Файл: Вяткин И.П. Рафинирование и литье первичного магния.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 24.06.2024
Просмотров: 79
Скачиваний: 0
приводимую в движение от электродвигателя через ме ханическую систему и двигающуюся с определенной ско ростью.
На одном конце верхней ветви ленты в изложницы из наклоняющегося тигля заливают жидкий металл, а на втором конце затвердевший металл, принявший форму
Рис. |
40. Схема |
литейного конвейера: |
/ — заливка; I I — охлаждение слитка в изложнице; I I I , V — охлажде |
||
ние изложницы па |
воздухе; |
I V — охлаждение изложницы водой |
изложницы, выпадает из нее ң направляется для дальнейшей обработки.
Из табл. 31 и рис. 40 видно, что лента изложниц раз делена на пять зон соответственно выполняемым опера циям. В табл. 31 помещены также результаты определе ния длительности периодов процесса.
Т а б л и ц а 31
Продолжительность отдельных периодов разливки на конвейере
Номер
ЗОНЫ
I
II
III
IV
V
Содержание работ |
Длительность операции |
||||
о |
% |
||||
|
|
|
|||
Заливка жидкого магния в из |
6 |
|
|||
ложницу ......................................... |
и |
охлаждение |
1,1 |
||
Затвердевание |
241 |
44,3 |
|||
металла в изложнице . . . . |
|||||
Охлаждение- |
изложницы на |
30 |
|
||
в о з д у х е ...................... |
|
- . . . . |
5,5 |
||
Охлаждение изложницы водой |
36 |
6,6 |
|||
Охлаждение изложницы на воз |
230 |
42,5 |
|||
духе .................................................. |
|
|
|||
Продолжительность |
полного |
543 |
іоо |
||
оборота лепты |
.............................. |
|
124
Процесс разливки рассмотрен нами в трех аспектах: гидродинамическом, теплотехническом и металлургичес ком.
З а л и в к а |
м а г н и я |
в |
и з л о ж н и ц у |
Расход металла из тигля можно выразить следую щей формулой:
|
/ с ’ ^С) |
где |
/с— площадь сечения струи; |
|
ѵ с— средняя скорость струи. |
Принимая без особых погрешностей все величины в |
|
этой |
формуле постоянными, нужно отметить, что ско- |
Рис. 41. Последовательность заполнения изложницы металлом: 1— 3 — изложницы
рость, сечение, расход металла и направление струи уже поступившего в отдельно взятую изложницу металла со
временем изменяются. |
заполнения изложницы 2 ■ |
||
Рассмотрим |
три |
фазы |
|
(рис. 41). Скорость заполнения изложницы в I фазе пос |
|||
тоянна и равна |
|
|
|
|
|
г», = oc-sinß, |
|
где ß— угол, образованный |
боковой стенкой изложни |
||
цы с |
горизонтальной плоскостью (рис. 41,1, |
||
а ) , величина угла постоянна в продолжение |
|||
всей |
фазы, |
следовательно, скорость ѵ г также |
постоянна.
125
Принимая неизменным сечение падающей струи в те чение всего периода ее падения и постоянной скорость движения изложниц, видно, что площадь сечения струи, поступающей в изложницу / фазы, изменяется от 0 до
fc
При этом расход металла в I фазе определяется по формуле
С, = v s in ß -/i-
Поскольку f i изменяется от 0 до f c, то Gx будет изме няться от 0 до oc-sinß-/c.
Заполнение в I фазе происходит плавной спокойной струей: металл, поступая по боковой стенке изложницы, закрывает к концу фазы все ее днище слоем толщиной 5—10 мм.
Во II фазе вся падающая струя попадает в одну из ложницу (рис.41, II, а), и основное заполнение изложни цы осуществляется именно в этой фазе.
Поскольку цц=Ус, а f n — fc, то и
G n = üc-fc- |
|
Мощная струя падает на нижний слой |
металла, что |
несколько уменьшает ее ударное действие, |
тем не менее |
она достаточно велика и вызывает усиленное пенообразование и окисление металла.
