Исследование особенностей тепловыделения в шлаковой ванне при электрошлаковом литье с приплавлением
С помощью трехмерной математической модели исследованы особенности распределения объемных источников теплоты в шлаковой ванне при электрошлаковом литье с приплавлением заготовок корпусов фланцевых задвижек. Установлено, что вблизи торцов приплавляемых патрубков образуются дополнительные зоны повышен...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Современная электрометаллургия |
|---|---|
| Datum: | 2011 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2011
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96237 |
| 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: | Исследование особенностей тепловыделения в шлаковой ванне при электрошлаковом литье с приплавлением / А.Ф. Мужиченко, М.А. Полещук, В.Л. Шевцов // Современная электрометаллургия. — 2011. — № 2 (103). — С. 8-11. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859674558284431360 |
|---|---|
| author | Мужиченко, А.Ф. Полещук, М.А. Шевцов, В.Л. |
| author_facet | Мужиченко, А.Ф. Полещук, М.А. Шевцов, В.Л. |
| citation_txt | Исследование особенностей тепловыделения в шлаковой ванне при электрошлаковом литье с приплавлением / А.Ф. Мужиченко, М.А. Полещук, В.Л. Шевцов // Современная электрометаллургия. — 2011. — № 2 (103). — С. 8-11. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Современная электрометаллургия |
| description | С помощью трехмерной математической модели исследованы особенности распределения объемных источников теплоты в шлаковой ванне при электрошлаковом литье с приплавлением заготовок корпусов фланцевых задвижек. Установлено, что вблизи торцов приплавляемых патрубков образуются дополнительные зоны повышенного тепловыделения. Определена зависимость интенсивности тепловыделения в этих зонах от технологических параметров электрошлакового процесса и геометрии плавильного пространства.
Using three-dimensional mathematical model, the peculiarities of distribution of volume heat source in slag pool during electroslag casting with melting-on of billets of stop valve bodies were investigated. It was found that additional zones of increased heat evolution are formed near the edges of pipe branches being melted-on. The dependence of intensity of heat evolution in these zones on technological parameters of the electroslag process and geometry of melting space was defined.
|
| first_indexed | 2025-11-30T15:19:16Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 669.117.56
ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ
ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЯ В ШЛАКОВОЙ ВАННЕ
ПРИ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОМ ЛИТЬЕ
С ПРИПЛАВЛЕНИЕМ
А. Ф. Мужиченко, М. А. Полещук, В. Л. Шевцов
С помощью трехмерной математической модели исследованы особенности распределения объемных источников
теплоты в шлаковой ванне при электрошлаковом литье с приплавлением заготовок корпусов фланцевых задвижек.
Установлено, что вблизи торцов приплавляемых патрубков образуются дополнительные зоны повышенного тепло-
выделения. Определена зависимость интенсивности тепловыделения в этих зонах от технологических параметров
электрошлакового процесса и геометрии плавильного пространства.
Using three-dimensional mathematical model, the peculiarities of distribution of volume heat source in slag pool during
electroslag casting with melting-on of billets of stop valve bodies were investigated. It was found that additional zones
of increased heat evolution are formed near the edges of pipe branches being melted-on. The dependence of intensity of
heat evolution in these zones on technological parameters of the electroslag process and geometry of melting space was
defined.
Ключ е вы е с л о в а : электрошлаковое литье с приплав-
лением; тепловыделение в шлаковой ванне; математическое
моделирование
Задвижки с условным проходом от 50 до 100 мм и
массивными фланцами на концах патрубка, рабо-
тающие при высоком давлении (до 70 МПа), явля-
ются одним из основных элементов оборудования,
применяемого для добычи нефти и природного газа
с больших глубин. Корпуса таких задвижек ранее
изготовлялись из поковок или штамповок. Сущест-
вующие технологии их изготовления трудоемкие,
дорогостоящие и требуют уникального прессового
оборудования [1, 2].
В Институте электросварки им. Е. О. Патона в
качестве альтернативы разработан способ элект-
рошлакового литья с приплавлением (ЭШЛП) за-
готовок корпусов фланцевых задвижек, при кото-
ром выплавляют только центральную часть корпуса
с одновременным приплавлением к ней заранее из-
готовленных патрубков с массивными фланцами на
концах [3, 4].
Исследования механических свойств различных
частей заготовок корпусов фланцевых задвижек,
полученных этим способом, показали, что по проч-
ностным свойствам металл литых электрошлаковых
корпусов не уступает деформированному, а по плас-
тическим свойствам превосходит его [5].
Однако в ходе опытных плавок установлено, что
в зоне соединения патрубка с центральной частью
корпуса могут иметь место непровары и трещины.
