Рідка сталь

1.  Рідка сталь

де,  і  – відповідно теплоємність, густина і теплопровідність розплаву;,,  – швидкості переміщення розплаву по напряму координат.

2.  Межі двофазної зони (додатково враховується теплота фазового переходу при кристалізації розплаву):

де  – густина рідкої фази;  – частка твердої фази в двофазній зоні;  – теплота фазового переходу.

3.  В межах затверділої частини злитка і виливниці має місце рівняння

Якщо розглядати стінку виливниці і метал, що застигає, як напівбезкінечні тіла, на поверхні яких підтримується постійна температура, а теплофізичні властивості матеріалів залишаються постійними на всьому температурному інтервалі при відсутності переохолодження, після інтегрування обох частин рівняння (1.4), відповідно, від 0 до ф та від 0 до x, отримуємо відоме рівняння квадратного кореня

де К – коефіцієнт пропорційності, що отриманий в результаті об’єднання всіх постійних параметрів, м/c^0,5.

Зв’язок між швидкістю кристалізації а товщиною шару, що твердіє, може бути отримана шляхом диференціювання рівняння (1.5).

де f – швидкість переміщення фронту кристалізації.

Враховуючи, що , вираз (1.6) запишеться так

Так як злитки та оливки твердіють не в результаті простого переміщення границі кристалізації, а крізь зону твердо – рідкого стану сплаву, то під сплаву, то під товщиною кірочки х розуміється відстань від зовнішнього краю кірочки злитку до межі зони твердо-рідкого стану, що звернена у внутрішню частину злитку.

3. Лабораторна установка, матеріали і інструменти

3.1 Опис установки

Установка (рис. 2) складається з плоскої виливниці, що охолоджується водою (1), передня та задня стінка якої виконана з оргскла, а бокові та нижні части являють собою мідну або залізну порожнину, що охолоджується водою.

Виливниця укріплюється на штативі (2) зі сторони задньої стінки встановлюється джерело освітлення.

Рис. 1.1. Схема лабораторної установки

З метою утримання рідини, що використовується при моделюванні у випадку прориву виливниці або протікання рідини при розливці під виливницею встановлюється скляна ємність.

В якості рідини, що моделює рідку сталь, використовується розплавлений зневоднений гипосульфіт (припускається використання насиченого підігрітого до 60-70°С розчину хлористого амонію).

2.2  Виливниці, що використовуються

·  Поширена уверх глуходонна виливниця з прибутковою надставкою, що охолоджується водою (рис. 2, ліва частина).

·  Поширена уверх глуходонна виливниця з прибутковою надставкою без примусового охолодження (рис. 2, права частина).

2.3  Вимірювальні прилади

Секундомір, ртутний термометр зі шкалою до 100°С.

2.4  Підготовка матеріалів до роботи

Гипосульфіт, що попередньо оброблений в ексикаторі для видалення надлишкової вологи розплавлюється в чистому сосуді на слабому вогні (електропіч з закритою спіраллю).

Температура розплаву 60-70°С. При досягненні заданої температури робиться витримка 5-10 хвилин, розплав фільтрується крізь матерчатий фільтр та заново підігрівається (у разі необхідності) до заданої температури.

Підготовлений подібним чином гіпосульфіт (хлористий амоній) рівним струменем заливається у виливницю, що охолоджується водою, що циркулює.

3. Методика і порядок виконання роботи

Вивчення впливу різних факторів технології розливки на величину, форму та розташування зон кристалізації та усадкової раковини в злитку виконується на моделях виливниць шляхом проведення окремих опитів, в кожному з них вивчається дія одного фактору.

При проведенні цієї роботи вивчається вплив наступних факторів:

3.1  Умови утеплення верхньої частини злитка

При цьому використовуються виливниці №1 і №2. Тривалість заливки і температура рідини однакові.

3.2 Вплив тривалості розливки

Використовуються парно однакові виливниці: в однієї групі – дві виливниці №1, а в іншій дві виливниці №2. Температура рідини однакова. Тривалість заливки 5 с та 20…30 с.

3.3 Вплив температури перегрівання

Виливниці однакові, тривалість розливки приблизно 5 с, перегрівання над температурою плавлення – 5…10°С та 20…30°С.

3.4 Вплив утеплення дзеркалу металу у надставці на форму та розташування усадкової раковини

Виконується попарно на 2-ох однакових виливницях №1 або №2. Температура заливання рідини та тривалість розливки однакові. Після закінчення розливки поверхня рідини, що моделює в надставці однієї з кожних пар виливниць прикривають кришкою, що утеплює, що нагріта до температури рідини, що заливається.

Після заливки “металу” у виливниці крізь кожні 5-10 хвилин виконується вимір товщини кірочки, що кристалізується, фіксується моменти закінчення утворення характерних структурних зон злитку.

Заміри виконуються в наступних зонах:

·  низ, середина та верх стінок – в горизонтальному напрямі;

·  днище – у вертикальному напрямі;

·  прибуткова частина виливниці – розміри усадкової раковини.