Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 10
1.1 Исследование затвердевания и кристаллизации сплавов 10
1.1.1 Закон квадратного корня 11
1.1.2 Решение частных задач кристаллизации и затвердевания 18
1.1.3 Натурные исследования процесса кристаллизации 21
1.1.4 Анализ результатов исследований процессов затвердевания отливок и слитков 24
1.2 Метод термического анализа с использованием микропроцессорных устройств 35
1.3 Математическое моделирование процессов затвердевания и кристаллизации 43
1.4 Влияние внешних воздействий на процессы затвердевания и кристаллизации 52
Глава 2. Методика исследования 57
2.1 Измерительный комплекс 57
2.2 Методика проведения температурных измерений на крупногабаритных чугунных валках 59
2.3 Проведение плавок в лабораторных условиях 63
2.4 Исследование процессов кристаллизации сплавов 63
2.5 Исследование влияния вибрации на процесс кристаллизации алюминиевых сплавов 64
2.6 Исследование механических свойств и плотности сплавов 65
2.7 Исследование микроструктуры сплавов 66
2.8 Обработка экспериментальных данных 66
Глава 3. Математические модели процессов затвердевания отливок и слитков 67
3.1 Определение времени и коэффициента затвердевания отливок и слитков 67
3.1.1 Определение времени и коэффициента затвердевания отливок в песчано-глинистой форме 67
3.1.2 Определение времени и коэффициента затвердевания отливок и слитков в металлической форме 77
3.2 Определение теплоты кристаллизации и теплоемкости сплава по результатам термического анализа 83
Глава 4. Результаты математического моделирования 88
4.1 Результаты определения теплоемкости и теплоты кристаллизации металла 88
4.2 Результаты определения времени и коэффициента затвердевания 92
4.2.1 Результаты определения времени и коэффициента затвердевания отливок в песчано-глинистой форме 92
4.2.2 Результаты определения времени и коэффициента затвердевания отливок в металлической форме 114
Глава 5. Натурные исследования влияния внешнего воздействия на процесс кристаллизации сплавов 131
5.1 Анализ возникновения тепловых флуктуации при фазовых переходах первого рода 131
5.2 Исследование теплового режима на фронте кристаллизации при затвердевании чугунных прокатных валков 135
5.3 Определение оптимальной резонансной частоты вибрации 144
5.4 Использование, опытно-производственная апробация и внедрение результатов исследований 149
Общие выводы 152
Заключение 153
Библиографический список 155
Приложение 171
- Метод термического анализа с использованием микропроцессорных устройств
- Методика проведения температурных измерений на крупногабаритных чугунных валках
- Определение времени и коэффициента затвердевания отливок в песчано-глинистой форме
- Результаты определения времени и коэффициента затвердевания отливок в песчано-глинистой форме
Введение к работе
Проблема производства качественных отливок была и остается самой важной задачей литейного производства. Затвердевание расплава литейных сплавов в форме является одним из этапов технологии литья, при этом происходит формирование большинства важнейших свойств отливки.
На процесс формирования отливки влияют особенности теплообмена
между затвердевающим расплавом и литейной формой. В частности: характер течения жидкого металла, переохлаждение кристаллизующегося расплава, выделение теплоты кристаллизации в материале отливки, особенности механизма процесса затвердевания сплавов, геометрические и физические свойства отливки и формы, изменение зазора в процессе охлаждения отливки и нагрева формы, изменение теплофизических коэффициентов материалов отливки и формы и т.д. Однако учет всех перечисленных факторов связан с большими затруднениями экспериментального и теоретического характера. Исследователи при разработке математических моделей обычно сужают круг 4 вопросов, подвергаемых анализу, прибегают к различного рода допущениям.
Все это является причиной существенных иногда расхождений расчетных и экспериментальных данных.
В настоящее время существует несколько теорий кристаллизации сплавов, каждая из которых имеет свои недостатки, достоинства и ограничения.
