Устройство для исследования процесса кристаллизации слитков в изложнице
Полезная модель относится к металлургии, в частности к устройствам для исследования кристаллизации слитков.
Устройство для исследования процесса кристаллизации слитков в изложнице, содержащее металлический каркас с водоохлаждаемыми полостями, по периметру которого закреплены 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°, при этом донная часть выполнена вогнутой к прибыльной надставке, причем отношение высоты изложницы от плоскости вогнутой части до основания прибыльной надставки к среднему диаметру изложницы составляет:
Низл/Dср=1,1÷1,5
где Низл. - высота изложницы от плоскости вогнутой части до основания прибыльной надставки, см;
Dcp. - средний диаметр изложницы, см2.
Техническим результатом является возможность изучения процессов происходящих при затвердевании и структурообразовании модельных слитков с различным отношением высоты изложницы от плоскости вогнутой части до основания прибыльной надставки к среднему диаметру изложницы Низл/Dcp, конусностью изложницы и объемом прибыльной части, что позволит изучать влияние изменения геометрии донной части 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 изложнице различной конфигурации, для изучения процесса кристаллизации и структурообразования слитков с различным отношением высоты к среднему диаметру изложницы Н изл/Dcp, конусностью тела слитка и объемом прибыльной части.
Техническим результатом является возможность изучения процессов происходящих при затвердевании и структурообразовании модельных слитков с различным отношением высоты изложницы от плоскости вогнутой части до основания прибыльной надставки к среднему диаметру изложницы Низл/Dcp, конусностью изложницы и объемом прибыльной части, что позволит изучать влияние изменения геометрии донной части 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, 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°, при этом донная часть выполнена вогнутой к прибыльной надставке, причем отношение высоты изложницы от плоскости вогнутой части до основания прибыльной надставки к среднему диаметру изложницы составляет:
Низл/Dср.=1,1÷1,5
где Низл. - высота изложницы от плоскости вогнутой части до основания прибыльной надставки, см;
Dcp. - средний диаметр изложницы, см2.
Устройство для исследования процесса кристаллизации слитков в изложнице позволит задавать геометрические параметры слитков с различным отношением высоты изложницы от плоскости вогнутой части до основания прибыльной надставки к среднему диаметру изложницы Низл/Dср, конусностью изложницы и объемом прибыльной части.
Перемещение боковых стенок устройства на значение угла наклона равное 42° позволит задавать геометрические параметры модельного слитка с максимальной конусностью уширенного кверху, а при угле наклона равным 116° геометрические параметры модельного слитка уширенного книзу.
На фиг.1 изображен общий вид устройства для исследования процесса кристаллизации слитков в изложнице, 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 изложницу содержащее металлический каркас с водоохлаждаемыми полостями 1, выполненный разъемным из донной части 2, при этом донная часть выполнена вогнутой к прибыльной надставке, и боковых стенок 3, 4, соединенных с донной частью с помощью шарниров 5, формирующие контур изложницы; 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 изложницы, 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 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. По формуле 1, рассчитывается отношение высоты изложницы от плоскости вогнутой части до основания прибыльной надставки к среднему диаметру изложницы:
где Низл. - высота изложницы от плоскости вогнутой части до основания прибыльной надставки, см;
,
где Dверх, Dниз - диаметр верхнего и нижнего основания изложницы, соответственно, см2.
В зависимости от задачей эксперимента, исследователь подсоединяет к устройству необходимую донную часть 2, которая по своим геометрическим размерам соответствует определенному отношению высоты изложницы от плоскости вогнутой части до основания прибыльной надставки к среднему диаметру изложницы Низл /Dср.
По формуле 2, рассчитывается конусность изложницы,
где Низл. - высота изложницы от плоскости вогнутой части до основания прибыльной надставки, см;
Dверх, Dниз - диаметр верхнего и нижнего основания изложницы, соответственно, см 2
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) - Na2S2O 3×5Н2O, в изложницу. 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 изложнице 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., а также слитки с отношением высоты изложницы от плоскости вогнутой части до основания прибыльной надставки к среднему диаметру изложницы Низл/D cp равным от 1,1 до 1,5.
Предлагаемое устройство позволяет изучать процессы, происходящие при затвердевании и структурообразовании модельных слитков с различным отношением высоты изложницы от плоскости вогнутой части до основания прибыльной надставки, конусностью изложницы и объемом прибыльной части, что позволит определить влияние изменения геометрии донной части 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, по периметру которого закреплены 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°, при этом донная часть выполнена вогнутой к прибыльной надставке, причем отношение высоты изложницы от плоскости вогнутой части до основания прибыльной надставки к среднему диаметру изложницы составляет: Низл /Dср=1,1÷1,5, где Низл - высота изложницы от плоскости вогнутой части до основания прибыльной надставки, см; Dcp - средний диаметр изложницы, см.
