вимірювальної комірки оригінальної конструкції. Результати досліджень задовільно поєднуються з літературними даними і даними розрахунків.

В'язкість металевих розплавів визначали на спеціально сконструйованій високотемпературної установці методом реєстрації загасаючих крутильних коливань тигля з розплавом.

Параметри коливань і значення в'язкості розраховувалися автоматично за допомогою електронного дешифратора і комп'ютера. Основна розрахункова формула має вигляд:

 (1)

де 0, - логарифмічний декремент загасання коливань системи відповідно з порожнім і заповненим тиглем; K - константа приладу, обумовлена градуюванням; - щільність металу; кг/м3; - динамічна в'язкість, Па.с.

З метою удосконалювання режимів розливання сталі було поставлено завдання отримання інформації про в'язкість сталей при невеличких перегрівах над ліквідусом, тому що літературні дані в цій області обмежені або зовсім відсутні. Для досліджень приготували синтетичні зразки Fe - C з приблизним вмістом вуглецю 0,2 і 0,7 %.

Результати дослідження в'язкості зазначених зразків наведені на рис. 2. Нагрівання і охолодження зразків робили зі швидкістю 0,3 оС/с. Хід політерм в'язкості при температурах, що перевищують 1530 оС, близький до лінійного, розходження в'язкості зразків із різним вмістом вуглецю є невеликими, гістерезіс в'язкості відсутній. Аномальний хід кривої маловуглецевого сплаву наступає при температурі, яка перевищує температуру ліквідусу (1524 оС) приблизно на 15 оС. Для сплаву, що містить 0,68% С зміну кривизни політерми відзначено при температурі на 20-25 оС вище ліквідусу.

Максимум на кривій 1 (сплав 0, 20% С) у точності відповідає температурі ліквідусу. Таким чином, по політермах в'язкості сталі можна визначати температуру ліквідусу. Вдаване зниження в'язкості розплаву при температурі нижче ліквідусу (крива 1 на рис. 2) викликано тим, що в цьому випадку розплав являє собою двофазну рідко-тверду суміш, визначення в'язкості якої не має сенсу (у цьому випадку розплав характеризують рідкотекучістю). На кривій 2 (сплав 0,68 % С) максимум відсутній, а підвищення в'язкості поблизу температури ліквідусу (1492 оС) є більш плавним. Метал, в останньому випадку, знаходиться в рідкому стані аж до температури 1400 оС.

Для обох сплавів стрибок в'язкості поблизу температури ліквідусу складає близько 0,5.10-3 Па.с, що враховували при розробці температурних режимів розливання сталі.

На рис. 3 наведені політерми в'язкості для двох зразків сталі 08ХI8HIOT, приготовлених із литих проб, взятих із печі. Як і в попередньому випадку, гістерезіс в'язкості не зафіксований, всі досліджувані точки добре вкладаються на криві, які відповідають кожному зразку. Різний хід кривих на рис. 3 пов'язаний з розходженням хімічного складу зразків різних плавок.

Піки на кривих (див. рис. 3) відповідають температурі ліквідусу досліджуваних зразків, яка для сталі 08Х18Н10Т, згідно отриманих даних, знаходиться в межах 1450-1465 оС.

У подальших дослідженнях був вивчений вплив вмісту легуючих елементів на в'язкість нержавіючих сталей. У сталях, що містять 14 і 19 % хрому, установлений мінімум в'язкості при вмісті нікелю порядку 15 %. Дослідженням впливу добавок цирконію, ванадію і ніобію на в'язкість сталі, що містить 13 % Cr, 6 % Ni, 0,5 % Mo встановлено, що присадки цирконію в кількості 0,15 % слабко змінюють в'язкість сталі, а добавки (до 0,3 %) ванадію і ніобію значною мірою підвищують в'язкість (на 15-20 %).

Отримані експериментальні дані необхідні для розробки оптимальних режимів розливання хромонікелевих сталей, особливо у випадку застосування мікролегування.

