За допомогою методу фізичного моделювання досліджено вплив температурно-часової обробки розплаву у нерівноважному стані на його кристалізацію та структуроутворення. Встановлено, що ефективність такої обробки залежить від температурного інтервалу кристалізації розплаву та переохолодження. Показано, що температурно-часову обробку розплаву слід поєднувати з інтенсивним тепловідбором під час кристалізації.

На модельному матеріалі (камфен з трицикленом) досліджено вплив вібрації на формування безперервнолитої заготовки. Встановлено, що під впливом вібрації відбувається інтенсифікація гідродинамічних і теплообмінних процесів як у кристалізаторі, так і в зоні вторинного охолодження. Показано взаємозв'язок зазначених процесів з формуванням первинної структури заготовок.

Методом фізичного моделювання з використанням прозорого модельного матеріалу (камфен 90 % + трициклен 10 %) досліджено вплив температури перегріву розплаву над рівноважним ліквідусом і швидкості охолодження його під час кристалізації, вплив температури ізотермічної обробки розплаву у передкристалізаційний період і в температурному інтервалі кристалізації за умов нормального і швидкісного тепловідбору на процеси формування литої структури. Встановлено, що утворення грубозернистої структури при значному перегріві розплаву може бути усунено швидкісним його охолодженням при кристалізації, що забезпечує формування дрібнозернистої структури з високою дисперсністю дендритної будови. Показано, що у вузькому інтервалі температур у підліквідусній області під час ізотермічної обробки розплаву утворюються і накопичуються кристали твердої фази без суттєвого збільшення їх розмірів, забезпечуючи формування дисперсної литої структури при наступному швидкісному охолодженні розплаву.

Індекс рубрикатора НБУВ: К203 + К615.4

Рубрики:

Кристалізація металів і сплавів

Регулювання процесів твердіння фасонних виливків у ливарному виробництві

Шифр НБУВ: Ж25189 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Наведено результати фізичного моделювання процесів, які мають місце у великих сталевих зливках за їх твердіння. Вивчено закономірності розподілу конвективних потоків і температурних полів у зливку. Встановлено залежності величин теплових потоків до виливниці (форми), швидкостей кристалізації і переміщення двофазної зони від інтенсивності конвективних потоків у зливку. Показано, що конвективний рух розплаву впливає на рівномірність товщини закристалізованого шару сталі по висоті зливків. У разі незначного зниження температури перегріву розплаву товщина шару, який твердне на поверхні зливку, збільшується в 2,4 разу. За усунення конвективного переміщення розплаву у зливку товщина шару, який твердне, а також коефіцієнт і швидкість кристалізації сплаву однакові по всій висоті. Градієнт температур у металі при цьому змінюється тільки в напрямку від бічних поверхонь до центру зливка. Визначено, що конвекція у зливку є основною причиною утворення в донній його частині зони розплаву з підвищеною в'язкістю, в якій формується конус осадження неметалічних включень. За конвективного переміщення рідкого металу підвищується також інтенсивність процесів теплообміну в зливках за рахунок зростання швидкості кристалізації і структурних перетворень в них. Для різних умов охолодження визначено параметри процесу твердіння дослідних сплавів та впливу конвекції розплаву в зливках на формування їх структур.

Фізичним моделюванням вивчено процеси теплообміну між розплавом і валковим кристалізатором при валковій розливці-прокатці металів. На основі теоретичного аналізу теплообмінних процесів між бандажем валкового кристалізатора та охолоджувальною водою визначено можливі важелі їх інтенсифікації: швидкість руху теплоносія, площу та рельєф поверхні тепловідведення. Встановлено закономірності зміни параметрів теплообміну між металом, що твердіє, і водою, що охолоджує кристалізатор, залежно від способів впливу на нього. Показано, що помітне підвищення темпу тепловідведення спостерігається у разі зростання швидкості руху води до певного рівня (до 2,5 м/с). А при збільшенні площі тепловідведення ступінь інтенсифікації теплообмінних процесів в кристалізаторі не залежить від швидкості руху води. Підвищення інтенсивності теплообмінних процесів у кристалізаторі при штучній шорсткості поверхні теплообміну полягає в тому, що за набігання потоку рідини на виступ за ним утворюється вихор, що руйнує структуру в'язкого підшару, турбулізуючи його. Внаслідок цього у разі незмінної швидкості руху рідини в'язкий ламінарний підшар повністю руйнується або зменшується за товщиною, що сприяє підвищенню коефіцієнта тепловіддачі без збільшення гідравлічних втрат. Таким чином, встановлено, що з розглянутих варіантів інструментарію найоптимальнішим з погляду прискорення теплообмінних процесів є метод наведення штучної шорсткості на бандажах валків. Показано, що поряд з інтенсифікацією тепловідведення цей спосіб, за рахунок турбулізації в'язкого ламінарного підшару води, суттєво знижує утворення накипу на теплообмінній поверхні. І це, своєю чергою, збільшує періоди профілактичного обслуговування кристалізаторів. На основі одержаних результатів запропоновано практичні рекомендації щодо підвищення ефективності теплової роботи валкового кристалізатора при валковій розливці-прокатці металів.