Izvestiya Vuzov Tsvetnaya Metallurgiya (Proceedings of Higher Schools Nonferrous Metallurgy / Известия вузов. Цветная металлургия
Not a member yet
659 research outputs found
Sort by
Исследование влияния флокулянтов на кинетические параметры восстановления меди в водном растворе металлическим цинком
Get PDFWe studied a number of models for the description of copper reduction by fine zinc powder in aqueous solutions. The experimentswere carried out in devices with a magnetic stirrer at mixing speeds of 40–150 rpm and temperatures of 15–50 °C. We investigated the influence exerted on the process by macromolecular flocculants such as non-ionic magnafloc 333, cationic besflok 6645 and anionic besfloc 4034. Under industrial conditions, these flocculants are used at the hydrolytic solution purification stage and then they are fed to cementing purification together with the clarified solution. Aqueous flocculant solutions of 2,5 g/l containing 2–4 g/l of zinc dust and 50–200 mg/l of flocculant were used in the experiments. Copper content in the initial and final solutions was quantitatively determined by spectrophotometric analysis with the preliminary copper transfer to the ammonia complex. Experiment duration varied from 1 to 8 min. The degree of copper reduction from solutions was 10–90 %. It was found that at low mixing rates the process kinetics can be described by the kinetic equation of the first order. At high speeds, the kinetics of the studied heterogeneous reactionwith added flocculants is more adequately described by the velocity change equation as a square root of the process duration. It wasshown that the highest constant of cementation rate is observed in experiments without the addition of surfactants. Anionic flocculant slows down the cementation process to a lesser extent than cationic one, which is consistent with the theory of electrochemical processes and shows that the discharge of copper cations under these conditions limits the cementation process. Regularities revealed in the studied process remain as temperature increases. It was noted that the addition of high-molecular substances with a relative molecular mass of 20 million in an amount of 50–200 mg/l inhibit the cementation process. This fact must be taken into account in industrial conditions where cementing purification from copper and other impurities is carried out from flocculant-containing solutions.Изучен ряд моделей для описания процесса восстановления меди тонкодисперсным цинковым порошком в водных растворах. Опыты проводили при температурах 15–50 °С и скоростях перемешивания 40–150 об/мин в аппаратах с магнитной мешалкой. Исследовано влияние на данный процесс высокомолекулярных флокулянтов – таких, как неионогенный магнофлок 333, катионный бесфлок 6645 и анионный бесфлок 4034. В промышленных условиях указанные флокулянты применяются на стадии гидролитической очистки растворов, а затем вместе с осветленным раствором поступают на цементационную очистку. В экспериментах использовали водные растворы флокулянтов 2,5 г/л при дозировках цинковой пыли 2–4 г/л и флокулянта 50–200 мг/л. Количественно определено содержание меди в исходных и конечных растворах методом спектрофотометрического анализа с предварительным переводом меди в аммиачный комплекс. Продолжительность опыта изменялась от 1 до 8 мин. Степень восстановленной из растворов меди составляла 10–90 %. Установлено, что при низких скоростях перемешивания кинетику процесса можно описать уравнением первого порядка. При высоких же скоростях перемешивания кинетика исследуемой гетерогенной реакции в присутствии добавок флокулянтов наиболее адекватно передается уравнением изменения скорости как корня квадратного от продолжительности протекания процесса. Показано, что наибольшая константа скорости цементации наблюдается без добавления поверхностно-активных веществ. Процесс цементации в меньшей степени замедляется в присутствии анионного флокулянта, чем катионного, что согласуется с теорией электрохимических процессов и показывает, что разряд катионов меди в данных условиях лимитирует процесс цементации. При увеличении температуры сохраняются выявленные закономерности исследуемого процесса. Отмечено, что добавки высокомолекулярных веществ с относи-тельной молекулярной массой 20 млн в количестве 50–200 мг/л тормозят процесс цементации. Такой факт необходимо учитывать в промышленных условиях, где цементационная очистка от меди и других примесей проводится из растворов, содержащих флокулянты
Изучение структурных изменений поверхностных слоев алюминиевых сплавов на основе системы Al–Si–Cu при их деформации в процессе трения
