Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса 6
1.1. Химический состав, свойства и область применения сложнолегированных латуней 6
1.2. Флюсы, применяемые в производстве сплавов цветных металлов 8
1.2.1. Краткий обзор флюсующих веществ 8
1.2.2. Флюсы для плавки и разливки меди 13
1.3. Использование шлакообразующих смесей при разливке сплавов 17
1.4. Анализ факторов, определяющих условия формирования слитков из меди и ее сплавов в кристаллизаторе 21
1.5. Задачи исследования 36
2. Методики исследований 37
2.1. Оборудование и материалы, использованные в работе 37
2.2. Определение скорости истечения флюсов 38
2.3. Методика обработки статистических данных 38
2.4. Металлографические исследования микроструктуры литых и прессованных заготовок 39
2.5. Исследование качества слитка 40
2.6. Измерение вязкости флюсовых композиций 41
2.7. Определение температурного поля в кристаллизующемся слитке 42
3. Выбор флюсовых композиций для использования в качестве покровного материала в кристаллизаторе при полунепрерывном литье сложнолегированных латуней 44
3.1. Исследование свойств флюсов 44
3.2. Лабораторные исследования поведения флюсов на расплаве сложнолегированных латуней 47
3.3. Исследование поведения флюсов на расплаве сложнолегированных латуней в промышленных условиях 59
3.4. Исследование вязкости флюсов 63
3.5. Выводы по главе 3 '
4. Исследование особенностей затвердевания слитков сложнолегированных латуней, отлитых с применением в качестве покрова в кристаллизаторе октабората натрия 68
4.1. Особенности затвердевания непрерывнолитых слитков 68
4.2. Особенности процессов теплообмена при полунепрерывном литье слитков сложнолегированных латуней 72
4.3. Кинетика нарастания твердой корочки слитков сложнолегированных латуней в процессе полунепрерывного литья при использовании в качестве покрова в кристаллизаторе сажи и октабората натрия 82
4.4. Влияние октабората натрия на структуру и механические свойства латуни ЛМцАЖКС при его использовании в качестве покрова расплава в кристаллизаторе 90
4.5. Выводы по главе 4 97
5. Опытно- промышленное опробование технологии полунепрерывной разливки сложнолегированных латуней с применением в качестве покрова в кристаллизаторе шлакообразующих смесей 99
5.1. Особенности полунепрерывного литья слитков сложнолегированных латуней 99
5.2. Балльная оценка характеристик флюсовых композиций и дефектов в слитках, возникающих по вине флюса 108
5.3. Влияние флюсов на структуру и свойства непрерывнолитых слитков сложнолегированных латуней 115
5.4. Выводы по главе 5 118
Выводы по работе 119
Библиографический список
- Флюсы, применяемые в производстве сплавов цветных металлов
- Методика обработки статистических данных
- Лабораторные исследования поведения флюсов на расплаве сложнолегированных латуней
- Особенности процессов теплообмена при полунепрерывном литье слитков сложнолегированных латуней
Введение к работе
Актуальность темы
Современное развитие техники требует разработки новых высокоэффективных технологий и совершенствование уже имеющихся, обеспечивающих высокое качество продукции и повышение производительности труда. В последнее время остро стоит вопрос о создании экологически чистых технологий в металлургической промышленности и других отраслях производства. Решение этих задач в литейном производстве вызывает необходимость в разработке технологий плавки и литья сплавов, способствующих получению слитков с заданными структурой и свойствами, а также обладающих высокой степенью химической и физической однородности. Все это приводит к повышению качества, долговечности и надежности изделий, снижению металлоемкости машин и агрегатов. Производство слитков из сплавов меди, в частности, сложнолегированных латуней, связано со снижением выхода годного из-за брака слитков по сажевым засорам и горячим трещинам. Кроме того, выделяемые сажей канцерогенные вещества вредны для здоровья, создается неблагоприятная экологическая обстановка на рабочих местах в литейном цехе, усложняется эксплуатация электрооборудования. В связи с этим, разработка составов покровных флюсов, изучение их свойств, исследование особенностей затвердевания слитков, формирование структуры и свойств сложнолегированных латуней с использованием в качестве покрова расплава в кристаллизаторе флюсов взамен сажи является важнейшей задачей в совершенствовании технологии полунепрерывного литья этих сплавов.
