автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Ресурсосберегающий способ плавки и литья низколегированных медных сплавов для изготовления стенок кристаллизаторов МНЛЗ

Нефедьев Александр Алексеевич

Ресурсосберегающий способ плавки и литья низколегированных медных сплавов для изготовления стенок кристаллизаторов МНЛЗ

Специальность 05.16.04 - Литейное производство

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Магнитогорск - 2011

4852725

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова».

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор Вдовин Константин Николаевич.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Брусницин Сергей Викторович;

кандидат технических наук, Юсин Александр Николаевич.

Ведущая организация - Национальный исследовательский

университет Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Южно-уральский государственный университет».

Защита состоится «29» сентября 2011 года в 16°° часов на заседании диссертационного совета Д 212.111.01 при ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова» по адресу: 455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, МГТУ, малый актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова».

Автореферат разослан «_»_2011 года.

Ученый секретарь /75/72 /7 \ /

диссертационного совета Jfyfjkj/jjô/ij/jb/ Селиванов В. Н.

Актуальность работы. При непрерывной разливке стали одной из важнейших задач является задача создания высокопроизводительных, качественных и надежных кристаллизаторов, способных длительное время выдерживать высокие температуры, тепловые удары и иметь минимальный износ при эксплуатации. Известно, что чистая медь по своим физико-механическим свойствам данным условиям эксплуатации не соответствует. Поэтому необходимо найти пути повышения стойкости кристаллизаторов. Существует несколько методов реализации этой задачи: изменение конструкции кристаллизатора, различные покрытия стенок кристаллизатора, легирование меди различными элементами.

Разработка нового состава сплава для производства кристаллизаторов MHJI3 является актуальной задачей, которая может помочь повысить их механические и эксплуатационные свойства.

Стенки кристаллизаторов MHJI3 по мере износа требуют перестрожки. Стружка, образующаяся при этом, отгружается в лом и продаётся по низкой цене. Представляется актуальным переработка этой стружки и изготовление го неё узких стенок кристаллизаторов. При этом можно использовать низколегированную медь.

При исследовании химического состава медной стружки, образующейся от перестрожки стенок кристаллизаторов, оказалось, что в ней содержится железо в количестве 0,05 - 0,08 мае. %. Из исследований Николаева А.К. и Подосяна A.A. известно, что такое количество железа способствует увеличению стойкости кристаллизаторов в процессе разливки. Поэтому необходимо исследовать влияние концентрации железа в меди на эксплуатационные свойства.

Цель и задачи работы. Разработка медного сплава с повышенными , эксплуатационными свойствами для изготовления стенок кристаллизаторов MHJI3 и способа утилизации медной стружки, образующейся при перестрожке стенок кристаллизаторов.

Основное внимание было уделено решению следующих задач:

1. Выполнить сравнительный анализ сплавов меди, легированных железом, с повышенными эксплуатационными свойствами.

2. Исследовать влияние железа на кристаллизационные характеристики низколегированного медного сплава.

3. Разработать математическую модель электрошлакового переплава (ЭШП) медной стружки, образующейся при перестрожке стенок кристаллизаторов MHJI3.

4. Изготовить узкие стенки кристаллизатора МНЛЗ из переплавленной меди, низколегированной железом, и испытать их на разливке.

Научная новизна работы:

1. Экспериментально установлено, что коэффициент износостойкости меди в зависимости от концентрации железа в ней непрерывно линейно рас-

тет до содержания 0,3 мае. % Fe, а затем практически не изменяется.

2. Определено, что теплопроводность низколегированных железом сплавов с ростом температуры нелинейно растет, в то время как у чистой меди она нелинейно падает.

3. Установлено, что при пределе растворимости концентрации железа в меди, соответствующей границе образования раствора замещения, температура рекристаллизации сплава возрастает до 360 °С.

4. Путем математического моделирования процесса плавления медной стружки установлены электрические и тепловые режимы переплава, что позволило отработать режимы литья.

Практическая ценность работы:

1. Получены новые данные о температурах плавления и кристаллизации низколегированных железом сплавов меди.

2. Экспериментально установлены зависимости температуры рекристаллизации, износостойкости, твердости от концентрации железа в меди, что позволило изготовить сплав для узких стенок кристаллизатора MHJI3.

3. Разработан способ утилизации медной стружки от перестрожки стенок кристаллизаторов. Из полученного низколегированного железом сплава меди (содержание железа 0,2 % мае.) были изготовлены две узкие стенки кристаллизатора МНЛЗ, показавшие стойкость 115 плавок, что не ниже стойкости используемых ранее стенок из меди М1р.

4. Создана установка по определению комплекса теплофизических свойств металлов и сплавов.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международной практической конференции «Особенности обработки и применения изделий из тяжелых металлов» (г. Екатеринбург, Ревда, 2006 г.); на 66 научно-технической конференции по итогам научно-исследовательских работ за 2007 г. (г. Магнитогорск, 2008 г.); XVI Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (г. Томск, 2010 г.).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 11 научных статей, в том числе 2 статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ, получен 1 патент на полезную модель РФ.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературных источников из 154 наименований.

Диссертация изложена на 127 страницах машинописного текста, содержит 8 таблиц, иллюстрирована 34 рисунками.

Достоверность научных результатов

Достоверность экспериментальных данных подтверждена широким использованием современных методов и методик исследования физико-механических, эксплуатационных, структурных свойств сплавов. Полученные результаты подтверждаются производственными испытаниями.

Личный вклад автора

Все представленные в работе экспериментальные результаты получены автором самостоятельно. При этом автор проводил исследования в лабораторных и промышленных условиях, разрабатывал методы и методики исследования и принимал непосредственное участие в разработке, проектировании и изготовлении лабораторного и промышленного оборудования.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, представлена научная новизна, практическая ценность работы.

Первая глава посвящена анализу научных и практических литературных данных, раскрывающих основные причины выхода из строя кристаллизаторов МНЛЗ, определяющие их срок службы и условия работы; механизмы износа стенок кристаллизаторов; способы увеличения их стойкости; способы утилизации медной стружки, образующейся при перестрожке стенок кристаллизаторов; методы измерения теплофизических характеристик медных сплавов, разрабатываемых для производства рабочих стенок кристаллизатора.

Проведённый анализ основных факторов, определяющих ресурс работы рабочих стенок кристаллизаторов МНЛЗ, показал, что наиболее значимыми факторами являются температура рекристаллизации и износостойкость стенок. Основную роль в изменении физико-механических свойств меди играют легирующие добавки.

Не менее важной задачей является утилизация медной стружки, образующейся при перестрожке медных стенок кристаллизаторов. Эта проблема пока не решена. На основе проведенного анализа научно-технической литературы сформулирована цель и задачи исследования.

Во второй главе описаны оборудование, материалы и методы проведения исследований. В процессе выполнения данной работы необходимые экспериментальные исследования проводились в лабораториях МГТУ и производственных условиях. Для получения экспериментальных сплавов (образцов) использовали стандартные материалы, отвечающие требованиям ГОСТ. Химический состав металла определяли на спектрометре БРЕСТНОМАХх.

Для качественного и количественного анализа шлифов применялись оптические микроскопы МИТАМ ЛВ-31 и МеЩ 1М7000. Размер зерна определяли при помощи системы анализа изображения ТЫхотег 81апёаг1 методом

сравнения с эталонными шкалами, приведенными в приложении к ГОСТ 21073.1 -75.

Температуру ликвидус и солидус, теплоту плавления и кристаллизации определяли по эндо- и экзотермограммам, полученным при помощи де-риватографа Netzsch STA 449 F3 Jpiter.

Износостойкость сплавов изучали согласно ГОСТ 23.208-79 "Метод испытания материалов на износостойкость при трении о нежестко закрепленные абразивные частицы".

Относительное изменение сопротивления (AR/R) измеряли на установке ИМАШ - 20 -75.

Литейные свойства (жидкотекучесть, усадка) медных сплавов исследовали по технологической пробе Нехендзи-Купцова.

