Исследование взаимодействия скоростной газовой струи с расплавом
Определены структура и протяженность зоны взаимодействия горизонтальной скоростной струи аргона с жидкой средой в зависимости от расхода газа на обработку. Визначено структура та довжина зони взаємодії горизонтального швидкістного струменя аргону з рідким середовищем в залежності від витрати газу на...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Процессы литья |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2010
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49748 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Исследование взаимодействия скоростной газовой струи с расплавом / В.Л. Найдек, Д.М. Беленький, Н.С. Пионтковская, А.В. Наривский // Процессы литья. — 2010. — № 1. — С. 3-6. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859850405422301184 |
|---|---|
| author | Найдек, В.Л. Беленький, Д.М. Пионтковская, Н.С. Наривский, А.В. |
| author_facet | Найдек, В.Л. Беленький, Д.М. Пионтковская, Н.С. Наривский, А.В. |
| citation_txt | Исследование взаимодействия скоростной газовой струи с расплавом / В.Л. Найдек, Д.М. Беленький, Н.С. Пионтковская, А.В. Наривский // Процессы литья. — 2010. — № 1. — С. 3-6. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Процессы литья |
| description | Определены структура и протяженность зоны взаимодействия горизонтальной скоростной струи аргона с жидкой средой в зависимости от расхода газа на обработку.
Визначено структура та довжина зони взаємодії горизонтального швидкістного струменя аргону з рідким середовищем в залежності від витрати газу на обробку.
It are determined the structure and the zone extent of interaction horizontal high-speed jet Ar with liquid environment depending on the gas charge on processing.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:40:42Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 1 3
ПОЛУЧЕНИЕ И ОБРАБОТКА РАСПЛАВОВ
УДК 669.154:621.9.048
В. Л. Найдек, Д. М. Беленький, Н. С. Пионтковская,
А. В. Наривский
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СКОРОСТНОЙ
ГАЗОВОЙ СТРУИ С РАСПЛАВОМ
Определены структура и протяженность зоны взаимодействия горизонтальной скоростной
струи аргона с жидкой средой в зависимости от расхода газа на обработку.
Ключевые слова: струя, структура, расплав, газ, дальнобойность.
Визначено структура та довжина зони взаємодії горизонтального швидкістного струменя
аргону з рідким середовищем в залежності від витрати газу на обробку.
Ключові слова: струмень, структура, розплав, газ, далекобійність.
It are determined the structure and the zone extent of interaction horizontal high-speed jet Ar with
liquid environment depending on the gas charge on processing.
Keywords: jet, structure, melt, gas, range.
Повысить качество литого металла можно путем применения эффективных
технологий рафинирования сплавов, которые обеспечивают интенсивное взаимо-
действие газовых, жидких и твердых реагентов с расплавом. Одним из способов,
позволяющим увеличить поверхность взаимодействия фаз с жидким металлом,
является глубинная обработка сплавов высокоскоростными газовыми струями [1-3].
Однако, сведения о гидродинамических параметрах таких струй в настоящее время
ограничены. В данной работе представлены результаты исследования процесса
взаимодействия высокоскоростной аргоновой струи с расплавом.
Исследования проводили методом физического моделирования на прозрачной
модели. Аргон подавали в воду через фурму с горизонтальным соплом диаметром
0,8 и длиной 4 мм.
Расход аргона, который поступал в фурму из баллона, регулировали редуктором
БКО–50ДМ и дросселем, контролировали – ротаметром РМ-0,63 ГУЗ.
Общий вид зоны взаимодействия скоростной струи с жидкостью при давлении
аргона в фурме 0,6 МПа представлен на рис. 1. Видно, что реакционная зона газо-
вой струи имеет три характерных участка: основной, эмульсионный и барботажный.
Основной поток 1, как и в обычных затопленных в расплав струях газа, ассиметрично
расширяется в направлении движения струи с углом раскрытия 22-240
.
На этом расстоянии от сопла, где основная часть кинетической энергии преоб-
разуется в потенциальную, начинается дробление газового объема на отдельные
4 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 1
Получение и обработка расплавов
пузыри. Возникающие при этом пузыри
под действием сил поверхностного на-
тяжения продолжают перемещаться
горизонтально в жидкость, образуя
эмульсионный поток 2.