Теплофізичні властивості сплавів заліза, вуглецевих і легованих сталей вивчали на модернізованій установці динамічної калориметрії, а також розрахунковим шляхом. В результаті уточнені відомі і отримані нові експериментальні дані, які використані при комп'ютерному моделюванні процесу затвердіння крупних сталевих зливків.

Експериментальне і розрахункове дослідження процесів теплообміну при розливанні і затвердінні сталевих зливків

Дослідження процесів теплообміну при сифонному розливанні і затвердінні крупних сталевих зливків, а також горизонтальних зливків із електрошлаковим обігрівом (ЕШО) проводили експериментальними методами і шляхом комп'ютерного моделювання.

Для проведення достатньо тривалих вимірів температури рідкого металу і шлаку застосовували стаціонарні термопари ВР5/20 в алундових чохлах, захищених спеціально розробленим термостійким покриттям, при короткочасних вимірах використовували малоінерційні термопари спеціальної конструкції.

На рис. 4 наведена схема і результати виміру температури струменю рідкого металу при розливанні листових зливків масою 20 т.

Найбільший перепад температур розплаву спостерігали між першим і другим піддонами, що пояснюється зливом донних (холодних) порцій металу з ковша. На третьому піддоні в порівнянні з другим температура змінюється незначно, а на четвертому вона знижується в процесі розливання в зв'язку з охолодженням залишку металу в ковші. Максимальна температура сталі відзначена в середині розливання всіх досліджуваних плавок, перегрівання металу складало 50-80 оС, причому в процесі заливання металу у виливницю його температура знижувалася в середньому на 30-50 оС.

У процесі кристалізації зливків робили періодичні виміри температури незатверділого ядра малоінерційними термопарами, результати вимірів наведені на рис. 5. Тут же показаний інтервал температур кристалізації сталей, який визначили шляхом термічного аналізу проб, відібраних у процесі затвердіння зливків.

Наведені дані показують, що тепло перегріву в рідкій серцевині крупних листових зливків масою від 10 до 30 т, відлитих сифоном, розсіюється через 10-40 хв після закінчення розливання. В подальшому температура незатверділого ядра зливків підтримується на рівні ліквідусу, що створює умови для початку об'ємної кристалізації.

Великий обсяг експериментальних досліджень температурного стану затвердіваючих зливків масою до 30 т дозволив зробити висновок, що в залежності від початкової температури заливки, маси зливка і швидкості розливання незатверділий метал у виливниці знаходиться на початковому етапі затвердіння в стані перегріву або переохолодження, приймаючи надалі температуру ліквідусу, яка підтримується до закінчення затвердіння зливка. Це створює умови для існування ізольованих кристалів в об'ємі незатверділого ядра зливка, які беруть участь у формуванні донного конуса і зони вертикальної кристалізації.

У процесі затвердіння зливків відбувається охолодження їхньої поверхні до температури, при якій можлива поява тріщин. Виміри температури поверхні зливків, виконані за допомогою контактних датчиків, розташованих у рухомих втулках, що мають гравітаційні натискні пристрої, дозволили одержати нові експериментальні дані, які використовували для розробки оптимальних режимів проходження зливків від розливання до посадку в колодязі. Одночасно з вимірами температури поверхні зливків була отримана інформація про час утворення і розміри газового зазору між зливком та виливницею.

Результати експериментальних досліджень дозволили сформулювати початкові і граничні умови в математичних моделях процесів затвердіння зливків. У результаті була уточнена комп'ютерна модель затвердіння зливків у виливницях і розроблена модель розрахунку процесу формування горизонтального зливка ЕШО. В останньому випадку використовували основне рівняння:

, (2)

де ? - щільність металу,

Т- температура, z- координата, -теплопровідність, - час, f(z, ) - щільність джоулевих джерел тепла,

сеф - ефективна теплоємність, яка визначається на основі експериментальної залежності ентальпія-температура і враховує агрегатні перетворення в системі.

