Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
I Современные представления о процессе кристаллиза ции и действии на него электрического ноля и тока. Постановка задачи- 7
І.І. Современные представления о процессе криодадлизации ... 7
I.I.L.- Общепринятые механизмы роста кристаллов. - из расплавов.. 7
1Л*2*.ШК (пар-жидкость-кристалл) механизм роста . 9
IЛ • 3 •... Декорирование. поверхности твердых, тел II
1.2." Процессы-... сопровождающие; естественную .кристаллизацию-, 13
1.2.1. Возникновешіе .ЭДС и разделение зарядов при кристаллизации диэлектриков. 13
1*2*2«. Акустический эффект,прж-кристаллизации. 14
1.3. Влияние электрического поля на кристаллизаЦИЮ- 16
1.4. Влияние электрического тока на кристаялизацию-. 21
. 1.5*.-Выводы* Постановка аадаяи 24
2. Естественная кристаллизация металлов 28
2.1. Роль контактных явлений в процессе кристал- . лизации 26
2.2. Контактная разность потенциалов на границе . раздела твердая-жидкая фаза, 29
2.3. Связь межфазного натяжения с двойным электричесним слоем 35
2.4. Строение границы раздела фаз 36
2.5. Понятие равновесного зародыша 38
2.6. Температура равновесия и переохлаждение 46
2.7. Понятие критического зародыша 47
2.8. Рост критического зародыша 51
2.9. Образование структур при необратимых процессах (элементы 5Юордидиссшпатившіх.с.ї^укїУР) 52
2.Ю. Образование диссипативных структур в процессе кристаллизации (гипотеза) 55
2.Ц. Модель кристаллизации 58
2.12. Выводы. 62
3. Влияние: постоянного электрического тока на кристал лизацию 65
3.1. Тепловые эффекты при прохождении тока через . неоднородный-проводник 65
3*2. Общий, поток..электронов-.и тепла 69
3.3. Злектромагнитные эффекты-при прохождении постоянного-Электрического тока через неодно- родный-ЩЮВОДНИ.К 71
3*4* Методика, исследования 77
3*5* Исследование олова и висмута 82
3.6. Исследование алюминия и его сплавов 94
3.7* Исследование бронзы 123
3*8* Исследование.стали- 128
3.9. Механизм, действия постоянного.электрического . тока.ца кристаллизацию металлов 148
3.10. Выводы 151
4. Промышленная реализация способа обработки расплава постоянннмі элект|щческим током. 154
4.1. Влияние постоянного .электрического тока на кристаллизацию корочки слитка в кристаллизаторе 154
4.2. Влияние.постоянного электрического тока на . макроструктуру непрерывного .слитка 168
4*3. Влияние^ постоянного электрического тока на . кристаллизацию стали в изложнице 182
4*4. Выводы 184
Заключение 190
О Б ЩИ- Е.. -ВЫ В ОД Ы 195
Литература 198
Приложение 2018
Введение к работе
Актуальность темы диссертации обусловлена насущными потребностями металлургической промышленности. Одной из основных задач, поставленных ХХУТ съездом КТЕС перед металлургической промышленностью, является создание новых технологических способов повышения качества металла.
Литейное производство заинтересовано в разработке таких физических методов, которые позволяют воздействовать на металл в самый ответственный момент формирования структуры, позволяют управлять процессом кристаллизации металлов и сплавов.
В этом направлении успешно используются ультразвуковые, электродинамические, магнитные и другие методы. Способ воздействия, на процесс кристаллизации с помощью постоянного.электрического.тока хорошо изучен лишь при кристаллизации из газовой фазы и раствора. Имеющиеся данные говорят о простоте и эффективности этого способа. Постоянный электрический ток изменяет поверхностное натяжение, уменьшает работу образования зародышей,влияет на характер кристаллизации различных веществ.
Однако работ по изучению влияния постоянного электрического тока на кристаллизацию металлов недостаточно. Совершенно не изучено действие тока на кристаллизацию стали и цветных сплавов, имеющих широкое применение. Мало данных по воздействию тока-на структуру и механические свойства металлов, на параметры кристаллизации.
Цель данной работы заключается в исследовании,, разработке и промышленной реализации способа повышения качества литых заготовок путем обработки металла в процессе кристаллизации постоянным-электрическим током небольшой плотности непосредственно в. литейной форме или кристаллизаторе установки непрерывной разливки.
Впервые выполнены следующие исследования.
С учетом контактного потенциала на границе раздела фаз рассмотрены процессы зарождения, роста и плавления кристаллов.
Рассмотрен механизм действия постоянного электрического тока на кристаллизацию металлов, который учитывает тепловые и электроди-намичеокие эффекты при прохождении тока через кристаллизующийся расплав и процессы на границе раздела фаз На защиту выносятся следующие основные положения Естественная кристаллизация металлов характеризуется дополнительными (по сравнению с общепринятыми) параметрами микроэдс и микротоками кристаллизации. Эти параметры, определяющие процессы зарождения и роста, возникают благодаря наличию на границе зародыш расплав двойного электрического слоя.
Постоянны® электрический ток от внешнего источника о плотностью, соизмеримой с плотностью тока естественной кристаллизации,вносит дополнительные факторы, которые изменяют характер естественной кристаллизации: ток перемешивает расплав вблизи фронта кристаллизации,. способствуя зарождению новой фазы и образованию пар кристаллизации; создает направленное движение газов и примесей; на границе раздела фаз происходит взаимодействие тока с электрическими параметрами слоя (микроэдс и микротоками); ток вызывает появление тепловых эффектов как на границе роста, так и в объеме расплава;
Разработанный способ обработки расплавов постоянным электрическим током позволяет повысить качество.отливок и слитков, благодаря удалению газа, получению плотной однородной структуры, уменьшению усадочной раковины и ликвационной неоднородности»
Повышение качества металла, разливаемого на установке непрерыв ной разливки, за счет улучшения макроструктуры непрерывного слитка, уменьшения количества поверхностных и внутренних трещин и пор.