Комплекс теплофизических свойств опытных образцов измеряли с помощью экспериментальной установки, созданной собственными силами. В основу работы установки заложен регулярный режим третьего рода с использованием плоских периодических температурных волн. Разработка метода измерения строилась на уравнении теплопроводности и заданных граничных условиях. Совместное их решение позволило связать величину температуропроводности с разностью фаз переменных температур и отношением температур, т.е.

ö)L2

«=7-ч 6 / '

(ф,-ф2)1п yQ теплопроводность определялась как

где 4 - тепловой поток; Ь - расстояние между термопарами; (б] — 62) - разность амплитуд температур.

Исследования прочностных, пластических, деформационных и структурных свойств опытных сплавов проводились на экспериментальной установке, которая также была создана собственными силами на кафедре физики МГТУ им. Г.И. Носова.

В третьей главе изложены результаты исследования состава, структуры и физико-механических свойств низколегированных железом медных сплавов (табл. 1).

На отлитых образцах исследовали микроструктуру сплавов, механические и теплофизические свойства, определяющие качественные показатели работоспособности стенок кристаллизаторов.

Таблица 1

Химический состав экспериментальных сплавов

Номер сплава Химический состав, %

Ре Аё Р № Бп гп Б АБ РЬ БЬ

1 0,065 0,001 0,001 0,002 0,001 0,014 0,003 0,001 0,003 0,001

2 0,086 0,001 0,005 0,003 0,001 0,003 0,002 0,001 0,002 0,001

3 0,097 0,0014 0,0004 0,001 0,001 0,001 0,0025 0,001 0,0004 0,001

4 0,17 0,0018 0,001 0,001 0,001 0,001 0,002 0,001 0,0004 0,001

5 0,28 0,0018 0,0008 0,001 0,001 0,001 0,005 0,001 0,0004 0,001

6 0,3 0,001 0,001 0,003 0,001 0,008 0,004 0,001 0,003 0,001

7 0,31 0,0014 0,0006 0,001 0,001 0,001 0,0006 0,001 0,0003 0,001

8 0,55 0,001 0,003 0,005 0,001 0,0022 0,004 0,001 0,009 0,001

9 0,67 0,001 0,003 0,004 0,001 0,005 0,002 0,001 0,006 0,001

10 0,7 0,001 0,001 0,004 0,001 0,004 0,003 0,001 0,005 0,001

11 0,72 0,0013 0,0005 0,001 0,001 0,001 0,006 0,001 0,0002 0,001

12 0,79 0,001 0,004 0,005 0,001 0,008 0,003 0,001 0,007 0,002

13 1,1 0,0022 0,0007 0,001 0,001 0,001 0,0005 0,001 0,0003 0,001

14 1,45 0,0019 0,0008 0,001 0,001 0,001 0,002 0,001 0,0002 0,001

* Примечание: во всех сплавах медь остальное.

Исследование микроструктуры (рис. 1) позволяет выявить характер изменения формы и размера зёрен при изменении концентрации железа в сплаве, т.к. данные характеристики оказывают существенное влияние на их механические свойства.

4 0,20

л

X

а

а>

О

X

3

и 0,05

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

Содержание железа, мае. %

Рис. 1. Зависимость среднего размера зерна низколегированного медного сплава от содержания железа

Проведённые металлографические исследования низколегированных железом сплавов меди позволяют утверждать, что количество легирующей добавки - железа существенно влияет на величину и форму зерен в сплаве. В пределах растворимости железа в меди сплавы образуют твердый раствор

замещения (а - фазу), имеющий более мелкое зерно, чем сплавы с содержанием железа с > 0,3 мае. % Бе.

Далее выяснили, как влияет железо на механические и эксплуатационные свойства, которые определяют работоспособность кристаллизаторов МНЛЗ.

Результаты исследования механических и эксплуатационных свойств приведены на рис. 2 и 3.

а «

а" 66 ¡65

I64

8 63

ё 62 о 5 61 £ 60

Г \

N

0,0 ОД 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 Содержание железа в меди, мае. %

1 0,49

н 0.47

§ 8 0.45

£ 30.43

К

з 0.41

I 0.39

£ 0,37

/

0.2 0.3 0.4 0,9 0.6 0.7 0.6 О Содержание железа в меди, мае. %

Рис. 2. Зависимость твердости по Бринеллю от содержания железа в меди

Рис. 3. Зависимость коэффициента износостойкости низколегированных сплавов Си - Бе от содержания в них железа

Из представленного на рис. 2 графика видно, что твердость исследуемых сплавов, содержащих железо в пределах до 0 < с < 0,3 мае. %, выше, чем у сплавов с содержанием железа больше 0,3 мае. %. Эта разница в твердостях сплавов обусловлена тем, что сплавы, полученные в первом пределе концентраций при кристаллизации, образуют твердые растворы замещения в а -фазе с более мелким зерном, чем во втором интервале, где при кристаллизации сплавов образуются (а + р) фазы с более крупным зерном.

Из графика рис. 3 видно, что с повышением содержания железа до 0,3 мае. % наблюдается резкое возрастание износостойкости. При дальнейшем увеличении содержания железа в меди износостойкость меняется более плавно. Это объясняется тем, что в диапазоне легирования до 0,3 мае. % происходит насыщение твёрдого раствора железа в меди до предела растворимости, образуя твёрдый раствор замещения, вызывая рост эксплуатационных свойств сплавов, и дальнейшее увеличение содержания железа нецелесообразно.

Исходя из вышепроведенных результатов, видно, что легирование меди железом целесообразно проводить до 0,3 мае. %. Поэтому наиболее полному дальнейшему исследованию подвергали образцы № 1 - 6 (см. табл. 1). С помощью дифференциально сканирующей калориметрии (ДСК) были исследованы эти сплавы. Результаты этих исследований приведены в табл. 2.

Из анализа данных, представленных в табл. 2 следует, что температуры начала и конца плавления при увеличении концентрации железа в меди имеют неодинаковый характер изменения и отстают друг от друга на величину ДТ = Ти - Тнп, которая зависит от концентраций Ре.

Таблица 2

Температура плавления и кристаллизации исследуемых сплавов

Номер образца Содержание Ре, мае. % Плавление Кристаллизация

Тнп Ткп ДТ Тнк Ткк ДТ

1 0,065 1053 1083 30 1068 1052 16

2 0,086 1045 1089 44 1063 1045 18

3 0,097 1044 1091 47 1060 1043 17

4 0,17 1066 1086 20 1052 1041 И

5 0,28 1072 1095 23 1039 1034 5

6 0,3 1074 1098 24 1037 1033 4

Показатели твёрдости и износостойкости исследуемых сплавов являются необходимыми условиями устойчивой работоспособности стенок кристаллизаторов, но не являются достаточными. Другими важными свойствами этих сплавов являются: температура рекристаллизации сплава, теплопроводность и температуропроводность.

Для исследования процессов рекристаллизации подготовленные образцы из низколегированной железом меди подвергали пластической деформации до заданной величины деформации (в), а затем отжигали. При отжиге измеряли: относительное изменение сопротивления (ЛЯ / Я0); твердость по Бринеллю.

Зависимости твёрдости исследуемых образцов от величины обжатия

Степень пластической деформации , %

Рис. 4. Зависимость твёрдости медных образцов от величины обжатия образцов Си с различным процентным содержанием железа:

—ж-М1 -»-0,097 % ре -А-0,17 %Ре -«-0,28 % Ге -»-03%Ре

Из графика рис. 4 видно, что при одной и той же величине обжатия, но разной концентрации железа в сплаве твёрдость нелинейно возрастает. Предположим, что концентрация дислокаций при заданной величине обжатия и разной концентрации железа одинакова, тогда увеличение твёрдости может быть связано с возрастанием числа стопоров дислокаций, образующихся за счёт введения примеси. Их тем больше, чем больше концентрация легирующей добавки.

