Температурный режим расплава в валковом кристаллизаторе при непрерывном литье армированной ленты

ГГГТТгГ, ГГ ГСШМ/^ГГТТС

2 (34). 2005

/67

/I

ИТЕИНОЕ1 ПРОИЗВОДСТВО

The analytical study of heat exchange in roll crystallizer at casting of armored belt of chlorine copper is carried out. The influence of the casting speed at the temperature regime of tub is studied. The temperatures of the melt cast molding are determined.

Э. Ф. БАРАНОВСКИЙ, В. М. ИЛЬЮШЕНКО, Т. М. РУБАНОВА, HTM HAH Беларуси

ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ РАСПЛАВА В ВАЛКОВОМ КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ ПРИ НЕПРЕРЫВНОМ ЛИТЬЕ АРМИРОВАННОЙ ЛЕНТЫ

УДК 621.74.047

Армированную сеткой ленту получают непрерывным литьем в горизонтально расположенные валки с ребордами при одновременной подаче в них сверху перегретого расплава и арматуры. В этих условиях пространство, ограниченное поверхностями валков и ребордами, заполнено расплавом, который затвердевает (намораживается) на поверхностях вращающихся валков и в тепловом отношении взаимодействует с фронтом кристаллизации, армирующей сеткой, ребордами и окружающей средой. В результате этого взаимодействия в ванне устанавливается температурный режим расплава, параметры которого зависят от температур, подаваемых в валки расплава и сетки, а также скорости литья ленты, ее толщины, геометрических размеров ванны и интенсивности теплообмена расплава с ребордами и окружающей средой.

Задачей настоящего исследования является определение технологических параметров литья, при которых будет поддерживаться тепловой режим ванны с определенной усредненной температурой расплава Г, необходимой для получения отливки высокого качества. Примем, что при квазистационарном режиме литья в ванне устанавливается некоторая температура расплава Г. При этой температуре за время прохождения сеткой ванны происходит полное расплавление намерзших на проволочках сетки корок, а температура сетки при выходе из валков равна температуре кристаллизации расплава. В результате этого на нагрев сетки затрачивается некоторое количество тепла, что приводит к охлаждению подаваемого в валки расплава на величину А Г. Примем также, что в результате теплового взаимодействия расплава с ребордами он охлаждается на некоторую величину АТ в результате конвективного теплообмена расплава с температурой Г с ребордами, имеющими температуру 7\ Теплообмен расплава с фронтом кристаллизации корочек, намерзающих на поверхностях валков, происходит при усло-

вии, что Тв =сош1;, температура корок равна температуре кристаллизации Т , а коэффициент

кр

теплообмена между ними а{ . В результате этого взаимодействия температура подаваемого расплава уменьшается на А Г. Теплообмен зеркала расплава ванны, имеющей температуру Г, осуществляется с окружающей средой с интенсивностью а3. За счет этого температура расплава уменьшается на величину А Тос. Для рассматриваемых условий температура заливки Гзал определяется следующим образом:

Т =Т + АТ + АТ + АТ + АТ + АТ .

зал кр в а к р ос > '

Значение А Г = Г ~Ткр принимается таким, чтобы при температуре ванны Г обеспечивалось расплавление намерзших на сетке корочек за время прохождения сетки через расплав.

Для принятых условий сделаем оценку вклада каждой из составляющих теплообмена и скорости литья на температурный режим ванны по формулам, полученным на основе анализа теплового баланса ванны:

А =-

^аРа^а

А Тк

А Тп =

A7V

(h~K)P\c\ '

WB(h-K)vxc\ '

g2(7;-rp)Fp WB{h-K)9{c\ '

EBa3

где И — толщина ленты; Ла — приведенная толщина арматуры (толщина листа из материала арматуры, масса 1 м2 которого равна массе 1 м2 сетки); - внутренняя поверхность корок, затвердевших на бочках валков; — площадь реборд, взаимодействующих с расплавом; Бв —

И/ЛГГТТгПгг ктпглпт.п

I 2 (34). 2005-

площадь свободной поверхности ванны; а,, а2 и а3 - соответственно коэффициенты теплообмена расплава с коркой, ребордой и окружающей средой; ра и р1 - соответственно плотности материала арматуры и отливки; са и с,' - удельные теплоемкости арматуры и отливки; Г - температура армирующего материала при входе в ванну; Тв — температура расплава в ванне; Т и Тос — температуры реборд и окружающей среды; В -ширина ленты; \¥ - скорость литья.

Расчет по формулам (2)-(5) позволяет оценить величину тепловых потерь поступающего в ванну расплава в зависимости от скорости литья и найти по формуле (1) температуру заливки расплава в валки.

Проведем оценку составляющих теплообмена на температурный режим ванны для литья ленты толщиной 0,55 мм из хлористой меди, армированной медной сеткой 14x14 мм из проволоки диаметром 0,15 мм. Масса 1 м2 такой сетки составляет 0,45 кг, а ее приведенная толщина Иа = 0,05 мм. Расчеты по формулам (2)-(5) выполнены для случая литья в валки диаметром 190 мм с ребордами диаметром 230 мм при высоте ванны 50 мм. Принято, что Г= 440°С, т.е. А Г равно 40°С, так как при этих условиях за время нахождения сетки в расплаве намерзшая на проволочках корка успевает расплавиться [1]. Результаты расчетов для скоростей литья IV = 0,1, 0,12, 0,15 и 0,2 м/с и температур сетки Г = 20 и 220°С приведены на рис. 1. Анализ результатов показывает, что сетка оказывает существенное влияние на температурный режим заливки. Величина ДГа зависит от температуры сетки и не зависит от скорости литья W. Значения А Тк, А Тр и АТос зависят от скорости литья и с увеличением IV уменьшаются.

Выполненное исследование позволяет определять температуру заливки расплава в зависимости от скорости литья, температуры поступающей в ванну сетки и условий теплообмена ванны с ребордами и окружающей средой. Так, при использовании холодной сетки Т= 20°С температура заливки должна составить 554,5 и 539°С для скоростей литья 0,1 и 0,15 м/с соответственно (рис. 2). Такие температуры являются неприемлемыми по условиям плавки СиС1. Если сетка перед входом в ванну с расплавом подогреть до 220°С, то температуру расплава можно понизить и осуществлять заливку при температурах 528 и 512,5°С для скоростей литья 0,1 и 0,15 м/с соответствен-

0,1 0*12 ОД 4 ОД 6 ОД 8 0,20 V V

Рис. 1. Морфология снятия перегрева в валковом кристаллизаторе при различных скоростях литья армированной ленты из СиС1: / - А7^; 2 - АГр; 3 - АТа

Рис. 2. Расчетные значения температур заливки хлористой меди при АГв=40°С: 1 - Т=220°С; 2 - Га=20°С

но. Следует отметить, что литье при скоростях 0,13-0,15 м/с является более предпочтительным, чем при скорости 0,1 м/с, так как позволяет проводить процесс при более низких температурах заливки и повышает устойчивость процесса изготовления армированной ленты.

Литература

1. Интенсификация литейных процессов и улучшение качества литейных заготовок в производстве экономичных профилей из цветных металлов и сплавов // Сб. науч. тр. М.: Металлургия, 1986.