5.2 Лабораторна робота №2 Вивчення впливу електрообігріву прибуткової частини|частини| зливку|зливка| на вихід придатного металу

Мета|ціль| роботи - оцінити вплив електрообігріву прибуткової частини|частини| зливка|зливка| на швидкість кристалізації, структурну неоднорідність і механізм формування усадкової раковини.

Теоретичні відомості|

За умови рівномірного відведення тепла стінками і дном виливниці та відведення тепла через верх, збереження|зберігання| об'єму|обсягу| зливка|зливка| при кристалізації супроводиться|супроводжується| зменшенням рівня рідкого металу. У результаті утворюється усадкова раковина, глибоко поширена в тіло зливка|зливка| (див. лаб|ораторну роботу №1).

При тепловій ізоляції верху зливка|зливка| в прибутковій надставці усадкова раковина зосередиться в останню чергу в прибутковій частині. На практиці використовують саме цей спосіб локалізації і зменшення усадкової раковини. На сьогоднішній час застосовують різні способи утеплення і обігріву прибуткової частини зливка|зливка|. Так для виробництва якісних і високоякісних сталей| широко використовуються люнкерітні| суміші (14…28% алюмінія|, 5…10% феросиліція|, 20…25% дерево| та вугілля і до 20% коксика|, 20…30% шамотного| бою, 10…15% бокситу з|із| витратою 1,5…3 кг/т). Ці суміші дозволяють понизити|знизити| швидкість охолодження металу в 4 рази. Досаджують на поверхню металу (1/2…2/3 висоти прибуткової надставки|частини|) також екзотермічні суміші (70% феросиліція|, 20% селітри, 10% шамотного| бою). При згоранні|згоряти| 1кг/т суміші температура металу вагою в 1 тонну зростає до 20°С|, хоча їх ефективність складає 10%.

Досконалішими способами обігріву є електродуговий, індукційний і газокисневий, які дозволяють зменшити втрати в прибутковій частині в 2,5 рази з витратою електричної енергії ~ 15 кВ год/т., кисню 12м³/т, коксового газу 20м³/г.

Устаткування і матеріали

Лабораторна установка (рис.5.3) складається з двох плоских водоохолоджуваних виливниць (1), стінки яких виконані з|із| оргскла|, а бокові і нижні частини є мідною водоохолоджуваною порожниною (2). Виливниці встановлені|установлені| на пластмасовій пластині, а з боку задньої стінки встановлюється джерело світла.

Прибуткова частина однієї з виливниць обігрівається електричною спіраллю, ізольованою від мідної порожнини керамікою. Живлення|харчування| на спіраль подається від знижувального трансформатора (U=0…30В|) з|із| приладами контролю.

Рис.5.3. Схема лабораторної установки з|із| електричним обігрівом прибуткової частини:

1-водоохолоджувані виливниці; 2-бокові стінки виливниць; 3-підставка;4- ніхромова спіраль; 5- трансформатор.

Методика проведення досліджень

Вивчення впливу різних чинників|факторів| технології розливання на величину, форму, розташування зон кристалізації і усадкової раковини в зливку|зливку| проводиться|виробляє| на моделях виливниць шляхом проведення двох паралельних дослідів (з|із| водоохолоджуванням і обігрівом прибуткової частини|частини|).

Температура заливки рідини і тривалість розливання однакові. У якості матеріалу в роботі використовується гіпосульфіт, заздалегідь просушений від вологи. Температура розплаву гіпосульфіту становить 70°С|. Підготовлений таким чином розплав рівним струменем заливається у виливниці, що охолоджуються циркулюючою водою. Виливниця з|із| ел|ектричним обігрівом| прибуткової надставки заздалегідь розігрівається, шляхом подачі і витримки|витягу| напруги|напруження| 15, 20, 25 або 30 В|вольт-ампер| (згідно завдання|задавання| викладача - варіанту).

Після|потім| заливки у виливниці через кожні 5…10 хв.| проводиться|виробляє| вимір товщини скориночки, що кристалізується, фіксуються при цьому моменти завершення утворення характерних структурних зон зливків|зливків|. Виміри проводяться|виробляють| в наступних|слідуючих| зонах:

а) низ, середина і верх - в горизонтальному направленні|напрямі|;

б) дно - у вертикальному направленні|напрямі|;

в) прибуткова частини|частина| - розміри усадкової раковини.

Вміст|зміст| звіту|

Запис результатів роботи проводиться|виробляє| у вигляді таблиці 5.2 для кожної виливниці окремо у наступній послідовності:

1. Після закінчення кристалізації зливка|зливків| проводиться|виробляє| зарисовка структурних зон.

1. На підставі дослідних даних розраховується коефіцієнт твердіння К (мм/хв^0,5 ) і будуються графіки залежності Д=f(τ) за формулою:

, см/хв^0,5.