Образцы с заданной концентрацией железа в меди и величиной обжатия подвергали ступенчатому режиму отжига с одновременным замером изменяющейся от температуры отжига твёрдости. Были получены четыре серии кривых, отражающих зависимость твёрдости от температуры отжига, для каждой концентрации железа в меди. Результаты одной из серий приведены на рис. 5.

0 100

аз

2 95

ч

1 90

К

о.

ю 85

О

С

£ 80

с]

н 70

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Температура, °С

Рис. 5. Зависимость твёрдости от температуры отжига для Си с 0,17 % Ре для разных величин обжатия: -♦-6,60% -»-£,40% -«-£,20% -»-£,10%

Анализ этих зависимостей показывает, что увеличение легирующей добавки железа в меди повышает её температуру рекристаллизации.

Общее увеличение температуры рекристаллизации АТрск в пределах растворимости железа в меди составляет примерно 60 °С.

С помощью созданной экспериментальной установки провели измерения температуропроводности и теплопроводности некоторых литых образцов при нагреве их от комнатной температуры до 500 °С. Результаты исследования приведены на рис. 6.

Из приведенных графиков видно, что теплопроводность и температуропроводность чистой меди при увеличении температуры непрерывно падают, в то время как для низколегированных образцов они непрерывно, хотя и медленно, растут. Для температуры порядка 600 °С теплопроводность и температуропроводность для чистой и низколегированной меди совпадают. Это говорит о том, что механизмы, лежащие в основе формирования указанных выше свойств, в чистой и низколегированной меди различны.

10

1 '"ч L. ■

w

\

\

V, У., "Ч *-к-ч

О 100 200 300 400 500 600 700 800 Температура, °С

Рис. 6. График зависимости теплопроводности от температуры чистой

меди и её сплавов: -»- М1 -е- 0,065 мае. % Не 0,097 мае. % ре

-*- 0,17 мае. % Бе -в-0,28 мае. % Ге

При температурах выше 600 °С теплопроводность меди, легированной железом, становится больше, чем теплопроводность чистой меди. А это очень важно при работе стенок кристаллизатора из этой меди в момент заливки в него стали.

Так как у созданного медного сплава, легированного железом, низкотемпературная теплопроводность ниже, чем у чистой меди (см. рис. 6), то возникла необходимость увеличить теплоотдачу воды от стенок кристаллизатора, поэтому изменили систему охлаждения (водоохлаждаемые каналы выполнили в виде наклонных четырехгранных призм с углом наклона, равным 30 - 45°, что обеспечило увеличение суммарной площади каналов на 1525 %, патент РФ № 62345).

Таким образом, изменённая система охлаждения кристаллизатора позволяет существенно улучшить теплофизические характеристики, снизить температуру рабочей стенки ниже температуры рекристаллизации, тем самым повысить его стойкость.

Исследовав значения твердости, износостойкости и теплопроводности выявили, что наилучшее значение этих показателей соответствует сплаву с содержанием железа в пределах 0,16 - 0,18 мае. %. Поэтому данный сплав рекомендовали для отливки заготовки для производства рабочих узких стенок кристаллизатора.

Четвертая глава посвящена разработке способа выплавки низколегированной железом меди и литья заготовок из отходов производства кристаллизаторов МНЛЗ и ЭШП.

Электрошлаковые технологии при различного рода переплавах являются наиболее эффективными с точки зрения возможностей обеспечения качества получаемого металла. Главным преимуществом ЭШП с расходуемым электродом-заготовкой является наличие жесткой связи между подво-

димой к шлаковой ванне мощностью и скоростью плавления металла. Это позволяет использовать ЭШП при переплаве некомпактной шихты, спрессованной в виде цилиндрического электрода.

Основные вопросы, которые возникают при разработке способа переплава заготовки (расходуемых электродов) - это расчёт скорости подачи заготовки с легирующей добавкой и обеспечение требуемой производительности установки ЭШП. Для решения этих вопросов разработали три математические модели процессов ЭШП и кристаллизации.

Объектом математического моделирования являются электрические и тепловые процессы в установке ЭШП и в расходуемом электроде, изготовленном прессованием медной стружки с заданной дозой железа.

Задачи моделирования:

1. Получить распределение: эквипотенциальных поверхнотстей электрических полей и плотности тока по шлаковой ванне; мощности объемного тепловыделения.

2. Определить суммарную мощность тепловыделения в шлаковой ванне и фронте плавления расходуемого электрода; оптимальный ток, протекающий через ЭШП, для заданных напряжений, скоростей движения фронта плавления расходуемого электрода и фронта кристаллизации слитка.

3. Получить зависимости скоростей движения фронта плавления и вытягивания слитка при изменении технологических и геометрических параметров.

4. Найти нестационарное поле температур в затвердевающем слитке. Математическая модель электрических характеристик ЭШП включает в себя определение в расплаве шлака распределения потенциалов Щг, г); плотности тока](г, г); расчет полного тока I через установку ЭШП.

Основные допущения и ограничения:

1. Считали, что для электрических характеристик в шлаковой ванне имеет место осевая симметрия.

2. Электрический ток к шлаку подводится через расходуемый электрод и нижнее основание кристаллизатора, так как через боковые стенки утечки тока пренебрежимо малы из-за низкой электропроводности корочки шлака, образующейся между стенкой кристаллизатора и слитком.

3. Полагали, что погруженная в шлак поверхность электрода является эквипотенциальной с потенциалом и0, так как электропроводимость расходуемого электрода существенно выше, чем расплавленного шлака.

4. Шлак интенсивно перемешивается под действием объемных электромагнитных сил (температура в каждой его точке равна /„„), поэтому считаем, что его электропроводность является изотропной величиной.

5. Полагаем, что введение некоторого количества меди в шлак не оказывает существенного влияния на электропроводимость расплава шлака.

Основные уравнения

Для цилиндрической системы координат распределение потенциала U (с учетом осевой симметрии) описывается двумерным дифференциальным уравнением Лапласа:

э2и 13U э2и п

где г, z - оси в цилиндрической системе координат.

Со следующими граничными условиями, которые отражают характер протекания тока от расходуемого электрода до нижнего основания:

1) на границах кристаллизатора и на свободной поверхности расплава примем условие не протекания тока (условие Неймана)

аи

дп

2) с учетом условия Дирихле

U

= U0; (3)

и|сп=0. (4)

Краевая задача (1) - (4) представляет собой математическую модель распределения потенциалов в расплаве шлака, решение которой находится в виде функции и(г; г). Зная и(г; г), можно определить значения напряженности электрического поля (как градиент потенциала): Ё = ЕГ+Ег = Ш / оп, его проекции Ег = -Ш / дг, Ё2 = -Ш/Эг и модуль вектора напряженности

электрического поля |Ё| = + .

При этом, пользуясь законом Ома, можно определить плотность тока ] = стЁ.

Определим полный ток через установку ЭШП как интеграл по погруженной в шлак поверхности расходуемого электрода

1=^, (5)

5,

где - площадь поверхности электрода, погруженного в шлак.

Математическая модель электрических характеристик ЭШП позволила получить:

- распределения потенциалов Щг, г);

- плотности тока .Кг, г);

- расчет полного тока I через установку ЭШП.

Переход от математической модели к численному алгоритму расчёта с помощью ЭВМ был совершен методом конечных разностей.

Для выбора оптимальной скорости подачи расходуемого электрода в объём шлаковой ванны был проведён расчет потока тепла, подводимого к электроду, исходя из которого удалось рассчитать скорость движения фронта плавления электрода при его переплаве методом ЭШП. Из уравнения теплового баланса в шлаковой ванне:

= (6)

где С>м - тепло, идущее на нагрев меди до температуры шлака и ее плавление; дизл. -тепло на излучение; <5П0Т - тепловые потери в кристаллизатор. Была определена расплавляемая масса расходуемого электрода:

.0.-0]- (7) Учет материального баланса дал возможность оценить максимальную скорость роста цилиндрического слитка за счёт отвода тепла через стенки кристаллизатора, м/мин:

®

Для расчета скорости подачи заготовки в расплавленную шлаковую ванну при ЭШП необходимо знать скорость продвижения фронта плавления расходуемой заготовки. Для решения этой задачи был выбран вариационный принцип Био. Математическая задача представляется в виде:

1) закон изменения температуры от границы расплава в глубь электрода:

е(х)=е„

\ х-я, (О У

где - обобщённая координата распределения температуры в электроде вглубь от границы расплава;

ЧКО - обобщенная координата фронта плавления (экспериментально определенная зависимость).

