Устройство для исследования процесса кристаллизации слитков в модели изложницы

Полезная модель относится к металлургии, в частности к устройствам для исследования кристаллизации слитков. Устройство для исследования процесса кристаллизации слитков в модели изложницы, содержит металлический каркас с водоохлаждаемыми полостями, прибыльную надставку, штуцера для подвода и отвода воды, отличающееся тем, что металлический каркас выполнен разъемным из трех частей, состоящих из донной части и шарнирно соединенных с ней боковых стенок, обеспечивающих положительную или отрицательную конусность тела слитка с углом наклона его боковых стенок от 42° до 116°. Техническим результатом является возможность изучения процессов происходящих при затвердевании и структурообразовании модельных слитков с различной конусностью тела слитка, объемом прибыльной части и отношением высоты к среднему диаметру тела слитка H/D, что позволит изучать влияние изменения конфигурации слитков на процессы кристаллизации и структурообразования, и обеспечить расширение функциональных возможностей предлагаемого устройства.

Полезная модель относится к металлургии, в частности к устройствам для исследования кристаллизации слитков.

Известно устройство для исследования процесса кристаллизации металлов (Пат. 839665, МПК B22D 11/00, Опубл. - 1981), которое обеспечивает возможность изучения начальных стадий кристаллизации металла. Это достигается тем, что устройство снабжено двумя барабанами с частично намотанной на них общей лентой, и диском, огибаемым упомянутой лентой, при этом, по крайней мере, один из указанных барабанов соединен с приводом. Кроме того, диск, огибаемый лентой, выполнен с наружной поверхностью в форме тора и составным из нескольких, по меньшей мере двух частей, установленных на общей оси с зазором относительно друг друга по торцевым поверхностям. Диск снабжен нажимным устройством, например винтовым, причем, с целью обеспечения натяжения ленты, один из барабанов снабжен тормозом, например ферропорошковым. Таким образом, применение предлагаемого устройства обеспечивает изучение начальных стадий кристаллизации при малых интервалах времени, составляющих 10 ^-3 с.

Однако предлагаемым устройством невозможно изучать процессы кристаллизации слитков, конструкция устройства не имитирует изложницу, в которой происходит затвердевание слитков.

Известна установка для моделирования затвердевания бесприбыльного слитка в прозрачной модели (Страхов, В.Г. Установка для моделирования затвердевания бесприбыльного слитка в прозрачной модели / В.Г.Страхов, Н.Ф.Сапелкин // Проблемы стального слитка: Сб. трудов V конференции по слитку. - М: Металлургия, 1974. - С.139-141.). Отлитый из латуни холодильник толщиной 15 мм помещен между двух листов органического стекла, плотное прилегание которых к холодильнику обеспечивается струбцинами. Модели изготовлены в масштабе 1:10. В процессе затвердевания в полость холодильника принудительно подается охлаждающая вода.

Однако предлагаемая установка выполнена неразъемной (цельнолитой), и не позволяет менять конфигурацию модели изложницы.

Наиболее близкой к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является установка для исследования кристаллизации слитков в изложнице при внешних динамических воздействиях на формирующийся слиток (Ульянов, В.А. Моделирование кристаллизации слитков в изложнице при внешних динамических воздействиях / В.А.Ульянов, В.Н.Гущин, М.А.Ларин, Е.В.Матвеева // Металлы. - 1991. - 2. - С.51-54.). В комплект модельной оснастки макета изложницы входят: металлические оболочки, формирующие исследуемую часть слитка; водоохлаждаемые полости, прибыльная надставка с раздельными водоподводящими и отводящими штуцерами. Последние позволяют имитировать различную теплоаккумулирующую способность изложницы и прибыльной надставки. С противоположных сторон формирующаяся полость закрывается стеклами, обогреваемыми лампами (до температур ликвидуса изучаемого сплава), что позволяет проводить кино- и фотосъемку аппаратурой в процессе нарастания корки. Макет-изложница устанавливается на вибростенд.

Однако предлагаемая установка в донной части выполнена не разъемной, что не позволяет менять конфигурацию модели изложницы.

В этой связи важной задачей является разработка устройства для исследования процесса кристаллизации слитков в модели изложницы различной конфигурации для изучения процесса кристаллизации и структурообразования слитков с различной конусностью тела слитка, объемом прибыльной части и отношением высоты к среднему диаметру тела слитка H/D.

Техническим результатом является возможность изучения процессов происходящих при затвердевании и структурообразовании модельных слитков с различной конусностью тела слитка, объемом прибыльной части и отношением высоты к среднему диаметру тела слитка H/D, что позволит изучать влияние изменения конфигурации слитков на процессы кристаллизации и структурообразования, и обеспечить расширение функциональных возможностей предлагаемого устройства.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для исследования процесса кристаллизации слитков в изложнице, содержащем металлический каркас с водоохлаждаемыми полостями, по периметру которого закреплены прозрачные стекла, прибыльную надставку, штуцера для подвода и отвода воды, металлический каркас выполнен разъемным из донной части и боковых стенок, соединенных с донной частью шарнирно с возможностью наклона на угол от 42° до 116°.

