Тепловые потери металлического расплава при его выдержке в сталеразливочном ковше
На основании результатов вычислительного эксперимента проведен теоретический анализ изменения теплового состояния жидкого металла при его выдержке в сталеразливочном ковше. На основі результатів обчислювального експерименту проведено теоретичний аналіз зміни теплового стану рідкого металу при його в...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Процессы литья |
|---|---|
| Datum: | 2009 |
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2009
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/114131 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Тепловые потери металлического расплава при его выдержке в сталеразливочном ковше / В.И. Курпас // Процессы литья. — 2009. — № 2. — С. 13-16. — Бібліогр.: 1 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-114131 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Курпас, В.И. 2017-03-02T13:56:05Z 2017-03-02T13:56:05Z 2009 Тепловые потери металлического расплава при его выдержке в сталеразливочном ковше / В.И. Курпас // Процессы литья. — 2009. — № 2. — С. 13-16. — Бібліогр.: 1 назв. — рос. 0235-5884 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/114131 621.746.32:546.3 На основании результатов вычислительного эксперимента проведен теоретический анализ изменения теплового состояния жидкого металла при его выдержке в сталеразливочном ковше. На основі результатів обчислювального експерименту проведено теоретичний аналіз зміни теплового стану рідкого металу при його витримці в сталерозливальному ковші. On the basis of results of calculable experiment the theoretical analysis of change of the thermal state of liquid metal at its self-control in a steel-pouring ladle is conducted. ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Процессы литья Получение и обработка расплавов Тепловые потери металлического расплава при его выдержке в сталеразливочном ковше Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Тепловые потери металлического расплава при его выдержке в сталеразливочном ковше |
| spellingShingle |
Тепловые потери металлического расплава при его выдержке в сталеразливочном ковше Курпас, В.И. Получение и обработка расплавов |
| title_short |
Тепловые потери металлического расплава при его выдержке в сталеразливочном ковше |
| title_full |
Тепловые потери металлического расплава при его выдержке в сталеразливочном ковше |
| title_fullStr |
Тепловые потери металлического расплава при его выдержке в сталеразливочном ковше |
| title_full_unstemmed |
Тепловые потери металлического расплава при его выдержке в сталеразливочном ковше |
| title_sort |
тепловые потери металлического расплава при его выдержке в сталеразливочном ковше |
| author |
Курпас, В.И. |
| author_facet |
Курпас, В.И. |
| topic |
Получение и обработка расплавов |
| topic_facet |
Получение и обработка расплавов |
| publishDate |
2009 |
| language |
Russian |
| container_title |
Процессы литья |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| format |
Article |
| description |
На основании результатов вычислительного эксперимента проведен теоретический анализ изменения теплового состояния жидкого металла при его выдержке в сталеразливочном ковше.
На основі результатів обчислювального експерименту проведено теоретичний аналіз зміни теплового стану рідкого металу при його витримці в сталерозливальному ковші.
On the basis of results of calculable experiment the theoretical analysis of change of the thermal
state of liquid metal at its self-control in a steel-pouring ladle is conducted.
|
| issn |
0235-5884 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/114131 |
| citation_txt |
Тепловые потери металлического расплава при его выдержке в сталеразливочном ковше / В.И. Курпас // Процессы литья. — 2009. — № 2. — С. 13-16. — Бібліогр.: 1 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT kurpasvi teplovyepoterimetalličeskogorasplavapriegovyderžkevstalerazlivočnomkovše |
| first_indexed |
2025-11-25T12:18:26Z |
| last_indexed |
2025-11-25T12:18:26Z |
| _version_ |
1850512118205382656 |
| fulltext |
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2009. № 2 13
Микротвердость эвтектоида [δ+γ (Mg
4
Al
3
)] и частиц вырожденной эвтектики, соответ-
ственно, в 1,5 и 2,4 раза была выше значений твердости матричного δ-твердого раствора.