Математическое моделирование в настоящее время становится одним из наиболее мощных средств исследования и разработки технологических -процессов в литейном производстве. Несмотря на значительные успехи в области математического моделирования литейных процессов, существуют объективные факторы, сдерживающие развитие этой области исследований. Во-первых, это возрастающая сложность разрабатываемых моделей. Затраты на их развитие и проведение численных экспериментов на ЭВМ могут превышать стоимость исследуемых промышленных установок. Во-вторых, при математическом моделировании процессов литья для получения разумных количественных результатов необходимо иметь точные данные о параметрах математических моделей - теплофизических коэффициентах. Использование при создании достаточно сложных моделей справочных данных по этим параметрам не всегда оправдано. Это связано с отличием лабораторных условий от реальных условий процесса, поэтому такие модели имеют большую погрешность. Все это является причиной существенных иногда расхождений расчетных и экспериментальных данных.
Исследование процесса затвердевания литейных сплавов, изменения теплофизических характеристик материалов отливки и формы имеет важное значения для понимания механизмов и уточнения математических моделей процесса кристаллизации.
Один из способов воздействия на процесс затвердевания отливки и повышения качества отливок является внешнее воздействие на кристаллизующийся расплав. Однако механизм воздействия на расплав принудительных колебаний и перемешивания во время затвердевания изучен недостаточно. Объяснение существа происходящих явлений, а также практические данные и рекомендации часто не согласуются между собой, а иногда и противоречат друг другу, поэтому актуальным является изучение влияния внешнего воздействия на процесс затвердевания отливки.
Цель работы. Разработка методики расчета процессов кристаллизации в песчано-глинистых и металлических формах с использованием данных натурного эксперимента.
Для достижения поставленной цели в ходе работы решались следующие задачи:
1. Разработать математическую модель, учитывающую теплофизические параметры металла отливки и материала формы, позволяющую рассчитать коэффициент кристаллизации и время затвердевания отливок и слитков, как при наличии внешнего воздействия, так и без него.
2. Разработать математическую модель расчета теплоемкости и теплоты кристаллизации по данным термического анализа (ТА) сплавов.
3. Провести натурное исследование возникновения тепловых флуктуации на фронте кристаллизации.
4. Произвести расчет резонансных частот вибрации кристаллизующегося расплава для отливок различной массы и конфигурации и сравнить результаты расчета с экспериментальными данными.
5. Провести натурные исследования процессов кристаллизации на базе алюминиевых сплавов как с внешним воздействием в виде вибрации, так и без него.
6. Практически реализовать результаты исследований с целью улучшения качества отливок.
Научная новизна работы.
1. Разработана математическая модель, учитывающая основные теплофизические параметры металла отливки и материала формы, условия теплообмена на фронте кристаллизации, на границе «отливка-форма» и на поверхности формы, позволяющая рассчитать коэффициент кристаллизации и время за твердевания отливок и слитков при наличии или отсутствии внешнего воздействия на расплав.
2. Разработаны математические модели расчета процесса кристаллизации литейных сплавов с использованием экспериментальных данных, полученных методом термического анализа.
3. Экспериментально методом термического анализа зафиксированы тепло вые флуктуации при кристаллизации прокатного чугунного валка массой 20 тонн в условиях литейного цеха ОАО «КМК» и проведено натурное исследование тепловых флуктуации на фронте кристаллизации.
4. Разработана методика определения резонансных частот вибрации кристаллизующегося расплава для отливок различной массы и конфигурации, и экспериментально установлено влияние вибрации на кристаллизующийся расплав. Практическая значимость работы заключается в разработке математических моделей, программ для ЭВМ, позволяющих определять теплоемкость, теплоту кристаллизации, время затвердевания по данным ТА. Совокупность экспериментальных и теоретических результатов, полученных при проведении исследований, позволяет определить оптимальную частоту вибрации кристаллизующегося расплава. Виброобработка расплава позволяет управлять качеством отливок за счет регулирования их механических свойств.
Достоверность результатов исследования определяется корректностью поставленных задач; применением современных экспериментальных и теоретических методов и методик исследования процессов кристаллизации, основанных на известных положениях фундаментальных наук, теоретических положениях теории литейных процессов, теории затвердевания отливок и математического моделирования; применением аппарата математической статистики для обработки результатов эксперимента; сопоставимостью экспериментальных данных и результатов расчета, полученных теоретическим путем и их сравнительным анализом с результатами исследований других авторов.
