СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК ИЗ КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩЕЙ МЕДИ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА КАТАНКИ
|
ВВЕДЕНИЕ 4
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА 9
1.1. Изготовление медной катанки совмещенным способом непрерывного литья и прокатки 9
1.2. Дефекты слитков, получаемых в условиях непрерывного литья 14
1.3. Изменение литейных дефектов при пластической деформации и их влияние на качество медной катанки 22
1.4. Цель и задачи исследования 27
2. МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ 28
2.1. Оборудование и материалы, использованные в работе 28
2.2. Методика подготовки образцов для металлографических исследований 31
2.3. Определение содержания водорода и кислорода 32
2.4. Исследование микроструктуры образцов меди 33
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ПОВЕДЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ДЕФЕКТОВ
В ЗАГОТОВКАХ ИЗ МЕДИ МАРКИ М00 В УСЛОВИЯХ СОВМЕЩЕННОГО
СПОСОБА ЛИТЬЯ И ПРОКАТКИ 35
3.1. Анализ качества непрерывнолитых заготовок и медной катанки при
действующем технологическом регламенте 35
3.2. Исследование состояния металла в области возникновения дефектов в
заготовках из меди 40
3.3. Особенности поведения литейных дефектов при горячей прокатке 47
3.4. Обоснование изменений технологических параметров подготовки расплава меди и непрерывного литья в ленточный кристаллизатор 60
3.5. Выводы по главе 3 61
4. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ НА ВОЗНИКНОВЕНИЕ ДЕФЕКТОВ В ЛИТЫХ ЗАГОТОВКАХ И КАТАНКЕ 64
4.1. Исследование влияния технологических параметров подготовки расплава на процесс газонасыщения меди по литейному тракту 64
4.2. Изучение влияния технологических параметров литья на качество литых заготовок 78
4.3. Влияние качества литых заготовок на структуру и свойства медной катанки 99
4.4. Рекомендуемый технологический регламент непрерывного литья меди в
ленточный кристаллизатор 110
4.5. Выводы по главе 4 114
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 117
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 121
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Распределение пор по диапазонам размеров в литой
заготовке 131
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Акт промышленных испытаний 141
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА 9
1.1. Изготовление медной катанки совмещенным способом непрерывного литья и прокатки 9
1.2. Дефекты слитков, получаемых в условиях непрерывного литья 14
1.3. Изменение литейных дефектов при пластической деформации и их влияние на качество медной катанки 22
1.4. Цель и задачи исследования 27
2. МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ 28
2.1. Оборудование и материалы, использованные в работе 28
2.2. Методика подготовки образцов для металлографических исследований 31
2.3. Определение содержания водорода и кислорода 32
2.4. Исследование микроструктуры образцов меди 33
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ПОВЕДЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ДЕФЕКТОВ
В ЗАГОТОВКАХ ИЗ МЕДИ МАРКИ М00 В УСЛОВИЯХ СОВМЕЩЕННОГО
СПОСОБА ЛИТЬЯ И ПРОКАТКИ 35
3.1. Анализ качества непрерывнолитых заготовок и медной катанки при
действующем технологическом регламенте 35
3.2. Исследование состояния металла в области возникновения дефектов в
заготовках из меди 40
3.3. Особенности поведения литейных дефектов при горячей прокатке 47
3.4. Обоснование изменений технологических параметров подготовки расплава меди и непрерывного литья в ленточный кристаллизатор 60
3.5. Выводы по главе 3 61
4. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ НА ВОЗНИКНОВЕНИЕ ДЕФЕКТОВ В ЛИТЫХ ЗАГОТОВКАХ И КАТАНКЕ 64
4.1. Исследование влияния технологических параметров подготовки расплава на процесс газонасыщения меди по литейному тракту 64
4.2. Изучение влияния технологических параметров литья на качество литых заготовок 78
4.3. Влияние качества литых заготовок на структуру и свойства медной катанки 99
4.4. Рекомендуемый технологический регламент непрерывного литья меди в
ленточный кристаллизатор 110
4.5. Выводы по главе 4 114
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 117
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 121
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Распределение пор по диапазонам размеров в литой
заготовке 131
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Акт промышленных испытаний 141
Актуальность работы
Современный этап развития металлургической отрасли характеризуется совмещением различных переделов производственного цикла получения продукции широкого сортамента. Наибольшее распространение получили совмещенные способы непрерывного литья и прокатки при изготовлении катанки из кислородсодержащей меди, обеспечивающие наибольшую производительность. Полученная катанка может быть использована для получения различных изделий электротехнического назначения.