Из результатов, представленных в табл. 3, видно, что повышение температуры перегрева
расплава приводило к увеличению значений микротвердости δ-твердого раствора. Следует
отметить, что ТВО расплава при температуре 750-800 0С незначительно повышает ми-
кротвердость металла (на 2,25 %), тогда как ВТО при 900 0С увеличило микротвердость
сплава существенно (на ~30 %). При последующем повышении температуры до 950 оС
микротвердость матрицы снизилась более чем на 20 %.
Установлено, что проведенная термическая обработка снизила химическую неодно-
родность сплава, что обеспечивало стабильные физико-механические характеристики. С
увеличением температуры ВТО расплава механические свойства образцов повышались.
При этом предел прочности при ВТО до 900 оС повышался на ~30 %, а относительное
удлинение - в ~ 2,5 раза по сравнению с исходным сплавом за счет получения равномерной
мелкодисперсной структуры. ВТО до 950 оС снижало как прочностные, так и пластические
свойства исследуемого сплава на 11,5 и 21,1 % по сравнению с результатами, полученными
на образцах после ВТО при температуре 900 оС. Длительная прочность образцов несколько
снижалась после ВТО при 900 оС.
Выводы
• Получены зависимости, описывающие влияние содержания углерода и азота в сплаве
Мл-5 от ВТО расплава. Определено, что ВТО расплава снижает содержание углерода и
азота в магниевом сплаве.
• Установлено, что максимальное измельчение макро- и микроструктуры металла
обеспечивает ВТО расплава до 900 оС, дальнейшее повышение температуры перегрева
приводит к огрублению структуры.
• С повышением температуры ВТО расплава до 900 оС уменьшается диаметр зерна,
увеличивается удельная поверхность границ зерен, снижается количество включений,
что обеспечивает повышение всего комплекса механических свойств сплава.
Список литературы
1. Богуслаев В. А., Муравченко Ф. М., Жеманюк П. Д. Технологическое обеспечение эксплуатационных
характеристик деталей ГТД. - Запорожье: ОАО «Мотор-Сич», 2007. - Ч. 2. - 496 с.
2. Баум Б. А. Металлические жидкости – проблемы и гипотезы. - М.: Металлургия, 1979. - 120 с.
3. Термовременная обработка расплава: основы – возможности – пути реализации в авиационной
промышленности / Р. Е. Шалин, Б. А. Баум, Г. В. Тягунов, Е. Б. качанов // Приложение к журналу
«Авиационная промышленность». - М.: Машиностроение, 1989. - № 2. - С. 2-3
4. Баум Б. А., Хасин Г. А., Тягунов Г. В. Жидкая сталь. - М.: Металлургия, 1984. - 208 с.
Поступила 07.07.2008
УДК 621.746.32:546.3
В. И. Курпас
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
ТЕПЛОВыЕ ПОТЕРИ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО РАСПЛАВА
ПРИ ЕГО ВыДЕРЖКЕ В СТАЛЕРАЗЛИВОЧНОМ КОВШЕ*
На основании результатов вычислительного эксперимента проведен теоретический анализ из-
менения теплового состояния жидкого металла при его выдержке в сталеразливочном ковше.
На основі результатів обчислювального експерименту проведено теоретичний аналіз зміни
теплового стану рідкого металу при його витримці в сталерозливальному ковші.
*В работе принимала участие Глике Т. Н.
Получение и обработка расплавов
14 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2009. № 2
On the basis of results of calculable experiment the theoretical analysis of change of the thermal
state of liquid metal at its self-control in a steel-pouring ladle is conducted.
Ключевые слова: теплоотвод,температурное поле, скорость нагрева, тепловые потери.
Для теплофизического прогнозирования теплового состояния жидкого металла в
ковше использовали метод математического моделирования. При расчетах учитывали
конструктивные особенности сталеразливочного ковша (геометрические параметры,
схему футеровки) и внешние условия теплоотвода.