На защиту выносятся:
- математическая модель расчета времени и коэффициента затвердевания отливок в песчано-глинистой и металлической формах;
- математическая модель расчета теплоемкости и теплоты кристаллизации сплавов на основе экспериментальных данных, полученных методами ТА;
- результаты исследований тепловых флуктуации на фронте кристаллизации при фазовых переходах первого рода;
- результаты определения резонансных частот вибрации кристаллизующегося расплава для отливок различной массы и конфигурации;
- результаты экспериментальных исследований по влиянию вибрации на процесс кристаллизации алюминиевых сплавов, механические свойства и качество получаемых отливок. Аннотация диссертационной работы по главам. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, приложения и библиографического списка из 165 наименований. Материалы изложены на 173 страницах, содержат 18 таблиц, 74 рисунка.
В первой главе диссертационной работы приведен аналитический обзор литературных источников. Выполнен анализ основных теорий процесса затвердевания, теоретических и экспериментальных методов определения параметров кристаллизации. Выделены недостатки и достоинства существующих методов исследования, обоснован выбор метода ТА в качестве источника данных натурного эксперимента. Проведено сопоставления результатов исследования процесса затвердевания различными авторами. Рассмотрены механизмы влияния внешнего воздействия на кристаллизующийся расплав. В заключение главы поставлены задачи исследования.
Вторая глава посвящена описанию объектов и методик проведения лабораторных и промышленных экспериментов.
Третья глава содержит описание разработанных математических моделей, позволяющих учесть теплофизические параметры материалов отливки и формы, а также влияние внешнего воздействия на кристаллизующийся расплав и методики расчетов.
В четвертой главе приведены результаты математического моделирования: расчет теплоемкости и теплоты кристаллизации, расчет коэффициента и времени затвердевания отливок в металлической и неметаллической форме. Произведено сравнение расчетных данных с данными других исследователей и экспериментальными данными.
В пятой главе представлены результаты натурных исследований возникновения тепловых флуктуации при фазовых переходах первого рода при кристаллизации прокатного валка массой 20 тонн, диаметром бочки 1,16 м. Предложена методика определения резонансных частот вибрационного воздействия на кристаллизующийся расплав. Представлены результаты экспериментальных исследований направленных на изучение влияния вибрации на процесс кристаллизации алюминиевых сплавов, механические свойства и качество получаемых отливок, проведенных в лабораторных и промышленных условиях.
В заключение работы приведена общая характеристика работы и основные выводы по результатам диссертации.
Работа выполнена на кафедре литейного производства ГОУ ВПО «Сиб-ГИУ».
Метод термического анализа с использованием микропроцессорных устройств
Принятый метод позволяет с большой точностью определять температуры фазовых переходов и величину тепловых эффектов кристаллизации фаз.
Теплота затвердевания чугунов с одинаковым СЕ может быть различной и зависит от перегрева, условий заливки, скорости охлаждения и других технологических факторов. Чем больше Q (при одном и том же химическом составе), тем больше доля графита, выделившегося при затвердевании; поэтому можно определять склонность чугуна к самоподпитке и прогнозировать появление в отливках усадочных раковин и междендритной пористости.
Разработанный метод определения параметров кристаллизации чугуна можно использовать для оценки и контроля формы выделившейся при затвердевании отливки графитной фазы по участкам кривых охлаждения, соответствующих периоду выделения графита.
С целью создания технологии, обеспечивающей стабильность получения чугуна с шаровидным графитом, разработана система, описанная в [73]. Принцип работы основан на определении параметров процесса выделения структурных фаз в ходе кристаллизации, сравнение их с ранее разработанной математической моделью кристаллизации (ММК) конкретного чугуна, и в случае их несовпадения устанавливаются оптимальные варианты корректировки состава, условий плавки и внепечной обработки расплава. ММК чугуна построена на качественном и количественном определении процессов выделения внутренней тепловой энергии отдельными фазами.