В силу непрерывности технологического процесса изучение отдельных стадий получения медной катанки не представляется возможным, а комплексные исследования зачастую дают лишь приближенную картину происходящих процессов. Большой интерес представляют исследования, связанные с установлением причин образования дефектов в медной катанке. Наличие дефектов в катанке может быть причиной обрыва проволоки при тонком волочении.
Изучение вопросов, связанных с образованием дефектов в медной катанке, сопряжено с трудностями, обусловленными совмещенным способом литья и прокатки и сложностью вмешательства в непрерывный технологический процесс. Большое значение имеет качество литой заготовки. В связи с этим установление причин образования дефектов в непрерывнолитой заготовке и особенностей их поведения при пластической обработке является важной и актуальной задачей.
Работа выполнена в рамках исследований, включенных в следующие государственные программы:
— НИР № 7.1833.2011 «Теоретическое и экспериментальное исследование механизма физических воздействий на кристаллизующийся расплав и защитные покрытия сплавов на основе металлов 4 периода, обладающих специальными свойствами»;
— НИР № 11.569.2014/К «Технология комплексной переработки медьсодержащего сырья и производства высококачественных изделий из меди».
Степень разработанности темы исследования
В последние годы совмещенные способы непрерывного литья и прокатки получили широкое распространение ввиду их высокой производительности, меньших энергетических затрат и компактности размещения производственной линии в сравнении с традиционной технологией изготовления слитков с последующей их прокаткой. Вопросами повышения качества непрерывнолитого слитка из различных сплавов уделялось большое внимание в трудах следующих отечественных и зарубежных ученых: А.М. Каца, Б.Б. Гуляева, В.С. Рутеса, В.М. Чурсина, Г.Ф. Баландина, В.А. Ефимова, Бровмана М.Я., P.F. Cuypers, W. Schneider, E. Laitinen и др. Однако применительно к непрерывному литью меди в двухленточный кристаллизатор недостаточно сведений о влиянии технологических параметров подготовки расплава и непрерывного литья на качество литой заготовки и получаемой медной катанки.
Цель работы: установление причин образования дефектов в литых заготовках из меди марки М00, получаемых непрерывным способом литья в ленточный кристаллизатор, и исследование особенностей поведения литейных дефектов при пластической обработке, способствующих образованию трещин в медной катанке после испытания на скручивание с последующим раскручиванием, с целью совершенствования технологического регламента непрерывного литья меди для повышения качества катанки.
Задачи исследования:
1. Установить причины зарождения дефектов в литой заготовке и катанке из меди марки М00 и изучить состояние металла в области возникновения дефектов с помощью оптической и электронной микроскопии.
2. Исследовать особенности поведения литейных дефектов при горячей пластической деформации литых заготовок из меди в условиях совмещенного процесса непрерывного литья и прокатки и установить их влияние на образование дефектов в медной катанке.
3. Установить связь между технологическими параметрами подготовки расплава к литью и возможностью образования дефектов в литой заготовке, провоцирующих образование трещин в медной катанке после испытания на скручивание с последующим раскручиванием.
4. Скорректировать технологический регламент непрерывного литья меди в ленточный кристаллизатор с целью повышения качества медной катанки.
Научная новизна:
1. Установлена зависимость между размером газовых макропор, возникающих в непрерывнолитой заготовке из кислородсодержащей меди, и линейными размерами дефектов в катанке, являющихся причиной образования в ней трещин при испытании на скручивание с раскручиванием.
2. Определено соотношение долей микро- и макропор и закономерность их распределения по размеру в сечении литой заготовки из меди в зависимости от технологических параметров подготовки расплава к литью.
Теоретическая и практическая значимость работы
Результаты работы расширяют представления об особенностях получения непрерывнолитой заготовки из меди в двухленточном водоохлаждаемом кристаллизаторе в условиях совмещенного процесса литья и прокатки Contirod. На основании проведенных исследований предложен скорректированный регламент непрерывного литья меди в ленточный кристаллизатор, апробированный на предприятии ЗАО «СП «Катур--Инвест». Повышено качество непрерывнолитой заготовки за счёт снижения количества газовых дефектов и их среднего размера благодаря исключению факторов, способствующих газонасыщению расплава.
