Nomograms for the analisis of the ingots solidification modes in continuous casting process

Full Text

Необходимым элементом в решении сложного комплекса задач по совершенствованию технологии непрерывного литья слитков алюминиевых сплавов, используемых для производства прессованных и листовых полуфабрикатов различного назначения, является прогнозирование пределов режимных технологических параметров, позволяющих получать слитки нормированного качества с высоким выходом годного [1]. Выполненные в работах [2, 3] исследования по использованию прямого моделирования процесса формирования непрерывного слитка по табличным данным с выходом на построение приближенных модели регрессионного типа для анализа затвердевания слитков алюминиевых сплавов свидетельствуют о том, что подобный подход является достаточно обоснованным. Он дает возможность на содержательном инженерном уровне интерпретировать технологическую ситуацию и на стадии проработки эффективности предлагаемых к реализации режимов учитывать взаимосвязи определяющих технологических параметров и их влияние на показатели качества слитка. Представленные в [4, 5] результаты исследований посвящены реализации указанного подхода для получения приближенных моделей для описания затвердевания плоских слитков деформируемых алюминиевых сплавов толщиной 300-400-600 мм при непрерывном литье в электромагнитный кристаллизатор (ЭМК). В настоящей работе с использованием моделей [4, 5] выполнен расчетный анализ тенденций изменения основных режимных параметров в их взаимосвязи, что необходимо учитывать в производственных условиях для оценки рациональных значений скорости литья v и интенсивности охлаждения с представлением результатов в виде номограмм. Номографические методы занимают значительное место в практике инженерно-технических расчетов [6]. Являясь удобным счетным инструментом для вычислений по готовым формулам, номограммы позволяют значительно сократить время расчетов и быстро решить нужную задачу с достаточной для практики точностью. Преимущество номограмм состоит в том, что они позволяют быстро решать в численном виде номографированное уравнение относительно любой входящей в него переменной и широко варьировать исходные данные для получения требуемого ответа. Для анализа многофакторных технологических процессов оказываются удобными и эффективными номограммы, дающие возможность графического изображения сложных зависимостей и позволяющие осуществить объективную оценку поведения выбранного параметра в зависимости от сочетания остальных. Для анализа режима охлаждения слитка весьма важной и информативной характеристикой является tn(hs) - температура поверхности в поперечном сечении, соответствующем глубине лунки по солидусу hs, для расчетного определения которой использованы зависимости, полученные в [4, 5], отражающие реальные особенности типовой конструкции ЭМК. Номограммы, представленные на рисунке, построены следующим образом: при различных v и принятых значениях hs или каждой точке на кривых соответствует необходимое значение , обеспечивающее данное hs или , и прогнозируемая при данном режиме литья температура поверхности слитка на уровне глубины лунки tn(hs). Таким образом, приведенные номограммы связывают сразу четыре характеристики технологического режима непрерывного литья из пяти, используемых для его анализа. При фиксированных значениях скорости литья v, обычно достаточно жестко определяемых типоразмером слитка, эти кривые позволяют обоснованно выбрать значения , и наоборот. Эффективность представленных на рисунке зависимостей состоит в том, что они показывают тенденции изменения параметров технологического режима непрерывного литья в их взаимосвязи. Соответственно они помогают решить вопрос о том, какие эксперименты необходимо поставить в производственных условиях для определения согласованных с реальными возможностями машины непрерывного литья рациональных значений v и . Предположим, что в первом приближении нормированный режим существующей технологии характеризуется значениями v = 40 мм/мин и = 8000 Вт/м2 K. В этом случае характеристики режима затвердевания будут иметь следующие значения: hs = 405 мм, = 158 мм, = 192о С, tn(hs) = 94 оС. Как видно из рисунка, приведенные расчетные зависимости с увеличением скорости литья приобретают экстремальный характер. Основные выводы, которые можно при этом сделать, сводятся к следующему: при v = 40 мм/мин можно допустить некоторое снижение интенсивности охлаждения до = 6000 - 7000 Вт/м2 K без существенного (менее 3 %) увеличения глубины лунки слитка hs и максимального размера двухфазной зоны . При этом отмечается возрастание температуры поверхности и tn(hs) соответственно на 26 и 14 %, что должно положительно сказываться на вероятности трещинообразования вследствие уменьшения температурных градиентов по толщине слитка; а б Значения температуры поверхности слитка на уровне глубины лунки tn(hs) в зависимости от hs (а) и (б) для слитка толщиной 400 мм. Цифры у точек соответствуют значениям в Вт/м2K. 1, 2, 3, 4, 5, 6 - cкорость литья v соответственно 30, 35, 40, 45, 50 и 60 мм/мин при снижении скорости литья v можно соответствующим подбором интенсивности охлаждения одновременно улучшить все четыре характеристики процесса затвердевания: уменьшить hs и и увеличить и tn(hs). Например, при v = 35 мм/мин, т. е. за счет допустимого снижения производительности процесса на 12,5 %, для = 7400 Вт/м2 K по сравнению со стандартным режимом показатели hs и уменьшаются на 9 %, а величины и tn(hs) увеличиваются соответственно на 2,5 и 15 %.

About the authors

Efim A Yakubovich

Samara State Technical University

Email: ensave@samgtu.ru
(Ph.D.(Techn.)), Associate Professor. 244, Molodogvardeyskaya st., Samara, 443100, Russian Federation

References

Supplementary files