УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ СЛИТКОВ В МОДЕЛИ ИЗЛОЖНИЦЫ

Полезная модель относится к металлургии, в частности к устройствам для исследования кристаллизации слитков.
-3
Известно устройство для исследования процесса кристаллизации металлов (Пат. №839665, МПК B22D 11/00, Опубл. - 1981), которое обеспечивает возможность изучения начальных стадий кристаллизации металла. Это достигается тем, что устройство снабжено двумя барабанами с частично намотанной на них общей лентой, и диском, огибаемым упомянутой лентой, при этом, по крайней мере, один из указанных барабанов соединен с приводом. Кроме того, диск, огибаемый лентой, выполнен с наружной поверхностью в форме тора и составным из нескольких, по меньшей мере двух частей, установленных на общей оси с зазором относительно друг друга по торцевым поверхностям. Диск снабжен нажимным устройством, например винтовым, причем, с целью обеспечения натяжения ленты, один из барабанов снабжен тормозом, например ферропорошковым. Таким образом, применение предлагаемого устройства обеспечивает изучение начальных стадий кристаллизации при малых интервалах времени, составляющих 10 с.
Однако предлагаемым устройством невозможно изучать процессы кристаллизации слитков, конструкция устройства не имитирует изложницу, в которой происходит затвердевание слитков.
Известна установка для моделирования затвердевания бесприбыльного слитка в прозрачной модели (Страхов, В.Г. Установка для моделирования затвердевания бесприбыльного слитка в прозрачной модели / В.Г.Страхов, Н.Ф.Сапелкин // Проблемы стального слитка: Сб. трудов V конференции по слитку. - М: Металлургия, 1974. - С.139-141.). Отлитый из латуни холодильник толщиной 15 мм помещен между двух листов органического стекла, плотное прилегание которых к холодильнику обеспечивается струбцинами. Модели изготовлены в масштабе 1:10. В процессе затвердевания в полость холодильника принудительно подается охлаждающая вода.
Однако предлагаемая установка выполнена неразъемной (цельнолитой), и не позволяет менять конфигурацию модели изложницы.
Наиболее близкой к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является установка для исследования кристаллизации слитков в изложнице при внешних динамических воздействиях на формирующийся слиток (Ульянов, В.А. Моделирование кристаллизации слитков в изложнице при внешних динамических воздействиях / В.А.Ульянов, В.Н.Гущин, М.А.Ларин, Е.В.Матвеева // Металлы. - 1991. - №2. - С.51-54.). В комплект модельной оснастки макета изложницы входят: металлические оболочки, формирующие исследуемую часть слитка; водоохлаждаемые полости, прибыльная надставка с раздельными водоподводящими и отводящими штуцерами. Последние позволяют имитировать различную теплоаккумулирующую способность изложницы и прибыльной надставки. С противоположных сторон формирующаяся полость закрывается стеклами, обогреваемыми лампами (до температур ликвидуса изучаемого сплава), что позволяет проводить кино- и фотосъемку аппаратурой в процессе нарастания корки. Макет-изложница устанавливается на вибростенд.
Однако предлагаемая установка в донной части выполнена не разъемной, что не позволяет менять конфигурацию модели изложницы.
В этой связи важной задачей является разработка устройства для исследования процесса кристаллизации слитков в модели изложницы различной конфигурации для изучения процесса кристаллизации и структурообразования слитков с различной конусностью тела слитка, объемом прибыльной части и отношением высоты к среднему диаметру тела слитка H/D.
Техническим результатом является возможность изучения процессов происходящих при затвердевании и структурообразовании модельных слитков с различной конусностью тела слитка, объемом прибыльной части и отношением высоты к среднему диаметру тела слитка H/D, что позволит изучать влияние изменения конфигурации слитков на процессы кристаллизации и структурообразования, и обеспечить расширение функциональных возможностей предлагаемого устройства.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для исследования процесса кристаллизации слитков в изложнице, содержащем металлический каркас с водоохлаждаемыми полостями, по периметру которого закреплены прозрачные стекла, прибыльную надставку, штуцера для подвода и отвода воды, металлический каркас выполнен разъемным из донной части и боковых стенок, соединенных с донной частью шарнирно с возможностью наклона на угол от 42° до 116°.
Устройство для исследования процесса кристаллизации слитков в изложнице позволит задавать геометрические параметры слитков с различной конусностью тела слитка, объемом прибыльной части и отношением высоты к среднему диаметру тела слитка H/D.
Перемещение боковых стенок устройства на значение угла наклона равное 42° позволит задавать геометрические параметры слитка с максимальной конусностью уширенного кверху, а при угле наклона равным 116° геометрические параметры слитка уширенного книзу.