С помощью ТА фиксируется КО, а затем, на основании математических моделей и программного обеспечения, на компьютере рассчитываются тепловые эффекты кристаллизации сплава [74].
Для нахождения из КО тепловой энергии кристаллизации чугуна в [73] составляется тепловой баланс охлаждаемой системы. При определении тепловой энергии, выделяемой отдельными эвтектическими фазами, соблюдаются следующие условия. Суммарный тепловой эффект выделения ведущей и ведомой фаз отвечает полному тепловому эффекту при эвтектической кристаллизации, фиксируемому экспериментально. Найденные зависимости процессов выделения тепловой энергии отдельных фаз являются основой для расчета параметров структурообразования чугуна.
В работе [73] для отбора пробы жидкого металла и количественного анализа фазовых превращений методом ТА создано специальное устройство. Рабочая часть устройства - пробоотборник, изготовленный из тонкостенного кварцевого стекла. Технологическая проба массой 65 г имеет форму шара, в термическом центре которого расположен спай термопары. Пробоотборник погружают в жидкий чугун, выдерживают в течение 5-6 с после заполнения его чугуном для установления температурного равновесия, затем извлекают пробоотборник на воздух.
Из всей снимаемой термограммы компьютер выбирает для анализа только участок ветви охлаждения, в котором зафиксирован процесс кристаллизации. Пробоотборник такой конструкции, в отличие от пробниц, изготовленных из стержневой смеси, одновременно фиксирует температуру жидкого металла в ковше.
Структура чугуна в пробоотборнике не всегда соответствует структуре металла в отливках вследствие различия условий охлаждения. При контроле качества чугуна оптимальными являются те значения параметров процесса структурообразования пробы, которые обеспечивают стабильное получение заданной структуры металла в отливках. Поэтому в каждом конкретном случае, в зависимости от номенклатуры отливок корректируются оптимальные значения параметров процесса структурообразования сплавов. С целью прогнозирования структуры металла в отливках проводят эксперименты по установлению закона изменения значений параметров кристаллизации чугуна в зависимости от скорости охлаждения. Заключение о качестве чугуна получают сопоставлением значений параметров процесса кристаллизации анализируемого металла со значениями параметров оптимального процесса кристаллизации. Система контроля качества обеспечивает полностью автоматизированный процесс анализа и используется в литейных цехах промышленного объединения «ЗИЛ» .
На основании статистической обработки экспериментальных данных в [45] получены уравнение для определения переохлаждения А Г чугуна относительно равновесной TL в зависимости от углеродного эквивалента - СЕ и скорости охлаждения при 900 С - Vgoo Корреляционный анализ результатов экспериментов позволил определить тесноту связи между параметрами первичной кристаллизации и эвтек-тоидного превращения. Установлено, что условия первичной кристаллизации предопределяют вторичные структурные превращения в случае, если не происходило искусственного изменения условий теплоотвода в отливке, что позволяет ограничиваться записью термограмм до 800 С.
На основании экспериментальных данных построена обобщенная номограмма для расчета структуры и механических свойств серого чугуна с учетом его химического состава и скорости охлаждения отливки [45].
Используя для исследований пробник, обеспечивающий постоянство условий охлаждения в нем расплава, можно рассчитывать с определенной погрешностью ряд теплофизических констант чугуна (теплоемкость, скрытую теплоту кристаллизации) [72] .
На рисунке 10 изображены различные виды пробников используемых для ТА. Промышленная установка для ТА разработана в Польше в 1989 г., получившая название "CRYSTALDIGRAPH" [15, 75 - 78]. Данная установка позволяет снимать термическую кривую охлаждения (ТКО) в пробнике специальной конструкции (рисунок 10, в).
Методика проведения температурных измерений на крупногабаритных чугунных валках
Методика измерения температурных полей была следующей. Для измерения температуры металла в форме применялись хромель-алюмелевые и вольфрам-рениевые термопары: две термопары в кварцевой соломке длиной 195 мм и пять термопар в металлической оболочке длиной 1000 мм, которые подключались к измерительному модулю. После каждого эксперимента термопара обрезалась со стороны отливки, и концы проволоки снова запаивались.