Предположили, что возникновение подобных дефек-
тов во многом определяется распределением тока, а
значит, и тепловыделением в объеме шлаковой ванны.
Для проверки данного предположения при вы-
плавке заготовки корпуса задвижки с условным
проходом диаметром 50 мм проведен специальный
эксперимент. Перед началом плавки один из пат-
рубков токопроводящей перемычкой напрямую со-
единили с поддоном, а другой, – электрически изо-
лировали от стенки кристаллизатора и, таким об-
разом, полностью исключили прохождение через
него электрического тока (рис. 1).
В результате эксперимента получено различное
качество соединения патрубков с центральной
частью корпуса (рис. 2). Между неизолированным
патрубком и поддоном образовалась равномерная
галтель с заданным радиусом по всему периметру
© А. Ф. МУЖИЧЕНКО, М. А. ПОЛЕЩУК, В. Л. ШЕВЦОВ, 2011
Рис. 1. Схема эксперимента для оценки связи качества приплав-
ления патрубков с токораспределением в шлаке: 1 – поддон; 2 –
кристаллизатор; 3 – токопроводящая перемычка; 4 – неизо-
лированный патрубок; 5 – расходуемый электрод; 6 – изоли-
рованный патрубок; 7 – электроизоляция; 8 – шлаковая ванна;
9 – выплавляемая заготовка; 10 – источник питания
8
(рис. 2, а). В то же время у изолированного пат-
рубка галтель отсутствовала а между его боковой
поверхностью и центральной частью корпуса сох-
ранялся слой шлакового гарнисажа (рис. 2, б).
Таким образом, проведенный эксперимент пока-
зал, что проходящая через патрубок часть рабочего
тока оказывает решающее влияние на качество
приплавления. Этот ток влияет на тепловыделение
в шлаковой ванне в районе патрубков, формируя
галтель по всему периметру.
Уровень токов, протекающих через патрубки, а
значит, и тепловыделение в шлаке вблизи их торцов
зависят от многих факторов, в том числе от элект-
рического сопротивления различных участков шла-
ковой ванны, взаиморасположения и геометричес-
ких размеров токоведущих частей (расходуемого
электрода, патрубков, кристаллизатора и шлаковой
ванны), а также технологических параметров про-
цесса ЭШЛП. Влияние указанных факторов на про-
цесс тепловыделения в шлаковой ванне можно пред-
ставить с помощью математического моделирования.
Для этого нами разработана математическая мо-
дель токо- и тепловыделения в шлаковой ванне. При
ЭШЛП в ходе непосредственного приплавления,
когда по мере плавления расходуемого электрода
уровень шлаковой ванны подымается вдоль торцов
патрубков, условия токоподвода от шлака к боковой
поверхности плавильного пространства существен-
но зависят не только от высоты уровня шлаковой
ванны, но и от угла поворота радиуса вокруг оси
выплавляемой заготовки.
В шлаковой ванне появляются новые направле-
ния прохождения тока от расходуемого электрода
через шлак к торцам патрубков, шунтирующие ра-
бочий ток, протекающий через расходуемый элек-
трод. Эксперименты показали, что суммарное зна-
чение этих шунтирующих токов может достигать
половины рабочего.
В работе [6] даны постановка задачи и гранич-
ные условия, а также показаны результаты моде-
лирования и распределения тока источников тепло-
ты в различные моменты процесса ЭШЛП.
Установлено, что с началом приплавления кар-
тина распределения объемных источников теплоты
в шлаковой ванне существенно изменяется. Во вре-
мя прохождения шлаковой ванны вдоль торцов пат-
рубков, обращенных в плавильное пространство,
вблизи них возникают новые дополнительные зоны
интенсивного тепловыделения в шлаке. В опреде-
ленный момент времени мощность каждой из этих
зон может достигать 10 % мощности тепловыделе-
ния в подъэлектродной области. Благодаря этому
торцы патрубков, электрически соединенные с под-
доном, прогреваются более интенсивно, оплавляют-
ся и образуют качественное соединение с выплав-
ляемой частью заготовки.
Рис. 2. Внешний вид соединений центральной части корпуса задвижки с неизолируемым (а) и изолированным (б) патрубками
Рис. 3. Распределение удельных источников теплоты Руд в шла-
ковой ванне при ЭШЛП заготовок корпусов задвижек Ду-80 (а)
и ДУ-50 (б)
9
Приведем полученные с помощью математичес-
кой модели, описанной в работе [6], результаты
исследования распределения мощности объемных
источников теплоты в шлаковой ванне вблизи тор-
цов патрубков в зависимости от геометрических раз-
меров заготовок и технологических параметров про-
цесса ЭШЛП.
