Практична робота 14 Тема: Розрахунок часу затвердення злитка у виливниці
Мета роботи;
1. Закріпити і поглибити теоретичні знання по розділу "Теорія і технологія розливки сталі " програми предмету.
2. Навчитися правильно вибирати та розраховувати час затвердення злитка у виливниці
З. Використовувати одержані знання та навички під час виконання курсових . та дипломних проектів.
Робота виконується згідно індивідуальним завданням, яке видає викладач предмету згідно з додатком 14.
Інструкція до практичної роботи:
Вихідні данні для розрахунку треба брати з додатку 14 до цієї методичної розробки.
Визначенню часу кристалізації стали у виливниці присвячено багато досліджень. Основним методом вивчення швидкості кристаллизации сталі було перекидання виливниці з металом виливання рідкого залишку через певний час витримки у виливниці. Цей спосіб був застосований ще А. С. Лавровим шестидесятих роках минулого сторіччя. Цей метод може вважатися прийнятним для сталі з невеликим інтервалом кристализации.
Декілька видозмінену методику для визначення швидкості кристалізації стали у виливниці застосували В. Лапицкий і А. Лифшиц. У цих дослідах що не встигла закристалізовуватися рідку частину металу до призначеного часу випускали через стакан і донній частині виливниці. Інші дослідники вивчали швидкість руху твердої фази в рідкому об'ємі злитка шляхом вимірювання температури в різних точках самого отвердевшего злитка і виливниці .
З досвідчених даних виходить, що відносна товщина стінки виливниці (відношення товщини стінки до радіусу злитка в середині висоти) в межах від 0,3 до 1 майже не впливає на тривалість твердіння стали у виливниці.
Форма поперечного перетину виливниці робить невеликий вплив на швидкість твердіння злитка. Так, наприклад, час твердіння багатогранних злитків на 10—15% менший, ніж круглих.
Підвищення температури розливання помітно впливає лише на початкову стадію твердіння стали у виливниці. На підставі теоретичних розрахунків , було встановлено, що товщина шару сталі, що затвердевшего, прямо пропорційна корню квадратному в часі, минулого з моменту зіткнення рідкої сталі з виливницею.
У початковий період твердіння для визначення просування вердой фази можна користуватися формулою
D — товщина затверділого металу, см;
t— час твердіння, хв;
k— коефіцієнт твердіння, см/хв0.5. Значення коефіцієнта твердіння для різних сортів сталі коливається в широких межах (від 1,5 до 3,9 см/хв0.5).
Б. В. Гуляєв вивіл формулу для визначення коефіцієнта твердіння:
∆t — різниця між температурою кристалізації і температурою поверхності тіла злитка, град;
А. М. Самарін рекомендує приймати коефіцієнт твердіння k до рівних 3,5 для вуглецевої сталі, а для легованої сталі 2—2,5.
Для визначення швидкості кристалізації великих злитків киплячої сталі у виливницях прямокутної форми був також застосований метод перекидання і виливання незатверділої частки рідкого металу. Встановлена наступна залежність:
t — час контакту рідкого металу з виливницею, хв.
Негативне значення першого члена формули указує на відставання почала кристалізації від моменту контакту рідкого металу з виливницею.
Визначити час повного твердіння відлитого злитка можна по формулі, запропонованою В. М. Тагєєвим . .
де tK — час повного твердіння, хв;
R — радіус (для квадратних і багатогранних злитків — радіус вписаного окружності), см.
Якщо виразити час повного твердіння в годину і радіус в метрах, формула прийме вигляд
tK = 18.7R2.
Приклад 1. Визначити товщину закристалізовуючого шару злитка спокійної сталі через 25 мін після наповнення виливниці металом.
Визначуваний коефіцієнт твердіння:
Приймаємо λ = 5,3 кал/'хв× см × град. Визначаємо середнє значення температури поверхні злитка (1050° С) і температури кристалізації (1500° С):
∆ t = 1500 — 1050 = 450° С.
Q0 — теплота кристалізації сталі рівна 65 кал/г. Середнє значення щільності рідкої сталі, що закристалізовувалася, у = 7,3 г/см3.
Теплоємність стали С= 0,2 кал/г×град.
Приклад 2. Визначити товщину шару, що закристалізовувався, в злитку киплячої сталі через 3 хвилини після наповнення виливниці:
d = — 3,05 + 22,86 1/3 = 36,1 мм.
Приклад 3. Визначити час повного твердіння квадратного злитка спокійної сталі, що має середній перетин 640 х 640 мм. Час повного твердіння визначається по формулі
tK = 0,112R2 = 0.112×322 = 114 мин.