Термопара первого типа, представляющая собой проволоку толщиной около 0,8 мм, изолировалась кварцевой соломкой двух типов: первая длиной 10 см с одним отверстием, вторая длиной 1 см с двумя отверстиями (она служила объединителем, чтобы проволоки располагались компактно, и вся термопара имела вид одного провода). Термопара работала по принципу открытого спая, т.е. концы проволоки скручивались между собой на длину 7 мм. С другого конца термопары необходимо предусмотреть выступ проволоки из кварцевой соломки на длину не менее 7 мм. Это необходимо для надежного подключения термопары к измерительному модулю. Две термопары такого типа были установлены на поверхности кокиля и закреплялись бандажом. Термопара второго типа представляет собой наполненную изолирующим материалом гибкую металлическую трубку диаметром 5 мм с двумя отверстиями, внутри которых протянуты хромелевая и алюмелевая проволоки. Такой провод предназначен для использования в качестве компенсационного, но может успешно применяться и в качестве термопар. Прочная компактная конструкция провода позволяет легко установить его в нужном месте и формовать опоку, не опасаясь разрушения термопары.
Термопара работала по принципу закрытого спая, т.е. концы проволоки спаивались между собой и изолировались кварцевым колпачком. С другого конца термопары необходимо предусмотреть выступ проволоки из оболочки на длину не менее 7 мм. Это необходимо для надежного подключения термопары к измерительному модулю [142].
Конструкция термопары обеспечивает малую инерцию измерительного комплекта. Перед установкой термопары в форму необходимо подсоединить термопару к измерительному модулю, прогреть горячий спай для проверки замкнутости и полярности термоэлектрической цепи.
Измерительный модуль был размещен на смотровой галерее вальцели-тейного участка. Схема сборки показана на рисунке 11. Концы термопар подключались к измерительному модулю через компенсационные провода длиной 10 метров. Свободные концы проводов опускались вниз на сбороч Подключение компенсационных проводов к термопарам, заформован ным в нижней опоке, осуществлялось непосредственно на дне кессона. Подключение термопар, установленных на поверхности бочки и в верхней опоке, осуществлялось на плацу вследствие большой высоты формы. После подключения компенсационных проводов форма собиралась и пригружалась грузом.
После подключения термопар включались аппаратные средства установки, запускалось программное обеспечение, устанавливался режим измерения. Затем в форму непрерывно заливался металл и начинался процесс из мерения с фиксированием всех результатов. Заливка металла осуществляется сверху через прибыльную часть. Литниковый ход и питатели отсутствуют.
Заливка производилась из 30-ти тонного стопорного ковша через стакан диаметром 60 мм. Металл сливался в ковш из двух 10-ти тонных дуговых печей. Количество жидкого металла в ковше составило 19120 кг (10430 + 8690), после заливки в ковше осталось 300 кг. Температура металла перед заливкой измерялась термопарой, подключенной к стационарному заводскому потенциометру, и составила 1340С. Время, прошедшее от момента измерения до заливки - 2 минуты 40 секунд. Время заливки - 4 минуты 30 секунд. Валок был выбит при температуре tBbl6=150-170 С.
Параметры измерений следующие: . Имя файла — для каждого канала автоматически генерировалось новое имя файла, состоящее из номера канала и времени запуска программы измерения;
Дата проведения эксперимента - соответствовала реальной дате; Диапазон ввода - ± 500 мВ; Количество замеров - заранее было не известно; Интервал между замерами - изменялся в зависимости от температуры на данном канале (при температуре выше 1000 С интервал был 0.01 секунды, при температуре меньше 1000 С интервал равнялся 5 секундам); . Время начала эксперимента - соответствовало реальному времени. Продолжительность эксперимента - 64800 сек (18 часов).
Определение времени и коэффициента затвердевания отливок в песчано-глинистой форме
Из представленных результатов видно, что при одинаковых приведенных размерах плита обладает большим временем затвердевания, чем цилиндр, а цилиндр - большим временем затвердевания, чем шар.
