ПРЕИМУЩЕСТВА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГИЛЬЗ
КРИСТАЛЛИЗАТОРОВ ИЗ ЦЕНТРОБЕЖНОЛИТОЙ ЗАГОТОВКИ
Изготовление кристаллизаторов методом центробежного литья позволяет обеспечить изготовление кристаллизаторов из чистой меди с самоочисткой рабочего сечения гильзы за счет ликвации примесей.
По сравнению с гильзами из горячекатаной меди:
- Возможность повышения теплопроводности за счет снижения содержания примесей по направлению теплового потока при их ликвации
- Возможность повышения теплопроводности за счет снижения количества дефектов в направлении теплового потока и совпадающего с направлением кристаллитов при центробежном литье. Основные дефекты, снижающие теплопроводность: дислокации, границы зерен, облака примесных атомов, электроотрицательные ионы, материалы с различными химпотенциалами, различными особенностями – переходные металлы, сочетание атомных радиусов и степени различия валентности примесных атомов и др. Так, наличие примесных атомов снижает электронную составляющую теплопроводности в 5-6 раз. Наличие блокирующих примесей с высоким электрохимическим потенциалом на пути электронов приводит к вырождению электронного газа и соответствующей потере теплопроводности.
- Формирование кристаллитов с направлением осей 100 обеспечивает наибольшую теплопроводность. Направление 100 формируется при теплоотводе и является наиболее теплопроводным. Пример: в соответствии с теорией теплопроводности при отличии наиболее теплопроводной оси кристалла от направления теплового потока длина свободного пробега электрона уменьшается. Уменьшение пробега пропорционально углу между осью кристалла и направлением теплового потока.
- Самоочищение главных осей кристаллитов при центробежном литье и появление зон наиболее высокой теплопроводности. Устранение с оси кристалла наиболее электроотрицательных элементов, формирующих так наз. «Кулоновскую дырку» вокруг данного заряда с пониженной концентрацией носителей заряда. Электронные облака захватываются сильным зарядом ионизированной примеси. В результате усиливается экранирующее действие такого облака электронной поляризации и его действие сводится к уменьшению эффективного заряда электрона при его столкновении с передачей импульса и энергии
- Применение металлов S-легирования позволяет обеспечить максимальную электронную проводимость.
- Подбор специального легирования для обеспечения падения теплосопротивления и роста теплопроводности с ростом температуры (так наз. минус группа d-металлов)
- Применение специального легирования для защиты кристаллитов от рекристаллизации и потери прочности, при этом температура стенки кристаллизатора не будет увеличиваться и не будет необходимости в дополнительном легировании серебром для устранения рекристаллизационных процессов
- Возможность большей глубины продольных каналов в кристаллизаторе (для повышения теплопроводности и теплообмена с охлаждающей средой за счет возможности большей толщины центробежнолитой отливки по сравнению с горячепрессованной медной заготовкой.
По сравнению с кристаллизаторами из холоднокатаных сплавов
- Приближение свойств центробежнолитой гильзы к свойствам холоднокатаной. Исключение паукообразных и поперечных трещин
- Возможность кроме методов повышения теплостойкости меди легированием серебром предусмотреть легирование специальной композицией для дисперсионного упрочнения и термического упрочнения в процессе повышения температуры (расчет дисперсионного твердения на диапазон температур разупрочнения меди)
Эксплуатационные преимущества:
- Совместное использование смазки и теплопроводного слоя Пример Польши.
- Независимость центробежнолитой структуры в направлении теплопроводности даже при конструкциях криволинейных гильз
- Возможность формирования на наружной поверхности гильз высокошероховатой поверхности для повышения теплопроводности. В отличие от гильз кристаллизаторов с оребренной поверхностью не ухудшаются гидравлические условия теплообмена (не уменьшается скорость движения воды), улучшается турбулизация воды
- Стенки с повышенной шероховатостью обеспечивает выравнивание температуры рабочей поверхности кристаллизатора.
