Заполнение формы жидкой сталью

Физические процессы, идущие в охлаждающейся и кристаллизующейся стали

Основной задачей технологического процесса выплавки и разливки стали является получение стальной отливки заданного размера, конфигурации, определенного качества. Отливки получают путем разливки стали по формам (изложницам).

Разливка является завершающим звеном технологического процесса в сталеплавильном цехе. Сталь заполняет форму, вступает в теплообмен с формой, затвердевает, кристаллизуется. При разливке стали нас больше интересует физическая сторона. Поэтому при рассмотрении процесса разливки можем условно выделить четыре момента:

1. Заполнение формы жидкой сталью.

2. Тепловой обмен между формой и жидкой сталью.

3. Затвердевание стали, т.е. тепловой процесс перевода ее из жидкого в твердое состояние.

4. Кристаллизация стали.

5. Усадочные явления. Причина их образования.

Для заполнения жидкой сталью формы сталь должна быть способной течь в форме. Способность стали течь и заполнять форму называется жидкотекучестью стали. Это понятие чисто технологическое, не нужно путать его с текучестью, что является физическим понятием.

Величина обратная вязкости называется текучестью.

Вязкость − h (пуаз) г/см∙сек (динамическая вязкость).

Существуют понятия динамической и кинематической вязкости.

см²/сек, где g − плотность металла, г/см³.

Динамическая вязкость оказывает влияние на заполняемость формы, характер течения металла (ламинарный или турбулентный). Кинематическая вязкость стали с 0,3 % С очень мала, меньше воды.

	Кинематическая вязкость	Динамическая вязкость
Сталь 3		0,00407		0,0285
Вода		0,0195		0,0105

Жидкотекучесть − и жидкотекучесть – − длиной затекания стали в форме. Как известно h и j связано с трением. Для измерения используют прибор Герти. Иногда используют спираль для измерения жидкотекучести. Они все работают на одном принципе: узкий канал, куда затекает металл.

Жидкотекучесть стали важна не только с точки зрения заполнения формы, но и оказывает существенное влияние на качество отливки. Чем более сталь жидкотекуча, тем более она подвижна, тем легче выплыть газовым пузырям, тем легче НВ коагулирует и всплывают.

Жидкотекучесть способствует получению концентрированной усадочной раковины. Следовательно, высокая жидкотекучесть необходима для хорошего заполнения формы и для получения плотной отливки.

Жидкотекучесть определяется интервалом между и чем оно больше, тем больше жидкотекучесть. Интервал температуры зависит от содержания углерода в металле. Чем больше [С], тем больше жидкотекучесть, т.е. длина затекания металла. Жидкотекучесть от линии солидуса не зависит, ибо жидкотекучесть равна нулю значительно выше линии солидуса. Для стали нулевая жидкотекучесть наступает при 20 % твердой фазы, для чугуна – при 30 %.

Решающее влияние на жидктекучесть оказывает тот абсолютный перегрев над температурой нулевой жидкотекучести или ликвидуса, который определяет длительность пребывания металла в жидком состоянии.

При данной температуре заливки, чем ниже температура нулевой жидкотекучести или ликвилуса, тем больше, при прочих равных условиях, практическая жидкотекучесть. Очевидно, что если заливать металл при одинаковой разности температуры между , но при разных температурах нагрева стали, то жидкотекучесть будет разная.

Нехендзи предложил формулу для теоретического определения жидкотекучести:

(2.1‑12)

где А – константа, зависящая от физико-химических и технологических свойств металла и формы; с – теплоемкость металла; − температура заливки стали; − температура нулевой жидкотекучести (− перегрев, заливаемо-го металла над температурой нулевой жидкотекучести (для стали можно принять … + ликв.); L – скрытая теплота кристаллизации того количества твердой фазы, которое обусловило нулевую жидкотекучесть; g − плотность металла; t _м − скорость температуры металла за время пребывания металла в форме в текучем состоянии; − средняя температура формы за тоже время; L и g для данной марки стали постоянны; − постоянные для одинаковой марки стали.

Переменными являются .

Эта формула определяет жидкотекучесть в зависимости от теплообмена между металлом и формой.

С повышением поверхностного натяжения уменьшается, а с понижением интенсивности движения металла увеличивается. При турбулентном движении меньше, чем при ламинарном. Так же, как связана с характером движения металла, наблюдается связь ее с интенсивностью теплоотвода от перемещающейся стали в канале.

Основные параметры, влияющие на заполнение литейной формы металлом, даны в зависимости А. А. Рыжикова.

Жидкотекучесть будет зависеть от температуры заливки (). Чем больше , тем больше жидкотекучесть. Для каждой марки стали имеется , при которой достигается максимальная жидкотекучесть, после которой повышение температуры уже не оказывает влияния на жидкотекучесть. Это критическая температура разливки стали должна проводиться при температуре близкой к критической. Так как поперечное сечение слитка велико, то высокую жидкотекучесть иметь желательно, но не обязательно, ибо и при низкой жидкотекучести можно получить плотную отливку. Высокая жидкотекучесть играет большую роль при производстве фасонных отливок.

Если = const, тогда А зависит от свойств самой стали (t _ф при этом тоже постоянна), т.е жидкотекучесть определяется технологическими свойствами стали. Если жидкотекучесть прозразна, то она не имеет взвешенных холодных частиц, и ее жидкотекучесть определяется ее динамической вязкостью. Но в практике нет прозрачной жидкости, ибо в стали всегда имеются НВ и взвешенные частицы: твердые, жидкие и газообразные.

Если сталь представляет собой суспензию, то жидкотекучесть ее будет ниже, твердые НВ уменьшают ее жидкотекучесть, а поэтому раскисление нужно вести так, чтобы не получить твердых дисперсных включений.

Жидкие частички в стали находятся в виде эмульсии. Чем больше жидкотекучесть частичек эмульсии, тем выше жидкотекучесть стали, а поэтому жидкие частички либо не влияют на жидкотекучесть, либо увеличивают ее. Газовые пузыри уменьшают жидкотекучесть.

Для получения плотной отливки необходимо иметь жидкую сталь свободную от твердых НВ и газовых пузырей. Наличие жидких НВ допустимо, т.е. все НВ стремятся перевести в жидкое состояние.

Дата добавления: 2014-01-04