Get PDFExperimental antifriction aluminum alloys based on the Al–5%Si–4%Cu system with the addition of Bi, Pb, In, and Cd low-melting components were studied. An optimal heat treatment mode was selected: hardening at 500 °С with further aging at 175 °С. Tribological tests were carried out according to the «shoe–roller» scheme (investigated material – Steel 45) (at pressures of 0.5, 1 and 2 MPa) simulating the bearing assembly operation. It was shown that all the experimental alloys have similar tribological properties. However, their mechanical properties (in particular, hardness) differ. A cadmium containing alloy had the highest hardness. Electron microscopic studies of the shoe and roller surfaces were carried out for samples made of this alloy before and after tribological tests including the study of topography and elemental composition. The process of active mass transfer in the contact zone during friction was revealed. At the same time, the roller demonstrated a film formed of secondary structures on the roller and its parameters were determined (uneven pattern of location on the surface, considerable relief with the maximum thickness up to 200 μm). It was shown that such a film leads to score formation with the friction modes used. It was determined that for all experimental alloys scoring occurs after testing at pressures above 1 MPa. Shoe nanoindentation (with 10–100 mN loads) showed increased hardness in the surface layer with a thickness of about 30 μm. This may be connected with the material hardening as a result of plastic strains occurred in the friction zone.В работе изучены экспериментальные антифрикционные алюминиевые сплавы на основе системы Al–5%Si–4%Cu с добавлением легкоплавких компонентов Bi, Pb, In и Cd. Подобран оптимальный режим термообработки, включающий закаливание при температуре 500 °С с дальнейшим старением при 175 °С. Проведены трибологические испытания по схеме колодка–ролик (исследуемый материал – Сталь 45) при давлениях 0,5, 1,0 и 2,0 МПа, моделирующие работу подшипникового узла. Показано, что все экспериментальные сплавы обладают близкими трибологическими свойствами, однако их механические характнристики, в частности показатели твердости, различаются. Наибольшее ее значение имеет сплав, содержащий кадмий. Электронно-микроскопическим методом исследованы поверхности колодки и ролика из этого материала до и после трибологических испытаний: изучена топография и определен элементный состав. Выявлен процесс активного массопереноса в контактной зоне при трении. При этом на ролике обнаружено формирование пленки вторичных структур и определены ее параметры: неравномерный характер расположения на поверхности и развитый рельеф, максимальная толщина которого достигает 200 мкм. Показано, что при использованных режимах трения такая пленка способствует образованию задира. Установлено, что задир для всех экспериментальных сплавов наступает после испытаний при давлении выше 1 МПа. Проведенное наноиндентирование колодки (с нагрузками от 10 до 100 мН) показало увеличение твердости в приповерхностном слое толщиной около 30 мкм. Это может быть связано с упрочнением материала в результате возникновения пластических деформаций в зоне трения
Разработка, моделирование и исcледование технологии получения длинномерных деформированных полуфабрикатов из алюминиево-магниевых сплавов с низким содержанием скандия
Get PDFThe paper provides the results of studying the technology for producing longish deformed semi-finished products by sheet rolling and direct rolling-extruding of aluminum-magnesium alloys with different scandium contents. Computer and physical modeling methods were used for the research and the results were verified by pilot tests. These alloys were selected for the research due to the fact that Al–Mg aluminum alloys doped with scandium have increased corrosion resistance along with their high strength. In this regard, this research was aimed to obtain longish deformed semi-finished products in the form of sheet metal, rods and welding wire from economically alloyed Al–Mg alloys. Computer simulation was performed using the DEFORM-3D software package to determine rational conditions of hot rolling of large-sized ingots and deformation modes of the combined processing using the method of direct rolling-extruding of rods made of the investigated alloys. At the same time, the technological and force parameters of these processes were justified with the laws of their change presented. Experimental results obtained made it possible to determine the limit values of force parameters and to study the structure and properties of deformed, annealed and welded semi-finished products made of the investigated alloys during the physical modeling of processes studied. In addition, metal properties were determined in a fairly wide range of changes in temperature, speed, and deformation parameters. Based on the results of experimental studies and modeling, recommendations were given for the industrial development of the technology for hot rolling of thick ingots from the investigated alloys. At the same time, technological solutions, regulations and conditions for deformed semi-finished products made of the investigated alloys were developed and batches of sheet metal with the required level of mechanical and corrosion properties were obtained.