При разливке алюминия и других металлов, у кото рых отношение объема образовавшегося окисла к объ ему металла, пошедшего на образование этого окисла, Х > 1, струя металла находится как бы в «чулке» — проч ной окисной пленке, защищающей заливаемый металл от окисления. Наблюдается образование «чулка» и при литье магния, у которого /<’=0,74. Однако прочность этой рыхлой пленки очень мала и она обрывается, попа дая в изложницу вместе с заливающимся магнием.
Металл, заливаемый в изложницу во II фазе, дойдя до противоположной стенки изложницы (рис. 41, I I , б ) , отражается от нее, вследствие чего образуется отражен ная волна, двигающаяся к месту падения струи. Здесь происходит взаимное гашение скоростей отраженной вол ны и падающей струи. К моменту их встречи процесс за полнения вступает в III фазу. Характер изменения ско рости, сечения и расхода идентичен тем же параметрам I фазы, только все элементы повторяются в обратной по следовательности. Поступление металла в изложницу
126
происходит по боковой стенке. Это определяет плавный спокойный вход металла в массу, уже залитую в излож ницу. Поверхность жидкого металла в этой фазе при по вышении уровня не подвергается волнениям, т. е. повы шение уровня происходит поступательно вверх.
На рис. 42 показано изменение скоростей заполнения изложницы металлом, площади сечения струи и расхода металла во времени.
Рис. 42. Изменение скорости и расхода металла при заливке в изложницу
Таким образом, наиболее отрицательное влияние на качество чушки в процессе заполнения изложницы ока зывает II фаза. Падение мощной струи с достаточно большой высоты прямо в изложницу приводит к повы шенному окислению и вспениванию магния. Окисленную пленку удаляют с поверхности вручную. Тем не менее очень часто чушка бывает поражена неметаллическими включениями в основном окисного происхождения, по явление которых связано с характером заливки магния
— открытой струей.
Т е п л о о б м е н м е о к д у |
с л и т к о м |
и и з л о ж н и ц е й |
Теплообмен изучали, заливая магний вручную в одну неподвижную изложницу; продолжительность всех опе раций равнялась продолжительности аналогичных опе раций на конвейере. В соответствии с особенностью и ха рактером разливки одной плавки на конвейере четную порцию металла заливали сразу же после прохождения времени, соответствующего полному обороту ленты, не-
127
четную — через несколько большее время, соответству ющее перерывам между плавками.
Температуру магния в тигле замеряли хромель-алю- мелевой термопарой и фиксировали на приборе ЭПП-09, а температуру изложницы — хромель-копелевыми термо парами, холодные спаи которых подсоединяли к прибору ЭПП-09М2.
Изменение температуры слитка определяли с помо щью хромель-алюмелевых термопар с оголенными горя чими спаями и толщиной проволоки 0,5 мм, установлен ных в изложницу перед заливкой металла и вморажи ваемых в металл при его затвердевании. Спаи термо пар находились на расстоянии 22 и 45 мм от дна из ложницы. Место их положения проверяли, разрезая сли ток. Температура фиксировалась прибором ЭПП-09М1. Скорость диаграммной ленты на всех трех приборах рав нялась 1440 мм/ч, а цикл 5 с (табл. 32).
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
32 |
|||
Изменение |
температуры изложницы в процессе заполнения |
|
|||||||||||
|
|
|
|
магнием, |
°С |
|
|
|
|
|
|
||
ИЗЛОЖНИЦЫ |
|
|
|
|
Номер цикла |
|
|
|
|
||||
1 |
2 |
3 |
-1 '5 |
G 7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
|||||
|
|
||||||||||||
Перед заливкой |
118 |
248 |
266 |
280 |
262 |
253 |
257 |
326 |
288 |
240 |
345 |
||
металла |
. . . |
||||||||||||
Перед удалени |
276 |
359 |
369 |
384 |
348 |
359 |
360 |
484 |
384 |
384 |
535 |
||
ем слитка |
. . |
||||||||||||
Увеличение тем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
пературы |
из |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ложницы |
во 11 |
158 |
111 |
103 |
104 |
86 |
106 |
103 |
158 |
96 |
114 |
190 |
|
зоне (рис. |
40) . |
||||||||||||
Как видно из табл. 32, начиная со 2-го цикла, темпе |
|||||||||||||
ратура изложницы изменяется |
примерно в одних и тех |
||||||||||||
же пределах |
(циклы 2—7). Средние температуры излож |
ницы перед заливкой и удалением соответственно равны 261 и 363° С.