В данной зависимости имются два неизвестных параметра - обобщенная координата движения фронта плавления ц^) координата яф потока тепла в нерасплавленный металл при заданном ;

2) теплового потенциала и = — ср |э2ёх ; (10)

3) теплового смещения Н = -ср ]9с1х;

(П)

1 41 г-

4) теплового потенциала рассеяния Ф = — , (12)

где X - теплопроводность тела заготовки;

ан

Н =--частная производная по времени от теплового смещения;

81

5) обобщенной термической силы на границе плавления

Р = 9„

5Н

(13)

х«д,0>

Согласно принципу Био эти термодинамические характеристики удовлетворяют следующему уравнению:

Ш ЗФ „

— +-= Б.

д<\

(14)

В качестве иллюстрации решения задач (8) - (14) на рис. 7 приведем график зависимости скорости движения фронта плавления от подводимой расходуемой мощности.

1 з а °-е

Н ~ о

а в & -з- о.5

и 5 с

? I I ! м

& § п 'Ъ

2 2 £ т "

Н Р о ~

§ 3 § 0.2

Подводима» расходам мопиость Р^.^-, кВт Рис. 7. Зависимость скорости движения фронта плавления от величины расходуемой мощности при Бэ = 200 мм

В связи с тем, что процесс электрошлакового переплава расходуемого электрода проходит при больших токах (I = 2000 А), необходимо решить задачу, связанную с эффектом Пельтье, который сказывается на характере кристаллизации торцевой части слитка, погруженной в шлаковую ванну.

Массовый прирост фазовой границы кристаллизации составил

Ат = 6,1 кг/ч.

С учетом результатов физико-математических исследований был предложен способ получения низколегированных железом медных слитков.

Подготовленный по указанной схеме расходуемый электрод, посредством узла крепления, сочлененного с расходуемым электродом, монтируется в электрододержатель установки ЭШП. Процесс переплава начинается в режиме «горячего старта» и заканчивается формированием готового слитка, из которого изготавливают узкие стенки кристаллизатора.

Основные выводы:

1. На основе проведенных научных и экспериментальных исследований получена серия низколегированных сплавов Си - Ре, которые при кристаллизации образуют твердый раствор замещения в а-фазе и установлено, что данные сплавы имеют мелкозернистую микроструктуру (пср = 128 зерен/мм2), высокую твердость - НВ > 69 и температуру первичной рекристаллизации - Трк = 360 °С. Эти свойства существенно выше, чем у меди марки М1.

2. Разработан и создан оптико-тепловой узел в экспериментальной установке, позволяющий измерять комплекс теплофизических свойств твердых тел, в основу работы которого положен регулярный тепловой режим третьего рода в виде плоских периодических температурных волн.

3. Показано, что теплопроводность и температуропроводность низколегированных медных сплавов Си - Ре монотонно возрастают, асимптотически приближаясь к максимуму, так, что при Т < 400 °С они меньше (в 1,5 - 2 раза), чем у меди М1, а при Т > 600 °С становятся примерно равными со значениями меди марки М1.

4. Разработана и реализована математическая модель, описывающая электрические и тепловые процессы на границе расходуемый электрод - расплав и в объеме шлаковой ванны при утилизации меди. Представлен алгоритм расчета производительности установки ЭШП.

5. На основе вариационного принципа Био и линейного представления Онзагера рассчитали скорость движения фронта плавления расходуемого электрода, изготовленного из утилизируемой меди, и дополнительной осевой кристаллизации слитка за счёт эффекта Пельтье.

6. Проведено производственное испытание изготовленных узких стенок кристаллизатора из низколегированного сплава Си - Бе с содержанием железа 0,17 мае. % Ре. Производственное испытание показали, что их стойкость составила 115 плавок.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Влияние легирования на механические и специальные свойства меди / Вдовин К.Н., Синицкий Е.В, Нефедьев А.А. // Особенности обработки и

применения изделий из тяжёлых цветных металлов: материалы Междунар. практ. конференции. - Екатеринбург: УрО РАН, 2006. - С. 94-103.

2. Экспериментальная установка для исследования теплофизических свойств твёрдых тел методом периодических тепловых волн / Дубский Г.А., Вдовин К.Н., Нефедьев A.A., Дубская Т.Я. // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2007.-№4(20).-С. 81-88.

3. Кристаллизаторы МНЛЗ / Нефедьев A.A. // Теория и технология металлургического производства: Межрегион, сб. науч. тр. / под ред. В.М. Ко-локольцева. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2007. - Вып. 7. - С 119123.

4. Оценка производительности установки ЭШП меди с нерасходуемым электродом / И.М. Ячиков, К.Н. Вдовин, Нефедьев A.A. // Теория и технология металлургического производства: Межрегион, сб. науч. тр. / под ред. В.М. Колокольцева. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2008. - Вып. 8. - С 147-154.

5. Пути повышения эксплуатационной стойкости кристаллизаторов МНЛЗ / К.Н. Вдовин, Е.В. Синицкий, A.A. Нефедьев // Литейные процессы: Межрегион, сб. науч. тр. / под ред. В.М. Колокольцева. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2009. - Вып. 7. - С 129-135.

6. Использование малофторидных низкоосновных флюсов для электрошлакового переплава / В.Е. Рощин, В.П. Чернов, К.Н. Вдовин, A.A. Нефедьев A.A. // Литейные процессы: Межрегион, сб. науч. тр. / под ред. В.М. Колокольцева. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2009. - Вып. 8. - С 4250.

7. Использование эффекта Пельтье для интенсификации процесса кристаллизации заготовок из расплава в кристаллизаторах МНЛЗ / Г.А. Дубский, Т.Я. Дубская, Л.Г. Егорова, А.А.Нефедьев // Литейные процессы: Межрегион. сб. науч. тр. / под ред. В.М. Колокольцева. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2009. - Вып. 8. - С 180-183.

8. Расчёт скорости движения фронта плавления электрода при его элёктрошлаковом переплаве / Г.А. Дубский, Л.Г, Егорова, A.A. Нефедьев // Материаловедение и термическая обработка металлов: Межрегион, сб. науч. тр. / под ред. А.Н. Емелюшина и Е.В. Петроченко. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2009. - С 125-130.

9. Исследование механических свойств медных сплавов для кристаллизаторов МНЛЗ / К.Н. Вдовин, Е.В. Синицкий, A.A. Нефедьев // Процессы и оборудование металлургического производства: Межрегион, сб. науч. тр. / под ред. С.И. Платова. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2009.. - С 180187.

10. Пат. 62345 Российская Федерация, МПК7 B22D11/04. Кристаллизатор машины непрерывного литья заготовок,/ Вдовин К.Н., Точилкин В.В., Нефедьев A.A. и др.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Магнитогор-

ский государственный технический университет им. Г.И Носова» - № 2006 123799; заявл.ОЗ.07.06, опубл. 10.04.07, Бюл. № 10.

11. Утилизация медной стружки методом электрошлакового переплава (ОАО "ММК") (Новая технология переплава отработавших узких стенок кристаллизаторов на установках электрошлакового переплава (ЭШП)) / Ячиков И.М., Вдовин К.Н., Нефедьев A.A. // Изв. вузов. Черная металлургия.-2009.-№ 8.-С.69.