Методология и методы диссертационного исследования
В основу методологии исследования положены труды ведущих отечественных и зарубежных ученых В.М. Чурсина, А.М. Каца, H. Pops, E. H. Chia и др. в области получения слитков непрерывными способами литья, государственные стандарты РФ, а также положения теории разливки цветных металлов, физических методов исследования, теории непрерывного литья, статистических методов исследования.
Для достижения поставленной цели и решения задач в рамках проведения диссертационной работы использовались следующие методы: металлографический, растровая и сканирующая электронная микроскопия, оптическая микроскопия, испытания на скручивание с раскручиванием, одноосное растяжение, энергодисперсионный спектральный анализ.
На защиту выносятся:
1. Результаты исследования качества непрерывнолитой заготовки из меди марки М00, полученной в двухленточном водоохлаждаемом кристаллизаторе в условиях совмещенного непрерывного литья и прокатки.
2. Результаты анализа взаимосвязи дефектов литейного происхождения, обнаруживаемых в непрерывнолитой заготовке, и дефектов, вскрывающихся в медной катанке при стандартном испытании на скручивание с последующим раскручиванием.
3. Методика оценки содержания водорода в расплаве меди, позволяющая прогнозировать образование дефектов в непрерывнолитой заготовке и катанке.
4. Результаты исследования влияния технологических параметров подготовки расплава меди к непрерывному литью на вероятность образования дефектов в литых заготовках.
5. Результаты анализа распределения газовой пористости по сечению литой заготовки в зависимости от технологического режима непрерывного литья.
Степень достоверности и апробация результатов.
Достоверность экспериментальных данных, выводов и рекомендаций подтверждается использованием современных методик и методов исследования металлургических процессов. Для обработки полученных данных использовались методы математической статистики. Предложенные изменения технологического регламента прошли успешные промышленные испытания в условиях ЗАО «СП «Катур-Инвест». Текст диссертации проверен на отсутствие недобросовестного заимствования с помощью программы «Антиплагиат.ВУЗ».
Основные результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на XI Съезде литейщиков России, г. Екатеринбург, 2013 г.; научно-технической конференции «Литые материалы и ресурсосберегающие технологии», г. Владимир, 2014 г.; XV Российско-Корейской научно-технической конференции, г. Екатеринбург, 2014 г.; Международной научно-практической конференции «Литейное производство сегодня и завтра», г. Санкт-Петербург, 2014 г.; Sino-Russian Symposium on Advanced Materials and Processing Technology, Qindao, China, 2014 г.; IV Международной интерактивной научно-практической конференции «Инновации в материаловедении и металлургии», г. Екатеринбург, 2015 г., XII Съезде литейщиков России, г. Н. Новгород, 2015 г.
Современный этап развития металлургической отрасли характеризуется совмещением различных переделов производственного цикла получения продукции широкого сортамента. Наибольшее распространение получили совмещенные способы непрерывного литья и прокатки при изготовлении катанки из кислородсодержащей меди, обеспечивающие наибольшую производительность. Полученная катанка может быть использована для получения различных изделий электротехнического назначения.
В силу непрерывности технологического процесса изучение отдельных стадий получения медной катанки не представляется возможным, а комплексные исследования зачастую дают лишь приближенную картину происходящих процессов. Большой интерес представляют исследования, связанные с установлением причин образования дефектов в медной катанке. Наличие дефектов в катанке может быть причиной обрыва проволоки при тонком волочении.
Изучение вопросов, связанных с образованием дефектов в медной катанке, сопряжено с трудностями, обусловленными совмещенным способом литья и прокатки и сложностью вмешательства в непрерывный технологический процесс. Большое значение имеет качество литой заготовки. В связи с этим установление причин образования дефектов в непрерывнолитой заготовке и особенностей их поведения при пластической обработке является важной и актуальной задачей.
Работа выполнена в рамках исследований, включенных в следующие государственные программы:
— НИР № 7.1833.2011 «Теоретическое и экспериментальное исследование механизма физических воздействий на кристаллизующийся расплав и защитные покрытия сплавов на основе металлов 4 периода, обладающих специальными свойствами»;
— НИР № 11.569.2014/К «Технология комплексной переработки медьсодержащего сырья и производства высококачественных изделий из меди».