3. Наводяться наступні данні: висота зливка до прибутку (Н_зл), висота прибутку, глибина усадкової раковини (Н_Р), ширина (середня) усадкової раковини (Ш_Р) для кожної виливниці

4. Робиться|чинить| відповідний порівняльний аналіз і висновок|виведення| про вплив ел|ектричного обігріву на процес кристалізації і вихід придатного металу.

Таблиця 5.2 –

Експериментальні дані роботи

№ дос-лідження	Час кристалізації ( ), хв.	З підігрівом товщина скориночки, мм		Без підігріву товщина скориночки, мм
		по горизонталі	по вертикалі	по горизонталі	по вертикалі
1
2
3
4

Контрольні питання

1. Методи зменшення усадкової раковини в зливках|зливках| металу.

2. Які чинники|фактори| впливають на величину усадкової раковини?

3. Умови, які поліпшують макроструктуру зливка|зливка|.

4. Коротко охарактеризувати основні способи розливання сталі|стали|.

5. Основні регульовані технологічні параметри розливання.

6. Методи поліпшення|покращання| поверхні зливків.

5.3 Лабораторна робота № 3

Моделювання розливання сталі у виливниці

Мета роботи - теоретичне та експериментальне дослідження температури розплаву, що розливають, швидкості розливання, форми та розмірів (відношення довжини до діаметру) зливка на форму та розташування усадкової раковини, а також вплив розширення та утеплення виливниці на будову зливка.

Теоретичні відомості

Кінцевою продукцією сталеплавильного виробництва є сталеві зливки, які утворюються при твердінні (кристалізації) рідкої сталі у виливницях.

При затвердінні зливка в процесі наповнення виливниць в першу чергу скорочуються його лінійні розміри. Об'ємна усадка в цей час компенсується доливкою рідкого металу. Після закінчення розливки одночасно зі скороченням лінійних розмірів починається процес утворення усадкової раковини, який продовжується до повного затвердіння зливка. Форма та положення усадкової раковини в значній мірі визначається умовами охолодження зливка. Усадкова раковина характерна для зливків спокійної сталі. У зливках киплячої та напівспокійної сталі усадка компенсується наявністю газових пухирців.

Усадкова раковина концентрується у тепловому центрі зливка спокійної сталі, де проходить затвердіння останніх порцій металу.

Крім усадкової раковини у зливку можуть бути також малі пустоти усадкового походження, які частіше всього розташовується по осі зливка і називаються центральною пористістю, на відміну від інших мікропустот - розсіяної рихлості, яка зустрічається у різних частинах зливку.

Форма й положення усадкової раковини у зливку, а також характер центральної пористості та розсіяної рихлості залежить від конструкції виливниці й умов відводу тепла крізь стінки виливниці.

Якщо виливниця буде висока й вузька, то це призведе до утворення вузької та витягнутої усадкової раковини та великої пористості у зливку, а також можлива поява вторинної усадкової раковини.

У випадку, коли виливниця буде розширена до низу, у зливках утворюється більш глибока основна усадкова раковина, крім того нижче формується вторинна усадкова раковина й зменшується щільність осевої частини.

Інтенсивне охолодження низу зливка товстим піддоном приводить до зменшення глибини поширення усадкової раковини. Навпаки більші втрати тепла дзеркалом зливку, якщо не використовуються теплоізолювальні або екзотермічні порошки. Це сприяє швидкому затвердінню верхньої скоринки, що призводить до збільшення глибини поширення усадкової раковини та рихлості в зливку.

Одним з найбільш радикальних способів скорочення глибини усадкової раковини є підтримка сталі верхньої частини зливка у рідкому стані в продовж значного періоду. Це досягають при отримані зливків у виливниці з прибутковими надставками з утепленням.

Умови, які призводять до зменшення глибини усадкової раковини:

1. Необхідно знизити втрати тепла крізь поверхню металу. Теплоізоляція дзеркала металу знижує втрати тепла, що сприяє зменшенню довжини усадкової раковини, маси й висоти прибуткової частини. Теплоізоляція дзеркала металу дозволяє зменшити головну обрізку в середньому на 3%.

2. Слід зменшити втрати тепла стінками прибуткової частини. Скорочення втрат досягається у результаті застосування малотеплопровідних матеріалів для футеровки прибуткової частини: центральних вставок із рідкорухомих сумішей, що самотвердіють, а також спеціально вироблених плит, до складу яких входять пісок, папір, азбест, деревина тирса та матаріали, що пов'язують. Щільність та теплопровідність у цих матеріалів в 2…5 разів менша, ніж у шамоту.

Також можна футерувати прибуткові надставки або верх розширених до низу виливниць.

3. Підвід тепла до прибуткової частини із зовні дозволяє значно зменшити її масу. Це можливо здійснити шляхом інтенсивного обігріву металу в прибутковій частині газокисневим факелом, електричною дугою або індукційним способом. Менш інтенсивного обігріву можна досягнути за допомогою екзотермічних футеровок, обмазок, вкладишів та засипок.

4. Скорочення глибини усадкової раковини сприяє відливка зливків в розширені до верху виливниці.