Приведены результаты исследований технологии получения длинномерных деформированных полуфабрикатов методами листовой прокатки и бесслитковой прокатки–прессования из алюминиево-магниевого сплава с низким содержанием скандия. В ходе работы были применены методы компьютерного и физического моделирования, а полученные результаты проверены путем опытно-промышленных испытаний. Выбор данных материалов в качестве объектов исследования обусловлен тем, что алюминиевые сплавы системы Al–Mg, легированные скандием, наряду с высокой прочностью имеют повышенную стойкость к коррозии. В связи с этим в настоящей работе была поставлена задача получения длинномерных деформированных полуфабрикатов в виде листового проката, прутков и сварочной проволоки из экономнолегированного Al–Mg-сплава. Для компьютерного моделирования был применен программный комплекс DEFORM-3D, с помощью которого определяли рациональные условия горячей прокатки крупногабаритных слитков и режимы деформации процесса совмещенной обработки по методу бесслитковой прокатки–прессования прутков из исследуемого сплава. Установлены и обоснованы технологические и силовые параметры этих процессов и закономерности их изменения. Полученные экспериментальные результаты позволили при физическом моделировании изучаемых процессов выявить предельные значения силовых параметров, а также изучить структуру и свойства деформированных, отожженных и сварных полуфабрикатов из исследуемого сплава. Кроме того, были определены свойства металла в достаточно широком диапазоне изменения температурно-скоростных и деформационных параметров. На основании результатов экспериментальных исследований и моделирования даны рекомендации для промышленного освоения технологии горячей прокатки слитков большой толщины из алюминиево-магниевых сплавов. При этом разработаны технологические решения, регламенты и условия на деформированные полуфабрикаты из исследуемого сплава и получены партии листового проката с требуемым уровнем механических и коррозионных свойств
Исследование процесса уплотнения титансодержащей шихты экспериментально-аналитическим методом
Get PDFThe study covers the dependence of spongy titanium-based powder material porosity on the stress state coefficient during plastic deformation with the prevailing effect of all-round compression. Based on the results obtained in previous papers, an assemblage of yield curves with varying porosity is constructed on the σ —T plane. The yielding condition of the powder material is based on the Modified Drucker—Prager Cap model. The graph of geometrical interpretation of the accepted yielding condition contains straight lines corresponding to different values of the stress state coefficient k = σ/T where о is the average hydrostatic stress, and T is the shear stress intensity. In order to formulate the relationship of porosity (θ, %), average normal stress (σ) expressed in the nondimensional form, and the stress state coefficient (k), intersection points of the yield curve assemblage corresponding to yield surface generatrices on the o—T plane and radial straight lines were used. As a result, an equation of the θ = θ(σ, k) form was obtained. The experimental part of the study was performed in order to test the adequacy of this ratio. Powder blanks pre-compacted at a pressure of 1000 MPa and a temperature of 325 °C were subjected to electrical discharge sawing along the axial section to obtain flat samples (templates). Several characteristic areas were selected on the surface of templates to determine local surface porosity using quantitative metallography. The stress-strain state in representative areas was additionally determined by numerical simulation. The calculated values of the volumetric plastic strain, shear stress intensity and average normal stress were determined in axial section zones corresponding to the studied areas. It is shown that the stress state coefficient varying within a sufficiently wide range (k = —10...—0.86) does not affect significantly the porosity value.