Исходные данные. 1. Диаметр кристаллизатора 120 мм, длина гильзы кристаллизатора 800 мм. 2. Плотность жидкого сплава 7700 кг/м3.
Теория. При определении скорости разливки металла на машинах полунепрерывного (МПНЛЗ) и непрерывного (МНЛЗ) литья заготовок исходят из того, что в кристаллизаторе должна получаться корочка такой толщины, чтобы по выходе из кристаллизатора она бы не порвалась под действием жидкого металла. Напряжение s в корочке слитка прямоугольного сечения, определяют по следующей формуле [66]:
s = 
[(n2 + n + 1) - 3(n + l)z + 3z2]. (12.13)
При этом z = H/L, где Н - длина кристаллизатора; L - глубина жидкой фазы в слитке; rж - плотность жидкой стали; g - ускорение свободного падения; п - отношение сторон сечения слитка, для квадрата п = 1. Для круглого сечения
s = prж gH [(1 - z)2/z2]. (12.14)
Чтобы корочка не порвалась, необходимо чтобы s £ sв , где sв - предел прочности материала корочки при температурах, близких к температуре солидуса. Рекомендуемые [3] значения sв приведены в таблице.
Физические свойства металла при температурах начала затвердевания
| Металл | sв , МПа | Теплоемкость С, кДж/(кг × К) | Теплопроводность l, Вт/(м × К) |
| Сталь 0,4 % С | 6,7 | 0,670 | 30,2 |
| Сталь 0,8 % С | 5,9 | 0,660 | 31,0 |
| Сталь 1,3 % С | 4,9 | 0,650 | 32,0 |
| ХН77ТЮР | 15,6 | 0,692 | 35,0 |
| ХН62ВМКЮ | 24,4 | 0,690 | 27,7 |
| ХН56ВМКЮ | 27,4 | 0,737 | 29,1 |
| ХН60В | 31,2 | - | - |
| ХН70ВМТЮ | 38,2 | 0,783 | 31,0 |
| ХН51ВМТЮФКР | 54,5 | 0,721 | 27,0 |
| ХН55ВТМФКЮ | 74,0 | 0,737 | 28,8 |
В свою очередь глубина жидкой фазы тесно связана со скоростью разливки. Для квадратного слитка [66]:
L = 6,5×103 
a2υ, (12.15)
где а - сторона квадрата, м; υ - скорость разливки, м/с; С - теплоемкость металла, Дж/(кг×К); l - теплопроводность металла, Вт/(м×К).
Для круглого сечения слитка, равного по площади квадрату со стороной а
L = 5,1×103 D2υ, (12.16)
где D - диаметр кристаллизатора, м.
Отсюда для квадратного слитка
L £ Н [1 + 
]; (12.17)
υ £ l,5×10-4[(H l)/(a2C)][l + ]. (12.18)
Для слитка круглого сечения
L £ Н[1 + ]; (12.19)
υ £ l,96×10-4[(H l)/(D2C)][l + 
] (12.20)
или υ £ l,96×10-4[(H l)/(D2C)]. (12.21)
Решение. Допустимая глубина жидкой фазы
L = 0,8 (1 + 
) = 10,4 м.
Допустимая скорость разливки
υ = 
= 5,5×10-2 м/с = 3,3 м/мин.
Библиографический список
1. Баталин Г.И., Миненко Н.Н., Судавцова B. C. Энтальпии смешения и термодинамические свойства жидких сплавов железа с марганцем, кобальтом и никелем // Изв. АН СССР. Металлы. 1974.
№ 5. С. 99–103.
2. Могутнов Б.М., Томилин И.А., Шварцман Л.А. Термодинамика сплавов железа. М.: Металлургия, 1984. 207 с.
3. Григорян В.А, Белянчиков Л.Н., Стомахин А.Я. Теоретические основы электросталеплавильных процессов. М.: Металлургия, 1979. 255 с.; 1987. 270 с.
4. Hadrys H.G., Frohberg M.G., Elliott J.F. Activities in the liquid Fe–Cr–С (sat.), Fe–P–С (sat) and Fe–Cr–P system at 1600 °C // Met. Trans. 1970. V. 7. № 7. Р. 1867–1871.
5. Новокщенова С.М., Лузгин В.П., Зиньковский И.В. и др. Экспрессное определение содержания кислорода в стали // Экспресс-информация. Серия «Передовой производственно-технический опыт предприятий черной металлургии». Вып. 5. М.: «Черметинформация», 1985. 12 с.
6. Schürmann E. Thermodynamic der Eisen-aluminium-logierungen // Arch. Eisenhüttenwesen. 1981. Bd. 52. № 4. S. 127–130.
7. Морачевский А.Г., Сладков И.Б. Термодинамические расчеты в металлургии: Справочник. М.: Металлургия, 1985. 136 с.
8. Эллиот Д.Ф., Глейзер М., Рамакришна В. Термохимия сталеплавильных процессов. М.: Металлургия, 1969. 252 с.
9. Термодинамические свойства индивидуальных веществ.: Справочное издание / Л.В. Гурвич, Н.В. Вейц, В.А. Медведев и др. / Отв. ред. В.П. Глушко. Т. 1–4. М.: Наука, 1978–1982.
10. Баталин Г.И., Судавцова B. C., Высоцкий Ю.К. Термодинамические свойства сплавов Fe–V в жидком состоянии // Изв. АН СССР. Металлы. 1982. № 6. С 52–54.
11. Баталин Г.И., Курач В.П., Судавцова B. C. Энтальпии смешения жидких сплавов систем Fe–Сr, Fe–Тi // ЖФХ. 1984. Т. 58. № 2.
С. 481–483.