ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ПРИ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКЕ СТАЛИ

О              промышленном применении электромагнитного перемешивания при непрерывной разливке на зарубежных заводах имеется множество публикаций, которые можно разделить на два типа.

вы о преимуществах, даваемых применением электромагнитного перемешивания при разливке сталей самого различного марочного и размерного сортамента. Отмечались увеличение выхода годного, улучшение структуры металла, повышение чистоты поверхности заготовки и т.п. при самых различных формах электромагнитного воздействия. По нашему мнению, основную роль здесь играло отмеченное снижение требования к настройке МНЛЗ и соблюдению технологического режима разливки. После того как технологи научились выдерживать эти требования и получили необходимое оборудование, приборы теплового контроля, разливочные шлаки и т.п., интерес к электромагнитному перемешиванию соответственно уменьшился. Работы и публикации второго типа (с 80-х годов до настоящего времени) связаны с решением при помощи МГД-ме- тодов конкретных технологических задач, не имеющих удовлетворительного решения традиционными методами.

Отсылая читателя к обзорам [82 — 84] и приводя ниже библиографию более детальных источников, здесь ограничимся в основном комментариями к известным сведениям о решении при помощи электромагнитного перемешивания нескольких конкретных технологических задач. Необходимо установить, какие технологические результаты (и насколько достоверно) достигаются использованием тех или иных форм электромагнитного перемешивания жидкой фазы кристаллизующейся заготовки. Меньше всего неясностей возникает в вопросе о применении электромагнитного перемешивания при отливке сортовых заготовок из мало- или среднеуглеродистых сталей, если целью является измельчение структуры металла, уменьшение усадочной пористости, снижение не очень развитой на этих сталях, имеющих относительно узкий температурный интервал кристаллизации, явлений ликвации.

Однако большинство зарубежных фирм, внедривших электромагнитное перемешивание, начало именно с этих марок стали, набирая опыт в отношении технологии и конструирования МГД-оборудования.В приведенном ниже обзоре промышленного опыта и результатов использования электромагнитного перемешивания обсуждаются преимущественно материалы зарубежной практики.

По-видимому, в качестве объекта для промышленного внедрения электромагнитного перемешивания жидкой фазы непрерывнолитой сортовой заготовки на современном уровне наиболее пригодны низколегированные конструкционные стали (ГОСТ 4543—71). Эти стали проходят приемку по балльной оценке подусадочной ликвации, что вызывает определенные затруднения, а снижение ее на 1—2 балла, по нашему мнению, возможно, например, при помощи электромагнитного перемешивания в зоне вторичного охлаждения. Об успешном использовании электромагнитного перемешивания сталей этого класса за рубежом сообщается в большом числе публикаций. Почти независимо от вида перемешивания (в кристаллизаторе или зоне вторичного охлаждения) достигаются упомянутые выше преимущества, выражающиеся в уменьшении химической неоднородности, повышении плотности металла и получении более мелкозернистой структуры, часто отмечается также улучшение качества поверхности слитка. Этим улучшаются как служебные свойства металла (прочность, стабильность прочностных характеристик и др.), так и технологические (увеличивается пластичность, уменьшается продолжительность отжига, исключается или уменьшается зачистка, уменьшается брак по трещинам и т.п.).

Улучшению поверхности слитка может способствовать электромагнитное перемешивание при помощи индукционных вращателей, встроенных в кристаллизатор. Это широко используют для литья сутунки и сортовых заготовок из сложных марок стали (исключается необходимость зачистки поверхности); на полу- спокойных сталях обеспечивается также высокое качество подповерхностной зоны. О результатах промышленных испытаний и внедрения такого-способа электромагнитного перемешивания в регулярное производство сообщается в работах [85,86]. Метод MAGNETOGIR, как называют в зарубежной литератур!» перемешивание расплава встроенным в кристаллизатор индукционным вращателем., применяют в промышленном масштабе во всем диапазоне размеров сортовых заготовок круглого и квадратного сечения [87]. Изготовление и внедрение оборудования для этого и других методов электромагнитного перемешивания обеспечивается специализированной фирмой "ROTOLEX" (Франция) [88].

Значительно большие трудности в производстве сортовых заготовок вызывает проблема качества осевой зоны при разливке высокоуглеродистых сталей с широким температурным интервалом кристаллизации. Имеются сообщения об опытах 4в промышленных масштабах) по разливке подшипниковых сталей, но устойчивый промышленный эффект, судя по зарубежным публикациям, достигнут только на сталях, кристаллизующихся при менее развитой двухфазной зоне.