Степень разработанности темы исследования
В последние годы совмещенные способы непрерывного литья и прокатки получили широкое распространение ввиду их высокой производительности, меньших энергетических затрат и компактности размещения производственной линии в сравнении с традиционной технологией изготовления слитков с последующей их прокаткой. Вопросами повышения качества непрерывнолитого слитка из различных сплавов уделялось большое внимание в трудах следующих отечественных и зарубежных ученых: А.М. Каца, Б.Б. Гуляева, В.С. Рутеса, В.М. Чурсина, Г.Ф. Баландина, В.А. Ефимова, Бровмана М.Я., P.F. Cuypers, W. Schneider, E. Laitinen и др. Однако применительно к непрерывному литью меди в двухленточный кристаллизатор недостаточно сведений о влиянии технологических параметров подготовки расплава и непрерывного литья на качество литой заготовки и получаемой медной катанки.
Цель работы: установление причин образования дефектов в литых заготовках из меди марки М00, получаемых непрерывным способом литья в ленточный кристаллизатор, и исследование особенностей поведения литейных дефектов при пластической обработке, способствующих образованию трещин в медной катанке после испытания на скручивание с последующим раскручиванием, с целью совершенствования технологического регламента непрерывного литья меди для повышения качества катанки.
Задачи исследования:
1. Установить причины зарождения дефектов в литой заготовке и катанке из меди марки М00 и изучить состояние металла в области возникновения дефектов с помощью оптической и электронной микроскопии.
2. Исследовать особенности поведения литейных дефектов при горячей пластической деформации литых заготовок из меди в условиях совмещенного процесса непрерывного литья и прокатки и установить их влияние на образование дефектов в медной катанке.
3. Установить связь между технологическими параметрами подготовки расплава к литью и возможностью образования дефектов в литой заготовке, провоцирующих образование трещин в медной катанке после испытания на скручивание с последующим раскручиванием.
4. Скорректировать технологический регламент непрерывного литья меди в ленточный кристаллизатор с целью повышения качества медной катанки.
Научная новизна:
1. Установлена зависимость между размером газовых макропор, возникающих в непрерывнолитой заготовке из кислородсодержащей меди, и линейными размерами дефектов в катанке, являющихся причиной образования в ней трещин при испытании на скручивание с раскручиванием.
2. Определено соотношение долей микро- и макропор и закономерность их распределения по размеру в сечении литой заготовки из меди в зависимости от технологических параметров подготовки расплава к литью.
Теоретическая и практическая значимость работы
Результаты работы расширяют представления об особенностях получения непрерывнолитой заготовки из меди в двухленточном водоохлаждаемом кристаллизаторе в условиях совмещенного процесса литья и прокатки Contirod. На основании проведенных исследований предложен скорректированный регламент непрерывного литья меди в ленточный кристаллизатор, апробированный на предприятии ЗАО «СП «Катур--Инвест». Повышено качество непрерывнолитой заготовки за счёт снижения количества газовых дефектов и их среднего размера благодаря исключению факторов, способствующих газонасыщению расплава.
Методология и методы диссертационного исследования
В основу методологии исследования положены труды ведущих отечественных и зарубежных ученых В.М. Чурсина, А.М. Каца, H. Pops, E. H. Chia и др. в области получения слитков непрерывными способами литья, государственные стандарты РФ, а также положения теории разливки цветных металлов, физических методов исследования, теории непрерывного литья, статистических методов исследования.
Для достижения поставленной цели и решения задач в рамках проведения диссертационной работы использовались следующие методы: металлографический, растровая и сканирующая электронная микроскопия, оптическая микроскопия, испытания на скручивание с раскручиванием, одноосное растяжение, энергодисперсионный спектральный анализ.
На защиту выносятся:
1. Результаты исследования качества непрерывнолитой заготовки из меди марки М00, полученной в двухленточном водоохлаждаемом кристаллизаторе в условиях совмещенного непрерывного литья и прокатки.
2. Результаты анализа взаимосвязи дефектов литейного происхождения, обнаруживаемых в непрерывнолитой заготовке, и дефектов, вскрывающихся в медной катанке при стандартном испытании на скручивание с последующим раскручиванием.
3. Методика оценки содержания водорода в расплаве меди, позволяющая прогнозировать образование дефектов в непрерывнолитой заготовке и катанке.
4. Результаты исследования влияния технологических параметров подготовки расплава меди к непрерывному литью на вероятность образования дефектов в литых заготовках.