После удаления 7-го слитка изложница, в отличие от предыдущего, водой не охлаждалась. Это привело к по вышению температур перед заливкой до 326, а перед уда лением до 484° С. Тепло это аккумулировалось излож ницей, о чем свидетельствует рост изменения темпера туры изложницы во II зоне более чем в 1,5 раза по срав нению соІЗ—7-м циклами.
128
Взаимоисключающими моментами в 9-м цикле были, с одной стороны, уменьшение массы слитка в связи с ва куумной выливкой жидкого остатка, а с другой— уве личение продолжительности выдержки слитка в излож нице. Первое привело к уменьшению количества теплосо держания слитка, а второе — к увеличению тепла, акку мулированного изложницей в связи с более глубоким ох лаждением слитка. Общее же количество тепла, аккуму лированное изложницей, осталось на уровне 2—7 циклов.
Особенность 10-го цикла состояла в том, что излож ницу не охлаждали водой и был малый период времени между удалением 9-го слитка и заливкой 11-го. Это при вело к резкому повышению всех температур в 11-м цикле.
Охлаждение 11-го слитка осуществляли в изложнице. Скорость охлаждения в этом случае, особенно в конце процесса, больше, чем при охлаждении слитка, удален ного из изложницы. Это объясняется подачей воды на по верхность слитка. Удаленный из изложницы слиток ох лаждали, как правило, на воздухе.
В результате замера температуры слитка и изложни цы был составлен тепловой баланс системы слиток — из ложница в целом и слитка и изложницы в отдельности.
Особенность изучаемого процесса— периодическая повторяемость одних и тех же составляющих элементов.
Исследователей, проводивших балансы с большими объемами стальных слитков [88, 89], интересовал, как правило, только один разовый процесс, и их внимание бы ло направлено на изучение теплового взаимодействия слитка и изложницы (теплообмен в зазоре, силовое вза имодействие и пр.). В нашем же случае большой интерес представляет состояние изложницы после удаления слит ка и изменение ее теплосодержания при движении от ме ста удаления слитка к месту заливки жидкого металла. При этом изложница служит как бы «губкой», впитываю щей тепло металла во II зоне и охлаждающейся в III— IV—V зонах до исходного температурного уровня.
Приведенные ниже балансы сняты на б-м цикле и, по нашему мнению, наиболее характерны.
Изменение теплосодержания магния и изложницы и теплообмен с окружающей средой рассматриваются по зонам, указанным на рис. 40.
I з о н а . В эту зону изложница вошла, имея температу ру 253° С и аккумулированный запас тепла, подсчитывае мый по формуле
9— 549 |
129 |
|
|
|
Qan — C i' t l l i ' i l i |
|
|
где |
Cj— удельная |
теплоемкость материала изложницы, |
|||
|
ккал/(кг-град); |
|
|
||
ш |
г — масса изложницы, кг; |
|
|
||
|
t x— температура изложницы при входе в зону, ° С. |
||||
Количество тепла, содержащееся в жидком магнии, |
|||||
складывается из трех составляющих: |
|
|
|||
|
|
Qcn |
Q ncp ' ~Q зптв + <Зохл> |
|
|
где |
Qnepi— количество тепла, |
содержащееся |
в |
||
|
<2затв> Qox-л |
слитке и пошедшее |
соответственно |
на |
|
|
|
перегрев металла, его затвердевание и |
охлаждение до температуры удаления слитка из изложницы, ккал.
Потерями тепла в I зоне из-за кратковременности про цесса пренебрегаем.
Рис. 43. Баланс слитка |
и изложницы (один |
цикл): |
||
Q ^ — приход тепла с жидким |
металлом; ^ ЛуЧ^*^СОПр^ |
|||
Q IV , Q V — теплопотери |
изложницей |
в зонах; |
— тепло |
|
содержание удаленного |
слитка; |
постоянное теплосо |
||
держание изложницы; |
— аккумуляция тепла |
от слитка |
||
|
изложницей |
|
|
Итак, из I зоны система (изложница+жидкий ме талл) выходит, имея запас тепла
Q lp ^ Q av. -[- Q w
I I з о н а . В зоне происходят два процесса:
130