Исследована зависимость пористости порошкового материала на основе губчатого титана от коэффициента напряженного состояния в процессе пластического деформирования с преобладающим действием всестороннего сжатия. На основе результатов, полученных в предшествующих работах, на плоскости о—T построено семейство кривых текучести с варьируемой пористостью. Условие текучести порошкового материала основано на модели пластического течения Modified Drucker—Prager Cap model. На графике геометрической интерпретации принятого условия текучести нанесены прямые, соответствующие различным значениям коэффициента напряженного состояния k = σ/T, где σ — среднее гидростатическое напряжение, T — интенсивность касательных напряжений. Для формулировки связи пористости (θ,, %), среднего нормального напряжения (σ), выраженного в безразмерной форме, и коэффициента напряженного состояния (k) использованы точки пересечения семейства кривых, соответствующих образующим поверхностей текучести на плоскости σ —T, и радиальных прямых. В результате получено уравнение вида θ = θ (σ, k). Для проверки адекватности указанного соотношения выполнена экспериментальная часть исследования. Предварительно спрессованные при давлении 1000 МПа и температуре 325 °С порошковые заготовки подвергались электроэрозионной резке вдоль осевого сечения для получения плоских образцов (темплетов). На поверхности темплетов выбрано несколько характерных участков для определения локальной поверхностной пористости методом количественной металлографии. Дополнительно определялось напряженно-деформированное состояние в представительных участках путем численного моделирования. В зонах осевого сечения, соответствующих исследуемым областям, рассчитаны значения объемной пластической деформации, интенсивности касательных напряжений и среднего нормального напряжения. Показано, что коэффициент напряженного состояния при его варьировании в достаточно широком диапазоне (k = —10...—0,86) несущественно влияет на величину пористости
Изучение микроструктуры и механических свойств в субмикрообъемах латуни ЛС59-1А
Get PDFThe study covers the microstructure and mechanical properties in submicrovolumes of LS59-1A lead brass. Scanning electron microscopy (EDS) was used for metallographic analysis of the studied sample microstructures. It was found that the LS 59-1A brass microstructure along with the main phases (α phase — solid solution of alloying elements in copper and β phase — solid solution based on the CuZn electronic compound) also contains globular inclusions of free lead (1—2 vol.%) localized on grain boundaries and in interdendritic regions. In addition, exogenous nonmetallic inclusions of CuO + ZnO and pores were found in the microstructure. Oxide inclusions and compounds containing iron and manganese are localized at the boundaries of α and β phases. A nanoindentation method was used to study hardness (Н) and Young’ modulus of α and β phases. An insignificant difference was found between H values for a phase dendrites with respect to the β phase interdendritic space indicating higher homogeneity of LS59-1A ingot mechanical properties. Calculation of additional pressure that occurs at the interface of a and β phases when external force is applied to the material due to a difference in Young’s moduli showed that it is 23 times higher than external force, which can cause destruction of LS59-1A brass ingots during machining. The results obtained are discussed from the standpoint of modern ideas about the metallographic method used to control brass ingot quality under industrial production conditions.Изучены микроструктура и механические свойства в субмикрообъемах свинцовой латуни марки ЛС59-1А. С использованием растровой электронной микроскопии (EDS) проведен металлографический анализ микроструктуры исследуемых образцов. Выявлено, что в микроструктуре латуни ЛС 59-1А наряду с основными фазами (α-твердый раствор легирующих элементов в меди и β-фаза — твердый раствор на основе электронного соединения CuZn) также содержатся глобулярные включения свободного свинца (1—2 об.%), которые локализуются по границам зерен и в междендритных областях. Кроме того, в микроструктуре обнаружены экзогенные неметаллические включения CuO + ZnO и поры. Оксидные включения и соединения, содержащие железо и марганец, локализованы по границам раздела α- и β-фаз. Методом наноиндентирова-ния измерены твердость (Н) и модуль Юнга α- и β-фаз. Обнаружено несущественное различие значений H для дендритов a-фазы по отношению к междендритному пространству β-фазы, что свидетельствует о высокой степени однородности механических свойств слитка ЛС59-1А. Расчет дополнительного давления, которое возникает на границе α- и β-фаз при нагружении материала внешней силой из-за различия модулей Юнга, показал, что оно в 23 раза превышает внешнее усилие, что может служить причиной разрушения слитков латуни ЛС59-1А при механической обработке. Полученные результаты обсуждаются с позиций современных представлений о металлографическом методе контроля качества слитков латуни в условиях промышленного производства