5. Результаты анализа распределения газовой пористости по сечению литой заготовки в зависимости от технологического режима непрерывного литья.
Степень достоверности и апробация результатов.
Достоверность экспериментальных данных, выводов и рекомендаций подтверждается использованием современных методик и методов исследования металлургических процессов. Для обработки полученных данных использовались методы математической статистики. Предложенные изменения технологического регламента прошли успешные промышленные испытания в условиях ЗАО «СП «Катур-Инвест». Текст диссертации проверен на отсутствие недобросовестного заимствования с помощью программы «Антиплагиат.ВУЗ».
Основные результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на XI Съезде литейщиков России, г. Екатеринбург, 2013 г.; научно-технической конференции «Литые материалы и ресурсосберегающие технологии», г. Владимир, 2014 г.; XV Российско-Корейской научно-технической конференции, г. Екатеринбург, 2014 г.; Международной научно-практической конференции «Литейное производство сегодня и завтра», г. Санкт-Петербург, 2014 г.; Sino-Russian Symposium on Advanced Materials and Processing Technology, Qindao, China, 2014 г.; IV Международной интерактивной научно-практической конференции «Инновации в материаловедении и металлургии», г. Екатеринбург, 2015 г., XII Съезде литейщиков России, г. Н. Новгород, 2015 г.
1. На основании результатов анализа действующей технологии непрерывного литья кислородсодержащей меди марки М00 в ленточный кристаллизатор установлено, что в литой заготовке присутствуют газовые поры различных размеров, на поверхности наблюдаются неслитины. Литейные дефекты могут быть причиной возникновения дефектов в медной катанке.
2. На основании результатов анализа статистических данных по определению размеров дефекта в катанке после испытания на скручивание с последующим раскручиванием построена графическая зависимость линейных размеров дефектов в катанке от размера дефекта в литой заготовке.
3. Выполнены электронно-микроскопические исследования структуры литой заготовки, полученной по действующему технологическому регламенту непрерывного литья. Установлено, что в структуре литой заготовки присутствуют газовые поры различного размера и конфигурации, а также строчечные скопления включений Си2О по границам зерен.
4. Исследован характер изломов медной катанки, полученной при действующем технологическом регламенте, для которой характерно наличие вязкого излома и частиц Си2О внутри фасеток. Установлено наличие раскрывшихся поверхностных дефектов после испытания катанки на скручивание-раскручивание по режиму 10*10 и 25*18 по причине наличия пор различных размеров и конфигурации. Выявлено, что при испытании катанки по режиму 10*10 дефект имеет глубину 0,5 мм, по режиму 25*18 — 1 мм, что недопустимо по ГОСТ Р 53803-2010.
5. Изучено поведение газовых пор, образующихся в литой заготовке, при горячей прокатке в катанку. Анализ микроструктуры образцов литой и катаных заготовок, а также катанки показал, что во всех случаях присутствуют поры сферической формы размером до 50 мкм. Показано, что наблюдается общая тенденция уменьшения объемной доли пористости и среднего размера пор в катаной заготовке по мере прохождения ее через все клети прокатного стана. Объемная доля пористости уменьшается с 3,98% до 0,04%, средний размер пор с 62,42 мкм до 7,09 мкм, что свидетельствует о том, что газовая пористость по ходу прокатки частично залечивается.
6. Изучено влияние технологических параметров подготовки расплава на процесс газонасыщения меди по литейному тракту. С помощью газоанализатора LECO ROH 600 определено содержание водорода в пробах, отобранных по литейному тракту. Для оценки количества водорода, выделившегося из расплава, определена объемная доля пор в пробах. Выявлена общая тенденция повышения содержания водорода в жидкой меди по литейному тракту с 1,543 до 4,394 ppm при действующем технологическом регламенте подготовки расплава и литья. При исключении подачи воздуха и азота технической чистоты в расплав меди, а также в случае использования азота особой чистоты содержание водорода в жидкой меди по литейному тракту практически не изменяется и составляет 0,8.. .0,94 ppm.
7. Предложена методика оценки содержания водорода в жидкой меди, позволяющая прогнозировать объемную долю пористости в литой заготовке и вероятность образования дефектов в катанке.