Цель работы.
Исследование особенностей полунепрерывного литья
сложнолегированных латуней с использованием в качестве покровного материала в кристаллизаторе шлакообразующей смеси с целью получения заготовки с качественной поверхностью, без внутренних и поверхностных трещин, повышения производительности литейных установок и улучшения санитарно- гигиенических условий труда в цеха.
Основное внимание было уделено решению следующих задач: изучению возможности применения флюсов в качестве покровного материала при разливке сложнолегированных латуней полунепрерывным методом; выбору состава и изучению свойств флюсов для защиты расплава от вторичного окисления; исследованию особенностей формирования кристаллической структуры слитков, отлитых под шлако образующим и смесями; разработке технологических режимов полунепрерывного литья слитков из сложнолегированных латуней с применением в качестве покровного материала шлакообразующих смесей.
Научная новизна.
Разработаны критерии оценки технологичности флюсовых композиций для полунепрерывной разливки слитков из медных сплавов, содержащих легкоокисляемые компоненты.
Обоснованы требования к компонентному составу флюсовых композиций в зависимости от химического состава сложнолегированных латуней.
Установлены закономерности формирования твердой корочки в слитках сложнолегированных латуней ЛМцСКА 58-2-2-1-1 и ЛМцАЖКС 70-7-5-2-2-1 при использовании в качестве покрова в кристаллизаторе шлакообразующих смесей.
Установлены зависимости размера и морфологии интерметалл идо в от скорости затвердевания сплава ЛМцАЖКС 70-7-5-2-2-1.
Практическая значимость.
Предложены составы флюсовых композиций для защиты расплава в кристаллизаторе при полунепрерывном литье сложнолегированных латуней.
Использование шлакообразующих смесей при полунепрерывном литье латуней позволяет увеличить скорость литья и производительность литейных агрегатов.
Интенсификация процесса затвердевания при использовании шлакообразующих смесей способствует получению требуемой структуры сложнолегированных латуней и снижению брака по неметаллическим включениям.
Разработан и внедрен технологический регламент полунепрерывного литья слитков сложнолегированных латуней с применением в качестве покровного материала шлакообразующих смесей.
Флюсы, применяемые в производстве сплавов цветных металлов
Опыт отечественных и зарубежных металлургических предприятий показывает, что наиболее технологически эффективным способом улучшения качества обычных и непрерывнолитых слитков является разливка стали под слоем шлака- Жидкий шлак, образующийся от плавления шлакообразующих смесей на поверхности расплава в изложнице или кристаллизаторе, как правило, выполняет функции защитного и рафинирующего покрытия, а также охлаждающей среды. В отдельных случаях шлак может расплавляться в специальной электропечи и заливаться в изложницу. В работах [89, 104] показано, что надежная защита зеркала металла в кристаллизаторе от вторичного окисления и формирование вокруг слитка шлакового гарнисажа благоприятно влияют на термически напряженное состояние оболочки слитка. Наличие шлаковой рубашки значительно снижает теплоотвод от стали к кристаллизатору в зоне мениска и увеличивает отвод тепла и скорость затвердевания металла в зоне образования газового зазора [105]. Выравнивание скорости затвердевания по высоте кристаллизатора сопровождается снижением термических и усадочных напряжений в корочке [90]. Существенно увеличивается суммарный теплоотвод от слитка в кристаллизаторе, что выражается в утолщении твердой корочки на выходе из кристаллизатора, уменьшении глубины жидкой фазы и обуславливает возможность повышения скорости разливки стали при сохранении высокого качества поверхности слитка [106]. Исследования A.M. Мадянова, Р.В. Чуднера и др. [106-108] показали, что разливка стали под шлаками позволяет получать слитки более однородные по свойствам, т.к. снижение температурного перепада по сечению слитка уменьшает вероятность образования трещин и развития ликвационных процессов. Использование шлака в качестве жидкой охлаждающей среды приводит к снижению температуры стали при разливке и вызывает образование большого количества центров кристаллизации, что обуславливает получение мелкозернистой структуры в слитке.