- Снижение расхода воды или повышение температуры выходящей воды за счет повышения теплопроводности центробежнолитой структуры на 5-20%
- Повышение надежности работы гильзы в связи с меньшими разупрочнениями, так как нет рекристаллизации, соответственно нет перегрева рабочих стенок кристаллизатора, искажений внутри полости
- снижение износа на поверхности гильзы за счет более износоустойчивой структуры и направлении оси кристаллитов перпендикулярно направлению износа (движения слитка)
- снижение деформации радиального профиля гильзы даже после множества плавок
- повышение жаропрочности для зон наибольшего теплосъема в области мениска затвердевающего слитка, где температура гильзы наиболее высока.
- лучшее сохранение профиля гильзы при длительной эксплуатации за счет более высокой износостойкости Меньший объем перестрожки. Меньшие припуска на строжку. Более контролируемая деформация. Большее количество кампаний плавок. Снижение парка кристаллизаторов.
- Возможность создания кристаллизатора с заранее созданными каналами при заливке трубных змеевиков при центробежной отливке.
- Возможность повышения скорости вытягивания, с 0,6 и выше м\мин при снижении поверхностных дефектов на слябе, таких как паукообразные трещины при совместном решении замены марки материала кристаллизатора и изменения системы охлаждения водой
- Возможность снижения критической скорости движения воды (при которой начинается пленочное кипение) и резкий рост температуры кристаллизатора, разупрочнение в зоне до 300 мм при).6-1,4 м\мин и еще большее ухудшение теплообмена (до 15-20%)
- Снижение вероятности местного перегрева стенки, повышение критической толщины разупрочнения медного слоя, нет резкого снижения износостойкости, нет отслаивания и прилипания меди к поверхности слитка
- Использование специальных дисперсноупрочненных сплавов с медной матрицей и высокодисперсными стабильными оксидами. Пример: сплав суперион, теплопроводность по отношению к чистой меди 86%, твердость - НВ125 против 80, предел прочности при 20 оС 500 против 100, при 900 оС 150 против 15, предел длительной прочности из расчета на 100 часов при 600 оС – 170 против 16. Общий срок службы в 4-10 раз выше, чем у обычных медных сплавов. Повышение длительной прочности и увеличение теплонапряженного состояния гильзы может быть выгоднее чем повышение теплопроводности.
- При использовании центробежнолитой заготовки для плит кристаллизаторов в связи с большей износостойкостью и теплопроводностью структуры имеется возможность разливать с меньшим перегревом расплава, повысить скорость разливки, уменьшить колебания температуры гильзы в кристаллизаторе
-
Способы повышения прочности центробежнолитой гильзы:
- возможность также создания теплостойких покрытий на гильзе
- Возможен индивидуальный выбор материалов и покрытий для обеспечения лучшей теплопроводности, лучшей износостойкости, лучшего теплообмена, лучшей стойкости при высоких температурах
- Способ обработки центробежнолитой гильзы при помощи дробеструйной обработки, газотермического покрытия и др.
- Плазменное нанесение жароизносостойкого никель хромового покрытия на медную основу, толщиной до 4-5 мм, на всю глубину перестрожек с прочностью в 4 раза выше чем у меди (80 НВ против 20НВ) что позволит отказаться от использования холоднокатаных кристаллизаторов и использовать наиболее высокотеплопроводную центробежнолитую структуру для обеспечения высокой теплопроводности.
- Возможность упрочнения поверхности, обращенной к корочке слитка за счет холодной деформации (наклепа) и создания регулируемого микрорельефа, гребни которого ориентированы перпендикулярно движению слитка. Это увеличивает эффективную площадь в 1,2-1,5 раз и больше. Микрорельеф позволяет за счет близости коэффициента термического расширения покрытия, гофрированной поверхности снизить термические напряжения.