Влияние висмута и свинца на фазовый состав и структуру сплава Al–5%Si–4%Cu–4%Sn
Get PDFThe article focuses on the actual problem of creating economically alloyed antifriction aluminum alloys doped with low-melting metals. It was found in earlier experiments that an alloy containing about 5 % Si, 4% Cu and 6 % Sn (wt.%) has a balanced complex of technological and physicomechanical properties. Due to the high cost of tin, this paper considers the possibility of reducing its concentration to 4 %, and its partial replacement by other low-melting metals, such as bismuth and lead. Thermodynamic calculations (in the Thermo-Calc program) including the construction of polythermal and isothermal sections are used to study the joint and separate influence ofthese elements on the phase composition of the Al—5%Si—4%Cu—4%Sn alloy. It is shown that the addition of lead and bismuth leads to the appearance of an extensive area of fluid separation, and therefore their total concentration should not exceed 1—2 %. The phase composition and microstructure ofthe Al—5%Si—4%Cu—4%Sn—0,5%Pb—0,5%Bi alloy were studied using scanning electron microscopy and micro X-ray spectral analysis. It was found that in the cast state, low-melting metals are evenly distributed in the structure of the alloy, and in terms of the combination of properties, the experimental aluminum alloys surpass the BrO4Z4S17 antifriction bronze. Heat treatment mode T6 leads to a significant increase in the hardness of the experimental alloy. However, in the process of heating for quenching at 500 °C, local fusion of the low-melting component occurs, which leads to deterioration of the microstructure upon re-crystallization and, as a result, causes alloy embrittlement.Статья посвящена актуальной на сегодняшний день проблеме создания антифрикционных алюминиевых сплавов, экономнолегированных легкоплавкими металлами. В ранних исследованиях было установлено, что сбалансированным комплексом технологических и физико-механических свойств обладает сплав, содержащий, мас.%: около 5 Si, 4 Cu и 6 Sn. В данной работе в связи с высокой стоимостью олова рассмотрена возможность снижения его концентрации до 4 % и его частичной замены другими легкоплавкими металлами, такими как висмут и свинец. С использованием термодинамических расчетов в программе Thermo-Calc, включая построение политермических и изотермических разрезов, было изучено совместное и раздельное влияние этих элементов на фазовый состав сплава Al—5%Si—4%Cu—4%Sn. Показано, что добавки свинца и висмута приводят к появлению обширной области расслоения жидкости, в связи с чем их суммарная концентрация не должна превышать 1—2 %. С использованием сканирующей электронной микроскопии и микрорентгеноспектрального анализа изучены фазовый состав и микроструктура сплава Al-5%Si—4%Cu—4%Sn-0,5%Pb—0,5%Bi. Выявлено, что в литом состоянии легкоплавкие металлы распределены равномерно в структуре экспериментального сплава, а по совокупности свойств этот материал превосходит антифрикционную бронзу БрО4Ц4С17. Термическая обработка по режиму Т6 приводит к существенному повышению твердости исследуемого сплава. Однако в процессе нагрева под закалку при 500 °С происходит локальное оплавление легкоплавкой составляющей, что обуславливает ухудшение микроструктуры при повторной кристаллизации и, как следствие, служит причиной охрупчивания материала
Исследование линейной усадки модельных составов и механизмов взаимодействия в системе «выплавляемая модель – огнеупорная керамическая форма»
Get PDFThe study covers the free linear shrinkage of non-filled (PS50-50, MVS3-T, Romocast 105, Romocast 152) and filled (Romocast 252, Romocast 325) model compounds depending on the ambient temperature. Research results revealed the following main features in the change of this technological parameter. It is found that the greatest free linear shrinkage is typical for non-filled model compounds, while filled model compounds have a minimum linear shrinkage. At the same time, processes associated with free linear shrinkage occurred in samples for a long time (up to 24 hours). This is probably due to the duration of polymerization processes and low thermal conductivity of model compounds. Changes in the ambient temperature within –5...+35 °C have a significant impact on the degree of changes in linear dimensions of the studied model compound samples. The length of samples changed within +0.3...–0.4 % for non-filled model compounds and within +0.2...