В работе [109] приведены составы покровных материалов на основе оксидов кальция, натрия, калия, кремния, бора, титана, алюминия и фтористого натрия. Эти составы имеют низкую температуру размягчения 500,,.560 С и плавления 710...790 С. Разливка высоколегированных сталей под легкоплавким флюсом приводит к улучшению качества слитков и увеличению выхода годного металла на 5...8 %. Использование вышеуказанных составов флюсов требует предварительного оплавления и измельчения. Кроме того, при использовании фтористых солей ухудшаются условия работы для обслуживающего персонала в результате выделения токсичных фтористых соединений. При разливке углеродистых и низколегированных сталей наиболее широкое применение нашли смеси каменноугольной золы, перлита, вермикулита совместно с 20..-40 % графита или глины и 23.. .25 % графита. Перлит и вермикулит при высоких температурах претерпевают существенные изменения, объем их уменьшается почти в 5 раз, и, следовательно, теплоизоляционные свойства ухудшаются. Глины отличаются повышенной вязкостью, что делает целесообразным ввод в состав смесей на их основе разжижающих добавок.
Авторы работы [ПО] предложили в качестве разжижающей добавки применять борсодержащий минерал датолит, в состав которого входит 35...40 % СаО, 35.»40 % Si02, 12...22 % В203 и остальное FeO, MnO, MgO, AI2O3. Датолит имеет температуру плавления 950.., 1000 С, интервал плавления 10...15 С, повышает жидкотекучесть шлака, уменьшает его вязкость, хорошо ассимилирует всплывающие неметаллические включения. Кроме того, из оксидов бора восстанавливается бор и выполняет роль модификатора.
В ходе экспериментальной работы проверялась возможность использования в качестве охлаждающей среды ВаСІ2, NaCI, Na2SC 4 в смеси с металлическими порошками [106]. Все слитки, отлитые с применением этих соединений, имели плохую поверхность и газовую пористость. Что, очевидно, можно объяснить тем, что при испарении и разложении этих соединений происходит сильное захолаживание металла, вязкость последнего возрастает, газы остаются в отливке и нижняя часть слитка имеет плохую поверхность.
Противоположные результаты получены при заливке через шлакообразующую смесь, содержащую 27 % ЫагО, 25 % В20з и 48 % SiC}?.
Качество поверхности слитков было хорошим, раковина сосредоточена в верхней части и незначительная по объему. В этом случае охлаждающую среду расплавляли в нагревательной печи, после чего выливали в изложницу, которую заполняли металлом. При этом появилось очень сильное конвективное движение среды, из чего можно сделать вывод, что в процессе охлаждения участвует вся масса среды.
Методика обработки статистических данных
Свойства флюсов определяли после сплавления соответствующих компонентов. Масса навески флюса составляла 100 г. Флюс засыпался в графитовый тигель и помещался в электрическую печь марки СШОЛ. Температура в печи контролировалась платина-ллатинородиевой термопарой. Сравнительные характеристики температуры плавления и вязкости флюсов изучались при нагреве с 700 до 1000 С, В качестве сравнительной характеристики вязкости флюсов принята скорость истечения флюса через отверстие диаметром 6 мм при температуре 1000 С. При достижении температуры в печи 1000 С из графитового тигля флюс сливался в медный тигель с отверстием, установленный в приемный графитовый стакан с конусной внутренней поверхностью. Медный тигель с отверстием не подогревался. При охлаждении флюс намораживался на внутренних стенках тигля в виде стаканчика. Медный тигель с отверстием имел хромированную внутреннюю поверхность. По массе протекшего флюса и времени протекания через отверстие определялась скорость истечения флюса. Поведение флюса при нагреве в интервале 700 - 1000 С оценивалось визуально.
В лабораторной индукционной тигельной печи (с!тигля=50 мм, Нтиглй=100 мм) расплавлялась навеска латуни массой 600 г. На поверхности расплава небольшими порциями (10-15г) наводился флюс различных составов- Оценка поведения флюса на поверхности расплава осуществлялась визуально.