12. Изменение температуры рекристаллизации микролегированного сплава Си - Fe от концентрации железа / Вдовин К.Н., Нефедьев A.A., Дуб-ский Г.А., Егорова Л.Г. // Современные техника и технологии: сб. тр. XVI Междунар. науч.-практ. конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. В 3 т. Т. 2 / Нац. исслед. Томский политехи, ун-т. - Томск: Изд-во Томск. политехи, ун-та, 2010. - С. 199 - 201.

Подписано в печать 21.07.2011. Формат 60x84 1/16. Бумага тип.№ 1.

Плоская печать. Усл.печ.л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 536.

455000, Магнитогорск, пр. Ленина, 38 Полиграфический участок ФГБОУ ВПО «МГТУ»

Введение.

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

1.1. Кристаллизатор - срок службы, условия работы, причины выхода из строя.

1.2. Медные сплавы, используемые для изготовления кристаллизаторов МНЛЗ.

1.3. Пути повышения стойкости кристаллизаторов.

1.3.1. Низколегирование медные сплавы для изготовления кристаллизаторов МНЛЗ.

1.3.2. Влияние легирования на удельное электросопротивление меди.

1.3.3. Влияние легирования на температуру рекристаллизации меди.

1.4. Утилизация медных отходов методом ЭШП.

1.5. Теплопроводность материалов.

Глава 2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ. ОБОРУДОВАНИЕ И МАТЕРИАЛЫ.

2.1. Материалы, использованные в работе.

2.2. Оборудование, использованное в работе.

2.3. Определение износостойкости сплавов.

2.4. Исследование литейных свойств медных сплавов.

2.5. Измерение теплофизических свойств опытных сплавов.

2.5.1. Методика проведения эксперимента.

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ, МЕХАНИЧЕСКИХ И ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ МЕДНЫХ СПЛАВОВ.

3.1. Исследование микроструктуры низколегированного медного сплава с различным содержанием железа.

3.2. Исследование твердости и износостойкости медных сплавов с разным содержанием железа.

3.3. Исследование влияния содержания железа в низколегированном медном сплаве на температуры плавления и кристаллизации.

3.4. Исследование процесса первичной рекристаллизации низколегированных медных сплавов.

3.5. Исследование теплопроводности и температуропроводности низколегированных сплавов Си - Бе.

3.6. Совершенствование конструкции кристаллизатора МНЛЗ.

3.7. Исследование литейных свойств низколегированных сплавов Си — Бе. 77 Выводы по главе 3.

Глава 4. РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК ИЗ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СПЛАВОВ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА.

4.1. Моделирование электрических и тепловых характеристик установки электрошлакового переплава меди.

4.2. Математическая модель поцесса ЭШП.

4.3. Численное решение краевой задачи определения электрических характеристик ЭШП.

4.3.1. Расчет джоулева тепловыделения в шлаковой ванне.

4.3.2. Тепловой баланс в шлаковой ванне при плавлении расходуемого электрода.

4.4. Расчёт скорости движения фронта плавления электрода при его электрошлаковом переплаве.

4.5. Влияние эффекта Пельтье на скорость кристаллизации слитка.

4.6. Опытно-промышленные испытания технологии изготовления литых заготовок для производства узких стенок кристаллизаторов МНЛЗ.

4.7. Выводы по главе 4.

Актуальность работы. При непрерывной разливке стали одной из важнейших задач является задача создания высокопроизводительных, качественных и надежных кристаллизаторов, способных длительное время выдерживать высокие температуры, тепловые удары и иметь минимальный износ при эксплуатации. Известно, что чистая медь по своим физико-механическим свойствам данным условиям эксплуатации не соответствует. Поэтому необходимо найти пути повышения стойкости кристаллизаторов. Существует несколько методов реализации этой задачи: изменение конструкции кристаллизатора, различные покрытия стенок кристаллизатора, легирование меди различными элементами.

Разработка нового состава сплава для производства кристаллизаторов MHJI3 является актуальной задачей, которая может помочь повысить их механические и эксплуатационные свойства.

Стенки кристаллизаторов MHJI3 по мере износа требуют перестрожки. Стружка, образующаяся при этом, отгружается в лом и продаётся по низкой цене. Представляется актуальным переработка этой стружки и изготовление из неё узких стенок кристаллизаторов. При этом можно использовать низколегированную медь.

При исследовании химического состава медной стружки, образующейся от перестрожки стенок кристаллизаторов, оказалось, что в ней содержится железо в количестве 0,05 - 0,08 мае. %. Из исследований Николаева А.К. и Подосяна A.A. известно, что такое количество железа способствует увеличению стойкости кристаллизаторов в процессе разливки. Поэтому необходимо исследовать влияние концентрации железа в меди на эксплуатационные свойства. .

Цель и задачи работы. Разработка медного сплава с повышенными эксплуатационными свойствами для изготовления стенок кристаллизаторов MHJI3 и способа утилизации медной стружки, образующейся при перестрожке стенок кристаллизаторов.

Основное внимание было уделено решению следующих задач:

1. Выполнить сравнительный анализ сплавов меди, легированных железом, с повышенными эксплуатационными свойствами.

2. Исследовать влияние железа на кристаллизационные характеристики низколегированного медного сплава.

3. Разработать математическую модель электрошлакового переплава (ЭШП) медной стружки, образующейся при перестрожке стенок кристаллизаторов МНЛЗ.

4. Изготовить узкие стенки кристаллизатора МНЛЗ из переплавленной меди, низколегированной железом, и испытать их на разливке.

Научная новизна работы:

1. Экспериментально установлено, что коэффициент износостойкости меди в зависимости от концентрации железа в ней непрерывно линейно растет до содержания 0,3 мае. % Бе, а затем практически не изменяется.

2. Определено, что теплопроводность низколегированных железом сплавов с ростом температуры нелинейно растет, в то время как у чистой меди она нелинейно падает.

3. Установлено, что при пределе растворимости концентрации железа в меди, соответствующей границе образования раствора замещения, температура рекристаллизации сплава возрастает до 360 °С.

4. Путем математического моделирования процесса плавления медной стружки установлены электрические и тепловые режимы переплава, что позволило отработать режимы литья.

Практическая ценность работы:

1. Получены новые данные о температурах плавления и кристаллизации низколегированных железом сплавов меди.

2. Экспериментально установлены зависимости температуры рекристаллизации, износостойкости, твердости от концентрации железа в меди, что позволило изготовить сплав для узких стенок кристаллизатора МНЛЗ.

3. Разработана технология утилизации медной стружки от перестрожки стенок кристаллизаторов. Из полученного низколегированного железом сплава меди (содержание железа 0,2 % мае.) были изготовлены две узкие стенки кристаллизатора МНЛЗ, показавшие стойкость 115 плавок, что не ниже стойкости используемых ранее стенок из меди М1р.

4. Создана установка по определению комплекса теплофизических свойств металлов и сплавов.

Выводы по работе

1. На основе проведенных научных и экспериментальных исследований получена серия низколегированных сплавов Cu — Fe, которые при кристаллизации образуют твердый раствор замещения в a-фазе, и установлено, что данные сплавы имеют мелкозернистую микроструктуру (ПсР =128 зерен/мм2), высокую твердость НВ > 69 и температуру первичной рекристаллизации Трк = 360 °С. Эти свойства существенно выше, чем у меди марки М1.

2. Разработан и создан оптико-тепловой узел в экспериментальной установке, позволяющий измерять комплекс теплофизических свойств твердых тел, в основу работы которого положен регулярный тепловой режим третьего рода в виде плоских периодических температурных волн.

3. Показано, что-теплопроводность и температуропроводность низколегированных медных сплавов Си - Бе монотонно возрастают, асимптотически приближаясь к максимуму так, что при Т < 400 °С они меньше (в 1,5 - 2 раза), чем у меди М1, а при Т > 600 °С становятся примерно равными со значениями меди марки М1.

4. Разработана и реализована математическая модель, описывающая электрические и тепловые процессы на границе расходуемый электрод - расплав и в объеме шлаковой ванны при утилизации меди. Представлен алгоритмфасчета производительности установки ЭШП.

