Металлург

Теплофизика

Видно, что в слитке с неизотермической поверхностью у границы затвердевания (изотерма солидуса) появляются сжимающие температурные напряжения, которые компенсируются растяжением поверхностных слоев слитка. После окончания затвердевания в процессе остывания слитка напряжения перераспределяются: растянутой становится его центральная часть и сжатой - поверхность. Появление растягивающих напряжений в осевой зоне после окончания кристаллизации типично для непрерывных слитков и приводит на практике к возникновению центральных (паукообразных) трещин, которые не залечиваются при дальнейшей обработке слитка давлением.

Температурные градиенты и напряжения в твердой фазе уменьшают не только выбором рациональных режимов охлаждения поверхности слитка, но и увеличением теплоотдачи на фронте кристаллизации от жидкого ядра. На рис. 4 показана схема перемешивания жидкого ядра слитка в кристаллизаторе специальным рабочим телом - вращающимся активатором, вводимым в расплав.

Охлаждение погруженного в расплав активатора приводит к образованию на его поверхности гарнисажа - тонкой корки затвердевшего металла. Тепловая эрозия гарнисажа струей подаваемого расплава приводит к уменьшению перегрева последнего и образованию из обломков дендритов новых центров кристаллизации неориентированно растущих кристаллов. Циркуляция расплава в жидком ядре в виде торообразных вихрей (вихри Тейлора) приводит к снижению температурных градиентов.

Потоки расплава в жидком ядре приводят не только к уменьшению температурных градиентов, но и к переносу легирующих компонентов примесей по всему объему слитка. Явление неоднородного распределения примесей в объеме слитка называется сегрегацией примеси. На рис. 5 показан пример неоднородного распределения примеси в жидком ядре непрерывного горизонтального слитка. Полый слиток вытягивается из неподвижного кристаллизатора длиной L2 и дорна длиной L1 с постоянной скоростью W. Течение в жидком ядре слитка симметрично относительно вертикального диаметра.