Применялись методы корреляционного и регрессионного анализа. Изучались зависимости вида у = у (х), где х - аргумент, прежде всего параметр структуры или химического состава; у - контролируемое свойство. На основании выборки рассчитывались значения эмпирических коэффициентов корреляции п ( / -х)-(у, -у) где Xj - і - й параметр структуры или химического состава; х - среднее значение параметра; УІ — Xj - е значение контролируемого свойства; у - среднее значение по выборке контролируемого свойства; п - объем выборки. Зависимость у (х) считалась статистически значимой, если выполняется условие \г г \ ух \ — а ,л - 2 где а = 0,05 - уровень значимости; п-2 - число степеней свободы; гап_2 - критическое (табличное) значение коэффициента корреляции [58]. Для построения зависимостей использовалась программа Excel 7.0, используемая на ЭВМ, совместимых с IBM. В основном ограничивались построением линейных уравнений регрессии вида у = а-\-Ь-х9 где a, b - эмпирические коэффициенты. Кроме того, для всех экспериментальных зависимостей строились доверительные интервалы. В качестве этих интервалов принимали среднеквадратичное отклонение y = y±syi где Sy = к - у , к - коэффициент вариации, найденный по всей выборке. Доверительный интервал указан без дополнительных разьяснений на всех последующих рисунках, На основании нескольких измерений рассчитывались: 1 " среднее значение у = / У І \ среднеквадратичное отклонение ьу л-1 w где і = 1, 2,... , п - порядковый номер замера случайной величины у.
Знание обеих рассчитанных таким образом величин позволяет судить не только о среднем уровне контролируемого параметра (механических свойств или структурио-фазового состава), но и о его разбросе под влиянием случайных факторов.
В практике металлографических исследований большое значение уделяется качеству шлифов- Основное требование к шлифам - это наличие четкой, неискаженной структуры. Поверхность шлифа должна быть строго плоскопараллельной. Основным требованием к качеству металлографических шлифов является минимальная рельефность поверхности. Чем рельефнее поверхность шлифа, тем ниже точность определения параметров структуры.
Микрорельеф получается в процессе полировки, что обусловлено различной твердостью структурных составляющих. Минимальный рельеф требуется при определении размеров и числа микрочастиц дисперсной фазы, а также их объемной доли. Шлифы готовились с использованием шлифовально-полировального станка. Для получения хорошего результата продолжительность полировки сводилась к минимуму за счет тщательной предварительной подготовки поверхности шлифа путем шлифовки на абразивной бумаге, которая последовательно заменялась с грубой на более мелкую. Полирование осуществлялось на войлочном круге с применением оксида хрома (Сг Оз).
Для выявления микроструктуры образцы подвергались травлению реактивом: 2 г. К2Сг07+8 г, H2S04+4 мл, NaCl (насыщенный раствор)+ 100 мл- Н20, Травление проводилось путем нанесения раствора на поверхность шлифа. Время травления составляло 4...5 с. Затем образец промывался водой и высушивался в потоке теплого воздуха.
После подготовки шлифов выполнялись качественный и количественный металлографические анализы. При этом применялись световые микроскопы МИМ-8 и МИМ-10. Для определения объемной доли той или иной фазы использовался точечный метод. Измерения проводились при помощи квадратносетчатого окуляра по пятидесяти полям зрения [61]-Расчеты выполнялись по формуле: = — 100, лг где К- содержание определяемой фазы, об. %; п - количество частиц определяемой структурной составляющей, попавших в перекрестие сетки окуляра; N - общее количество перекрестий сетки.
Лабораторные исследования поведения флюсов на расплаве сложнолегированных латуней
Анализ литературных данных показал, что имеется широкий спектр составов флюсов различного назначения. Выбраны для дальнейшего изучения флюсы, которые наиболее полно отвечают предъявленным к ним требованиям.
Известно, что выбирать состав флюса следует индивидуально для каждого сплава или группы сплавов. Флюс должен отвечать следующим основным требованиям: иметь температуру плавления более низкую, чем металл; плотность флюса должна быть такой, чтобы обеспечить легкое отделение его от металла; иметь оптимальную вязкость и низкое межфазное натяжение на границе с металлом; быть химически нейтральным по отношению к металлу, иметь коэффициент термического расширения в твердом состоянии существенно отличающийся от аналогичной характеристики разливаемого сплава.
