1.2 Тепловые условия работы

Одним из главных параметров, обеспечивающих высокое качество литья, является достаточно высокая температура разливаемого металла. Она влияет на процессы вторичного окисления сплавов, формирование кристаллической структуры отливок и загрязнение их неметаллическими включениями. Поэтому главной заботой литейщиков и металлургов является решение проблемы получения относительно стабильной температуры металла в ковше в процессе всего периода разливки. Недостаточное внимание технологов к выполнению указанных требований приводит к тому, что в результате неудовлетворительной теплозащиты металла в ковше малой емкости приходится перегревать чугуны и стали на 150...200°С, а для средней емкости - на 89...150°С. Это обстоятельство отрицательно отражается не только на качестве литья, получаемого в начале и конце разливки, но и увеличивает энергозатраты на дополнительный перегрев сплавов выше температуры ликвидуса. Большие потери на образование настылей затвердевшего металла наблюдаются при заливке холодных плавок.

Наименьшая интенсивность падения температуры при равных теплофизических свойствах в 100-тонном ковше получается при предварительном подогреве или заливке металла сразу же после разливки предыдущей плавки [4.1].Наибольшие потери тепла наблюдаются при разливке из холодного ковша. Снижение температуры стали в этот период достигает 100... 200 °С. Наиболее интенсивное снижение температуры происходит в первые 30 мин разливки. Оно связано, по-видимому, с большими тепловыми потерями с открытой поверхности, покрытой слоем шлака. Скорость охлаждения внутренней поверхности футеровки после окончания разливки для ковшей средней емкости, по данным различных исследователей, составляет 5...6 °С/мин.

Рис.4.1. Изменение температуры жидкой стали в ковше в процессе ее

разливки:

1 – без подогрева; 2-с подогревом; 3 – без охлаждения ковша после разливки.

Теоретическое определение количества тепла, которое теряет жидкий металл в процессе разливки стали. Для примера был выбран 50-тонный сталеразливочный ковш, размеры которого приведены на рис.4.2, при следующих исходных расчет ных данных: толщина футеровки 170 мм, теплофизические характеристики шамотной футеровки: теплопроводность = 0,7 ккал/(м-ч-°С); теплоемкость с = 0,225 ккал/(кг-°С); удельный вес = 1900 кт/м³; температуропроводность а = 0,00165 м²/ч. Расчет был проведен методом конечных элементов, при котором шамотную футеровку по толщине делили на пять частей протяженностью = 0,034м, прогрев каждой из которых рассматривался через каждые = 0,35 ч охлаждения стали. Принималось, что ковш предварительно прогревался в течение 1,06 ч до температуры внутренней поверхности t_ст = 900 °С. Продолжительность разливки принималась равной 1,05 ч.

Потери тепла металла, находящегося в ковше, расходуются на прогрев ее футеровки и на излучение из открытой поверхности металла.

На рис.4.3 приведены данные распределения температуры по сечению футеровки ковша на глубинах. Они показывают стремительный подъем температуры кладки только до толщин 80... 120мм. В более глубоких слоях наблюдается незначительный прогрев ее до температур 20... 93 °С. Такое распределение температурных полей свидетельствует о возможности уменьшения толщины футеровки, особенно в том случае, если между арматурным слоем и металлическим кожухом ковша выполняется достаточно эффективная теплоизоляционная защита. По распределению температуры в стенке ковша рассчитывалось количество тепла, расходуемого на нагрев футеровки, которое составляло =455000 ккал.