5. На основе вариационного принципа Био и линейного представления Онза-гера рассчитали скорость движения фронта плавления расходуемого электрода, изготовленного из утилизируемой меди, и дополнительной осевой кристаллизации слитка за счёт эффекта Пельтье.

6. Предложена технологическая схема получения слитков* из отходов производства медных стенок кристаллизаторов с возможностью их легирования железом в процессе плавки.

7. Проведено производственное испытание изготовленных узких стенок кристаллизатора из низколегированного сплава Си — Бе с содержанием железа 0,17 мае. % Бе. Производственные испытания» показали, что их» стойкость составила 115 плавок.

1. Лякишев Н.П., Шалимов А.Г. Развитие технологии непрерывной разливки стали. М.: ООО НП «Элиз», 2002. - 206 с.

2. Медь. Латунь. Бронза: учеб. пособие для вузов / под общ. ред. Ю.Н. Райкова. М.: ОАО «Институт Цметметобработка», 2006. - 584 с.

3. Тищенко П.И., Тимошенко С.Н., Канфер В.Д. Создание технологии повышения эксплуатационной стойкости медных кристаллизаторов МНЛЗ // Труды 6 конгресса сталеплавильщиков. М.: ОАО «Черметинформация», 2001.-С. 288-291.

4. Ермолюк Т.Д., Лях А.П., Целиков A.A. Повышение эксплуатационной стойкости кристаллизатора МНЛЗ // Сталь. — 1985. № 6. - С. 33 - 36.

5. Контроль процесса непрерывного литья на МНЛЗ со специально оборудованным кристаллизатором Кёлер К.-У., Разим В.А., Бергер Р., Петри С., Плюшкель В. // Черные металлы. 1996. - № 2. - С. 23 - 25.

6. Вюнненберг К. Возможности и пределы теплопередачи в кристаллизаторах МНЛЗ // Черные металлы. 2000. - № 7. - С. 35 - 41.

7. Земсков Г.А., Паршин В.М., Луковников B.C. Новая разработка по охлаждению кристаллизатора УНРС // Труды первого конгресса сталеплавильщиков (Москва, 12-15 октября 1992 г.). М., 1993. - С.272 - 273.

8. Интенсификация теплообмена в кристаллизаторах УНРС / Жарницкий М.Д., Мастрюков Б.С., Решетов В.В., Айзин М.Ю. // Труды второго конгресса сталеплавильщиков (Липецк, 12-15 октября 1993г.). М., 1994. — С.284 - 285.

9. Гильзовые кристаллизаторы сортовых УНРС Ганкин В.Б., Николаев Г.И., Белитченко А.К., Костин А.Ф. // Труды 2 конгресса сталеплавильщиков, Липецк, 12-15 окт., 1993.-М., 1994.-С. 281 -283.

10. Повышение стойкости кристаллизаторов непрерывной разливки стали. // Обзор, инф. ин-та «Черметинформация». Сер. Сталеплавильное производство. Вып. 10.-М.: ЦНИИИ и ТЭИ 4M, 1968. С 7 - 9.

11. Гирский В.Е. и др. // A.c. СССР № 182879. БИ № 12, 1966.

12. Шперль X. Конференция по непрерывной разливке стали // Черные металлы. 1981. -№ 25/26. - С. 17.

13. Совершенствование технологии непрерывного литья слябов и крупных блюмов за рубежом // Обзор, инф. ин-та «Черметинформация». Сер. Сталеплавильное производство. Вып. 5. М., 1983.

14. Дефекты стали. / под ред. С. М. Новокщеновой, М. И. Виноград. М.: Металлургия, 1984. - 199 с.

15. Забильский В.В., Лебедев В.И. Образования поперечных и сетчатых поверхностных трещин и высокотемпературные охрупчивания сталей при непрерывной разливке // Черная металлургия. Бюл. НТИ. 1991. - Вып. 2. -С. 13-29.

16. Вульмахт В.В., Ткачев П.Н., Сливианская В.В. Механизм образования паукообразных трещин на поверхности непрерывнолитых слябов // Сталь. — 1973.-№9.-С. 804-806.

17. Аснис Е.А., Прохоренко В.М., Швиндлерман Л.С. О механизме образования трещин при сварке и наплавке меди на сталь // Сварочное производство. 1965.-№ 11.-С.8-9.

18. Патон Б.Е. Проблемы сварки на рубеже веков // Автоматическая сварка. -1999. -№ 1. С 4 -14.

19. Krister Relander «Jernkontor ann», 1971, v. 155.

20. Улучшение качества поверхности листового слитка при увеличении стойкости кристаллизатора Паршин В.М., Шейнфельд К.И., Колканов B.C., Рябов В.В., Кузнецов Б.Г., Чуйков В.В. // Сталь. 1987. -№ 1. - С. 17 -19.

21. Павлюк С.К., Леонович И.А. Пути повышения технического ресурса кристаллизаторов УНРС / Могилев. Машиностроит. ин-т. Могилев, 1986. -21 с.

22. Осинцев O.E., Федоров В.Н. Медь и медные сплавы. Отечественные и зарубежные марки: справочник. М.: Машиностроение, 2004. - 336 с.

23. Способ эксплуатации кристаллизатора включает подачу металла в кристаллизатор прямоугольного сечения. Пат. 2214885 РФ, МПК B22D11/00, B22D11/05. опубл. 27.10.03 / Металлург. 2005. - № 9. - С. 80.

24. Повышение стойкости кристаллизаторов криволинейных МНЛЗ Пожива-нов A.M., Шаповалов А.П., Чуйков В.В., Пестов В.П., Кузнецов Б.Г. // Сталь. 1984.-№ 11.-С. 27-28.

25. Материал для трубчатого кристаллизатора с высоким сопротивлением износу: Заявка 63203737 Япония, МКИ В22Д 11/04. 1987.

26. Терцелли К., Кава Ф. Гильзовые кристаллизаторы CONCAST для непрерывной разливки блюмов // Черные металлы.- 2009. — № 1. С. 34 - 36.

27. Производственные мощности установок CSP на заводе Химкен фирмы «Ньюкор стил» и перспективы их развития/ Мотт Р., Чейз Д., Гофман Ф., Кюпер Ф.Й. // Черные металлы. 1994. - № 6. - С. 34 - 39.

28. Ганкин В.Б., Ротенберг A.M., Майоров А.И. Кристаллизатор для машин непрерывного литья тонких слябов // Тяжелое машиностроение. — 1998. — № 5,6. С. 11 - 15.

29. Гильзовые кристаллизаторы для высокоскоростной разливки стали / Ганкин В.Б., Белитченко А.К., Богданов H.A. и др. // Труды шестого конгресса сталеплавильщиков (г. Череповец, 17-19 октября 2000 г.) / АО "Черметинформация". М., 2001. - С. 461 - 470.

30. Юдинцев М. Новые решения для черной металлургии // Металлоснабже-ние и сбыт. 2003. - № 11. - С. 48 - 52.

31. Богданов С.А. Чей сплав лучше зачем изобретать велосипед // Металло-снабжение и сбыт. - 2004. - № 2. - С. 51 - 57.

32. Поузловая модернизация слябовой УНРС ОАО «Северсталь» Луковников

33. B.C., Бессонов A.B., Угодников A.JI., Шепелев В.И., Бойко С.Ю., Глазунов

34. C.Д. // Металлург. 2001. - № 5. - С. 36 - 39.

35. Николаев А.К. К дискуссии о материалах для кристаллизаторов МЕШЗ. // Металлоснабжение и сбыт. 2004. - № 7/8. - С. 108 - 115.

36. Кристаллизатор для MHJI3: Заявка 2658440 Франция, МКИ В22Д 11/04, опубл. 23.08.91.

37. Лейтис А.В; Механизм образования наружных продольных трещин в не-прерывнолитых мелкосортных заготовках из среднеуглеродистых сталей, легированных марганцем // Металлург. 2003. - № 9. - С. 42 - 49.