С экономической точки зрения флюс должен состоять из недефицитных компонентов, иметь невысокую стоимость и отвечать санитарно-гигиеническим нормам.
В технической литературе [1-3, 31, 79, 82, 86] приведен большой спектр флюсов различных составов, используемых при плавке и литье сплавов на основе меди- Имеются данные об опробовании некоторых флюсов в промышленных условиях и приводятся результаты наблюдений за поведением флюса на зеркале металла, стойкостью футеровки печи, потерями металла со шлаком, рафинирующей способностью флюсов. Однако имеется очень мало сведений о свойствах флюсов таких, как температура плавления, вязкость, кроющая способность и т. п. Поэтому сравнивать флюсы различных составов между собой довольно сложно.
В работе [1] авторами были изучены сравнительные характеристики температуры плавления, вязкости и кроющей способности покровных флюсов некоторых составов, применяемых для плавки латуней марок Л63, Л68, Л70. Использованная в работе [1] методика проведения эксперимента взята за основу при исследовании сравнительных характеристик широкого спектра составов флюсов, представленных в табл. 5-7,
Поведение флюса при нагреве в интервале 700 — 1000 С оценивалось визуально. Анализ полученных результатов позволил разделить все исследованные составы флюсов на 3 группы (табл. 5-7). Представляют интерес флюсы, имеющие температуру плавления на 200-300С ниже температуры разливаемого сплава. Флюсы, расплавившиеся в интервале температур 750-1000С, представлены в табл.5. Исходя из температур плавления большинство флюсов (кроме № 36, 18) может быть использовано при плавке и литье сложнолегированных латуней, а также других медных сплавов. Однако состав сложнолегированных латуней, особенности плавки и литья оказывают существенное влияние на выбор состава флюса- Легирующие элементы, входящие в состав сложнолегированных латуней в значительных количествах, вероятно, будут взаимодействовать с компонентами флюса, изменяя его рабочие свойства. Флюс, в котором произошли превращения, перестает защищать расплав от окисления и не обеспечивает получение литой заготовки с качественной поверхностью.
Значение скорости истечения напрямую не связано с температурой плавления флюса. В зависимости от состава флюса значительно меняется скорость его истечения от 2 до 54 г/с. Флюсы, имеющие высокую скорость истечения (№ 3-36 г/с и № 32 - 54 г/с), могут оказаться слишком жидкоподвижными и будут размываться потоками металла как при плавке сплава в печи, так и при его разливке в кристаллизаторе.
Наиболее полно требованиям, предъявляемых к свойствам флюсов, отвечают флюсы № 23, 23а, 30, 31, 9, 23в, 23г, 23дэ 14, 24, 32, 34, 33. Поэтому целесообразно опробование этих составов флюсов на промышленной установке полунепрерывного литья заготовок.
Для сравнения поведения на металле могут быть также опробованы некоторые составы флюсов, представленные в табл.6- Однако вероятно налипание флюса на инструмент, футеровку печи и повышенные потери металла со шлаком в результате запутывания корольков в шлаке.