Образование пузырей при распаде
газовой струи в расплаве является
сложным физическим процессом,
который схематически можно предста-
вить (рис. 2, а) следующим образом:
струя распадается на отдельные объемы
газа в виде фрагментов осколочной
формы, но обязательно с овальной или
сферической лобовой частью. В момент
образования в расплаве таких фраг-
ментов газа лапласово давление в них
распределено неравномерно (рис. 2,
б). Максимальная составляющая этого
давления направлена в сторону наибольшей деформации газового объема, то есть
в сторону, противоположную движению струи. Мгновенное перераспределение
давления в газовом объеме вызывает быстрое сокращение его поверхности (пре-
образование в сферическую форму или близкую к ней). В результате этого газовому
объему передается импульс в сторону, противоположную максимальной составля-
ющей лапласового давления, то есть в направлении движения струи. В зависимости
от величины и формы газовых объемов импульс давления может достигать такой
величины, при которой происходит дальнейшее их дробление. Таким образом,
эмульсионный участок формируется за счет кинетической энергии газовой струи
и в результате выделения ее при дроблении пузырей.
Газовая струя истекает в жидкость с подвижными малоустойчивыми границами.
В такой среде пульсация струи вызывает искривление поверхности раздела “газ-
жидкость” и образование отдельных массивов жидкости с газовыми пузырьками,
которые под действием архимедовых сил поднимаются вверх (рис. 3). По мере
увеличения давления газа в фурме до ≥0,6 МПа прерывистое движение массивов
переходит в сплошной барботажный поток 3 (см. рис. 1).
При выходе этого потока из расплава по поверхности ванны образуется и распро-
страняется газожидкостный бурун с максимальной интенсивностью массообмена
в нем. Часть газовых пузырей при этом разрушается и удаляется с поверхности в
атмосферу, а остальные захватываются жидкостью и поступают обратно в ванну. При
наведении на бурлящей поверхности флюса реагенты интенсивно взаимодействуют
с расплавом и замешиваются в глубь его.
а б
Рис. 2. Схема зоны взаимодействия и распада газовой струи в расплаве
Рис. 1. Зона взаимодействия скоростной
струи газа с жидкостью: 1 – основной поток;
2 – эмульсионный; 3 - барботажный
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. №1 5
Получение и обработка расплавов
Важной характеристикой газовой струи является глубина ее проникновения в
расплав (дальнобойность), которая оказывает влияние на гидродинамическую об-
становку в жидкометаллической ванне при продувке. Глубина проникновения струи
в расплав в основном зависит от следующих параметров: диаметра сопла в фурме,
скорости истечения газа из сопла, разности плотностей металла и газа, глубины
h истечения струи в расплав, угла наклона сопла к оси фурмы. Дальнобойность L
газовой струи можно представить функциональной зависимостью
r r aL f d w hм г= [ , ,( - ), , ].
(1)
Принимая, что истечение газовой струи происходит из горизонтального сопла
на постоянной глубине расплава, запишем уравнение (1) в безразмерном виде
r ×
r r × ×
wL
f
d g d
г
м г
2
= [ ],
( - ) (2)
где ρ
м
, ρ
г
- плотность металла и газа, кг/м3; w – скорость струи, м/с; d – диаметр
сопла в фурме, м; g – ускорение свободного падения, м/с2.
В уравнение (2) входит симплекс
r ×
r r × ×
w
g d
г
м г
2
Ar =
-
.
( )
(3)
Симплекс (3) является модифицированным критерием Архимеда и характеризует
инерционные силы газовой струи, от величины которых зависит ее дальнобойность [5].
Протяженность зоны взаимодействия скоростной струи с жидкостью определяли
при разных давлениях и расходах аргона на обработку ванны. Скорость истечения
газа из сопла рассчитывали по уравнению
× r
r ×
Q
w
F
2
1
= ,
(4)
где Q - объемный расход аргона на обработку жидкости, м3/с; ρ1, ρ2 - плотность
газа при атмосферном и избыточном давлениях соответственно, кг/м3; F - площадь
сечения продувочного сопла, м2.
При расчете скорости струи по уравнению (4) плотность аргона при разном
его давлении определяли по данным работы [4]. Результаты исследований
представлены в таблице.
а б
Рис. 3. Зоны взаимодействия скоростной струи с расплавом при давлении аргона
в фурме, МПа: а – 0,1; б – 0,3
6 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 1
Получение и обработка расплавов
На основании экспериментальных данных получили безразмерную зависимость
протяженности зоны взаимодействия скоростной струи с жидкостью от величины
критерия Архимеда
L d 0,25/ = 22,75Ar . (5)
В традиционных способах обработки сплавов с помощью продувочных фурм с со-
плами диаметром ≥ 2 мм максимальная поверхность взаимодействия расплава с ра-
финирующим газом достигается при пузырьковом режиме его истечения [6]. Размеры
газовых пузырей при этом зависят от смачиваемости жидким металлом материала, из
которого изготовлены фурмы. В работе [7] показано, что при продувке алюминиевых
сплавов через смачиваемые сопла средний размер образующихся в расплаве пузырей
в 3-4 раза больше, чем при обработке их несмачиваемыми устройствами.
