Теоретические основы металлургического производства
  2.4.3 Влияние условий затвердевания на развитие ликвационных процессов

Качественные выводы о влиянии условий затвердевания на характер ликвационных процессов можно сделать с помощью рисунка 2.4.

Характер развития ликвационных процессов в зависимости от условий кристаллизации

Рисунок 2.4 – Характер развития ликвационных процессов в зависимости от условий кристаллизации: а – очень малые скорости кристаллизации; б – высокие скорости кристаллизации при отсутствии перемешивания остатка жидкой фазы

На рисунке 2.4а показан характер распределения примеси в затвердевшем и жидком металле при очень малой скорости охлаждения. Первоначально из расплава с концентрацией примеси C0 выделяются наиболее чистые кристаллы с Cc = K0C0, а жидкость перед фронтом затвердевания обогащается примесью. При очень малой скорости кристаллизации успевает завершиться выравнивание состава металла в объеме жидкой фазы. Поэтому в процессе затвердевания концентрация примеси в жидкой фазе Cл непрерывно увеличивается. Одновременно увеличивается и содержание примеси в выделяющихся из жидкости кристаллах. Следовательно, малые скорости затвердевания металла способствуют развитию зональной ликвации.

На рисунке 2.4б показан характер распределения примесей в затвердевшем и жидком металле при высокой скорости затвердевании и отсутствии перемешивания жидкой фазы затвердевающего слитка. В этом случае из расплава с концентрацией примеси C0 первоначально также выделяются наиболее чистые кристаллы с Cc = K0C0. Но при высокой скорости затвердевания примеси не успевают отводиться от фронта кристаллизации в объем расплава. Поэтому непосредственно перед фронтом затвердевания жидкий металл обогащается примесью до концентрации Cкр.

При большой скорости затвердевания и малой скорости отвода примеси в объем жидкого металла Cкр быстро увеличивается, достигая величины Cкр = Сл0. Соответственно увеличивается и концентрация примеси в затвердевающем металле, достигая концентрации ее в исходном жидком металле C0. После этого затвердевание металла происходит при Сл = Сс = С0. Следовательно, высокие скорости затвердевания металла подавляют развитие ликвационных процессов.

Скорость затвердевания металла при прочих равных условиях определяется сечением отливаемого слитка. По этой причине, например, легированную и качественную углеродистую сталь предпочтительно разливать в слитки малого и среднего развеса, при затвердевании которых скорости кристаллизации выше, чем при отливке крупных слитков. Еще более высокие скорости кристаллизации достигаются при разливке металла в заготовки малого сечения на МНЛЗ.

Характер развития ликвационных процессов в зависимости от условий кристаллизации

Продолжение рисунка 2.4: в – ограниченная скорость кристаллизации с перемешиванием остатка жидкой фазы

На рисунке 2.4в показан характер распределения примесей в затвердевшем и жидком металле при ограниченной скорости охлаждения и перемешивании остатка жидкой фазы слитка. Первоначально из жидкого металла выделяются наиболее чистые кристаллы, а жидкость перед фронтом затвердевания обогащается примесями. Но перемешивание жидкой фазы слитка способствует росту скорости отвода примесей от фронта кристаллизации в объем жидкого металла. При ограниченной скорости кристаллизации и интенсивном перемешивании величина Cкр увеличивается с малой скоростью. Поэтому в процессе кристаллизации постепенно увеличивается Cc и одновременно происходит накопление примесей в жидкой фазе слитка. Следовательно, активное перемешивание затвердевающего металла способствует развитию зональной ликвации.

Типичным примером затвердевания с интенсивным перемешиванием жидкой фазы слитка является разливка кипящей стали. Поэтому, чтобы избежать чрезмерного развития ликвации, технология разливки кипящей стали обязательно включает операцию механического или химического закупоривания. Главной задачей этой операции является прекращение кипения после формирования плотной наружной зоны слитка.

  2.4.3 Влияние условий затвердевания на развитие ликвационных процессов
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