Составы флюсов, приведенные в табл.7, испытывать в промышленных условиях нецелесообразно ввиду несоответствия требованиям, предъявляемым к свойствам флюсов,
В результате экспериментов установлено, что состав флюса, применяемого для защиты расплава в печи и в кристаллизаторе для сложнолегированных латуней различных марок, не может быть универсальным,
Лабораторные исследования поведения флюсов проводились на расплаве таких сложнолегированных латуней как ЛМцАЖКС 70-7-5-2-2-1 (далее ЛМцАЖКС), ЛМцСКА 58-2-2-1-1 (далее ЛМцСКА), ЛМцКНС 58-3-1,5-1,5-1 (далее ЛМцКНС), ЛМц 58-2 (далее ЛМц), ЛМцА 58-2-1 (далее ЛМцА), ЛМцАЖН 59-3,5-2,5-0,5-0,4 (далее ЛМцАЖН), ЛМцАЖНК 60-3-2-0,3-0,3-0,3-0,3 (далее ЛМцАЖНК), ЛАНКМц 75-2-2,5-0,5-0,5 (далее ЛАНКМц). В лабораторной индукционной тигельной печи (с1тигля=50 мм, Нтигяя-100 мм) расплавлялась навеска латуни массой 600 г. На поверхности расплава небольшими порциями (10-15г) наводился флюс различных составов. Оценка поведения флюса на поверхности расплава осуществлялась
Анализ результатов лабораторных исследований (табл.8) показал, что поведение флюсов на поверхности расплавов сложнолегированных латуней различное. Рассматривая влияние отдельных составляющих флюсовых композиций на поведение флюса можно заключить, что присутствие в составе флюса значительных количеств (30 - 60 %) Na2C03 обеспечивает образование жидкой пленки, равномерно закрывающей поверхность расплава. Добавки NaCl (20 - 30 %) способствуют быстрому расплавлению флюсовой композиции, С увеличением содержания Si02 с 10 до 30 % в составе флюса в присутствии Na20 и В20з наблюдается увеличение времени плавления флюса и образование вязкой пленки полностью покрывающей расплав. Однако при опробовании флюсов па сплаве ЛМцАЖКС установлено, что со временем образуется шлак на поверхности расплава. Добавка NasAlFsB количестве 30 - 50 % способствует быстрому плавлению флюса с образованием в основном жидкой пленки, покрывающей поверхность расплава. При наведении флюсов на расплав латуней, содержащих значительные количества алюминия (ЛМцАЖКС, ЛМцАЖН), наблюдается заметное шлакообразование под пленкой флюса. Присутствующий в составе флюсовых композиций CaF2, являясь плавнем, способствует разжижению флюсов. Входящие в состав бура, октаборат натрия и оксиды натрия и бора обеспечивают быстрое плавление флюса и формирование жидкой пленки. Выделены составы, характеризующиеся малым временем расплавления, образованием жидкой пленки, быстро восстанавливающей свою целостность при нарушении сплошности и обладающей высокой кроющей способностью.
Особенности процессов теплообмена при полунепрерывном литье слитков сложнолегированных латуней
Протяженность второй зоны при отливке медных сплавов под сажей составляет 0,04 м, а при использовании шлакообразующих смесей в качестве покрова - 0,2 м [89-92], Согласно полученным данным о кинетике нарастания твердой корочки слитка диаметром 215 мм сплава ЛМцАЖКС в процессе полунепрерывной разливки с использованием в качестве покрова в кристаллизаторе сажи и октабората натрия (рис. 18) установлено, что средняя толщина корочки слитка во второй зоне при разливке под сажей 5ко составляет 0,035 м, при использовании октабората натрия 5. увеличивается пор 0/ с 0,022 до 0,056 м. Средняя температура воды tcpB составляет 27,1 С.
На основании проведенного расчета установлено, что при разливке сплава ЛМцАЖКС под сажей коэффициент теплоотдачи во второй зоне составляет 250,4 Вт/(м -К), при использовании октабората натрия коэффициент а во второй зоне снижается с 334,6 Вт/(м К) до 59,6 Вт/(м -К), Это объясняется тем, что при увеличении толщины твердой корочки слитка возрастает ее термическое сопротивление.
В зоне образования газового зазора (зона 3) коэффициент теплоотдачи определяется по уравнению [99]: аы = я—Л л я Г К Avip Каэ. К и а где S3tBm и ХШ1 -толщина и теплопроводность газового зазора.
В расчетах сделано допущение, что величина зазора линейно меняется по высоте кристаллизатора, а твердая корочка не образуется в зоне снятия перегрева сплава, для которой характерен плотный контакт металла со стенкой кристаллизатора (зона 1).
