Файл: Сергеев, А. Б. Вакуумный дуговой переплав конструкционной стали.pdf

чсиню сл и тк а .

Р я д сл учаев , встречаю щ ихся на практи ­

ке, показан схем атически на рис.

38.

Р а ссм о т р и м

более подробно

типичные примеры и з­

Р и с .

39.

В л и я н и е си л ы

т о к а

на

и зм е н ен и е

линеЛ ноЛ

ск о р о ст и з а ­

т в е р д е в а н и я п о с е ч е н и ю

с л и т к а д и а м е т р о м

320

мм с т а л и

4 0 Х Н 2 С М А

(ш т р и х о в ы е ли н и и — д л я п л а в о к с в р а щ е н и е м м е т а л л а ) ;

О б щ и м

а — 8,0

к А ;

б —

6,5 к А ;

в — 4,6

к А

для в сех кривы х

является

необычный х а р а к ­

тер изменения скорости

по

сечению

слитка

в

периф е­

рийной его зоне. В то врем я

как в сл и тках ,

засты ваю щ и х

в и злож нице, н аблю дается

монотонное ум еньш ение ск о ­

рости,,1описы ваем ое

известным

законом

квадратного

корня

в

сл и тках

В Д П

скорость

вн ачале

повы ш ается,

затем резко падает и вновь

постепенно

увеличивается

до сам ого

центра

слитка. Э то различие м ож но

о б ъ я с­

I x = k , y

т, где г

— время;

х — толщина затвердевшего слоя;

7— 995

97

нить тем , что

в

слитке В Д П

скорость

кристаллизации

определяется

ме

только

интенсивностью

теплоотвод а,

убы ваю щ ей

по мере

нарастания

корки, по

и количест­

вом тепла,

поступаю щ его

к

фронту

затвердеван и я

из

ж идкого

м еталл а.

П оследн ее

т ак ж е

ум ен ьш ается

от

края к

центру

слитка и,

по -видим ом у,

бы стрее, чем

те­

дел яем ая

разностью д в ух

величин,

растет.

Н аст у п ае т ,

однако , момент, когда вследствие

у ж е

упом и навш егося

образования

зазор а

м еж ду слитком

и кр и стал л и зато ­

ром

интенсивность

теплоотвода резко

ум ен ьш ается , и

это

вы зы вает

торм ож ение

кристаллизации .

К а к

видно

из рис. 39, оно

наблю дается

после образован и я

корочки

толщ иной

2— 5

см ,

причем

повышенной

силе

тока

соот ­

ветствует д а ж е полная остановка затвердеван и я .

II

8

Н еобходим о

т ак ж е

отметить, что при

силе тока 6,5

кА линейная

скорость

на

значительной

части

сече ­

ния

слитка

примерно оди н акова, в

то

время

как при

4.6 к А она примерно на 25%

меньш е. Е щ е

больш ее по ­

стоянство скорости но сечению слитка

получено

в р е ­

зультате

принудительного

вращ ения

ж идкой

ванны .

А налоги чн ая картина бы ла

о бн ар уж ен а

ранее в

опы тах

со

сталью

Ш Х 1 5

в

кр и сталли заторах

ди ам етр ом

260—

280

мм [3 6 ], где

близкие по

величине

скорости

н аб л ю ­

дали сь в ди апазон е токов 4—

6

к А , а

при силе тока

3,ЗкЛ

скорость бы ла ниж е примерно на 40%•

Н ак о н ец ,

о б р а ­

ботав

контуры

ванны ,

заф икси рованны е

при

силе

тока

от 4.2

до

10,8 к А

в

кристаллизаторе диам етром

305 мм

[7 1 ],

мы так ж е

наш ли ,

что

на

середине

р ади уса

слитка

линейная

скорость со ставл ял а

во

всех

сл у ч ая х

от 3,0

до 3,6 мм/мнп, в то время как наполнение

кр и стал л и за ­

тора

при

разны х

токах

происходило

со

скоростью от

3.6

до

12

мм/мин. С л ед ует

отметить, что

все

эти зн ач е ­

ния близки к скорости затвердевания

м еталла

в

обы ч ­

ных

сл и тках.