(3)

Тут ср, ср-т, ст - теплоємності металу відповідно в рідкому, двофазному і твердому станах.

Рівняння (2) вирішували на комп'ютері за наявною кінцево-різницевою схемою при граничних умовах третього роду.

Теплообмін між донною поверхнею матриці (індекс 1) і піддоном розраховували за формулою:

, (4)

де - коефіцієнт теплообміну між донною поверхнею матриці і піддоном; ТВ - температура навколишнього середовища.

Теплообмін між дзеркалом шлакової ванни (індекс 3) і навколишнім середовищем відбувається шляхом конвекції і випромінювання. Умова теплообміну записується у вигляді:

, (5)

де - наведений ступінь чорноти; - постійна Стефана-Больцмана; 3- коефіцієнт теплообміну поверхні шлакової ванни із зовнішнім середовищем; - координата поверхні шлакової ванни.

Відмінність розробленої моделі від відомих полягає у введенні в програму розрахунку експериментальних даних: зміни ентальпії сталі і температури рідкого шлаку. Це дозволило не тільки збільшити точність обчислень температури в різних точках заготовки, але й значно спростити математичне формулювання завдання шляхом виключення низки формальних допущень.

Результати комп'ютерного моделювання дали можливість встановити основні закономірності і прогнозувати оптимальні режими охолодження та обігріву сталевих зливків, які після експериментальної перевірки використовували для розробки промислових технологій.

Дослідження процесу затвердіння сталевих зливків і ліквації домішок

Основні недоліки крупних зливків, наприклад, шнури позацентрової ліквації та ін. утворюються на стику фронтів горизонтального і вертикального затвердіння, а також у двофазної зоні, яка заповнює центральну область зливка. Тому при дослідженні процесу затвердіння крупних сталевих зливків аналізували розвиток меж як горизонтального, так і вертикального затвердіння, співставляючи експериментальні дані з результатами комп'ютерного моделювання (рис. 6).

Для виявлення конфігурації твердорідкої зони був розроблений метод вибуху, сутність якого полягає в періодичному введенні в серцевину незатверділих зливків зарядів вибухової речовини (маса одного заряду 3-5 г). В результаті гідравлічного удару відбувається ущільнення дендритної структури і видавлювання лікватів з міждендритних проміжків. На сірчаному відбитку повздовжнього темплета зливка виявляються смуги негативної ліквації сірки, а на поперечних темплетах від зливка і прокату - серія “лікваційних квадратів”, які відповідають моментам введення зарядів.

Метод вибуху застосовували в комплексі з методами зондування і введення радіоіндикатора. Експериментальні дані добре узгоджуються з результатами комп'ютерного моделювання (див. рис. 6б). Горизонтальне затвердіння зливків різної маси протягом трьох часів відбувається практично однаково і підпорядковується відомому закону квадратного кореня з коефіцієнтом затвердіння рівним 24,2 - 24,6 мм.хв-0,5.

Кінетику вертикального затвердіння крупних листових зливків вивчали методом диференційованого зондування з одночасним введенням радіоактивного індикатора фосфор-32. Результати досліджень наведені на рис. 7.

З наведених даних випливає, що кінетичні криві вертикального просування твердої фази для обох зливків мають класичну форму і складаються з трьох частин. Час початку прискореного затвердіння залежить від маси зливка: 120 хв для 20-тонного зливка і 140 хв для 27-тонного зливка.

Скорочення обсягу рідкої фази супроводжується інтенсивним розвитком лікваційних явищ і збагаченням рідкої серцевини зливка ліквуючими домішками. Умови ліквації домішок при затвердінні зливка характеризуються ефективним коефіцієнтом розподілу домішки Кеф=Ст/Ср (де Ст - концентрація домішки у твердій фазі на межі з рідким розплавом із концентрацією домішки в обсязі рівній Ср).