На начальном этапе характер движения границы затвердевания для всех трех тел одинаков. На конечной стадии наблюдается резкое ускорение процесса затвердевания для цилиндрической отливки, и еще большее ускорение процесса для шара. Для стенки ускорение процесса при s— R отсутствует.
Характер изменения коэффициента затвердевания для трех основных тел носит различных характер. В начальный момент коэффициент затвердевания резко нарастает для всех типов конфигурации отливок. В дальнейшем для плиты он устанавливается практически постоянным с незначительным увеличением (от 0,000330 до 0,000333 м/с 5). Для цилиндра коэффициент затвердевания до момента кристаллизации XI3R незначительно увеличивается (от 0,000310 до 0,000333 м/с0 5). На конечном этапе (г—»ги) коэффициент затвердевания резко возрастает. Для шаровой отливки изменение коэффициента затвердевания в зависимости от приведенной толщины нарастающей корочки имеет аналогичный характер, только коэффициент имеет большее значение. В течение последнего момента затвердевания значение коэффициента резко увеличивается.
Разработанная математическая модель содержит теплофизические параметры материала формы и отливки, значения которых являются функциями температуры, и их точные значения зачастую неизвестны или приводятся в справочниках в виде диапазона значений. Для оценки влияния теплоемкости, теплопроводности и плотности материалов отливки и формы, удельной теплоты кристаллизации на результат расчета по предлагаемой модели была произведена серия расчетов.
Увеличение теплоемкости и плотности металла приводит к увеличению времени полного затвердевания отливки и снижению коэффициента затвердевания; увеличение плотности, теплоемкости и теплопроводности формовочной смеси уменьшает время затвердевания и увеличивает коэффициент затвердевания отливки, что соответствует данным других авторов [3]. Изменение коэффициента теплопроводности металла приводит к незначительному изменению времени затвердевания (менее 5 секунд), так как при литье в песчаную форму определяющую роль играет коэффициент теплопроводности формовочной смеси.
На рисунках 28 - 29 представлены зависимости времени полного затвердевания и коэффициента затвердевания для цилиндрической отливки из алюминиевого сплава с приведенным размером 7,5 мм от коэффициента аккумуляции тепла формы.
Коэффициент теплоаккумуляции формы меняли в пределах от 900 Втс 5/(м2К) (асбест многослойный [3]) до 14000 Вт с 5/(м2К) (чугунный кокиль [5]). Характер кривой, представленной на рисунке 28, аналогичен экспериментальной кривой, полученной в [3]. При увеличении коэффициента тепловой аккумуляции формы от 900 до 1100 Вт с 5/(м2К) время затвердевания уменьшается на 100 с, а скорость затвердевания увеличивается. Таким образом, меняя состав и свойства формовочной смеси, можно изменять время Зависимость коэффициента затвердевания отливки из алюминиевого сплава от коэффициента тепловой аккумуляции формы На рисунках 30 - 31 представлены зависимости времени и коэффициента затвердевания для цилиндрической отливки с приведенным размером 7,5 мм, затвердевающей в песчано-глинистой форме с Ьф=950 Вт с /(м К), от коэффициента тепловой аккумуляции металла, рассчитанные по разработанной математической модели. Теплофизические характеристики сплавов, используемые для расчета, представлены в таблице 14. Из рисунков 30, 31 можно сделать вывод, что четкой зависимости между временем, коэффициентом затвердевания и коэффициентом аккумуляции тепла нет, но заметна тенденция к увеличению времени затвердевания и, следовательно, уменьшению коэффициента затвердевания при увеличении коэффициента Ьм.
Для определения степени влияния теплоты кристаллизации металла, выделяющейся при затвердевании отливок, на время и скорость процесса была проведена серия расчетов по разработанной математической модели, при этом значения теплоты кристаллизации меняли в определенных пределах, в соответствии с разбросом литературных данных [5, 46]: для алюминия - от 370 до 410 кДж/кг; для доэвтектического силумина - от 170 до 370 кДж/кг; для меди - от 190 до 230 кДж/кг; для серого чугуна - от 180 до 220 кДж/кг; для углеродистой стали - от 220 до 280 кДж/кг. Другие данные для расчета взяты из таблицы 14. Результаты расчетов представлены на рисунках 32, 33. Таким образом, можно сделать вывод, что время затвердевания увеличивается при увеличении теплоты кристаллизации сплава.