О ц ен к а по

ф орм уле

квадратного

корня

при

k — 2,5

— 2,6

см/мин

0-5

д ает

для

середины

ради уса

слитка ди ам етром 300

мм

скорость,

равн ую

0,42—

0,45 см/мин.

Т ак ое

постоянство скорости затвердеван и я связан о ,

по -видим ом у, с тем , что ее величина

в р ассм атр и ваем ы х

услови ях

определяется

единственным

ф актором — ин­

тенсивностью

отвода тепла,

которая

в

свою

очередь

зави сит от толщ ины

зак р и стал ли зо вавш его ся

слоя сли т­

к а .

В

то ж е

врем я

при

м едленном

плавлении ,

м алой

глубине вампы и поступлении к фронту

затвердевания

больш ого

количества

тепла

скорость

продвиж ения

ф ронта оказы вается пониженной

и

всецело

зависит от

н аплавления слитка.

м ассовую

скорость

затвер д ева ­

Р ассч и т ае м v средню ю

ния м еталл а

j S 0

на

единицу эф ф ек ­

ф, приходящ ую ся

тивной площ ади ф ронта

кристаллизации (табл . 2 2). П о д

эф ф ективной

площ адью

подразум евается

поверхность

р азд ел а ж и дкой ванны с твердым

м еталлом ,

за

вычетом

вертикальны х

участков

фронта,

где

скорость

кр и стал ­

лизации

равна

нулю . В

кристаллизаторе

данного д и а ­

плавления сн ач ал а возрастает , а

затем , начиная с не­

которого предела, обратно пропорционального

ди ам ет ­

ру,

остается постоянной.

Д ан н ы е ,

относящ иеся

к р а з ­

ным

кри сталл и затор ам ,

удается

обобщ ить, представив

VnDJSr

,ф — удельн ая скорость плавления

vu/DK».

К а к

глубина

ваины п рибли ж ается

к нулю ,

гр аф и к

р а ссм а т ­

риваемой функции

представляет

собой

прям ую ,

про ­

хо дя щ ую

через

начало

координат,

под

углом

к

гори ­

зонтали ,

равны м

a r c t g —

Величина

угл а

определяется

тем , что

71

площ адь

фронта

затвер д ева ­

в этих усл ови ях

ния совп ад ает с

площ адью

поперечного

сечения

кри ­

стал л и затор а , т.

е.

.

Следовательн о ,

парам етр

затвердевания

vnDK/S

Эф оказы вается

равен

4vn/nDu.

ско ­

П о

м ере роста скорости

плавления

приведенная

рость

затвердевания

растет

до

1,7

г / ( с м -с ),

а затем

остается неизменной, т. е. предельная

м ассо в ая

ск о ­

рость

затвердевания

для

разны х

кристаллизаторов со ­

ставляет

1,7D1(,

г/(см

2

- с ) .

П ричиной

сущ ествования

такой

предельной скорости

является

то,

что

при

у ск о ­

части ф ронта

контролируется

только

интенсивностью

теплоотвода,

постоянной для

данного

разм ера сли тка.

В м есте

с тем

средняя скорость отвода тепла прибли зи ­

тельно

обратно пропорциональна ди ам етр у

сл и тка ,

что

и объясняет

наблю даем ую

зависим ость предельной

ск о ­

рости от ди ам етр а.

сущ ествование

предельной

С л ед у ет заметить, что

7*

99

3,5

28,3

1,415

392

392

0,0725

1,45

8,0

74,0

3,70

1635

860

0,0865

1,73

4,6

42,0

1,31

1085

1085

0,0386

1,235

6,5

60,7

1,90

2215

1365

0,0443

1,42

8,0

74,5

2,42

2998

1528

0,0488

1,56

32

5,2

46,6

1,46

929

929

0,0503

1,61

5,2

46,4

1,45

903

903

0,0513

1,64«

6,5

61,0

1,925

1508

1238

0,0499

1,60

6,5

60,9

1,90

1205

1205

0,0503

1,61*

8,0

78,4

2,47

2510

1553

0,0505

1,62

8,0

77,5

2,42

1429

1429

0,0541

1,73"'

7,0

65,5

1,63

1680

1680

0,0388

1,55

40

7,5

73,5

1,84

2720

2180

0,0346

1,38

8,0

80,9

2,02

1885

1885

0,0429

1,72**

12,0

123,5

3,08

5390

2980

0,0415

1,66