8. Выполнена статистическая обработка экспериментальных данных по оценке пористости в литых заготовках, полученных при различных технологических режимах литья. Построены частотные характеристики распределения газовых пор по размеру. Анализ полученных данных показал, что исключение подачи воздуха и азота в расплав, а также использование азота особой чистоты позволяет сдвинуть преимущественный размер пор, формирующихся в литой заготовке, в сторону диапазона 40.60 мкм.
9. На основании проведенных исследований предложен вероятный механизм образования микропор в литой заготовке из кислородсодержащей меди, которые зарождаются на частицах оксида меди Cu2O.
10. Изучена микроструктура и свойства образцов медной катанки, полученной из литых заготовок, отлитых при различных технологических параметрах литья. Металлографический анализ показал, что в поверхностном слое образцов катанки, полученной при действующих технологических параметрах, наблюдается значительное количество газовых пор размером до 80 мкм, которые вскрываются во время испытания катанки в виде поверхностных разрывов. При этом средняя глубина дефекта составляет 0,18 мм при средней длине 88,3 мм. Исключение подачи воздуха в расплав и использование азота особой чистоты позволяет добиться повышения качества медной катанки. В поперечном сечении образцов катанки встречаются отдельные газовые поры размером до 30 мкм. При этом после испытания катанки средняя глубина вскрывшегося дефекта составляет 0,06 мм при средней длине 43 мм, что позволяет использовать катанку для тонкого волочения.
11. На основании результатов проведенных исследований рекомендован следующий технологический регламент непрерывного литья: температура литья 1130...1140 °С; скорость литья 10,4.10,5 м/мин; температура охлаждающей воды, подаваемой на ленты кристаллизатора, 25.30 °С; температура блоков кристаллизатора 110.118 °С; подача воздуха в расплав не осуществляется, для контроля уровня расплава используется азот газообразный особой чистоты. Рекомендуемый технологический регламент прошёл успешные промышленные испытания в условиях ЗАО «СП«Катур-Инвест».
Перспективы дальнейшей разработки темы исследования
Дальнейшую работу по тематике диссертации возможно продолжить в следующих направлениях:
1. Физическое и компьютерное моделирование процесса насыщения расплава меди водородом из газовой атмосферы по литейному тракту.
2. Исследование процесса образования газовой пористости в литой заготовке в зависимости от условий кристаллизации.
3. Установление корреляционной связи размеров и расположения дефектов в литой заготовке с размерами и расположением дефектов в катанке с учетом особенностей кристаллического строения и анизотропии свойств кислородсодержащей меди в литом состоянии.
2. На основании результатов анализа статистических данных по определению размеров дефекта в катанке после испытания на скручивание с последующим раскручиванием построена графическая зависимость линейных размеров дефектов в катанке от размера дефекта в литой заготовке.
3. Выполнены электронно-микроскопические исследования структуры литой заготовки, полученной по действующему технологическому регламенту непрерывного литья. Установлено, что в структуре литой заготовки присутствуют газовые поры различного размера и конфигурации, а также строчечные скопления включений Си2О по границам зерен.
4. Исследован характер изломов медной катанки, полученной при действующем технологическом регламенте, для которой характерно наличие вязкого излома и частиц Си2О внутри фасеток. Установлено наличие раскрывшихся поверхностных дефектов после испытания катанки на скручивание-раскручивание по режиму 10*10 и 25*18 по причине наличия пор различных размеров и конфигурации. Выявлено, что при испытании катанки по режиму 10*10 дефект имеет глубину 0,5 мм, по режиму 25*18 — 1 мм, что недопустимо по ГОСТ Р 53803-2010.
5. Изучено поведение газовых пор, образующихся в литой заготовке, при горячей прокатке в катанку. Анализ микроструктуры образцов литой и катаных заготовок, а также катанки показал, что во всех случаях присутствуют поры сферической формы размером до 50 мкм. Показано, что наблюдается общая тенденция уменьшения объемной доли пористости и среднего размера пор в катаной заготовке по мере прохождения ее через все клети прокатного стана. Объемная доля пористости уменьшается с 3,98% до 0,04%, средний размер пор с 62,42 мкм до 7,09 мкм, что свидетельствует о том, что газовая пористость по ходу прокатки частично залечивается.