Результаты определения времени и коэффициента затвердевания отливок в песчано-глинистой форме
В настоящее время пульсирующий характер кристаллизации признается многими исследователями [161 - 163]. Применяя методику термического анализа [142], установлен экспериментально периодический закон перекристаллизации и эвтектоидного превращения [164]. Эти эксперименты явно показывают, что тепловые флуктуации возникают на фронте фазового перехода первого рода и обусловлены его пульсирующим характером протекания.
Эксперименты по идентификации периодичности кристаллизации, проведенные на валках, показали, что на фронте кристаллизации наблюдаются значительные тепловые флуктуации величиной 20 - 30 С.
При анализе температурных кривых были изучены факторы, определяющие точность результатов опытов. С одной стороны, на величину ошибки опыта, прежде всего, влияет чувствительность применяемого потенциометра, которая зависит от тепловой инерции термопары и ее оснастки и инерции непосредственно измерительного прибора. Инерция измерительного потенциометра значительно ниже, чем инерция термопары, которая в свою очередь зависит от скорости нагрева или охлаждения исследуемого расплава. С другой стороны, зафиксированные пульсации температуры могут быть связаны с аппаратными ошибками измерений. Анализ последнего варианта ошибок показал, что они находились в допустимых пределах методической погрешности измерительных приборов. Так как эксперименты проводились на валках массой более 20 т, имеющих максимальную скорость охлаждения около 0,04 С/сек, то можно сделать вывод, что полученные пульсации температуры непосредственно связаны с тепловыми процессами в исследуемом валке.
Размах тепловых флуктуации минимален на нижних горизонтах валка и постепенно увеличивается при переходе к верхним горизонтам. В верхних слоях валка максимальное значение величины тепловых флуктуации.
На рисунке 65 приведены результаты измерения температуры в нижней и верхней шейках валка. В обоих случаях наблюдается увеличение величины тепловых флуктуации в момент затвердевания чугуна и снижение их величины до и после фазовых превращений в расплаве. Размах тепловых флуктуации минимален на нижних горизонтах валка и постепенно увеличивается при переходе к верхним горизонтам. На рисунке 66 приведены результаты тепловых флуктуации в момент эвтектического превращения в чугуне. В верхних слоях наблюдается переохлаждение при эвтектическом превращении чугуна на ATL= 8-10 С, для нижних слоев валка эта величина составила A TL = 5-7 С. Полученные экспериментальные данные не имеют четкой гармониче ской составляющей, поэтому частота тепловых флуктуации может быть определена только усредненно. Значение частоты тепловых флуктуации (/), рассчитанное по данным экспериментов, в нижнем слое валка составило /=0,011-0,014 Гц, в бочке валка -/=0,008-0,009 Гц, в верхней шейке валка -/=0,006-0,007 Гц. Изменение частоты тепловых флуктуации в данном типоразмере валка по его высоте {И) может быть описано следующим приближенным выражением: Частота тепловых флуктуации по сечению валка меняется нелинейно. В нижних слоях валка с увеличением горизонта до высоты в 1,4 м от нижней части шейки в форме наблюдается резкое ее понижение. Далее частота тепловых флуктуации снижается практически линейно. Для расчета изменения максимальной величины флуктуации по высоте валка нами получено следующее выражение: Изменение величины тепловых флуктуации по сечению валка носит нелинейный характер. В нижних слоях валка наблюдается медленное нарастание величины тепловых флуктуации с последующим резким увеличением в верхних слоях валка. При проведении экспериментов зафиксированы температурные флуктуации при эвтектоидном превращении в чугуне, представленные на рисунке 68. Их величина составила 2 - 3 С. На температурных кривых при приближении к температуре эвтектоидного превращения наблюдаются небольшие площадки. Они свидетельствуют о том, что в слоях, находящихся ближе к поверхности охлаждения стенки валка относительно точки установки термопары, протекают структурные превращения в чугуне с выделением тепла.