На рис. 3 показано распределение удельных ис-
точников теплоты в шлаковой ванне при ЭШЛП
заготовок корпусов задвижек Ду-80 и ДУ-50 в мо-
мент, когда зеркало металлической ванны подходит
к нижним краям патрубков. Заготовка корпуса зад-
вижки Ду-80 имеет патрубки диаметром 160 мм и
выплавляется в кристаллизаторе диаметром 270 мм.
При выплавке заготовки корпуса задвижки ДУ-50
диаметры патрубков, примыкающих к центральной
части заготовки корпуса задвижки, равны 120 и 240 мм.
Расчеты проводили при одинаковых значениях
мощности, выделяемой в шлаковой ванне, и глубине
шлаковой ванны (75 мм).
Как видно из рис. 3, при равных значениях
удельной мощности тепловыделение вблизи торцов
патрубка примерно одинаково. Управлять мощ-
ностью, выделяемой в шлаковой ванне постоянного
химического состава, расположенной в конкретном
кристаллизаторе, можно путем изменения напряже-
Рис. 4. Зависимость интенсивности I дополнительного тепловыделения у торцов патрубков от напряжения на шлаковой ванне U (а)
и ее глубины H (б)
Рис. 5. Зависимость интенсивности I тепловыделения вблизи
торцов от диаметров d патрубков: 1 – ДУ-80; 2 – ДУ-50
Рис. 6. Макрошлифы зон соединения патрубков с литым корпусом задвижек Ду-80 (а) и Ду-50 (б): 1 – литой электрошлаковый
металл; 2 – линия сплавления; 3 – зона термического влияния на металле патрубка
10
ния источника питания или глубины шлаковой ван-
ны. Влияние этих параметров на интенсивность до-
полнительных источников теплоты вблизи торцов
патрубка показано рис. 4.
Влияние диаметра патрубков на интенсивность
тепловыделения вблизи их торцов исследовали от-
дельно для заготовок корпусов ДУ-80 и ДУ-50. Ре-
зультаты моделирования приведены на рис. 5.
Как видно из рис. 5, с уменьшением диаметра
патрубка тепловыделение возле его приплавляемо-
го торца возрастает. Это дополнительное тепловы-
деление способствует увеличению глубины про-
плавления торца патрубка, зафиксированному на
макроструктуре зоны соединения патрубков загото-
вок корпусов задвижек с условным проходом 50
(ДУ-50) и 80 мм (ДУ-80) (рис. 6).
Таким образом, в результате математического
моделирования определены зависимости интенсив-
ности источников теплоты в дополнительной зоне
тепловыделения, появляющейся в шлаковой ванне
вблизи торцов приплавляемых патрубков, от тех-
нологических параметров и геометрии плавильного
пространства.
Полученные зависимости позволяют определять
технологический режим процесса ЭШЛП при вы-
плавке корпусов задвижек различных типоразмеров.
1. Вайсберг Г. Л., Римчук Д. В. Фонтанна безпека: Запи-
тання. Відповіді. – Харків, 2002. – 474 с.
2. Стальные поковки вместо стального литья: Рекламный
проспект фирмы «Cameron» // Выставка «Нефтегаз-90».
3. Электрошлаковое литье заготовок корпусов фланцевых
задвижек с приплавлением патрубков / М. А. Полещук,
Л. Г. Пузрин, В. Л. Шевцов и др. // Современ. электро-
металлургия. – 2009. – № 2. – С. 13—17.
4. Полещук М. А., Пузрин Л. Г., Шевцов В. Л. Электро-
шлаковое литье – самый прогрессивный способ произ-
водства корпусов арматуры высокого давления // Арма-
туростроение. – 2009. – № 4. – С. 49—54.
5. Исследование области соединения в заготовках корпусов
фланцевых задвижек высокого давления, полученных спо-
собом ЭШЛ с приплавлением / М. А. Полещук, Т. Г. Со-
ломийчук, Г. М. Григоренко и др. // Современ. электро-
металлургия. – 2009. – № 4. – С. 8—12.
6. Мужиченко А. Ф., Полещук М. А., Шевцов В. Л. Мате-
матическое моделирование тепловыделения в шлаковой
ванне при электрошлаковом литье с приплавлением заго-
товок корпусов фланцевых задвижек // Там же. –
2010. – № 2. – С. 17—20.
Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, Киев
Поступила 16.02.2011
УДК 669.187.56:621.74.043:6211
КРИТЕРИИ ВЫБОРА
КОНСТРУКЦИИ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ
ДЛЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ЛИТЬЯ
С. В. Скрипник, Д. Ф. Чернега
Рассмотрены критерии выбора конструкции металлической неохлаждаемой формы, основными из-которых являются
материал, способ изготовления формы, уровень центробежных сил, геометрические параметры отливки. Описаны
варианты конструкции литейных форм для изготовления простых и сложных по конфигурации отливок.