–0.15 % for filled compounds. At the same time, non-filled compound samples cooled to –5 °C and then heated to +20 °C reduce their length by 0.2 mm on average. When non-filled compound samples are heated to +35 °C and then cooled to +20 °C, the initial length increases by 0.2÷0.3 mm on average. With similar ambient temperature changes in filled model compound samples, their change in length is not more than 0.1 mm. To eliminate refractory ceramic mould cracking, it is proposed to cool the «lost wax patter –refractory ceramic mold» system to ensure a guaranteed gap between the pattern and the mold and eliminate the negative impact of the expanding pattern composition.Выполнено исследование свободной линейной усадки ненаполненных (ПС50-50, МВС3-Т, Romocast 105, Romocast 152) и наполненных (Romocast 252, Romocast 325) модельных составов в зависимости от температуры окружающей среды. Полученные результаты выявили следующие основные особенности в изменении указанного технологического параметра. Установлено, что наибольшей свободной линейной усадкой обладают ненаполненные модельные составы, а наименьшей – наполненные. При этом процессы, связанные со свободной линейной усадкой, протекали в образцах в течение длительного времени (до 24 ч). Это, вероятно, связано с продолжительностью процессов полимеризации и низкой теплопроводностью модельных составов. Изменение температуры окружающей среды в интервале от –5 до +35 °С оказывает существенное влияние на величину изменения линейных размеров образцов из исследованных модельных составов. Изменение длины образцов из ненаполненных модельных составов варьируется в диапазоне от +0,3 до –0,4 %, а из наполненных – от +0,2 до –0,15 %. При охлаждении до –5 °С и последующем нагреве до +20 °С образцов из ненаполненных составов их исходная длина уменьшается в среднем на 0,2 мм, а при нагреве до +35 °С и последующем охлаждении до +20 °С она увеличивается в среднем на 0,2–0,3 мм. При аналогичных изменениях температуры окружающей среды у образцов из наполненных модельных составов изменение размеров составляет не более 0,1 мм. Для устранения растрескивания огнеупорных керамических форм предложено проводить захолаживание системы «выплавляемая модель – огнеупорная керамическая форма», что обеспечивает гарантированный зазор между моделью и формой и нивелирует негативное влияние расширяющегося модельного состава
О механизме восстановления оксидов при продувке медеплавильных шлаков газовыми смесями CO–CO2
Get PDFThe paper suggests a mechanism of simultaneous oxide reduction from multicomponent copper-smelting slags during their bubbling with CO–CO2 reducing mixtures and provides a numerical algorithm developed to implement this mechanism as a mathematical model. The first feature of the suggested mechanism is a statement that the total speed of the overall reduction process is determined by CO consumption during its interaction with oxygen ions formed in slag oxide dissociation. The second feature is a statement about equilibrium achieved between slag, alloy and gaseous phase according to the system oxidizing potential reached at every instant. The paper demonstrates a satisfactory agreement between calculated and experimental data obtained when reducing industrial coppersmelting slags at 1300 °С and СО/СО2 = 4, 6, 156, and using the first-degree kinetic equation regarding the difference between initial and equilibrium CO contents in the gaseous phase. A generalized kinetic constant of the multicomponent slag reduction reaction rate is calculated as k = 2.6·10–7, moles CO /(cm2 · sec·%) at 1300 °С. It is shown that during industrial multicomponent slag reduction, reduction speed of copper (I) oxide and magnetite are high and close to maximal ones as early as at the first minutes of slag bubbling with reducing gas. At the same time, for Fe(II), lead and zinc oxides they are low at the first minutes of the process, and increase gradually to reach their maximum, and then decrease again up to near-zero values as the supplied gas and melt come to equilibrium. Generally, oxide reduction speed naturally decreases with approaching to equilibrium between the initial gas and liquid phases, and this should be taken into account when designing continuous slag depletion processes.Предложен механизм совместного восстановления оксидов из многокомпонентных медеплавильных шлаков при их продувке восстановительными смесями СО–СО2 и разработан алгоритм для его реализации в форме математической модели. Первой особенностью предложенного механизма является положение о том, что суммарная скорость всего процесса восстановления определяется расходованием СО при его взаимодействии с ионами кислорода, образованными при диссоциации оксидов шлака. Второй особенностью является положение о достижении равновесия между шлаком, сплавом и газовой фазой в соответствии с достигнутым в каждый момент времени окислительным потенциалом системы. Показано удовлетворительное согласование расчетных и экспериментальных данных, полученных при восстановлении промышленных медеплавильных шлаков при температуре 1300 °С и значениях отношения СО/СО2 = 