Реферат
Зміст
Вступ
Сучасні Переплавну процеси отримання високоякісних злитків для авіаракетобудування, енергетики та інших галузей техніки здійснюють плавлення металу в водоохолоджуючих мідних кристалізаторах. До таких процесів можна віднести електрошлаковий (ЕШП), вакуумнодуговой, електронно-променевою, плазмовий і інші переплави. Якість одержуваного злитка, в таких процесах, багато в чому визначається формою і розмірами рідкої металевої ванни, тому контроль даних параметрів в процесі переплавки актуальне. На даний момент існує безліч універсальних програмних продуктів для моделювання фізичних процесів, в тому числі і кристалізації злитка, які дозволяють задати умови тепловиділення і кристалізації і оцінити форму і розмір металевої ванни. Багатьма науковими колективами розробляються власні теплові моделі переплавних процесів.
Переваги математичного моделювання безперечні, однак для отримання достовірного результату необхідно мати точні значення граничних умов теплообміну. В якості таких, в даній роботі, пропонується використовувати температуру стінки кристалізатора з боку охолоджуючої води, для чого пропонується закріпити за її висоті кілька термопар через рівні відстані між ними. Для зниження трудомісткості і підвищення наочності досліджень, відпрацювання технології кріплення термопар на поверхні стінки кристалізатора вирішено проводити спочатку на фізичній моделі ЕШП. Як витрачається електрода в ній буде виступати електрод діаметром 20 мм зі сплаву Вуда, з температурою плавлення близько 80 ° С. Як шлаковой ванни, буде виступати розчин соляної кислоти, розігрів якої буде відбуватися під впливом викликаного через неї електричного струму .
Завданням, яке належить вирішити на першому етапі дослідження, є доопрацювання існуючої фізичної моделі ЕШП, яка має ряд недоліків і не підходить для вирішення завдань вимірювання температури. Так, в існуючій моделі ЕШП, плавлення електрода зі сплаву Вуда здійснюється в скляній посудині діаметр, якого значно перевершує діаметр витрачається електрода, що не відповідає реальним значенням коефіцієнта заповнення кристалізатора. Істотним недоліком наявної моделі, є слабкий тепловідвід від "шлаковой ванни", в результаті якого має місце суттєва її теплова інерція. Для наближення умов охолодження шлакового ванни і злитка до реальних, необхідно організувати її водяне охолодження.
Модель кристалізатора
Для перевірки можливості перегріву ванни електроліту в умовах її охолодження водою зібрали просту конструкцію, що складається зі скляної колби діаметром 20 мм, і пластикової пляшки об'ємом 0,5 літр (Рис. 1). Скляна колба виконує роль гільзи кристалізатора і в ній здійснюється плавлення сплаву Вуда в електроліті. Вона герметично запрессована в пластикову пляшку, в якій є патрубки для підведення і відведення охолоджуючої колбу води. На дно колби поміщена металева шайба діаметром трохи менше діаметра колби, до якої за допомогою ізольованого проводу приєднана одна клема джерела живлення. Друга клема приєднана до переплавляють електроду зі сплаву Вуда. Плавлення електрода здійснювали на лабораторної установки ЕШП, яка має механізм кріплення і переміщення електрода, джерело живлення, прилади для контролю струму і напруги переплавки. Переміщення електрода здійснюється автоматично, шляхом завдання необхідної швидкості і напряму руху. Напруга переплавки можна плавно задавати в межах від 0 до 25 В. Максимальний струм переплавки становить близько 20 А. Висота електроліту в колбі становила 3 см. Після заглиблення електрода в електроліт стався його швидкий розігрів протягом 1-2 хв і почався процес плавлення. Теплова інерція ванни з електроліту зменшилася, чого ми і добивалися. Разом з тим, температура охолоджуючої води практично не змінилася, що пов'язано з низькою теплопровідністю скляної колби. Таким чином, результати практичного експерименту показали, що виділяється в електроліті тепла досить для розплавлення електрода зі сплаву Вуда в умовах охолодження колби проточною водою.(Рис. 2) Однак тепер, потрібно перевірити розігрів електроліту в умовах його розігріву не в скляній колбі, а в кристалізаторі з металевими стінками. На даний момент ведуться роботи по створенню моделі кристалізатора, в якій дві протилежні стінки будуть виконані зі сталі і будуть охолоджуватися водою, а дві інших будуть виконані з товстостінного скла і будуть в контакті з повітрям. До металевих водоохолоджуваним стінок кристалізатора будуть кріпиться термопари, а через скляні - вестися спостереження за процесом плавлення та кристалізації металу.
Результат проведеного досвіду
Література
1. Multiphase modelling slag region in the ESR process / A. Kharicha, W. Schutzenhofer, A. Ludwig, R. Tanzer // International Symposium on Liquid Metal Processing and Casting, Nancy, – 2007. – P. 107-111.
2. Minisandram R., Arnold M., Williamson R. VAR pool depth measurement and simulation for a large diameter Ti-6Al-4V ingot // International Symposium on Liquid Metal Processing and Casting, Santa Fe, 2005, P. 1-6.
3. Hernandez-Morales B., Mitchell A. Review of mathematical models of fluid flow, heat transfer, and mass transfer in electroslag remelting process // Ironmaking and Steelmaking, 1999. – Vol. 26. – № 6. – P. 423-438.