Принимаем, что зазор между стенкой кристаллизатора и корочкой слитка с момента его образования в третьей зоне увеличивается до 0,0015 м. Толщина корочки при отливке под сажей увеличивается с 0,037 до 0,06 м, при разливке под октаборатом натрия - с 0,052 до 0,07 м. Средняя температура воды tcp.B составляет 34,5 С,
Установлено, что коэффициент теплоотдачи при отливке сплава ЛМцАЖКС под сажей в третьей зоне, протяженность которой составляет 0,245 м [89-92], снижается с 250,4 до 15,7 Вт/(м2-К). При разливке под октаборатом натрия коэффициент а изменяется с 59,6 до 38,5 Вт/(м -К). Протяженность зоны 3 в этом случае принимается 0,1 м [89-92]- Такой характер изменения коэффициента теплоотдачи в третьей зоне объясняется образованием газо-воздушного зазора между корочкой слитка и стенкой кристаллизатора. Как уже отмечалось выше, величина зазора линейно увеличивается по высоте кристаллизатора, соответственно возрастает термическое сопротивление зазора.
Уравнение (4) не учитывает излучение при передаче теплоты с поверхности слитка к кристаллизатору. Это допущение для третьей зоны действительно» если зазор 5 между слитком и кристаллизатором составляет 0,2 мм [92].
Коэффициент теплоотдачи, который включает влияние излучения, находится из следующего выражения [92]: th- JKt+C Т 4iooJ иоо где Тп - температура поверхности слитка, К; Г„, - температура внутренней стенки кристаллизатора, К; С - коэффициент излучения абсолютно черного тела, кДж/(м2 ч-К). Расчеты коэффициента теплопередачи, учитывающего влияние излучения при разливке слитков сплава ЛМцАЖКС, показали, что отвод тепла излучением незначителен, поэтому в расчетах суммарного коэффициента теплоотдачи в зоне 3 этой составляющей тсплоотвода можно пренебречь.
Изменение коэффициента теплоотдачи по высоте кристаллизатора при разливке слитков диаметром 215 мм из сплава ЛМцАЖКС с использованием сажи и октабората натрия
Из рис. 11 видно, что коэффициент теплоотдачи а в зоне плотного контакта металла со стенкой кристаллизатора (зона 1) достигает максимальных значений, В дальнейшем коэффициент а снижается, причем при отливке под сажей его величина значительно ниже, чем при отливке под октаборатом натрия. Это объясняется тем, что при использовании в качестве покровного материала сажи зазор между слитком и стенкой кристаллизатора заполнен воздухом, имеющим низкий коэффициент теплопроводности (0,024 Вт/(мК))- При использовании шлакообразующих смесей зазор заполняется расплавленным флюсом, коэффициент теплопроводности которого значительно превышает коэффициент теплопроводности сажи и составляет 2,2 Вт/(м-К). Таким образом установлено, что при заполнении зазора жидким флюсом коэффициент а меняет свое значение с 350 до 38 Вт/(м2 К). Среднее значение коэффициента а при разливке под сажей примерно на 70 % меньше, чем при разливке под шлако образующим и смесями.
Известно [62], что в процессе непрерывного литья в поперечном сечении слитка возникают термические напряжения. Высокие термические напряжения приводят к образованию такого вида дефектов в слитке, как внутренние горячие трещины, которые являются неустранимым видом брака. Появление напряжений связано с неравномерностью охлаждения различных частей отливки [115]. Поэтому для принятия эффективных мер борьбы с термическими напряжениями необходимо знать температурное поле непрерывно литого слитка. Известно, что кремнемарганцевые латуни, в частности, латунь ЛМцАЖКС, обладают высокой склонностью к образованию трещин. Одной из причин этого является низкая теплопроводность сплава, В технической литературе встречается довольно много способов борьбы с термическими напряжениями в непрерывнолитых слитках. В работе [62] для снижения величины термических напряжений предлагается увеличить высоту кристаллизатора, а также снизить интенсивность охлаждения отливки в зоне вторичного охлаждения. Применение шлакообразующих смесей в качестве покрова в кристаллизаторе взамен сажи также может сказаться на снижении величины термических напряжений [106]. В связи с этим для определения температурного поля слитка сложнолегированной латуни были проведены термографические исследования слитка из сплава ЛМцАЖКС путем вмораживания в него трех хромель-алюмелевых термопреобразователей. Методика эксперимента описана во второй главе.
