Пристрій для фізичного моделювання процесів, що відбуваються при відливанні і формуванні безперервнолитої заготовки з металів і сплавів

Пристрій для фізичного моделювання процесів, що відбуваються при відливанні і формуванні безперервнолитої заготовки з металів і сплавів, який включає формотворну ємність з однією або двома прозорими фронтальними стінками, а також двома бічними теплопровідними водоохолодними стінками, і пристосування для розливу з патрубком, який відрізняється тим, що додатково оснащений охолодним блоком, який складається з двох окремих рухливих водоохолодних секцій, розташованих на кожній з бічних стінок формотворної ємності і жорстко з'єднаних з патрубком пристосування для розливу Винахід відноситься до області металурги, зокрема, до техніки металургійного експерименту і може бути використане в проведенні науководослідних робіт, спрямованих на удосконалювання технології і керування безперервним розливом металів і сплавів, а також у практиці навчання студентів-металурпв у вищому і середньому спеціальному навчальному закладах Відома модельна установка [1], що містить плавильні агрегати та металеві ємності для розливу і формотворення Така установка призначена для гарячого фізичного моделювання Недоліком установки є те, те гаряче фізичне моделювання на рідких легкоплавких металах, крім складностей, зв'язаних зі здійсненням дорогого лабораторного експерименту, не дозволяє візуально спостерігати теплофізичні процеси при розливанні і формуванні заготовок Відома схема модельного пристрою [2], у якому формування безперервнолитої заготовки відбувається у формотворній ємності - кристалізаторі, що якийсь час рухається одночасно з заготовкою У пристрої використай принцип пружинного кріплення кристалізатору Недоліками такого пристрою є відсутність можливості візуального спостереження за процесами і те, що переміщення заготовки і пружинне кріплення кристалізатору технічно складно здійсненні і не забезпечують ЯКІСНІЙ поверхні і МІЦНОСТІ корочки заготовки Відома модель пристрою, що дозволяє здійснювати напівбезперервне розливання великого ковальського злитка [3], що постачене нерухомим кристалізатором і рухливою зоною вторинного охолодження, що складає з декількох рядів форсунок, рознесених по висоті злитка на визначені відстані Злиток за такою схемою відлитий не був, а процес його затвердіння аналізувався за допомогою математичної моделі Аналіз схеми пристрою показав, що якість поверхневого шару заготовки значною мірою залежить від інтенсивності теплопередачі, а конструктивні особливості пристрою, зокрема, використання для охолодження заготовки відкритих струменів води не виключає можливість її закипання й утворення парової сорочки, що може привести до руйнування неміцної поверхневої скоринки злитка Іншим недоліком пристрою є відсутність можливості спостереження за процесами, що відбуваються усередині непрозорих розплавів ВІДОМІ пристрої, призначені для дослідження руху потоків розплаву при безперервному розливу металів і сплавів [4-7], формотворні ємності в які виконані з прозорих матеріалів, а як моделююче середовище використана вода Такі пристрої, називаються гідравлічними Недоліком відомих пристроїв є неможливість вивчення з їхньою допомогою теплофізичної сторони процесів затвердіння розплавів, оскільки (О (О 62694 пристрою не містить охолодних елементів і супровідних вузлів і призначені для дослідження тільки процесів гідродинаміки розплавів Як прототип обраний відомий пристрій [8], що складається з формотворної ємності з однієї або двома прозорими фронтальними стінками, а також двома бічними теплопровідними водоохолодними стінками і пристосування для розливу з патрубком Відомий пристрій призначений для моделювання і візуального спостереження за процесами розливання і затвердіння в злитках Недоліком відомого пристрою є неможливість моделювання і вивчення при його використанні гідродинамічних і теплофізичних процесів, що відбуваються при розливанні і затвердінні безперервнолитих заготовок, оскільки охолодження модельного злитка, що відпивається, здійснюється з приблизно з однаковою інтенсивністю одночасно по всій його поверхні Задача, розв'язувана винаходом, складається в створенні пристрою, призначеного для забезпечення візуального спостереження, безпосереднього дослідження в динаміку процесів, що відбуваються при виливку і формуванні безперервнолитих заготовок з металів і сплавів, а також одержання заготовки з міцною і якісною поверхнею Рішення поставленої задачі досягається тим, що пристрій, що заявляється, додатково містить охолодний блок, що складається з двох окремих рухливих водоохолодних секцій, розташованих на кожній з бічних стінок формотворної ємності, і жорстко з'єднаних з патрубком пристосування для розливу Технічний результат, одержуваний при рішенні при рішенні поставленої задачі, складається в можливості дослідження гідродинамічних і теплофізичних процесів, що супроводжують розливання і формування безперервнолитої заготовки, а також в одержанні заготівлі з міцною поверхнею Порівняння пристрою, що заявляється, із прототипом показує, що воно додатково містить охолодний блок, що складається з двох окремих водоохолодних секцій, що переміщаються по кожній з бічних стінок формотворної ємності, і жорстко з'єднаних з патрубком пристосування для розливу Винахід пояснюється кресленням, де на фіг схематично представлений загальний вид пристрою Пристрій містить формотворну ємність 1 із прозорими фронтальними стінками 2 і теплопровідними