На фиг.1 изображен общий вид устройства для исследования процесса кристаллизации слитков в модели изложницы, на фиг.2 - сечение по А-А на фиг.1. На фиг.3 и 4 показан угол наклона боковых стенок на 42° и 116°, соответственно.
Устройство представляет собой плоскую модель-изложницы содержащее металлический каркас с водоохлаждаемыми полостями 1, выполненный разъемным из трех частей, состоящий из донной части 2 и боковых стенок 3, 4, соединенных с ней с помощью шарниров 5, формирующие контур слитка; прибыльную надставку 6 выполненную из теплоаккумулирующего материала; штуцера для подвода 7 и отвода 8 воды. С помощью шлангов 9, соединяются водоохлаждаемые полости 1 донной части 2 устройства с водоохлаждаемыми полостями 1 боковых стенок 3, 4. Крепеж боковых стенок 3, 4 к донной части 2, между которыми установлен шарнир 5, осуществляют с помощью хомутов 10 и контргаек 11, которые позволяют с помощью шарнира 5 задавать различную конусность тела слитка, как в положительную, так и отрицательную стороны, перемещая боковые стенки 3, 4. Стяжные болты 12 расположенные по периметру металлического каркаса и струбцины 13 расположенные на боковых стенках 3, 4, позволяют плотно прижимать прозрачные органические стекла 14 с обеих сторон устройства. Модель-изложница устанавливается на неподвижную опору 15.
Для охлаждения модели-изложницы вода подается через штуцер 7, которая охлаждает донную часть 2 устройства. С помощью шлангов 9, вода поступает в водоохлаждаемые полости 1 боковых стенок 3, 4 и отводится через штуцера 8. Для обеспечения герметичности соединений по периметру металлического каркаса проложены резиновые уплотнители.
Максимальный объем внутренней полости модели составляет 9 л. Толщина плоской модели составляет 25 мм. Общая высота изложницы равна 500 мм. Ширина изложницы в донной части - 125 мм, в нижней части - 240 мм.
Работа данного устройства заключается в следующем.
Перед заливкой моделирующего вещества, устройству задаются его геометрические параметры: конусность тела слитка и прибыльной части, которые рассчитываются по формуле 1,
т.cл
где Н - высота тела слитка, см;
верх
низ
2
D, D - диаметр верхнего и нижнего основания тела слитка, см
По формуле 2 рассчитывается отношение высоты к среднему диаметру тела слитка H/D:
т.cл
где Н - высота тела слитка, см;
верх
низ
2
D, D - диаметр верхнего и нижнего основания тела слитка, см.
После того как устройству заданы все параметры моделируемого слитка к нему с помощью штуцера 7 расположенного в донной части 2 подводится охлаждающая жидкость - вода, которая поступает через шланги 9 в водоохлаждаемые полости 1 боковых стенок 3, 4, и через штуцера 8 отводящие охлаждающую жидкость поступает в водослив.
2
2
3
2
После этого осуществляют процесс заливки моделирующего вещества, например натрий серноватистокислый (кристаллический гипосульфит) - NаSO×5НO, в модель изложницы. Разливку расплава гипосульфита проводят сверху. По окончанию заливки через произвольно заданный исследователем промежуток времени проводят замеры протяженности твердой и твердожидкой фазы закристаллизовавшейся на трех различных горизонтах моделируемого слитка. После полного затвердевания моделируемого слитка в модели изложницы ее разбирают, извлекают закристаллизовавшейся слиток и проводят замер площадей структурных зон.
С помощью данного устройства могут быть получены следующие модели слитков: слиток с нулевой конусностью; слиток с максимальной конусностью уширенный кверху; слиток, уширенный книзу; модель реального слитка массой 24,2 т.
В таблице представлены геометрические параметры приведенных выше модельных слитков, полученные в результате проведения экспериментов.
Таблица
Параметры слитков
Модели слитков
Слиток с нулевой конусностью
Слиток с максимальной конусностью уширенный кверху
Слиток, уширенный книзу
Слиток, модели реального слитка массой 24,2 т
H/D
1,54
1,17
1,67
1,4
К<sub>тела слитка.</sub>, %
0
42,1
-10,1
4,7
К<sub>прибыли</sub>, %
-16
28
-26,4
35,5
V<sub>слитка</sub>, %
74,4
68,9
76,5
63,3
V<sub>прибыли</sub>, %
23,8
29,8
21,5
24,1
V<sub>донной части</sub>, %
1,8
1,3
2
6,6
Предлагаемое устройство позволяет изучать процессы, происходящие при затвердевании и структурообразовании модельных слитков с различной конусностью тела слитка, объемом прибыльной части и отношением высоты к среднему диаметру тела слитка H/D, что позволит определить влияние изменения конфигурации слитков на процессы кристаллизации и структурообразования, а также расширить функциональные возможности предлагаемого устройства.