Значення коефіцієнта Кеф залежить від умов вимивання лікватів з периферійної частини двофазної зони спадними потоками, а також параметрів дендритної структури і може бути подано рівнянням:

Кеф = 1 - (1 - К0) S(x), (6)

де S(x) - частка твердої фази на відстані х від цілком затверділого металу; К0 - рівноважний коефіцієнт розподілу домішки.

Із зростанням швидкості конвективних потоків уздовж фронту затвердіння значення S(х) збільшується, тобто вимивання лікватів відбувається з більшої глибини твердофазної зони. З підвищенням швидкості затвердіння значення S(х) зменшується і вимивання лікватів відбувається з меншої глибини. При конічній формі дендриту:

S(x) = (1 - x/a ) 2 = y 2 (x) / b 2, (7)

де а - ширина двофазної зони; b - відстань між первинними осями дендритів; y(x) - товщина дендриту на відстані х від цілком затверділого шару.

Межа глибини вимивання лікватів, обумовлена морфологією дендриту, що росте, складає біля 0,67. В цьому випадку:

. (8)

Для вуглецю (К0 = 0,34), сірки (К0 = 0,02), фосфору (К0 = 0,2) значення відповідно рівні 0,56; 0,34; 0,46. Ці значення характеризують максимальний ступінь вимивання домішки з двофазної зони.

Для кількісної оцінки характеристик ліквації домішок у процесі затвердіння крупних зливків була розроблена спеціальна методика відбирання проб металу з рідкої серцевини зливків, що затвердівають, у кварцові пробовідбірники. За даними хімічного аналізу проб металу визначали ступінь ліквації вуглецю, сірки і фосфору. У результаті було встановлено, що для оцінки ліквації домішок достатньо визначити ступінь ліквації вуглецю, ступінь ліквації інших домішок у крупних зливках лінійно пов'язана зі ступенем ліквації вуглецю.

На рис. 8 показана зміна ступеню ліквації вуглецю в рідкій серцевині зливків, що кристалізуються, сталі марки Ст3сп. Помітне збільшення вмісту вуглецю в рідкій серцевині зливків відзначається через 60-80 хв після закінчення заливання металу. До цього моменту в нижній частині зливка, що не закристалізувалась, з'являється двофазна зона, яка виявля-ється диференційованим зондуванням (див. рис.7).

Для листових зливків масою 20-30 т, що відливаються сифонним способом, на першому етапі затвердіння (до 90 хв), коли швидкість затвердіння перевищує 1 мм/хв, ступінь ліквації вуглецю не перевищує 10 %, що узгоджується з теоретичними розрахунками. На другому етапі (об'ємно-послідовної кристалізації) із зменшенням швидкості затвердіння і розвитком двофазної зони вертикальної кристалізації ступінь ліквації вуглецю швидко збільшується і досягає до 160-ої хвилини 30 % (див. рис. 8).

Для листових зливків із мартенівської сталі масою 23 т, відлитих зверху, до цього ж часу рівень ліквації вуглецю значно більший і складає 50 %. Менший рівень ліквації домішок у процесі затвердіння крупних листових зливків масою 20-27 т пов'язаний з тим, що якість рідкої сталі, яка виплавляється в кисневих конверторах і додатково піддається позапічній обробці, достатньо висока. На ступінь ліквації домішок у крупних зливках істотно впливає рівень вмісту сірки, фосфору і газів у сталі, що розливається.

Для оцінки хімічної неоднорідності цілком затверділих листових зливків використовували метод суцільного відбору проб по всій поверхні повздовжніх темплетів зливка на п'ятьох рівнях по висоті.

Встановили, що ступінь ліквації в крупних листових зливках масою 20-27 т для вуглецю складає 20-23 %, для сірки - 53-58 %, для фосфору - 13-15 %. Збільшення маси листових зливків від 20 до 27 т практично не вплинуло на максимальний ступінь ліквації фосфору і вуглецю. Значення максимальної ліквації сірки стало декілька вище (на 5-9 %). Це розходження вдалося перебороти, використовуючи обробку сталі в ковші синтетичним шлаком.

