Продолжение ...

Анализ результатов моделирования

В процессе заливки металла в изложницу происходит интенсивный теплообмен между расплавом, стенками изложницы и поддоном, а также в объеме залитого металла, в результате которого температура металла после некоторого начального периода постоянства начинает снижаться в результате потерь тепла, отводимого через стенки изложницы в охлаждающую воду, а температура поддона и изложницы после начального этапа резкого нагрева с момента соприкосновения с расплавом – интенсивно понижается. Наиболее опасным местом всей системы является осевая область поддона, т.е. место падения струи, где начальная скорость струи достигает 300 ¸ 800 см/с и в течение значительного периода времени струя непосредственно воздействует на поверхность поддона. Анализ показывает, что относительный вклад оплавления и размыва сравнимы между собой по величине и различаются в зависимости от величины перегрева расплава и скорости заливки. Однако строгое разделение этих факторов затруднительно, поэтому в дальнейшем используется термин “эрозия”, дающий суммарную оценку термического и гидродинамического воздействия потока расплава.

На рис.2 представлено изменение осевой температуры металла во времени и по сечению поддона, согласно которым максимальный прогрев поддона имеет место в период до 25 ¸ 30 с, когда высота залитого металла достигает около 20 ¸ 30 см, при этом в наружных слоях поддона температура может превысить температуры солидуса и ликвидуса, что приведёт к оплавлению и размыву (эрозии) поддона. В этот период температура расплава имеет максимальную величину, соответствующую температуре заливки, и начинает заметно снижаться у поверхности поддона лишь через 50 ¸ 60с. Кинетика прогрева поддона и днища изложницы за тот же период (рис.3) показывает, что эрозия поддона может составить 10 мм из 30 мм толщины поддона, а стенка изложницы может прогреться до достаточно высокой температуры. Приведённые на рис.2 ¸ 3 данные соответствуют заливке металла из 10 тонного ковша через стопорный стакан диаметром 40 мм при начальной высоте металла в ковше 170 см и с использованием промежуточной воронки. Аналогичный гидравлический режим представлен на рис.4 ¸ 11, а также на рис.22 ¸ 27. Оценка влияния параметров гидравлического режима, в том числе при непосредственной заливке металла в изложницу, выполнена на основе данных, приведённых на рис.12 ¸ 21.

Сравнительную оценку влияния толщины поддона и температуры заливки на распределение температур в изложнице и поддоне показывают данные, представленные на рис.4 ¸ 8. Из них следует, что при толщине поддона менее 20мм эрозия поддона достигает 75¸ 100% толщины с возможностью последующей эрозии стенки изложницы.

---------------------

Повышение температуры заливки весьма существенно ускоряет прогрев поддона, особенно в сочетании со значительной толщиной зазора 10 мм, изолирующего поддон от теплоотводящей поверхности изложницы, вследствие чего может наступить интенсивная эрозия поддона (рис.6).

-----------------

Совокупное влияние изменения толщины поддона и повышения температуры заливки (рис.8) на примере стали 08ГДНФЛ показывает, что для предупреждения значительной эрозии и получения устойчивого режима заливки необходимо иметь толщину поддона не менее 30мм при перегреве, не превышающем 75 ¸ 80 град.

Изменение толщины зазора между поддоном и изложницей (рис.9¸ 10) приводит к появлению значительного перепада температур в зазоре, вследствие чего несколько затрудняется отвод тепла и увеличивается эрозия поддона. Однако, влияние этого фактора значительно слабее, чем температуры заливки, и он играет второстепенную роль.

----------------------

При повышении продолжительности заливки слитка (рис.11) происходит некоторое снижение интенсивности эрозии поддона, связанное с соответствующим уменьшением скорости струи, падающей на дно изложницы, и ослаблением эрозионного воздействия потока при неизменном влиянии термических факторов.

Сравнительное исследование гидравлических параметров заливки изложниц сталью 20Н3ДМА при различных значениях начальной высоты напора в ковше H_K, диаметра стопорного стакана d_K, высоты ковша над изложницей D H_K и при использовании промежуточной воронки “ПВ” (рис.12 ¸ 14) показывает, что при этом продолжительность заливки может колебаться в пределах от 85 до 190с, а скорость струи на уровне зеркала подымающегося металла соответственно изменяется от 830 до 300 см/с по мере заполнения изложницы и уменьшения напора в ковше и – главным образом - высоты падения струи. Наиболее высокие значения скорости падения струи соответствуют условиям заливки непосредственно в изложницу из полного ковша при повышенной его высоте над изложницей (рис. 14). Наиболее мягкие условия по скорости падения струи могут быть получены при использовании промежуточной воронки (рис. 14), но только при условии, что конструкция воронки и режим заливки обеспечивают поддержание уровня зеркала в ней на такой высоте, чтобы его площадь не менее, чем в 3 раза превосходила сечение струи. Сопоставление кривых на рис.13 и рис.14 показывает, что скорость повышения уровня металла в изложнице, экранирующего поверхность поддона от эрозионного воздействия падающей струи, не находится в непосредственной и однозначной связи со скоростью падения струи, так как интенсивность заполнения определяется расходом металла из ковша (произведение скорости вытекания на сечение стакана), а скорость падения струи зависит от скорости вытекания и высоты падения до зеркала, изменяющейся обратно пропорционально количеству вытекшего металла.

--------------------