При глубинной обработке алюминиевых расплавов скоростными струями газовые
пузырьки формируются на некотором расстоянии (зависит от скорости струи) от
сопла (рис. 1 и 3). Поэтому размеры пузырей газа в жидком металле не зависят от
материала продувочных устройств и определяются только энергетическими пара-
метрами струи. Использование скоростных струй для обработки сплавов позволяет
увеличить межфазную поверхность в расплаве за счет интенсивного дробления газа
на пузыри. При этом увеличивается продолжительность контакта мелких пузырей с
жидким металлом, сокращаются расход газа и время обработки сплавов.
1. Kastner S., Kluger I. Beitrag zur Technologie der Entgasung von Aluminiumschmelzen // Aluminium.
– 1952. – V. 52, № 4. – s. 230-234.
2. Палачев В. А., Инкин С. В., Белов В. Д., Курдюмов А. В. Повышение дегазации алюминиевых
сплавов продувкой инертными газами // Литейн. пр-во.– 1992. – № 3. – С. 10-11
3. Палачев В. А. Разработка и исследование технологии рафинирования алюминиевых спла-
вов продувкой газами с высокой скоростью истечения: Автореф. дис. ... канд.техн.наук.
– М., 1994. – 31 с.
4. Варгафтик Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. – М.:
Гос. изд-во физ.-мат. лит-ры, 1963. – 708 с.
5. Найдек В. Л., Наривский А. В. Повышение качества отливок из алюминиевых и медных сплавов
плазмореагентной обработкой их расплавов. – Киев: Наук. думка, 2008. – 184 с.
6. Макаров Г. С. Рафинирование алюминиевых сплавов газами. – М.: Металлургия, 1983.
– 119 с.
7. Гогин В. Б. Исследование закономерностей дегазации алюминиевых деформируемых
сплавов нейтральными газами и разработка параметров промышленной технологии про-
дувки расплава с применением пористых диафрагм: Автореф. дис. ... канд. техн. наук.
– М., 1972. – 28 с.
Поступила 15.06.2009
Р, МПа 0,1 0,16 0,2 0,3 0,4 0,5 0,57
Q, л/мин 1,5 2,0 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6
W, м/с 55,7 91,6 123,2 164,3 200,4 242,7 260
L/d 119 150 169 200 231 243 256
Ar 704 1904 3445 6127 9080 13371 15345
Скорость струи, протяженность зоны ее взаимодействия с жидкостью
и величина критерия Архимеда в зависимости от расхода газа
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-49748 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0235-5884 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:40:42Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Найдек, В.Л. Беленький, Д.М. Пионтковская, Н.С. Наривский, А.В. 2013-09-27T07:43:57Z 2013-09-27T07:43:57Z 2010 Исследование взаимодействия скоростной газовой струи с расплавом / В.Л. Найдек, Д.М. Беленький, Н.С. Пионтковская, А.В. Наривский // Процессы литья. — 2010. — № 1. — С. 3-6. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0235-5884 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49748 669.154:621.9.048 Определены структура и протяженность зоны взаимодействия горизонтальной скоростной струи аргона с жидкой средой в зависимости от расхода газа на обработку. Визначено структура та довжина зони взаємодії горизонтального швидкістного струменя аргону з рідким середовищем в залежності від витрати газу на обробку. It are determined the structure and the zone extent of interaction horizontal high-speed jet Ar with liquid environment depending on the gas charge on processing. ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Процессы литья Получение и обработка расплавов Исследование взаимодействия скоростной газовой струи с расплавом Article published earlier |
| spellingShingle | Исследование взаимодействия скоростной газовой струи с расплавом Найдек, В.Л. Беленький, Д.М. Пионтковская, Н.С. Наривский, А.В. Получение и обработка расплавов |
| title | Исследование взаимодействия скоростной газовой струи с расплавом |
| title_full | Исследование взаимодействия скоростной газовой струи с расплавом |
| title_fullStr | Исследование взаимодействия скоростной газовой струи с расплавом |
| title_full_unstemmed | Исследование взаимодействия скоростной газовой струи с расплавом |
| title_short | Исследование взаимодействия скоростной газовой струи с расплавом |
| title_sort | исследование взаимодействия скоростной газовой струи с расплавом |
| topic | Получение и обработка расплавов |
| topic_facet | Получение и обработка расплавов |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49748 |
| work_keys_str_mv | AT naidekvl issledovanievzaimodeistviâskorostnoigazovoistruisrasplavom AT belenʹkiidm issledovanievzaimodeistviâskorostnoigazovoistruisrasplavom AT piontkovskaâns issledovanievzaimodeistviâskorostnoigazovoistruisrasplavom AT narivskiiav issledovanievzaimodeistviâskorostnoigazovoistruisrasplavom |