Удосконалення та оптимізація технології сифонного розливання сталі в крупні зливки із застосуванням теплоізолюючих сумішей

Розробка раціональної технології сифонного розливання допускає вибір оптимальних значень температури металу, що розливається, яку визначали за формулою:

, (9)

де tк - температура сталі в ковші, оС; tл - температура ліквідусу сталі, оС; вит - час витримки ковша, с;

р - тривалість розливання, с;

ке - ефективний коефіцієнт охолодження металу в ковші, що для 350 т ковша дорівнює 4.10-3 оС/с.

На основі формули (4) і експериментальних значень температури ліквідусу сталі, отриманих автором, були складені температурні нормативи швидкісного сифонного розливання крупних зливків (табл. 1).

Таблиця 1 Нормативи температури металу в ковші після обробки аргоном для сифонного відливання крупних листових зливків масою 20 і 30 т

№ пп.	Марка сталі	Температура ліквідусу, оС	Середня нормативна температура металу у ковші, оС	Рекомендована температура металу у ковші, оС
				20 т	30 т
1	09Г2С	1512	1570	1565	1560
2	Ст. 3сп	1510	1570	1565	1560
3	Ст. 5сп	1500	1555	1555	1550
4	Ст. 35сп	1490	1555	1545	1540
5	Ст. 45сп	1485	1545	1540	1535
6	10ХСНД	1510	1570	1565	1560

При збільшенні маси зливка важливим завданням є розрахунок оптимальних розмірів центрової і діаметра каналів сифонної проводки. Шляхом вирішення диференціального рівняння руху металу в центровій і сифонній проводці отримана розрахункова формула для визначення часу заповнення виливниці:

, (10)

де зап - час заповнення виливниці, с; S - еквівалентний перетин виливниці, м2; - коефіцієнт витрати; - перетин ливникового каналу, м2; Н1 - початковий рівень металу у виливниці, м; Н2 - кінцевий рівень металу у виливниці, м.

Коефіцієнт витрати визначали з врахуванням місцевих опорів окремих ділянок центрової і сифонної проводки і даних з в'язкості маловуглецевої сталі, отриманих автором.

Результати розрахунків показали, що збільшення висоти центрової не дозволяє істотно збільшити швидкість розливання. Параметром, що лімітує і визначає швидкість сифонного розливання крупних зливків, є перетин ливникових каналів. Збільшення діаметра сифонної проводки від 60 до 70 мм дозволяє відповідно до розрахунку за формулою (10) знизити тривалість наповнення виливниці при розливанні 30 т зливку на 16 %.

У процесі освоєння сифонного розливання крупних листових зливків було встановлено, що при прокатуванні товстих листів поверхневі дефекти розташовувалися в більшій мірі на стороні, яка відповідає широкій грані зливка більш віддаленої від центрової. Це пов'язано з інерційним відхиленням фонтануючої струмини при заповненні виливниці від вертикалі і розмивом затверділої кірки зливка. Для зменшення зазначеного шкідливого явища отвори живильників зміщали в сторону протилежну руху металу на 80-120 мм.

Макроструктуру і якість поверхні зливків значною мірою визначають склад і витрати застосовуваної теплоізолюючої суміші. При розливанні дослідних зливків застосовували перліто-графітову, зольно-графітову, а також спеціально розроблену зольно-силіманітову суміш, яка не вміщує графіту. Остання суміш, склад якої захищений авторським свідоцтвом, забезпечує хорошу якість поверхні і макроструктури зливків при зниженні рівня викиду пилу на 10-20 %.

Для усунення враженості поверхні зливків шлаковими включеннями витрату теплоізолюючої суміші при розливанні металу встановлювали мінімальною (1,0-1,5 кг/т сталі). При необхідності суміш добавляли в процесі розливання для виключення оголення поверхні металу.

Для поліпшення якості поверхні донної частини зливків були розроблені спеціальні способи розливання та пристрої для подачі теплоізолюючої суміші у виливницю, на які були отримані авторські свідоцтва: раціональні режими заповнення виливниць, двошарові суміші, спеціальний контейнер для сумішей та ін.

