Анотація до роботи:

Сребрянський Г. О. Управління якістю металевих стрічок на основі вдосконалення режиму розливу розплаву. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеню кандидата технічних наук за фахом 05.16.02. – Металургія чорних металів. – Національна металургійна академія України, Дніпропетровськ, 2006.

Дисертація присвячена вдосконаленню технології одержання аморфних і мікрокристалічних стрічок сплавів на основі заліза за одновалковою схемою розливу розплаву і встановленню залежностей між технологічними параметрами і стабільністю рідкої ванни розплаву в зазорі «сопло – барабан», магнітними властивостями та якістю поверхні одержаних стрічок.

В роботі проведений теоретичний аналіз всіх стадій формування металевої стрічки з розплаву і взаємозв'язку процесів на кожній стадії. Експериментально визначені коефіцієнти теплопередачі і швидкості охолодження розплаву і стрічки на поверхні барабана – кристалізатора, вивчено поведінку стрічки за межами барабану. Визначені характеристики повітряного примежового шару на барабані, що обертається, які впливають на потік розплаву і якість одержаної стрічки. Запропоновано механізм формування стрічки, згідно якого затвердіння відбувається за межами рідкої ванни, довжина якої визначає товщину одержаних стрічок. Встановлено вплив конструктивних особливостей устаткування і маси металу, що розливається, на технологію одержання аморфних і мікрокристалічних стрічок в промислових умовах.

Результати роботи використані в промисловому виробництві аморфних і мікрокристалічних стрічок на установках типу «Сиріус» і «Ротор».

В результаті проведених досліджень в роботі встановлено закономірності формування аморфних і мікрокристалічних стрічок розливом розплаву, що дозволило вдосконалити устаткування і технологію їх виробництва.

Проведено розрахунково-теоретичний аналіз умов одержання металевої стрічки методами CBMS і PFC за критеріями подібності (Re, Eu, We, S, Pr, Pe, St, Nu, Bі і Fo), який дає можливість прогнозувати поводження розплаву і стрічки на різних стадіях формування, і показує взаємозв'язок процесів, що відбуваються на кожній стадії. Запропоновано механізм формування стрічки, згідно якого її затвердіння відбувається за межами рідкої ванни.

Показано, що однорідність і товщина аморфних і мікрокристалічних стрічок зі сплавів на основі заліза визначається стабільністю і довжиною ванни розплаву, яка залежить від більшості технологічних параметрів (швидкостей обертання барабану і витікання розплаву крізь сопло, величини зазору «сопло – барабан», температури розплаву). Вихід значення довжини ванни за 6 – 7 мм приводить до порушення стабільності процесу.

Визначені коефіцієнт теплопередачі на межі розподілу «розплав (стрічка) – барабан» (210⁴ – 1,410⁵ Вт/м²К) і середня швидкість охолодження на поверхні барабанів з міді і сталі (2 – 4,510⁵ К/с). Незначна відмінність у середній швидкості охолодження стрічки на поверхні цих барабанів (при різниці їх теплопровідності у 8 разів) обумовлена різною площею її контактної поверхні (60 – 70 та 90 – 95 % відповідно), яка залежить від прилипання розплаву до поверхні барабану.

Встановлено, що за межами барабана – кристалізатора стрічка, що летить (швидкість польоту 20 – 40 м/с), охолоджується зі швидкістю до 610³ К/c внаслідок турбулентного примежового шару повітря на її поверхні.

Вперше експериментально вивчено розподіл швидкостей по товщині повітряного примежового шару (5 – 8 мм) на поверхні барабану, що обертається, і встановлено найбільш інтенсивне зниження місцевої швидкості в ефективній товщині шару ~ 1 мм, яка впливає на умови витікання розплаву з сопла, якість контактної поверхні і геометрію одержаних стрічок. Показано, що найбільш ефективним засобом видалення примежового шару є створення розрідження перед зоною подачі розплаву на барабан.

Вперше експериментально встановлена залежність магнітних властивостей аморфних стрічок промислових сплавів на основі заліза від їх товщини і якості контактної поверхні. При зниженні середньої шорсткості останньої (R_ак < 0,8 мкм) магнітна індукція зростає на 0,15 – 0,25 Тл.

Встановлено вплив конструктивних особливостей устаткування на стабільність процесу формування, геометрію, якість і властивості одержаних стрічок; розроблені оригінальні конструкції стрічкознімача і захисного екрану, оптимізована геометрія розливного сопла, що дозволило стабілізувати одержання аморфних і мікрокристалічних стрічок в промислових умовах.

Вперше показано, що збільшення маси металу, що розливається за робочий цикл, вимагає змінення конструкції установок і технології промислового виробництва аморфних стрічок внаслідок необхідності відводу великих кількостей тепла і відмінністю технологічних параметрів початкового періоду розливу від стаціонарного. Показана необхідність збільшення діаметру і організації примусового охолодження барабана – кристалізатора (в тому числі подачі гарячої та холодної води при розливу), підвищення стійкості його поверхні або відновлення останньої безпосередньо в процесі розливу та керування зазором «сопло – барабан».

Оптимізовані параметри промислової технології виробництва аморфної стрічки на установках «Сиріус» в умовах ВАТ «Ашинській металургійний завод» (м. Аша Челябінської області, Росія) і «Гаммамет» (м. Єкатеринбург, Росія). Запропонована оригінальна конструкція газового стрічкознімача дозволила підвищити вихід придатної продукції на 20 %, а засіб контролю розмірів ванни розплаву в зазорі «сопло - барабан» спростив керування процесом при промисловому виробництві аморфних стрічок системи Fe-C-Sі-B і забезпечив підвищення їх якості шляхом зниження кількості каверн на контактній поверхні (на 20 – 30 %).