книги из ГПНТБ / Вяткин И.П. Рафинирование и литье первичного магния

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

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

124

Процесс разливки рассмотрен нами в трех аспектах: гидродинамическом, теплотехническом и металлургичес­ ком.

Расход металла из тигля можно выразить следую­ щей формулой:

Рис. 41. Последовательность заполнения изложницы металлом: 1— 3 — изложницы

рость, сечение, расход металла и направление струи уже поступившего в отдельно взятую изложницу металла со

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

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.

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).

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

охлаждение до температуры удаления слитка из изложницы, ккал.

Потерями тепла в I зоне из-за кратковременности про­ цесса пренебрегаем.

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

а) аккумуляция части тепла магния изложницей; б) потери тепла изложницей и слитком.

Количество аккумулированного изложницей тепла подсчитываем по формуле

где і п — температура изложницы при выходе из II зоны.

При этом принимаем, что в зазоре между слитком и изложницей тепло не аккумулируется и теплоемкость ма­ териала изложницы при изменении температуры не ме­ няется.

Количество тепла, потерянного слитком, состоит из трех статей: аккумуляции изложницей, потерь лучеиспус­ канием и потерь соприкосновением:

Q c i = Qaic + < 2 л у ч + Qconp-

В конце II зоны слиток удаляется из изложницы, имея запас тепла

Д < 2 с л = < 3 сл — $ л -

Количество тепла, с которым изложница выходит из

IIи входит в III зону, составляет

Ош - 0 1 4 - О 11

Ѵаіс — Ѵак Г Ѵак-

Повторяемость процесса теплообмена будет достиг­ нута только в том случае, если к моменту входа в I зону от изложницы будет отнято то количество тепла, которое она аккумулировала во II зоне.

При малой скорости ленты конвейера и больших пе­ рерывах между разливкой плавок охлаждение изложни­ цы до исходного уровня может происходить и в условиях теплообмена на воздухе. По нашим расчетам для охлаж­ дения изложницы до исходной температуры входа в I зо­ ну необходимо времени в 2,75 раза больше, чем отводит­ ся на эту операцию при работе конвейера. Это возможно, если нижнюю ветвь выполнить петлеобразной, что, одна­ ко, усложнит ремонт и обслуживание агрегата.

Поэтому на определенном участке нижней ветви из­ ложницы охлаждают водой. В противном случае излож­ ница входит в I зону с высоким теплосодержанием и не может аккумулировать необходимого минимума тепла от магния для создания прочного остова слитка. При этом жидкий металл может выливаться из слитка в мо­ мент его удаления из изложницы.

I l l з о н а . В этой зоне изложница охлаждается на во духе II теряет количество тепла, определяемого формулой

° С; /ср— температура окружающей среды, ° С.

Малые протяженность зоны и коэффициент теплооб­ мена определяют и малое значение теплопотерь в зоне.

Аналогичным образом определяют теплопотери в IV и V зонах при соответствующих коэффициентах теплооб­ мена.

Таким образом, можно составить уравнение теплово­ го баланса изложницы:

Qan + Qai< — Q Ч ~ Q lV + Q 4 4 ‘ Q L -

Наличие в левой и правой частях уравнения величи­ ны Q’K свидетельствует о повторяемости процесса.

Уравнение теплового баланса слитка имеет следую­ щий вид:

Q C JI (О л уч I Q conp) Â Q C J I — Q а

В табл. 33 приведен тепловой баланс слитка и излож­ ницы.

Т а б л и ц а 33

Тепловой баланс слитка и изложницы

132

і