Распределение температур в рассматриваемой многосвязной области, учитывая осе-
симметричность задачи (∂T/ ∂ϕ = 0), описывали двумерным дифференциальным уравне-
нием Фурье-кирхгофа в цилиндрических координатах
∂
∂
⋅+
∂
∂
+
∂
∂
⋅λ=
τ∂
∂
⋅⋅ρ
r
T
rr
T
z
TТ
c
1
2
2
2
2
p
(1)
с граничными условиями на внешних теплоотводящих поверхностях (обечайки, днища
ковша, зеркала металла или крышки)
( ) ,)( 4
c
4
c TTTT
n
T
ir
−⋅σ⋅ε+−⋅α=
∂
∂
⋅λ−
(2)
где α - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 · град); ε - степень черноты; σ = 5,67 ·10-8 - по-
стоянная Стефана-Больцмана, Вт/(м2 · град4); Т - температура произвольной точки в
объеме ковша в любой момент времени, град; Т
с
- температура внешней охлаждающей
среды, град ; п - нормаль к теплоотводящей поверхности; r
i
- координата теплоотво-
дящей границы; λ - коэффициент теплопроводности, Вт/(м·град); с
р
- коэффициент
теплоемкости, Вт/(кг · град); ρ - плотность, кг/м3; τ - время, с.
При этом предположили, что между областями в каждом исследуемом направлении
теплоотвода имеется плотный контакт. Двумерную задачу нестационарной теплопро-
водности с учетом естественной конвекции жидкой стали решали по явной конечно-
разностной схеме.
Параметр Значение
параметра
Масса жидкой стали в ковше, т 350
Температура перед сливом из печи, 0С:
– стали и шлака 1640
– внутренней поверхности ковша и его крышки 500
– окружающей среды -10
Продолжительность выдержки металла в ковше, мин 60
Максимальный внутренний диаметр футерованного ковша, мм 3800
Высота ковша, мм 6000
Толщина, мм:
– обечайки ковша 25
– стенки ковша из шамота 65
– стенки ковша из динаса 200
– днища ковша из динаса 600
– слоя шлака на зеркале металла 240
– крышки с шамотной футеровкой 295
Высота наполнения ковша металлическим расплавом, мм 4600
Таблица 1. Исходные параметры
Получение и обработка расплавов
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2009. № 2 15
Исходные параметры и теплофизические характеристики исследуемых областей
представлены в табл. 1 и 2.
При анализе результатов вычислительного эксперимента рассматривали изменение
температурного поля в поперечных сечениях обечайки, шамотного и динасового слоев
футеровки ковша, а также пристеночной области жидкого металла и центральной его
части в условиях изоляции зеркала металла от окружающей среды слоем печного шлака
и с дополнительным накрыванием ковша футерованной крышкой.
В системе ковш-металлический расплав можно выделить три характерные тепловые
зоны: Д - донная, Ц - центральная; В - верхняя. Температурное поле в зонах Д и В фор-
мируется в результате теплоотвода в двух направлениях: вдоль радиуса в стенку ковша и
через горизонтальные поверхности в его днище (зона Д), а также в покровный шлак или
в теплоизолирующую крышку (зона В). В зоне Ц температурное поле определяется тепло-
отводом в стенку ковша. Там же имеется ядро, в котором температура металла остается
неизменной в течение времени выдержки ковша.
Таким образом, наибольший интерес
представляют зоны Д и В, где возможны
максимальные потери тепла жидкого
металла. Поэтому основное внимание
при исследовании температурных полей
уделено именно этим зонам.
На рис. 1-3 представлены расчетные
кривые изменения температуры по по-
перечному сечению стенки, днища и те-
плоизолирующей крышки ковша в начале
и конце его выдержки. Характер измене-
ния температуры в стальном кожухе и в
футеровке ковша и крышки объясняется
превалирующим влиянием температуры
окружающей среды и высокими тепло-
изолирующими свойствами футеровки,
когда даже через 60 мин тепловая волна от
жидкого металла не доходит до обечайки
ковша. В процессе выдержки достаточно
интенсивно нагревается слой футеровки
из динасового кирпича, который непосред-
ственно контактирует с жидким металлом.
