Введение к работе
Актуальность работы. Методы непрерывного литья слитков получают все более широкое применение для обеспечения наилучших механических и технологических свойств металла. Это достигазтся улучшением направленности кристаллизации отливок и питания кристаллизующихся объемов, повышением интенсивности охлаэдения и скорости затвердевания с целью получения благоприятного кристаллического строения, высокой плотности, ослабления или подавления зональных ликвационных процессов. Все это, в первую очередь, определяется тепловыми процессами, направлением и характером тепловых потоков, температурными градиентами, общим балансом тепла, теплофизическими особенностями процесса-и самого металла. Тепловое поле, которое влияет на качество слитков, в свою очередь зависит от схемы и интенсивности тепловых потоков, обеспечиваемых в значительной мере конструкцией кристаллизатора.
Литье в электромагнитный кристаллизатор (ЭМК) принципиально отличается от других разновидностей литья отсутствием контакта саспдэвленного металла со стенками формы, что создает возможность значительного улучшения качества поверхности слитков и, как следствие, позволяет исключить или сократить операции их фрезерования.
Способ литья в электромагнитный кристаллизатор дает новые средства управления структурой слитка, создавая регламентированное движение расплава. Возникают проблемы, связанные с влиянием параметров индуктора на удержание и перемешивание расплавленного металла. Поэтому становится актуальным изучение закономерностей кристаллизации слитков и их использование для улучшения структуры и повышения качества слитков.
Цель работы. Формулировка и экспериментальная проверка математической модели формирования полунепрерывного слитка и изучение процесса его затветздевания в условиях взаимодействия твердой и жидкой фаз при бесконтактном удержании жидкой фазы электромагнитным полем.
. Научная новизна. Разработана математическая модель процесса затвердевания полунепрерывных слитков при электромагнитном удергании расплава, в которой учтено совместное влияние различных механизмов конвекции - термогравитационной, термокаппилярной, электромагнитного перемешивания. Модель позволяет определять температурные и гадродинамичекие поля с учетом влияния частоты и амплитуды питающего тока индуктора при формировании слитка в ЭМК.
Получено резениэ задачи электоодпнсмккя системы кндуктср -
слиток с учетом конечных размеров индуктора.
Создана экспериментальная установка для изучения затвердевания жидкого металла в условиях вынужденного электромагнитного перемешивания. Предложена методика экспериментальных наблюдений, позволяющая определять скорости и траектории частиц жидкого металла и регистрировать профиль твердей фазы.
Практическая ценность работы. На основе проведенных численных расчетов даны рекомендации по определению параметров индуктора ( частоты и амплитуды питающего тока ) при проектировании системы управления ЭМК в ПО "Уралэнергоцветмет". Показана возможность удержания жидкого металла при частотах питающего тока индуктора f = 0,5-ІОкГц.
I.Математическая модель тепломассопереноса в затвердевающем полунепрерывном слитке.
2.Результаты теоретического и экспериментального исследования процесса затвердевания модельной жидкости в прямоугольной области в условиях вынужденного электромагнитного перемешивания.
3.Результаты численного исследования тепловых и гидродинамических явлений в затвердевающих алюминиевых слитках прямоугольного сечения.
4.Результаты численного моделирования внешних электромагнитных воздействий на затвердевающий расплав при различных частотах питающего тока.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на областной научно-практической конференции молодых ученых и студентов вузов г. Перми "Научно-технические и социальные проблемы развития Уральского Нечерноземья" (Пермь, 1989), на тринадцатом Рижском совещании по магнитной гидродинамике (Саласпилс, 1991), на четвертой Всесоюзной конференции по проблемам кристаллизации сплавов и компьютерного моделирования (Ижевск, 1991), на четвертой Всесоюзной .конференции молодых исследователей "Актуальные вопросы теплофизики и физической гидродинамики" (Новосибирск, 1991), на седьмом Всесоюзном съезде по теоретической и прикладной механике (Москва, 1991), на Международной конференции "Тепло и массоперенос в технологических процессах" (Юрмала, 1991), на Международной конференции по переносу энергии в магнитогидродинамических потоках (Кадараш, Франция, 1991).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 статей и тезисов докладов на конференциях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения,
пяти глав и заключения. Работа содержит 112 страниц машинописного текста, 22 рисунка, 2 таблицы. Библиография включает 83 наименования.