В частности, фирма "Kobe Steel" использовала электромагнитное перемешивание расплава в кристаллизаторе при непрерывной разливке канатных и пружинных сталей, добившись снижения минимальных диаметров прутка и уменьшения или сведения до нуля числа обрывов и зон затрудненной деформации [89].

Фирма "Allevard" получила требуемые механические свойства пружинной стали при меньшей степени обжатия заготовки, 5 вместо 6 — 7 до использования электромагнитного перемешивания [90]. Фирма "Ovako Steel" обеспечила при помощи электромагнитного перемешивания меньший разброс предела прочности на растяжение на катанке из высокоуглеродистой стали [91].

Более значительные трудности встречает внедрение в производственных условиях электромагнитного перемешивания при отливке листовых заготовок.

Непрерывнолитые слябы требуют поддержки оболочки во избежание* вспучивания от действия ферростатического давления, а опорные элементы (ролики, брусья и т.п.) затрудняют доступ к широкой стороне сляба и размещение электромагнитных перемешивателей (индукторов бегущего магнитного поля).

Согласно зарубежным публикациям фирма "ASEA" внедрила такие подобные перемешиватели на нескольких десятках ручьев слябовых МНЛЗ для разливки преимущественно низко- и среднеуглеродистых сталей. Достигнутые преимущества соответствуют изложенному выше. Появилась возможность разливки при относительно высоком перегреве (до 40 —50°С), с ее преимуществами технологического характера и улучшением сепарации неметаллических 'включений, отражающейся на чистоте металла и качестве поверхности и т.д. При этом зона объемной кристаллизации существенно больше, чем при отсутствии перемешивания или даже при перемешивании, но в форме циркуляции расплава в виде квазистационарных замкнутых потоков, т.е.

Отмечается полная корреляция между указанными преимуществами литой заготовки, подвергнутой электромагнитному перемешиванию при литье, и свойствами получаемого из нее проката. Это обстоятельство имеет большое значение, так как ГОСТ 801—78 и ГОСТ 4543—71 регламентируют свойства прокатанного металла, а не литой заготовки. Для нового направления в производстве сортовых заготовок (продольной резки непрерывнолитых слябов) важным результатом перемешивания является выравнивание структуры металла по ширине последних. В частности, менее выраженными становятся характерные стыки фронтов кристаллизации около углов слитка. В результате этого выравнивается неоднородность металла разделенных заготовЬк.

Важным фактором в производстве листового металла является возможность уменьшения степени обжатия слябов, отлитых с электромагнитным перемешиванием, что позволяет расширить область применения непрерывной разливки стали в сторону получения более толстого листа. Непрерывно возрастающее число сообщений о внедрении электромагнитного перемешивания при непрерывной отливке стальных заготовок самого широкого марочного и размерного сортамента заставляет напомнить, что приведенные в настоящем разделе сведения не являются исчерпывающими, а скорее их можно считать примерами, иллюстрирующими тенденции развития данного направления.

Рассмотрим перспективы использования МГД-технологий в производстве черных металлов в связи с появлением новых материалов в электротехнике, обладающих свойством сверхпроводимости при относительно высоких температурах. На металлургических заводах имеется в избытке жидкий азот, который может охлаждать до температуры сверхпроводимости имеющиеся материалы. В инженерных решениях МГД-устройств увеличение перепада температур между 1550 — 1600 в жидком металле и 20 — 100 °С у индукторов еще на 90 °С (в связи с использованием в качестве охлаждающей среды не воды, а жидкого азота) не вызывает принципиальных препятствий. Таким препятствием является малая токовая нагрузка, допустимая для упомянутых материалов, чтобы не вывести их из состояния сверхпроводимости.

Когда будет решена эта часть проблемы высокотемпературной сверхпроводимости, будет снято основное ограничение в МГД-технике — невозможность создания достаточно сильных электромагнитных полей в больших объемах (поэтому большинство МГД-устройств и представляет собой проточные агрегаты с каналами относительно небольшого сечения). Применительно к управлению кристаллизацией непрерывнолитой заготовки эта революция означает возможность "замораживания" кристаллизующегося расплава очень сильным постоянным магнитным полем, исключающим какое-либо движение проводящей среды в объеме слитка. Последующее обычное, "тепловое", замораживание этого квазитвер- дого тела уже не будет связано с ликвационными явлениями.