Скорость нагрева этого слоя возрастает до
4 град/мин. Средняя температура динасово-
го слоя в зоне Д возрастает до 845 °С, в зоне
Ц составляет 930 °С, а в зоне В (контакта
со шлаком и воздушной прослойкой) –
880-900 °С.
С точки зрения оценки тепловых потерь
металлического расплава при его выдержке
Материал Плотность,
кг/м3
Теплопроводность,
Вт/(м · 0С)
Теплоемкость, кДж/(кг ·0С)
Динас 2040 (0,8 + 6·10-4 t) ·1,16 (0,2 + 6·10-5 t) ·4,18
Шамот 1800 (0,72 + 5·10-4 t) ·1,16 (0,193 + 7,5·10-5 t) ·4,18
Сталь 7000 26 0,8
Шлак печной 3000 0,93 (0,175 + 7·10-5 t) ·4,18
Воздух 0,27 0,0763 1,180
Таблица 2. Теплофизические характеристики материалов [1]
Рис. 1. Распределение температуры по толщине боковой
стенки ковша: 1 – перед наполнением ковша металлом;
2 – после часовой выдержки металла в ковше
Рис. 2. Распределение температуры по толщине днища
ковша: 1 – перед наполнением ковша металлом; 2 – по-
сле часовой выдержки металла в ковше
Получение и обработка расплавов
16 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2009. № 2
в сталеразливочном ковше наиболее
важным является анализ теплового со-
стояния непосредственно ванны жидкой
стали. Расчеты показывают, что темпера-
тура металла в пристеночной области к
концу его выдержки снижается до 1580 °С,
а шлакового слоя – до 1450 °С. Причем на
свободной поверхности шлака образуется
корка, толщина которой достигает 120 мм.
Вблизи оси ковша эта величина не
превышает 70 мм. Пристеночная область
в жидком металле, где его температура па-
дает ниже 1640 °С, к концу выдержки
возрастает в поперечном сечении
до 90 мм. При использовании теплозащитной крышки характер распределения
температуры и ее абсолютные значения по радиусу и высоте ванны жидкого металла
практически не изменяются. В шлаковом же слое перепад температуры несколько ниже,
и толщина корки в его центральной части не превышает 10 мм.
П о д а н н ы м в ы ч и с л и т е л ь н о г о
эксперимента при исходном теплосо-
держании металлического расплава
460 МДж тепловые потери в процессе
его часовой выдержки в ковше составили
около 40 МДж (рис. 4). В результате серии
проведенных расчетов установлено, что
тепловое состояние жидкого металла под
шлаком инвариантно температуре окру-
жающей ковш среды и условиям утепления
его свободной поверхности. Изменение
температурного поля наблюдается только
в слоях обечайки и футеровки ковша и
крышки.
Список литературы
1. Арутюнов В. А., Миткалинный В. И., Старк С. Б. Металлургическая теплотехника. - М.: Ме-
таллургия, 1974. - Т. І. - 672 с.
Рис. 3. Распределение температуры по толщине крышки
ковша: 1 – перед наполнением ковша металлом; 2 – по-
сле часовой выдержки металла в ковше
Рис. 4. Изменение тепловых потерь металла в процессе
его выдержки в ковше
Вниманию авторов!
C 2009 г. в соответствии с требованиями ВАКа все статьи, поступа-
ющие в редакции научных журналов, должны обязательно проходить ре-
цензирование, иметь аннотации и ключевые слова на русском, украин-
ском и английском языках. Объем статьи — не более 10 стр., рисунков
— не более 5.
Статьи в редакции поступают как на бумажном, так и электронном носи-
телях. Для текстовых материалов желательно использовать формат doc.
Для графических материалов — формат jpeg. Графические материалы не-
обходимо сохранять в отдельных файлах. Фотографии, рисунки, графики
и чертежи должны быть черно-белыми, четкими и контрастными.
Получение и обработка расплавов
|