Criteria of selection of design of metallic non-cooled mould, the main of which are material, method of mould manufacture,
level of centrifugal forces, geometric parameters of casting, are considered. Options of design of casting moulds are
described for producing castings, both simple and intricate in configuration.
Ключ е вы е с л о в а : кокиль; толщина стенок кокиля;
материал; шлаковый гарнисаж; теплоизолирующее покры-
тие; центробежная сила
Вопросам энергетической эффективности про-
изводства машиностроительных заготовок по мере
удорожания энергоносителей уделяется все боль-
шее внимание. Наиболее дешевыми, а в случае ис-
пользования труднодеформируемых и трудносва-
риваемых жаропрочных сталей и сплавов, наиболее
целесообразными являются литые заготовки. Сдер-
живающим фактором широкого применения литых
заготовок, например в газовых турбинах, являются
жесткие требования к их качеству и свойствам.
© С. В. СКРИПНИК, Д. Ф. ЧЕРНЕГА, 2011
11
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96237 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7681 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-30T15:19:16Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Мужиченко, А.Ф. Полещук, М.А. Шевцов, В.Л. 2016-03-12T16:55:38Z 2016-03-12T16:55:38Z 2011 Исследование особенностей тепловыделения в шлаковой ванне при электрошлаковом литье с приплавлением / А.Ф. Мужиченко, М.А. Полещук, В.Л. Шевцов // Современная электрометаллургия. — 2011. — № 2 (103). — С. 8-11. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96237 669.117.56 С помощью трехмерной математической модели исследованы особенности распределения объемных источников теплоты в шлаковой ванне при электрошлаковом литье с приплавлением заготовок корпусов фланцевых задвижек. Установлено, что вблизи торцов приплавляемых патрубков образуются дополнительные зоны повышенного тепловыделения. Определена зависимость интенсивности тепловыделения в этих зонах от технологических параметров электрошлакового процесса и геометрии плавильного пространства. Using three-dimensional mathematical model, the peculiarities of distribution of volume heat source in slag pool during electroslag casting with melting-on of billets of stop valve bodies were investigated. It was found that additional zones of increased heat evolution are formed near the edges of pipe branches being melted-on. The dependence of intensity of heat evolution in these zones on technological parameters of the electroslag process and geometry of melting space was defined. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Электрошлаковая технология Исследование особенностей тепловыделения в шлаковой ванне при электрошлаковом литье с приплавлением Investigation of heat evolution features in slag pool during electroslag casting with melting-on Article published earlier |
| spellingShingle | Исследование особенностей тепловыделения в шлаковой ванне при электрошлаковом литье с приплавлением Мужиченко, А.Ф. Полещук, М.А. Шевцов, В.Л. Электрошлаковая технология |
| title | Исследование особенностей тепловыделения в шлаковой ванне при электрошлаковом литье с приплавлением |
| title_alt | Investigation of heat evolution features in slag pool during electroslag casting with melting-on |
| title_full | Исследование особенностей тепловыделения в шлаковой ванне при электрошлаковом литье с приплавлением |
| title_fullStr | Исследование особенностей тепловыделения в шлаковой ванне при электрошлаковом литье с приплавлением |
| title_full_unstemmed | Исследование особенностей тепловыделения в шлаковой ванне при электрошлаковом литье с приплавлением |
| title_short | Исследование особенностей тепловыделения в шлаковой ванне при электрошлаковом литье с приплавлением |
| title_sort | исследование особенностей тепловыделения в шлаковой ванне при электрошлаковом литье с приплавлением |
| topic | Электрошлаковая технология |
| topic_facet | Электрошлаковая технология |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96237 |
| work_keys_str_mv | AT mužičenkoaf issledovanieosobennosteiteplovydeleniâvšlakovoivannepriélektrošlakovomlitʹespriplavleniem AT poleŝukma issledovanieosobennosteiteplovydeleniâvšlakovoivannepriélektrošlakovomlitʹespriplavleniem AT ševcovvl issledovanieosobennosteiteplovydeleniâvšlakovoivannepriélektrošlakovomlitʹespriplavleniem AT mužičenkoaf investigationofheatevolutionfeaturesinslagpoolduringelectroslagcastingwithmeltingon AT poleŝukma investigationofheatevolutionfeaturesinslagpoolduringelectroslagcastingwithmeltingon AT ševcovvl investigationofheatevolutionfeaturesinslagpoolduringelectroslagcastingwithmeltingon |