38. Кристаллизатор для непрерывной разливки стали, пат. 2141884 РФ, МКИ B22D11/04. опубл. 27.11.99. /Металлург.-2001.-№1. -С.53.

39. Непрерывная разливка легированной стали за рубежом. // Обзор, инф; ОАО «Черметинформация». Серия 6. - Вып. 2. - М. - 1979.

40. Плиты, кристаллизатора УНРС с никелевым покрытием. Nicuel coated continuous caster mould plates // World Steel and Metalwork. Annu 1989 Coburg, 1989. - С. 27. - Англ.

41. Буков В.Н., Ворошилов B.B; Нанесение износостойких покрытий на трубчатые кристаллизаторы. // Новые технол. и машины для производства труб

42. Всес. н.-и. и проект, конструкт, ин-т металлург. Машиностр. М., 1990. -С. 150- 153.

43. Пути повышения эффективности работы кристаллизаторов МНЛЗ // Бюл. НТИ. 1996. - № 4. - С. 28.

44. Конструирование и эксплуатация оборудования. Вып. 1 (Направления развития МНЛЗ ведущих зарубежных фирм) // Обзор, инф. ЦНИИТЭИ-тяжмаш. - М., 1987.

45. Кристаллизатор: пат. 2055682 РФ, МКИ В22Д 11/04. опубл. 10.03.96.

46. Технология для увеличения срока службы кристаллизатора при непрерывной разливке Ichihara Akira, Onishi Hiromu // Кавасаки сэйтэцу гихо, Kawasaki Steel Giho, 1987, 19, №1. С 52-57 (Яп.; рез. англ.) // РЖ. «Мтал-лургия». - 1987. - №8. - В400.

47. Кристаллизатор для непрерывной разливки металлов: пат. 2100133 РФ, МКИB22D11/04. /Металлург.-1999.-№5.-С. 59-60.

48. Sorimachi Kenichi, Hasunuma Junichi. Развитие технологии непрерывной разливки стали на заводах фирмы «Кавасаки стил» // Новости черной металлургии за рубежом. 1997. -№ 1. - С. 53 - 64.

49. Лившиц Б.Г., Крапошин В.С., Липецкий Я.Л.Физическиесвойстваметал-лов и сплавов: М.::Металлургия, 1980 • -322 с.

50. Гаген — Торн К.В. Влияние примесей на свойства нелегированной меди. — М.: Цветметинформация, 1978. — 29 с.

51. Степанюк B.C., Кацнельсон А.А. Расчёт остаточного сопротивления- благородных сплавов // Металлофизика. 1985. - Т. 7. - № 4. - С 104 - 105.

52. Mertig I. Electronic properties of dilute copper alloys // Phys. Stat. Sol:.- 1983.1. B117. — P.619 623.

53. Горелик C.C., Добаткин С.В., Капуткина Л.М. Рекристаллизация металлов и сплавов^ 3-е изд. - Мл МИСиС, 2005: - 432 с.

54. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. М.: Металлургия^ 1986.-480 е.!

55. Горелик С.С. Рекристаллизация металлов! — М.: Металлургия, 1978. 568 с.

56. Ловчиков А.В., Микролегированные медные сплавы. — М.: Цветметинформация, 1988. Вып. 3. - 58 с.

57. Lucci A. Solute effect on recrietallization of pure copper // Scr. Met. 1981. -Vol 15.-P.l 127- 1130.

58. Хари С., Таи X. Температуры рекристаллизации меди и растворённые элементы // Нихон киндзоку гаккайси. 1981. - Т. 45, № 12. - С. 1223-1228. -Яп. яз.

59. Судзуки X., Канно М. Влияние малых добавок на температуру разупрочнения и удельное электросопротивление чистой холоднокатаной меди // J. Jap. Inst. Met. -1983. -Vol. 47. -№ 9. P. 794 - 801. - Яп. яз.

60. Судзуки X., Канно M. Влияние малых добавок Ша элементов на характеристики отжига холоднодеформированной меди // J. Jap. Inst. Met. 1984. -Vol. 48. - № 8. - P. 854 - 860. - Яп. яз.

61. Судзуки X., Канно M. Влияние малых добавок переходных элементов на жаропрочные и электрические свойства меди // J. Jap. Inst. Met. — 1984. — Vol.48. № 2. - Р.209 - 213. - Яп яз.

62. Prakash S., Lucasson P. Point defects and defect — impurity interactions in coopper//J. ofPhys. F.: Met. Phys. 1981. - Vol. 11, № 12. -P. 2515 -2524.

63. Гуляев Б. Б. Синтез сплавов. M.: Металлургия, 1984. - 158 с.

64. Тихонов Б.С. Низколегированные сплавы на основе меди (По зарубежным данным). -М.: ин-т Цветметинформация. 1977. 76 с.

65. Тихонов Б.С. Многокомпонентные низколегированные медные сплавы, обрабатываемые давлением. Зарубежная практика (обзор). М.: ин-т Цветметинформация, 1975. — 169 с.

66. Николаев А.К., Новиков А.И., Розенберг В.М. Хромовые бронзы. — М.: Металлургия, 1983. 176 с.

67. Ловчиков A.B., Бейлин В.М., Федоров В.Н. Повышение теплопрочности проводниковой меди легированием цирконием и магнием // МиТОМ. — 1985. № 3. - С.48-50.

68. Николаев А.К. Жаропрочные медные сплавы // Металлоснабжение и сбыт. 2002. -№ 9. - С.76 - 78.

69. Молдавский О.Д. Электрошлаковый переплав тяжёлых цветных металлов. М.: Металлургия, 1980. - 200 с.

70. Штейнберг A.C. Репортаж из мира сплава М.: Наука, 1989. - 256 с. - (Б-чка «Квант»; Вып. 71. )

71. Латаш Ю.В., Медовар Б.И. Электрошлаковый переплав меди // Цветные металлы. -1966. № 12. - С. 74 - 75.

72. Коренюк Ю.М., Дидковский В.П. Электрошлаковая отливка меди и некоторых ее сплавов // Автоматическая сварка. 1960. - № 5. - С. 44 - 49.

73. Лычко И.И., Ильюшенко В.М., Алексеенко А.П. Электрошлаковая сварка толстолистовой меди //Автоматическая сварка. 1967. - № 10. - С. 80 - 82.

74. Справочник электросварщика / под ред. М.С. Сороки. 3-е изд. - М.: Машгиз, 1962. -752 с.

75. Справочник по сварке цветных металлов под ред. С.М. Гуревича. Киев: Наук, думка, 1990. - 511 с.

76. Молдавский О.Д., Саркисян И.А., Стомахина Т.А. О факторах, определяющих дисперсность структуры при электрошлаковом переплаве медных сплавов // Изв. АН СССР. Металлы. 1980. - №2. - С. 9 -14.

77. Электрошлаковый металл / под ред. Б.Е. Патона и Б.И. Медовара. Киев: Наук, думка, 1981. - 680 с.

78. Латаш Ю.В., Медовар Б.И. Электрошлаковый переплав меди // Цветные металлы. 1966. - № 12. - С. 74 - 75.

79. Коренюк Ю.М., Дидковский В.П. Электрошлаковая отливка меди и некоторых ее сплавов // Автоматическая сварка. 1960. — № 5. — С. 44 - 49.

80. Сварка в машиностроении: справочник / под ред. А.И. Акулова. М.: Машиностроение, 1978. - Т. 2. - 462 с.

81. Физико-химические свойства элементов: справочник / под ред. Г.В. Сам-сонова. — Киев: Наук, думка, 1965. 807 с.

82. Фролов В.В., Ермолаев В.И. О неравномерности распределения водорода в меди при сварке // Сварочное производство. 1975. — №4. - С. 28-29.

83. Электрошлаковый переплав / Медовар Б.И., Латаш Ю.В., Б.И. Максимович, Л.М. Ступак. М.: ГНТИ, 1963. - 170 с.