6. Изучено влияние технологических параметров подготовки расплава на процесс газонасыщения меди по литейному тракту. С помощью газоанализатора LECO ROH 600 определено содержание водорода в пробах, отобранных по литейному тракту. Для оценки количества водорода, выделившегося из расплава, определена объемная доля пор в пробах. Выявлена общая тенденция повышения содержания водорода в жидкой меди по литейному тракту с 1,543 до 4,394 ppm при действующем технологическом регламенте подготовки расплава и литья. При исключении подачи воздуха и азота технической чистоты в расплав меди, а также в случае использования азота особой чистоты содержание водорода в жидкой меди по литейному тракту практически не изменяется и составляет 0,8.. .0,94 ppm.
7. Предложена методика оценки содержания водорода в жидкой меди, позволяющая прогнозировать объемную долю пористости в литой заготовке и вероятность образования дефектов в катанке.
8. Выполнена статистическая обработка экспериментальных данных по оценке пористости в литых заготовках, полученных при различных технологических режимах литья. Построены частотные характеристики распределения газовых пор по размеру. Анализ полученных данных показал, что исключение подачи воздуха и азота в расплав, а также использование азота особой чистоты позволяет сдвинуть преимущественный размер пор, формирующихся в литой заготовке, в сторону диапазона 40.60 мкм.
9. На основании проведенных исследований предложен вероятный механизм образования микропор в литой заготовке из кислородсодержащей меди, которые зарождаются на частицах оксида меди Cu2O.
10. Изучена микроструктура и свойства образцов медной катанки, полученной из литых заготовок, отлитых при различных технологических параметрах литья. Металлографический анализ показал, что в поверхностном слое образцов катанки, полученной при действующих технологических параметрах, наблюдается значительное количество газовых пор размером до 80 мкм, которые вскрываются во время испытания катанки в виде поверхностных разрывов. При этом средняя глубина дефекта составляет 0,18 мм при средней длине 88,3 мм. Исключение подачи воздуха в расплав и использование азота особой чистоты позволяет добиться повышения качества медной катанки. В поперечном сечении образцов катанки встречаются отдельные газовые поры размером до 30 мкм. При этом после испытания катанки средняя глубина вскрывшегося дефекта составляет 0,06 мм при средней длине 43 мм, что позволяет использовать катанку для тонкого волочения.
11. На основании результатов проведенных исследований рекомендован следующий технологический регламент непрерывного литья: температура литья 1130...1140 °С; скорость литья 10,4.10,5 м/мин; температура охлаждающей воды, подаваемой на ленты кристаллизатора, 25.30 °С; температура блоков кристаллизатора 110.118 °С; подача воздуха в расплав не осуществляется, для контроля уровня расплава используется азот газообразный особой чистоты. Рекомендуемый технологический регламент прошёл успешные промышленные испытания в условиях ЗАО «СП«Катур-Инвест».
Перспективы дальнейшей разработки темы исследования
Дальнейшую работу по тематике диссертации возможно продолжить в следующих направлениях:
1. Физическое и компьютерное моделирование процесса насыщения расплава меди водородом из газовой атмосферы по литейному тракту.
2. Исследование процесса образования газовой пористости в литой заготовке в зависимости от условий кристаллизации.
3. Установление корреляционной связи размеров и расположения дефектов в литой заготовке с размерами и расположением дефектов в катанке с учетом особенностей кристаллического строения и анизотропии свойств кислородсодержащей меди в литом состоянии.
Подобные работы
- СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК ИЗ КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩЕЙ МЕДИ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА КАТАНКИ
Авторефераты (РГБ), металлургия. Язык работы: Русский. Цена: 250 р. Год сдачи: 2015 - СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РЕЖИМОВ ПРОКАТКИ И КАЛИБРОВКИ ВАЛКОВ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ КАТАНКИ ИЗ КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩЕЙ МЕДИ
Диссертации (РГБ), металлургия. Язык работы: Русский. Цена: 4300 р. Год сдачи: 2017 - ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ НЕПРЕРЫВНОЛИТОЙ ЗАГОТОВКИ ИЗ МЕДИ В УСЛОВИЯХ ИНТЕНСИВНОГО ВНЕШНЕГО ОХЛАЖДЕНИЯ
Авторефераты (РГБ), металлургия. Язык работы: Русский. Цена: 250 р. Год сдачи: 2010 - СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РЕЖИМОВ ПРОКАТКИ И КАЛИБРОВКИ ВАЛКОВ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ КАТАНКИ ИЗ КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩЕЙ МЕДИ
Авторефераты (РГБ), металлургия. Язык работы: Русский. Цена: 250 р. Год сдачи: 2017