4, 6 и 156, и использовании кинетического уравнения первой степени относительно разности между исходным и равновесным содержаниями СО в газовой фазе. Рассчитана обобщенная константа скорости реакций восстановления многокомпонентного шлака, составляющая k = 2,6·10–7 моль CO /(см2 · с·%) при температуре 1300 °С. Показано, что при восстановлении промышленного многокомпонентного шлака скорости восстановления оксида меди и магнетита высоки и близки к максимальным уже в самом начале продувки шлака восстановительным газом, в то время как для оксидов двухвалентного железа, цинка и свинца в первые минуты процесса они незначительны и возрастают постепенно, достигая максимума, после чего снова снижаются вплоть до близких к нулю значений при приближении к равновесию между подаваемым газом и расплавом. В целом скорость восстановления оксидов закономерно падает при приближении к равновесию исходного газа и жидких фаз, что необходимо учитывать при организации непрерывных процессов обеднения шлаков
Расчетное исследование влияния перегрева алюминиевого расплава на теплообмен при непрерывном совмещенном процессе литья-прессования
Get PDFThe article presents the results of a numerical study of temperature-time dependences in continuous combined casting and pressing of the AK12 experimental aluminum alloy, which has a different overheating temperature, in the time interval from start-up to the moment of the unit reaching the stationary thermal regime. Calculations are carried out on the basis of a three-dimensional computer model of complex heat transfer in the unit of a new design equipped with a horizontal carousel crystallizer. Theoretical studies are conducted to determine the influence of superheating of poured aluminum melt on the processes of unsteady heat transfer. The influence of the nature of heat transfer in the transient thermal regime on the temperature field of the solidifying melt at different distances from the pour point is determined. It is shown that as the crystallizer heats up in the transition process, the asymmetry of the temperature field in the control section of metal increases near the pressing tool with the shift of the maximum temperature region to the crystallizer contac surface. It is found that the transition process duration when starting the unit in a cold state until it reaches a stationary thermal regime depends on the temperature of poured melt. The maximum limit of the overheating value is determined, above which poured metal, when implementing the technology of continuous combined casting and pressing, aluminum melt does not solidify in the crystallizer and forced cooling of unit elements must be arranged. The influence of melt overheating on the pattern of the temperature field along the crystallizer cross section over the entire period of the transient thermal process is estimated. Design measures to ensure rational temperature conditions of bearings during the unit operation are determined.Приведены результаты численного исследования температурно-временных зависимостей при непрерывном совмещенном процессе литья и прессования опытного алюминиевого сплава АК12, имеющего различную температуру перегрева, в интервале времени от пуска до момента выхода установки на стационарный тепловой режим. Расчеты выполнены на основе трехмерной компьютерной модели сложного теплообмена в установке новой конструкции, оснащенной горизонтальным карусельным кристаллизатором. Проведены теоретические исследования воздействия перегрева заливаемого алюминиевого расплава на процессы нестационарного теплообмена. Определено влияние характера теплообмена в переходном тепловом режиме на температурное поле затвердевающего расплава на различном его удалении от места заливки. Показано, что по мере разогрева кристаллизатора в переходном процессе возрастает несимметричность температурного поля в контрольном сечении металла вблизи инструмента прессования со сдвигом области с максимальной температурой к контактирующей поверхности кристаллизатора. Установлено, что продолжительность переходного процесса при пуске установки из холодного состояния до достижения ею стационарного теплового режима зависит от температуры заливаемого расплава. Определен максимальный предел величины перегрева заливаемого металла, выше которого при реализации технологии непрерывного совмещенного процесса литья-прессования алюминиевый расплав не затвердевает в кристаллизаторе, и требуется организация принудительного охлаждения элементов установки. Проведена оценка влияния перегрева расплава на характер температурного поля по сечению кристаллизатора во всем периоде переходного теплового процесса. Предложены конструктивные мероприятия, обеспечивающие в ходе эксплуатации установки рациональные температурные условия работы подшипников