Розробка раціональних параметрів, елементів конструкції і технології відливання крупних зливків для виробництва товстих листів

При конструюванні 30-тонного листового зливка намагались забезпечити мінімальний розвиток хімічної, фізичної і структурної неоднорідності, що досягається створенням високої спрямованості затвердіння. Основні параметри зливків визначали на підставі даних комп'ютерного моделювання та експериментальних досліджень. На рис. 9 наведені схеми розроблених конструкцій 30-тонних зливків і порівняльних зливків масою 20 і 27 т. Серійні листові зливки (див. рис. 9 а, б) мають хвилясту поверхню. Наявність хвиль на поверхні зливка при сифонному розливанні під теплоізолюючими сумішами викликає налипання на поверхню часток суміші і, як наслідок, - дефекти поверхні (пісочини і підкіркові пухирі). Тому нові зливки спроектували з гладкою поверхнею. Проміжний варіант (див. рис. 9 в) допускав наявність хвиль по широкій грані в місцях найбільшої концентрації термічних напруг, проте, як показали подальші дослідження, у цьому немає необхідності при достатньо високій якості сталі, що розливається. Для посилення спрямованості затвердіння і поліпшення стриперування конусність нового зливка прийняли перемінною за висотою: у нижній частині - 15 %, у середній частині - 6 %, у верхній частині - 2,5 %. З метою зниження небезпеки виникнення тріщин конструкція 30-тонного зливка відрізнялася створенням спеціального профілю бічної поверхні з параболічною вгнутістю в нижній частині і розрядниками напруг у кутах зливка. Конструкція зливка захищена авторським свідоцтвом.

Для забезпечення якісної поверхні крупних листових зливків додержувалися оптимальні температурні і швидкісні режими розливання, а також технології подачі теплоізолюючої суміші.

Оцінку якості крупних листових зливків робили шляхом вивчення макроструктури, хімічної неоднорідності, розподілу неметалічних включень і визначення механічних властивостей литого і катаного металу.

Результати досліджень показали, що збільшення маси зливка з 20 до 30 тонн не призвело до погіршення якості металу практично по всіх показниках. Це пов'язано з достатньо високою якістю рідкої сталі після її продування аргоном у ковші. Додаткове поліпшення якості сталі, як показали проведені дослідження, досягається обробкою сталі в ковші синтетичним шлаком (або ТШС) і захистом струмини металу від повторного окислювання при розливанні. Для захисту струмини металу розроблений і запатентований спеціальний пристрій для подачі аргону в замкнутий простір між розливним стаканом і центровою.

За розробленою технологією була відлита дослідно-промислова партія 30-тонних зливків обсягом 8175 т, за результатами прокатування якої встановлено зниження витратного коефіцієнта металу в середньому на 20 кг/т. Результати випробування металу дослідно-промислової партії і поточного виробництва показали, що механічні властивості металу товстих листів і плит, отриманих із 30-т зливків, знаходяться на тому ж рівні, що і для аналогічного прокату, отриманого із 20-т зливків (табл. 2).

Особливу увагу в роботі приділили дослідженню якості плит товщиною 0,25 м, які неможливо прокатувати з безперервнолитих заготовок. Механічні властивості зразків таких плит, прокатаних із 30-тонних зливків задовольняють вимогам Держстандарту 14637-89 (табл. 3).