бічними стінками 3, що прохолоджує блок, що складається з двох окремих водоохолодних секцій 4 і 5, виконаними рухливими і жорстко з'єднаними з патрубком 6 пристосування для розливу 7 Робота пристрою, що заявляється, здійснюється в такий спосіб В міру наповнення з пристосування для розливу 7 формотворної ємності по и бічних стінках З здійснюється підйом обох водоохолодних секцій 4 і 5 охолодні блоки, а також патрубка пристосування для розливу 6 Сутність пристрою, що заявляється, полягає в наступному Формування нерухомої безперервнолитої заготовки здійснюється при послідовному перемі щенні дві секції охолодного блоку Швидке охолодження перших порцій моделюючої рідини у формотворній ємності забезпечується за рахунок поступового надходження їх у зону дії секцій охолодного блоку, що переміщаються в міру підйому рівня моделюючої рідини, що досягається твердим з'єднанням патрубка пристрою для розливу із секціями охолодного блоку Моделювання процесу одержання безперервнолитої заготовки здійснюється за рахунок застосування в пристрої ряду, що заявляється, нових конструктивних рішень 1 рухливий охолодний елемент, 2 двохсекційна конструкція охолодного елемента, 3 тверде з'єднання охолодного елемента з заглибним патрубком пристосування для розливу При створенні конструкції пристрою використаний принцип "навпаки", оскільки в промислових установках охолодний блок (кристалізатор) не змінює свого положення, а переміщається безперервнолита заготовка Використання такого принципу при конструюванні установки дозволило скоротити и розміри і виключити технічні складності, неминуче зв'язані зі здійснення процесу витягування заготовки, можливим проривом твердіючого розплаву і дефектами поверхні заготовки Розроблений пристрій дозволяє варіювати температурою і швидкістю розливання моделюючого середовища, а також швидкістю охолодження твердіючої заготовки, за допомогою переміщення заглибного елемента пристрою для розливу й охолодного блоку зі зміною витрати охолодної води в останньому Винахід забезпечує простоту технічного виконання, візуалізацію спостереження за процесами, що супроводжують розливання і затвердіння, формування міцної поверхневої корочки, що запобігає прорив розплаву, високе якість поверхні заготівлі, що формується Як приклад практичного здійснення фізичного моделювання, виконаного з використанням пропонованого винаходу, нижче приведені результати виливка модельних заготовок на установі-моделі на кафедрі машин і технологій ливарного виробництва Запорізького національного технічного університету Відлито досвідчені зразки безперервнолитої заготовки Як моделюючі середовища випробувані парафін і тіосульфат натрію Параметром розливання, що змінюється, була температура моделюючих рідких розплавів В міру заповнення формотворної ємності здійснювали підйом заглибного елемента пристосування для розливу й охолодного блоку Розливання робили до заповнення всього обсягу формотворної ємності Візуально здійснювали спостереження за процесом виливка і формування безперервнолитої заготовки і робили фотозйомку процесу затвердіння заготовки і завмер наростаючої корочки в процесі підйому охолодного блоку і заглибного елемента пристрою для розливу У ході проведених експериментів установили залежність зміни товщини наростаючої скоринки від температури розплаву, що заливається Ріст 62694 товщини наростаючої корочки підкоряється паратности осевой части крупных кузнечных слитков, болічному законові Відзначено періодичність у получаемых полунепрерывной разливкой / Труды просуванні фронту кристалізації, що носить на III Конгресса сталеплавильщиков / М - 1996 перших етапах затвердіння заготовки синусоїдаС 383-384 льний характер 4 Акименко А Д , Скворцов А А , Сидоров С П Отримані результати відповідають сучасним Исследование затвердевания стальных слитков представленням про характер кристалізації стали на физических моделях / Тем отр сб "Непрерывпри затвердінні її в кристалізаторі ная разливка стали" / М , Металлургия, 1974 №4 -С 80-85 У процесі виливка отримані експериментальні заготовки з високою якістю поверхні 5 Афанасьева К И , Иванцов Г П Моделирование разливки непрерывного слитка / Сталь З вищесказаного випливає, що використання 1958 -№7 -С 599-604 пристрою, що заявляється, дозволяє забезпечити фізичне моделювання гідродинамічних і теплофі6 Сауткин Н И , Амелин М В , Петров В П Мезичних процесів, що відбуваються при виливку і тодика исследования гидродинамики процесса формуванні безперервнолитої заготовки з металів непрерывного литья кипящей стали на криволиі сплавів нейных МНЛЗ / Тем отр сб "Непрерывная разливка стали" - М Металлургия, 1974 - №4 - С 35-41 Джерела інформації 1 Стулов В В Физическое моделирование 7 Особенности гидродинамики расплавов при процесса непрерывной разливки стали в кристалнепрерывной разливке стали через прямоточные лизатор / Известия высших учебных заведений погружные стаканы в радиальных кристаллизатоЧерная металлургия 1997 - №5 - С 55-59 рах блюмовой МНЛЗ / А В Пресс, А П Огурцов, Т М Титова / Фундаментальные и прикладные 2 Бойченко М С , Рутес В С , Николаев Н А задачи черной металлургии -2002 -С 155-162 Опыт иностранной металлургии / Сталь - 1955 №8 -С 763-765 8 Стовпченко А П , Титова Т М Некоторые особенности формирования литых композитов / 3 Кабаков 3 К , Галентовский Г Г , Чесницкая Процессы литья -1999 - №2 - С 65-71 Е А Расчетное обоснование пути повышения пло Комп'ютерна верстка Н Лисенко Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119