Отриманий результат показує, що сталь твердне дуже повільно. Ця обставина враховується при організації розливання стали на машинах безперервного лиття. Тут передбачається штучне охолоджування як в самому кристалізаторі, так і в зоні вторинного охолоджування. Як буде видно нижче, шляхом додаткового штучного охолоджування не вдається помітно прискорити кристалізацію стали на МБЛЗ. При збільшенні поперечного перетину безперервного злитка кристалізатори необхідно робити довшими. Але і це мало сприяє отриманню достатньої товщини шару злитка, що закристалізовувався, до моменту виходу його з кристалізатора. Тому влаштовується развита зона вторинного охолоджування, в якій злиток безпосередньо охолоджується могутніми потоками води, що подається спеціальними форсунками. На установках МНЛЗ, що діють, встановлені кристалізатори заввишки від 300 до 1500 мм, а зона вторинного охолоджування має развиту довжину.
Рідкий метал, що поступив в кристалізатор, починає тверднути у його стінок. Затверділа оболонка повинна мати певну товщину, щоб витримати ферростатический тиск стовпа металу. У зоні вторинного охолоджування злиток з ще рідкою серцевиною повинен повністю закристалізовуватися. Тут відбувається остаточне формування структури злитка. Загальна довжина кристалізатора і зони вторинного охолоджування повинна бути більше можливої глибини рідкої лунки.
Товщина затверділого шару металу в кристалізаторі при швидкості витяжки квадратних заготовок 200 х 200 і 150 × 150 в межах 0,7—1,1 м/хв і слябів перетином 200×1000; 170 × 1020 і 200 × 800 в межах 0,5—0,8 м/хв, як показали дослідження, може бути визначена по формулі
d = 2,3 ׃ 2,6 √τ- тобто швидкість кристалізації майже не відрізняється від швидкості кристалізації злитка у виливниці .
Необхідно відзначити, що в зовнішній скориночці безперервного злитка киплячої сталі на глибині 2—4 мм іноді спостерігаються дрібні міхури, тобто скориночка виявляється менш щільною, чим в звичайному злитку киплячої сталі .
Спеціально проведеними дослідженнями встановлено, що глибина рідкої лунки знаходиться в прямій залежності від швидкості витягування злитка і може бути визначена на формулі
L = τύ
де L — глибина рідкої лунки, мм;
τ — час повного твердіння злитка даного перетину, хв;
ύ — швидкість витягування злитка, мм/хв..
Ця залежність вірна лиш при невеликих швидкостях витягування, коли лунка рідкого металу не дуже далеко розповсюджується за межі вторинного охолоджування. Встановлено, що глибина лунки в злитку киплячої сталі на 4—8% більше, ніж : ніж у безперервному злитку спокійної сталі.
Приклад 1. Визначити товщину шару, що закристалізовувався, почали до моменту виходу безперервного злитка з кристалізатора заввишки 1,5 м, якщо швидкість витягування киплячої сталі рівна 700 мм/хв. Визначити глибину лунки рідини через 9 хв витягування. Підрахувати, скільки ще залишилося злитку (починаючи : від приманки) проходити відстань зони вторинного охолоджування, якщо довжина зони вторинного охолоджування на цій установці 10 м.
Приклад 2. При швидкості розливання безперервного злитка 0,9 м/хв і висоті кристалізатора 1,3 м визначити можливу мінімальну зону вторинного охолоджування. Злиток має розміри 150×700 мм.
Додаток 14
|
вариант |
Задача1 Час(хвилин) після наповнення виливниці металом |
Задача 2 Час(хвилин) після наповнення виливниці металом
|
Задача3 Переріз квадратної заготівки |
|
1 |
12 |
5 |
600×600 |
|
2 |
16 |
2 |
605×605 |
|
3 |
15 |
6 |
610×610 |
|
4 |
13 |
1 |
620×620 |
|
5 |
18 |
7 |
625×625 |
|
6 |
19 |
6,5 |
630×630 |
|
7 |
17 |
8 |
635×635 |
|
8 |
12 |
9 |
650×650 |
|
9 |
18 |
5, 5 |
645×645 |
|
10 |
11 |
6,5 |
655×655 |
|
11 |
14 |
8,5 |
670×670 |
|
12 |
21 |
10,5 |
675×675 |
|
13 |
23 |
4 |
680×680 |
|
14 |
22 |
12 |
685×685 |
|
15 |
24 |
15 |
690×690 |
|
16 |
27 |
17 |
695×695 |
|
17 |
10 |
15,5 |
700×700 |
|
18 |
26 |
12 |
705×705 |
|
19 |
28 |
6,5 |
710×710 |
|
20 |
30 |
11,5 |
715×715 |
|
21 |
32 |
18 |
720×720 |
|
22 |
29 |
19,5 |
725×725 |
|
23 |
31 |
13 |
730×730 |
|
24 |
35 |
25,5 |
735×735 |
|
25 |
34 |
17,0 |
740×740 |