84. Подгаецкий В.В. О флюсах для электрошлаковой сварки // Автоматическая сварка.-1956.-№4.-С. 14-16.

85. Клюев М.М., Волков С.Е. Электрошлаковый переплав. М.: Металлургия, 1984.-208 с.

86. Андронов П.А., Чекин В.М. Физические свойства расплавленных металлов и шлаков. -М.: Металлургия, 1970. 126 с.

87. A.c. 486690 СССР. Флюс / М. И. Вайншток, О. Д. Молдовский и Р. М. Фридлянский. 2031556 / 22 - 02; Заявлено 11. 06.1974.

88. A.c. 400202 СССР. Флюс/ М. И. Вайншток, О. Д. Молдавский. -1672599 / 22 02; Заявлено 17.06.1971.

89. A.c. 522748 СССР. Флюс/ А.Л. Бреккер, О. Д. Молдавский, М. И. Вайншток, P.M. Фридлянский, А.И. Суворов. 2131587 / 22 - 02 - 07; Заявлено 05.1975.

90. Патент РФ 2092595, заявка № 96105584 / 02. Флюс / В.П. Соломко, СЕ. Волков, B.C. Дроздов, Ю.И. Павлюк, A.B. Михайлов, А.И. Волков. 21. 03. 96.

91. A.c. 293860 СССР. Флюс/А.И. Манаков, Б.М. Лепинских, А.Е. Гончаров. -1395528 / 22 -2; Заявлено 27.01.1970.

92. A.c. 293859 СССР. Флюс/А.И. Манаков, Б.М. Лепинских, А.Е. Гончаров. -1395535 / 22 -2; Заявлено 27.01.1970.

93. A.c. 310939 СССР. Флюс / А.К. Грахов, У.А. Шамуратов, В.И. Бо- , равик, Э.Х. Туляганов. -1418430 /22-2; Заявлено 30. 03.1970.

94. A.c. 1795662 СССР. Флюс / Измайлов В.А., Фридлянский P.M., Орлова Л.М., Сламатин В.И. и др. 4858714/ 22 - 02; Заявлено 10.08.1990.

95. A.c. 558540 СССР. Флюс / О. Д. Молдавский, М. И. Вайншток, А.И. Суворов, В.В. Лазарев, Л.И. Круковский, Л.П. Селезнев. 1941780 / 22 - 02; Заявлено 26. 07.1973.

96. A.c. 265917 СССР. Флюс / О. Д. Молдавский, М. И. Вайншток и др. № 1306719 / 22 - 02; Заявлено 17. 02.1969.

97. A.c. 403757 СССР. Флюс / М. И. Вайншток, О. Д. Молдавский. № 1672598/22-02; Заявлено 17. 06. 1971.

98. Самсонов Г.В. Теплофизические свойства твёрдых веществ. М.: Наука, 1973. -140 с.

99. Микрюков В.Е. Теплопроводность и электропроводность металлов и сплавов. М.: Металлургиздат, 1959. - 260 с.

100. Зиновьев В.Е. , Коршунов И.Г. Теплопроводность и температуропроводность переходных металлов при высоких температурах. М.: 1978. - 121 с.

101. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. — М.: Наука, 1964. -488 с.

102. Ш.Рудкин P.JL, Паркер У.Дж., Дженкинс Р.Дж. // Измерения температур в объектах новой техники.- М.: Мир, 1965. 173 с.

103. Чудновский А.Ф. Теплообмен в дисперсных средах. М.: Гостехиздат, 1954.-444 с.

104. Кандратьев Г.М. Регулярный тепловой режим. М.: Гостехиздат, 1954. -408 с.

105. Кондратьев Г. М. Тепловые измерения. М.; JL: Машгиз, 1957. — 244 с.

106. Cape J.A., Lehman G.W., Nakata М. М. «J. Appl. Phys.». 1961. - 34 №. 12, 3550.

107. Кудрявцев Е.В., Чаколев К.Н., Шумаков Н.В. Нестационарный теплообмен. М.: Изд-во АН СССР, 1961. - 158 с.

108. Коваленко B.C. Металлографические реактивы: справочник. — М.: Металлургия, 1981.- 120 с.

109. Двойные и многокомпонентные системы на основе меди: справочник М.Е. Дриц, Н.Р. Бочвар, JI.C. Гузей и др. М.: Наука, 1979. - 248 с.

110. Бертковский Б.М., Ноготов Е.Ф. Разностные методы исследования задачтеплообмена. Минск: Наука и техника, 1976. - 144 с.

111. Био М. Вариационные принципы в теории теплообмена. М.: Энергия, 1975.-206 с.

112. Шехтер P.C. Вариационный метод в инженерных расчетах. М.: Мир, 1971.-292 с.

113. Хаазе Р. Термодинамика необратимых процессов: пер. с нем / под ред. A.B.Лыкова. -М.: Мир, 1967. 544 с.

114. Жирифалько Л. Статическая физика твердого тела. М.: Мир, 1975. — 382 с.

115. Уманский Я. С., Скаков Ю. А. Физика металлов: Атомное строение металлов и сплавов. М.: Атомиздат, 1978. - 352 с.

116. Постников B.C. Химия и физика твердого состояния. — М.: Металлургия, 1978.-543 с.

117. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. М.: Металлургия, 1977. - 407 с.

118. Займан Дж. Электроны и фононы: Теория переноса в твердых телах (пер. с англ.) М.: Изд-во иностр. лит., 1962. - 488 с.

119. Рейсленд Дж. Физика фононов. М.: Мир, 1975. — 376 с.

120. Харлисон У. Теория твердого тела. М.: Мир, 1972. - 616 с.

121. Лыков A.B., Михайлов Ю.А. Теория переноса энергии и вещества.- Минск: АН БССР, 1959.-330 с.

122. ГОСТ 21073.4-75. Металлы цветные. Определение величины зерна планиметрическим методом.

123. Экспериментальная установка для исследования теплофизических свойств твёрдых тел методом периодических тепловых волн / Дубский Г.А., Вдовин К.Н., Нефедьев A.A., Дубская Т.Я. // ВестникМГТУ им. Г.И. Носова. -2007.-№4 (20).-С. 81-88.

124. Нефедьев A.A. Кристаллизаторы МНЛЗ'// Теория и технология металлургического производства: межрегион, сб. науч. тр. / под ред. В.М. Колокольцева. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2007. - Вып. 7. - С 119■ 123.' •" ';•• ■ : •

125. Ячиков И.М., Вдовин К.Н., Нефедьев A.A. Утилизация медной стружки методом электрошлакового переплава // Изв. вузов. Черная металлургия. — 2009. № 8. - С.69.

126. Вдовиным К.Н. и, аспирантом Нефедьевым A.A. совместно соспециалистами ЗАО «МРК»

127. Работа выполнялась в соответствии с технологическим письмом ТП № ГИ-1623 от 01.10.2008 г. Стенки изготовили по чертежу JICO-5078.

128. Узкие стенки были изготовлены их переплавленной методом ЭШП медной стружки отходов после перестрожки стенок кристаллизаторов. В процессе переплава медь легировали железом.

129. Готовые стенки были установлены наМНЛЗ № 4 на 13-14 ручьи и сняты после стойкости 45 плавок, вновь установлены на эту же машину и сняты с общей стойкостью 115 плавок, что соответствует принятому регламенту ОАО «ММК».1. Выводы;

130. Экспериментальные узкие стенки отработали на MHJI3 без замечаний и показали необходимую стойкость.

131. Стоимость экспериментальных стенок в 1,3 раза ниже стандартных.

132. Рекомендовать продолжить работы по переплаву медной стружки методом ЭШП и изготовлению из нее узких стенок кристаллизатора.1. Начальник лаборатории

133. Начальник бюро слябовых МНЛЗсменного оборудования СКИ к ?1. А.Е. Позин1. A.A. Подосян