Введение к работе
Актуальность работы
Развитие металлопотребляющих отраслей промышленности предопределило значительный рост требований к качеству продукции, улучшению свойств металла, созданию металлов и сплавов с уникальными служебными свойствами. Получение многослойных заготовок позволяет использовать главное"преимущество плакированного металла - возможность создания композиций, обладающих такими эксплуатационными характеристиками, которые невозможно получить на отдельно взятых металлах или сплавах. Одним из наиболее распространенных сочетаний при получении плакированных металлов являются композиции углеродистых и коррозионностойких марок стали, что позволяет, одновременно, защитить металл от воздействия агрессивных сред и придать ему необходимую конструкционную прочность.
В этой связи решение практической проблемы получения плакированных листовых заготовок (приближенных к конечным размерам сортамента выпускаемой продукции) связано с изучением возможностей получения неразьемного соединения разнородных сталей при осуществлении технологий, связанных с непрерывными методами литья. Такой подход к процессу плакирования позволяет снизить предоперационные издержки, упростить конструкции установок, сократить технологический цикл процессов получения заготовок.
Целью работы является исследование теоретических и практических аспектов операции намораживания расплава на твердую подложку, изучение теплообмена на границе твердое-жидкое в зоне свариваемости разнородных сталей и разработка установки для получения листовых заготовок литейным методом.
Методы исследования. Работа выполнена на основе комплексных натурных, лабораторных и теоретических исследований процесса получения плакированных листовых заготовок методом намораживания с применением математического моделирования процессов теплообмена на границе твердое-жидкое и отработкой инженерной методики моделирования технологии литейного плакирования.
Научная новизна работы 1. Разработана математическая модель тепловых процессов, протекающих при литейном плакировании методом намораживания плакирующего слоя на стальную ленту-основу по схеме "жидкое+твер-
дое+зкидкое". При реализации этой модели установлены закономерности намораживания, две стадии которого связаны с резким ростом толщины получаемого слоя покрытия после первоначального контакта ленты и расплава и его постепенного подплавления по мере развития тепловых процессов на границе твердое-жидкое.
-
Установлена функциональная зависимость получения максимальных значений протяженности плакирующего слоя с технологическими параметрами процесса намораживания: температурой нагрева металла и расплава, продолжительностью контакта жидкого металла с формирующейся заготовкой.
-
Путем физического моделирования доказана принципиальная возможность получения плакированных листовых заготовок композиции "нержавеющая-углеродистая сталь" с помощью методов непрерывного литья.
-
Установлена функциональная связь конструктивных, технологических и теплофизических параметров процесса литейного плакирования заготовок в форме уравнения, связывающего основные критерии и безразмерные комплексы (модифицированный критерий Стефана, критерий Коссовича, критерий трансляционного теплопереноса. безразмерную протяженность намороженного слоя по отношению к толщине основы).
-
Установлено, что с повышением температуры нагрева расплава и стальной подложки скорость роста плакирующего слоя изменяется в сторону понижения. При этом уменьшаются значения максимально возможной толщины получаемого слоя покрытия.
-
Предложен способ и алгоритм расчета температурного поля по всей толщине плакированной заготовки.
-
Выявлены диапазоны технически реализуемых технологических параметров процесса намораживания.
Практическая ценность работы
-
Разработана опытно-промышленная установка для получения плакированных листовых заготовок методом намораживания коррозион-ностойкой марки стали (08Х18Н10Т) на твердую углеродистую основу (Ст. 3) при перемещении стальной ленты через жидкий металл в направлении снизу вверх.
-
Разработана инженерная методика проектного расчета при получении плакированных заготовок методом намораживания на вертикальной установке непрерывного литья.
Реализация результатов исследований Результаты теоретических и экспериментальных исследований, а также опытно-промышленная установка для получения плакированных листовых заготовок прошли проверку на ОАО "Северсталь".
Апробация работы
Основные разделы работы докладывались на межреспубликанской научно-технической конференции "Прогрессивные методы получения конструкционных материалов и покрытий, повышающих долговечность деталей машин" (г. Волгоград, 1990 г.); на всесоюзном семинаре "Ресурсосбережение при производстве листового проката" (г. Донецк, 1990 г.); на Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы кристаллизации сплавов и компьютерное моделирование" (г. Ижевск, 1990г.); на Всесоюзной научно-технической конференции по проблемам слитка "Процессы разливки, модифицирования и кристаллизации стали и сплавов" (г. Волгоград, 1990 г.); на Всесоюзной научно-технической конференции "Металло- и энергосберегающая технология термической и химикотермической обработки" (г. Москва, 1990г.); на межреспубликанской научно-технической конференции "Прогрессивные методы получения конструкционных материалов и покрытий, повышающих долговечность деталей машин" (г. Волгоград. 1991 г.); на Всесоюзной научно-технической конференции "Новые материалы и ресурсосберегающие технологии термической и химико-термической обработки в машиностроении и металлургии" (г. Новокузнецк, 1991 г.); на научно-технической конференции "Кристаллизация. Компьютерные модели." Экспертные технологии" (г.Ижевск. 1994г.)
Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 10 печатных работах, 6 технических решений признаны изобретениями.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести разделов, заключения, библиографического списка из 105 наименований. Объем диссертации составляет 149 страниц ма-шиносписного текста. 38 рисунков. 3 таблиц.
