Стислі теоретичні відомості

Незважаючи на прогресивність безперервної розливки сталі в Україні за даними на кінець 2008 року майже 65% розливається у виливниці (у тому числі 80% електросталі). При цьому головна обрізь складає приблизно 14%. Глибина усадкової раковини залежить від її середнього поперечного перерізу, наявності в ній “мостів”, умов тепловідведення крізь дзеркало металу та бокові стінки надставки, конусності стінок виливниці, заливки зверху та сифоном та ін.

Для зменшення головної обрізі більше значення має правильність розрахунку усадкової раковини. Точний аналітичний розрахунок поки не розроблений, однак існує низка наближених методів. Результати вивчення форми усадкової раковини реальних злитків та їх моделей показує, що форма усадкової раковини в загальному вигляді може бути описана рівнянням параболи n-ого порядку.

а граничні умови можна записати так: при Х = 0 Y = 0, при Х = r Y = h_у.р.. Після підстановки цих даних у (1) отримуємо

При зростанні n профіль кривої (2.2) приймає більшу ввігнутість, зміна умов охолодження прибутку призводить до зміни величини n від 0,2 (погане утеплення) до 10…20 та більше (гарне утеплення, обігрів).

Аналітичний розрахунок розмірів прибуткової частини повинен враховувати не тільки геометричні співвідношення, але й теплову роботу прибутку, тобто баланс тепла в неї. Прохід тепла в прибутковій частині складається з наступних статей: тепло від зняття перегріву металу на ДT_рід, виділення скритої теплоти кристалізації – q_k, тепло від охолодження об’ємів на ДT_{тв .}, зовнішніх джерел теплоти – Q _зовн. Витрати теплоти у вигляді втрат від дзеркала металу – q ₁, в сторони – q ₂ і вниз (передача тепла в тіло злитку) – q ₃.

Вочевидь, що мінімальні розміри прибуткової частини будуть спостерігатися при мінімальних величинах q ₁ и q ₂ та максимумі q ₃. Для моменту повного твердіння злитку з балансу тепла слідує:

де  ­ маса металу в прибутку;  та  ­ теплоємність сталі в рідкому та твердому стані.

З виразів (2.3) та (2.4) слідує, що для зменшення усадкової раковини необхідно знижувати витрати крізь дзеркало металу та стінки прибутку. Це збільшує . Слід також підводити тепло до прибутку за рахунок екзотермічних матеріалів та підігріву.

Вплив ДT_рід на  не великий, так як у зв’язку зі зростанням температури збільшується й загальна усадка та виникають загальні труднощі. Бажано збільшити градієнт температури у вже затверділому металі, що, однак, може бути реалізовано тільки при відливці сталі у кристалізатори, що охолоджуються водою.

Скороченню довжини усадкової раковини сприяє відливка злитків в розширені уверх виливниці. Ці злитки відрізняються більш щільною структурою осьової зони. В злитках, що розширені зверху, отримується більш глибока основна усадкова раковина, а крім того, нижче утворюється вторинна усадкова раковина і зменшується площина осьової частини.

Моделювання процесу утворення усадкової раковини дозволяє, з одного боку, якісно оцінити вплив технології розливки та параметрів виливниць на розмір прибуткової частини, а з іншої, уточнити кількісні показники рівнянь (2.1) та (2.2).