103. Удаление неметаллических включений при переплаве в вакууме

Задача. Определить степень удаления непродиссоциировавших оксидов алюминия при ЭЛП в кристаллизаторе диаметром 320 мм.

Исходные данные. 1. Плотность жидкого металла   7100 кг/м³. 2. Массовая скорость плавки 0,036 кг/с. 3. Скорость движения частиц глинозема в ванне, определенная по закону Стокса (см. задачу 73), близка к 610^5 м/с.

Теория. При переплавных бесшлаковых процессах удаление непродиссоциировавших оксидных включений происходит в основном в результате их всплывания на поверхность жидкой ванны.

Балансовое уравнение удаления включений из металла при установившемся режиме наплавления в единицу времени имеет вид:

[% н.в]₀ g  [% н.в]_в g s  wF[% н.в]_в , (11.15)

где [% н.в]₀  содержание непродиссоциировавших включений в металле, поступающем в ванну; [% н.в]  то же в металле жидкой ванны; g  массовая скорость плавки;   плотность жидкого металла; F  площадь поверхности зеркала ванны; w  скорость всплывания частиц глинозема.

Отсюда

[% н.в]_в  , (11.16)

где υ  g/F  линейная скорость наплавления слитка. Степень удаления включений

,

или с учетом выражения (11.16)

. (11.17)

Решение. Линейная скорость наплавления слитка

υ  g/F  4g/(D²)  40,036/(0,32²7100)  6,310^5 м/с.

Степень удаления непродиссоциировавших частиц глинозема вычисляем по формуле (11.17):

12. Кристаллизация и формирование обычных и наплавляемых слитков

104. Связь между глубиной жидкой ванны и скоростью плавки при переплавных процессах

Задача. Определить массовую скорость плавки при ВДП сплава ХН55ВМТФКЮР в кристаллизаторе диаметром 160 мм, при которой глубина жидкой ванны равна диаметру слитка.

Исходные данные. 1. Глубину ванны считать по изоликвидусу (изотерме ликвидуса). 2. Т_лик  1653 К; Т_сол  1533 К. 3. Коэффициент теплопроводности   28,8 Вт/(мК). 4. Удельная массовая теплоемкость C  737 Дж/(кгК). 5. Скрытая удельная теплота кристаллизации S  274 кДж/кг. 6. Средний перегрев поверхности ванны T  100 К.

Теория. Зависимость глубины конической части жидкой ванны от массовой скорости плавки в наплавляемом слитке по данным М. Мусатова имеет вид

Н = , (12.1)

где Н  глубина конической части ванны; g  массовая скорость плавки;

N  ; F  ; Bi  ;

Т_кр  температура кристаллизации. При Т_кр  Т_сол формула (12.1) дает значение Н для фронта солидуса, при Т_кр  Т_лик  для фронта ликвидуса; T  перегрев металла над температурой ликвидуса;   коэффициент теплоотдачи от слитка к кристаллизатору.

Коэффициент  зависит от температуры поверхности слитка. Поскольку эта величина слитка зависит от условий теплообмена, коэффициент  в свою очередь оказывается функцией критерия Био. С учетом этого приближенно для участка слитка, соответствующего глубине жидкой ванны, можно считать (по данным автора)

, (12.2)

где R  радиус слитка; _о  постоянная Стефана – Больцмана, 5,6710^8 Вт/(м²К⁴,); _пр  приведенная степень черноты в системе «слиток–кристаллизатор», _пр  0,56;   1260(1843  T_сол), Вт/м².

Решение.   1260(1843  1533)  3,910⁵ Вт/м²;

Bi   0,408;

N  737(1653  273)/(27410³)  3,710;

F  (737100)/(27410³)  0,270;

H   7,15g, м.

Отсюда необходимая массовая скорость плавки составит

g  H/7,15  0,16/7,15  0,0224 кг/с  22,4 г/с  1,34 кг/мин.