Таблиця 2 Механічні властивості товстих листів і плит при іспитах зразків металу крупних зливків на розрив

Марка сталі	Товщина, м	Межа текучості , МПа	Часовий опір, МПа	Відносне подовження , %
		20 т	30 т	20 т	30 т	20 т	30 т
3 сп	0,080 0,120 0,160	256 252 240	265 260 255	448 440 436	448 436 442	27,2 28,3 28,1	27,3 29,5 29,3
09Г2С	0,080 0,120 0,160	316 311 290	324 316 308	490 485 478	489 480 474	30,6 29,5 29,4	30,4 31,6 33,2

Таблиця 3 Механічні властивості досліджуваних плит товщиною 0,25 м Ст3сп, отриманих прокатуванням 30-тонних зливків при випробуванні зразків на розрив та ударний згин

Місце відбору зразків металу для випробування	Межа текучості , МПа	Часовий опір, МПа	Відносне подовження , %	Ударна в'язкість, KCU, МДж/м2
головний	периферія вісь	235 230	450 440	27 28	0,57 0,55
середній	периферія вісь	235 235	435 430	29 30	0,60 0,55
донний	периферія вісь	240 245	440 435	30 31	1,05 0,74

Впровадження раціональної технології розливання 30-тонних зливків дозволило зменшити витратний коефіцієнт металу при прокатуванні на 20 кг/т, знизити витрату виливниць, надливних надставок і піддонів, число центрових і візків у сталерозливному потязі з п'яти до чотирьох, втрати металу в центрових і ливниковій системі.

Розробка та оптимізація технології розливання горизонтальних двошарових зливків із застосуванням електрошлакового обігріву

Перспективним напрямком одержання заготовок для виробництва біметалічного листа є розливання двошарових горизонтальних зливків, оскільки композитні заготовки на даний час неможливо робити способами безперервного розливання.

Результати математичного моделювання і дані прямих експериментальних досліджень: вимір температури, введення індикатора, зондування дозволили встановити основні напрямки удосконалювання електрошлакової технології виробництва горизонтальних біметалічних зливків із корозійностійким плакувальним шаром. Як результат - запропоновані нові технічні рішення, виконані на рівні винаходів, на які отримано чотири авторських свідоцтва.

Встановлена можливість керування процесом кристалізації плакувального шару зміною питомої потужності обігріву шлаку в межах 0,3-0,9 МВт/м2. Показано, що на завершальному етапі кристалізації необхідно збільшення питомої потужності обігріву з метою виведення усадочних дефектів і шлакових включень у зону, що видаляється при механічній обробці зливка перед прокатуванням.

Впровадження оптимальних режимів ЕШО дозволило знизити витрату електроенергії з 90 до 55,5 кВт*год/т сталі.

Запропоновано спосіб диференційованого відведення тепла від зливка, що дозволяє знизити нерівномірність обігріву матриці і одержати практично плоский фронт кристалізації плакувального шару. Для здійснення способу розроблена конструкція піддона, що має систему струминного охолодження.

Оскільки диференційоване відведення тепла і спеціально організований процес кристалізації не дозволили цілком усунути утворення поверхневих дефектів, а, отже, уникнути процесу механічної обробки біметалічних зливків перед прокатуванням, був розроблений і впроваджений новий спосіб одержання біметалічних горизонтальних зливків із використанням бічного живлення усадки при кристалізації плакувального шару. Відповідно до нового способу усадочні дефекти виводяться на край плакувального шару, у так звану зону бічного живлення, де метал кристалізується в останню чергу. Сутність способу полягає в тому, що матрицю поміщають у кристалізатор таким чином, щоб зазор між однією з її коротких граней і найближчою стінкою кристалізатора був більшим від зазору між другою короткою гранню і стінкою кристалізатора в 3-7 разів. Таким чином, у кристалізаторі створюється зона, в якій відведення тепла від рідкого металу менше, ніж у поверхні матриці. Після завершення кристалізації 30-70 % металу плакувального шару обігрів концентрують у вказаній зоні. Локалізацію обігріву здійснюють зупинкою кристалізатора в момент, коли електроди знаходяться над зоною бічного живлення. Завдяки створеному у вказаній зоні тепловому потоку, метал у ній залишається рідким аж до повного затвердіння плакувального шару. Рідкий метал із зони бічного живлення надходить у шар, що кристалізується, і заповнює усадочні пустоти. При цьому у зоні бічного живлення концентрується основна маса усадочних дефектів, які видаляються при обрізуванні в процесі підготовки зливка до прокатування.

...