Устройство для исследования процесса кристаллизации слитков в изложнице позволит задавать геометрические параметры слитков с различной конусностью тела слитка, объемом прибыльной части и отношением высоты к среднему диаметру тела слитка H/D.

Перемещение боковых стенок устройства на значение угла наклона равное 42° позволит задавать геометрические параметры слитка с максимальной конусностью уширенного кверху, а при угле наклона равным 116° геометрические параметры слитка уширенного книзу.

На фиг.1 изображен общий вид устройства для исследования процесса кристаллизации слитков в модели изложницы, на фиг.2 - сечение по А-А на фиг.1. На фиг.3 и 4 показан угол наклона боковых стенок на 42° и 116°, соответственно.

Устройство представляет собой плоскую модель-изложницы содержащее металлический каркас с водоохлаждаемыми полостями 1, выполненный разъемным из трех частей, состоящий из донной части 2 и боковых стенок 3, 4, соединенных с ней с помощью шарниров 5, формирующие контур слитка; прибыльную надставку 6 выполненную из теплоаккумулирующего материала; штуцера для подвода 7 и отвода 8 воды. С помощью шлангов 9, соединяются водоохлаждаемые полости 1 донной части 2 устройства с водоохлаждаемыми полостями 1 боковых стенок 3, 4. Крепеж боковых стенок 3, 4 к донной части 2, между которыми установлен шарнир 5, осуществляют с помощью хомутов 10 и контргаек 11, которые позволяют с помощью шарнира 5 задавать различную конусность тела слитка, как в положительную, так и отрицательную стороны, перемещая боковые стенки 3, 4. Стяжные болты 12 расположенные по периметру металлического каркаса и струбцины 13 расположенные на боковых стенках 3, 4, позволяют плотно прижимать прозрачные органические стекла 14 с обеих сторон устройства. Модель-изложница устанавливается на неподвижную опору 15.

Для охлаждения модели-изложницы вода подается через штуцер 7, которая охлаждает донную часть 2 устройства. С помощью шлангов 9, вода поступает в водоохлаждаемые полости 1 боковых стенок 3, 4 и отводится через штуцера 8. Для обеспечения герметичности соединений по периметру металлического каркаса проложены резиновые уплотнители.

Максимальный объем внутренней полости модели составляет 9 л. Толщина плоской модели составляет 25 мм. Общая высота изложницы равна 500 мм. Ширина изложницы в донной части - 125 мм, в нижней части - 240 мм.

Работа данного устройства заключается в следующем.

Перед заливкой моделирующего вещества, устройству задаются его геометрические параметры: конусность тела слитка и прибыльной части, которые рассчитываются по формуле 1,

где Н_т.cл - высота тела слитка, см;

D_верх, D_низ - диаметр верхнего и нижнего основания тела слитка, см²

По формуле 2 рассчитывается отношение высоты к среднему диаметру тела слитка H/D:

где Н_т.cл - высота тела слитка, см;

D_верх, D_низ - диаметр верхнего и нижнего основания тела слитка, см².

После того как устройству заданы все параметры моделируемого слитка к нему с помощью штуцера 7 расположенного в донной части 2 подводится охлаждающая жидкость - вода, которая поступает через шланги 9 в водоохлаждаемые полости 1 боковых стенок 3, 4, и через штуцера 8 отводящие охлаждающую жидкость поступает в водослив.

После этого осуществляют процесс заливки моделирующего вещества, например натрий серноватистокислый (кристаллический гипосульфит) - Nа₂S₂O₃×5Н ₂O, в модель изложницы. Разливку расплава гипосульфита проводят сверху. По окончанию заливки через произвольно заданный исследователем промежуток времени проводят замеры протяженности твердой и твердожидкой фазы закристаллизовавшейся на трех различных горизонтах моделируемого слитка. После полного затвердевания моделируемого слитка в модели изложницы ее разбирают, извлекают закристаллизовавшейся слиток и проводят замер площадей структурных зон.

С помощью данного устройства могут быть получены следующие модели слитков: слиток с нулевой конусностью; слиток с максимальной конусностью уширенный кверху; слиток, уширенный книзу; модель реального слитка массой 24,2 т.

В таблице представлены геометрические параметры приведенных выше модельных слитков, полученные в результате проведения экспериментов.

Предлагаемое устройство позволяет изучать процессы, происходящие при затвердевании и структурообразовании модельных слитков с различной конусностью тела слитка, объемом прибыльной части и отношением высоты к среднему диаметру тела слитка H/D, что позволит определить влияние изменения конфигурации слитков на процессы кристаллизации и структурообразования, а также расширить функциональные возможности предлагаемого устройства.

Устройство для исследования процесса кристаллизации слитков в изложнице, содержащее металлический каркас с водоохлаждаемыми полостями, прозрачные стекла, прибыльную надставку, штуцера для подвода и отвода воды, отличающееся тем, что металлический каркас выполнен разъемным из донной части и боковых стенок, соединенных с донной частью шарнирно с возможностью наклона на угол от 42° до 116°.